基于GIS的海域管理信息系統(tǒng)建設(shè)

周運(yùn)林

摘 要：針對(duì)深圳市海域管理業(yè)務(wù)的需求，筆者提出了基于COMGIS技術(shù)、工作流技術(shù)、WEB技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)建立空間信息平臺(tái)上的海域管理信息系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)和功能模塊，重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)具有的可移植性、多尺度地圖表達(dá)、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成、辦公自動(dòng)化的技術(shù)特點(diǎn)。

關(guān)鍵字：海域管理；COMGIS；工作流；多尺度；空間數(shù)據(jù)引擎；空間索引

he waters of the management information system construction based on GIS technology

Zhou Yun-lin

（Survey Research Institute Co.， Ltd. of Shenzhen City， Guangdong Shenzhen 518026）

Abstract： Shenzhen Sea management business needs， the author proposed the establishment of marine spatial information management information system based on the platform COMGIS technology， workflow technology， WEB technology and database technology， and design the system architecture， databases and modules ， focuses on the system with the portability， multi-scale map of expression， multi-source heterogeneous data integration， office automation technical characteristics.

Keyword： Spatial index； waters management； COMGIS； workflow； multi-scale； spatial data engine：

1.引言

隨著海洋開發(fā)利用強(qiáng)度的日益擴(kuò)大，海域管理工作日漸復(fù)雜，及時(shí)掌握海域管理基礎(chǔ)動(dòng)態(tài)信息的要求越來(lái)越迫切，提供及時(shí)、高效的海洋經(jīng)濟(jì)、資源環(huán)境評(píng)價(jià)和管理決策支持是迫切之需[1]。

深圳擁有1145平方公里的海域，257公里的海岸線，為了科學(xué)劃定海洋的各類功能區(qū)，系統(tǒng)掌握海域的使用情況，為保護(hù)海洋環(huán)境、制定合理利用海洋資源的決策提供有效的輔助工具，實(shí)現(xiàn)海域管理決策的科學(xué)化和規(guī)范化，深圳市以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，針對(duì)深圳市農(nóng)林漁業(yè)局管理海域資源與利用信息的需求，設(shè)計(jì)開發(fā)深圳市海域管理信息系統(tǒng)。

2.系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

深圳市海域管理信息系統(tǒng)旨在以GIS技術(shù)、WEB技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、工作流技術(shù)為基礎(chǔ)，建立一個(gè)集海洋功能區(qū)劃空間數(shù)據(jù)、海岸線矢量地形數(shù)據(jù)、海洋遙感影像數(shù)據(jù)、海域管理專題數(shù)據(jù)和海岸帶數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)于一體的管理信息系統(tǒng)，通過(guò)開發(fā)一系列的圖形瀏覽、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、三維場(chǎng)景瀏覽等功能，搭建海域管理業(yè)務(wù)辦公平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)：

（1）實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確獲取海域使用信息并保持?jǐn)?shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性，為管理決策提供依據(jù)；

（2）實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋功能區(qū)劃和海岸線歷年變化情況的監(jiān)測(cè)、對(duì)比、分析；

（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)海域使用信息、海洋功能區(qū)劃和岸線信息的多方式專題管理；

（4）實(shí)現(xiàn)海域管理辦公業(yè)務(wù)的流程化、自動(dòng)化；

（5）實(shí)現(xiàn)面向社會(huì)公眾的網(wǎng)絡(luò)電子海圖發(fā)布及遠(yuǎn)程辦文；

（6）為實(shí)時(shí)管理海洋功能區(qū)劃專題信息和岸線空間信息提供先進(jìn)、直觀、科學(xué)的工具和參考，為海域管理決策的制定提供支持。

2.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)利用.NET技術(shù)構(gòu)建B/S和C/S混合結(jié)構(gòu)，以海域使用的業(yè)務(wù)流程為主線，使用GeoDatabase管理海域空間數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了集業(yè)務(wù)功能和GIS功能于一體的海域管理應(yīng)用。對(duì)于圖形編輯、空間分析、數(shù)據(jù)更新、專題圖編制、三維場(chǎng)景模擬等GIS功能較復(fù)雜的應(yīng)用，系統(tǒng)使用C/S結(jié)構(gòu)；對(duì)于面向海域管理職能部門的統(tǒng)計(jì)、分析、上報(bào)等應(yīng)用，系統(tǒng)采用ASP、DHTML與ActiveX Document技術(shù)開發(fā)B/S結(jié)構(gòu)的前臺(tái)應(yīng)用；對(duì)于面向社會(huì)公眾的電子海圖發(fā)布、瀏覽、查詢等應(yīng)用，系統(tǒng)采用Web GIS技術(shù)。

系統(tǒng)設(shè)置為四層：數(shù)據(jù)層、支撐層、技術(shù)層和應(yīng)用層，數(shù)據(jù)層為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持；支撐層實(shí)現(xiàn)海域管理的業(yè)務(wù)邏輯，連接數(shù)據(jù)庫(kù)；技術(shù)層貫穿整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括業(yè)務(wù)流技術(shù)、3S技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、海洋信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等；應(yīng)用層面向不同需求的用戶群，提供各種實(shí)用性功能，滿足用戶的辦公和決策需求。

3.系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)包括空間數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)和元數(shù)據(jù)庫(kù)。

空間數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括海岸帶基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、海洋功能區(qū)劃圖、海域使用現(xiàn)狀圖、海域管理工作圖、正射影像圖、數(shù)字高程模型等數(shù)據(jù)。主要處理手段是將系統(tǒng)需要管理的各類地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，并構(gòu)建拓?fù)潢P(guān)系，依據(jù)己經(jīng)制定的空間數(shù)據(jù)模型，構(gòu)筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)框架。數(shù)據(jù)的分類與編碼參照國(guó)家海洋局制定的“海域管理信息系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)規(guī)程”[2]的信息分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)。

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)包括海域使用涉及各類文本、圖形、表格信息等。系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理方式，建立項(xiàng)目電子文件檔案，并實(shí)現(xiàn)信息存貯、查詢、檢索和輸出等功能。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括：

（1）海籍調(diào)查表；

（2）海域使用申請(qǐng)表：

（3）海域使用審批呈報(bào)表：endprint

（4）海域使用權(quán)批準(zhǔn)通知書；

（5）海域使用權(quán)登記表；

（6）海域使用論證報(bào)告表；

（7）系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)；

（8）反映主要海洋資源、海洋環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況和海域使用的照片、聲音、錄像等多媒體信息及法律法規(guī)等文檔資料；

元數(shù)據(jù)是用于描述和管理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，按照國(guó)家海洋局制定的“海域管理信息系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)規(guī)程”進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.功能模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)五個(gè)功能模塊：海域管理模塊、海域使用網(wǎng)絡(luò)發(fā)布模塊、空間數(shù)據(jù)管理模塊、三維查詢?yōu)g覽模塊、系統(tǒng)維護(hù)模塊。

4.1海域管理模塊

海域管理模塊將工作流技術(shù)與GIS技術(shù)結(jié)合起來(lái)，以海域管理業(yè)務(wù)為主線，實(shí)現(xiàn)了圖文一體的海域管理辦公自動(dòng)化。海域管理模塊主要包括以下子模塊：海域使用審批子模塊、海域使用分析統(tǒng)計(jì)子模塊、海域使用證書及批文管理與打印子模塊、海域的專題地圖制作子模塊、決策支持子模塊、多媒體管理子模塊。其中審批子模塊依據(jù)海域使用申請(qǐng)、受理、審批、登記、發(fā)證的業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)，是海域管理的業(yè)務(wù)核心，對(duì)業(yè)務(wù)的每個(gè)步驟按照邏輯和流程進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，申請(qǐng)和受理功能還能被網(wǎng)絡(luò)發(fā)布模塊調(diào)用，實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)申辦。

4.2海域使用網(wǎng)絡(luò)發(fā)布模塊

海域使用網(wǎng)絡(luò)發(fā)布模塊旨在提高辦公效率，實(shí)現(xiàn)信息共享和政務(wù)公開。建立海洋局Internet Web站點(diǎn)，向社會(huì)發(fā)布海域使用情況、辦事指南和政策法規(guī)等信息并動(dòng)態(tài)更新，發(fā)布以海域、海岸線、島嶼為主要內(nèi)容的電子地圖并提供瀏覽、查詢、標(biāo)注等功能，為社會(huì)公眾了解海域管理的政策法規(guī)，海域使用情況及發(fā)展方向，海洋資源現(xiàn)狀及潛力提供窗口。

4.3空間數(shù)據(jù)管理模塊

空間數(shù)據(jù)管理是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包括數(shù)據(jù)入庫(kù)、圖形操作、數(shù)據(jù)查詢分析、數(shù)據(jù)分發(fā)四個(gè)子模塊。

數(shù)據(jù)入庫(kù)包含編輯、格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、拓?fù)錁?gòu)建、圖幅接邊融合、屬性掛接、一致性檢查等功能，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)檢查處理然后進(jìn)入ArcSDE數(shù)據(jù)庫(kù)的全過(guò)程。

圖形操作功能滲透在系統(tǒng)的方方面面，主要包括：圖層管理、地圖導(dǎo)航、地圖裁切、地圖編輯、符號(hào)管理、專題制圖、影像管理、歷史數(shù)據(jù)管理等功能。

數(shù)據(jù)查詢分析實(shí)現(xiàn)圖形定位、圖形多方式查詢、SQL查詢、空間分析、統(tǒng)計(jì)輸出、數(shù)據(jù)輸出等功能。

數(shù)據(jù)分發(fā)實(shí)現(xiàn)以工程項(xiàng)目為單位，從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取與此項(xiàng)目相關(guān)的所有數(shù)據(jù)，并按照規(guī)定的格式將數(shù)據(jù)輸出、打包的功能。此功能可以被網(wǎng)絡(luò)發(fā)布模塊調(diào)用，實(shí)現(xiàn)權(quán)限范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)下載。

4.4三維查詢?yōu)g覽模塊

本模塊提供海岸數(shù)字三維景觀的顯示、瀏覽、查詢等功能。系統(tǒng)使用高分辨率衛(wèi)星影像疊加數(shù)字高程模型生成海岸帶及海島三維景觀。

4.5系統(tǒng)維護(hù)模塊

本模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的維護(hù)和管理，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和修改。主要包括以下功能：用戶權(quán)限維護(hù)、流程管理維護(hù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。

5.主要技術(shù)特點(diǎn)：

5.1基于組件的可移植性、可擴(kuò)展性系統(tǒng)

組件式GIS是將復(fù)雜的GIS功能按照對(duì)象、功能、應(yīng)用等層次分解為可以互操作和自我管理的組件，并由一種特定的平臺(tái)或語(yǔ)言開發(fā)，能夠在其他的平臺(tái)或語(yǔ)言中重復(fù)使用?；贛icrosoft COM 技術(shù)構(gòu)建的COMGIS組件集的開發(fā)模式更為底層，開發(fā)較復(fù)雜，功能更強(qiáng)大。

系統(tǒng)在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的支持下，以.NET和ArcEngine為開發(fā)平臺(tái)，在Microsoft Visual studio.NET 2005集成的開發(fā)環(huán)境中，針對(duì)海域管理業(yè)務(wù)流程，利用C#語(yǔ)言采用三層模型和COM技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，采用C/S和B/S相結(jié)合的運(yùn)行模式，構(gòu)建海域使用管理、海域使用網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、空間數(shù)據(jù)管理、三維查詢?yōu)g覽、系統(tǒng)維護(hù)等多個(gè)模塊于一體的完整解決方案。COMGIS具有的高效無(wú)縫的系統(tǒng)集成特點(diǎn)[3]使得本系統(tǒng)更靈活，模塊內(nèi)聚度更高，開發(fā)難度更低，可維護(hù)性和可重用性更高，從而保證了系統(tǒng)具有更高的開放性、集成性和效率。

5.2基于空間索引的多尺度地圖表達(dá)

系統(tǒng)采用多尺度來(lái)表現(xiàn)海域管理區(qū)域內(nèi)不同尺度的動(dòng)態(tài)變化現(xiàn)象，采用二級(jí)網(wǎng)格索引機(jī)制動(dòng)態(tài)生成多比例尺版本數(shù)據(jù)，確保了包括大數(shù)據(jù)量正射影像圖在內(nèi)的地圖數(shù)據(jù)的無(wú)障礙動(dòng)態(tài)瀏覽。

在多尺度地圖顯示中，先根據(jù)當(dāng)前顯示比例尺及顯示區(qū)域確定位置、精度最適合的顯示圖幅，再?zèng)Q定當(dāng)前顯示比例尺下的可視目標(biāo)[4]。在系統(tǒng)中，深圳市全局地形地貌要素的顯示比例尺最小，海岸線基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、海洋功能區(qū)劃圖次之，海域使用現(xiàn)狀圖、海域管理工作圖及其文字注記的顯示比例尺最大，即：在圖形視窗縮放到小比例尺時(shí)，顯示全市地形地貌及海岸線情況，當(dāng)視窗逐漸放大，顯示海岸帶地形地貌、海洋功能區(qū)劃分布情況，當(dāng)視窗進(jìn)一步放大，顯示海域使用項(xiàng)目分布及其使用情況細(xì)節(jié)。根據(jù)以上邏輯關(guān)系，在進(jìn)行視窗縮放及漫游操作時(shí)，系統(tǒng)會(huì)動(dòng)態(tài)判斷是否進(jìn)行某數(shù)據(jù)單元的加載、刪除等操作。這種多尺度地圖表達(dá)不僅考慮了用戶視覺(jué)感受，使得地圖頁(yè)面更美化，而且極大的減少了視窗負(fù)載量，提高了地圖的瀏覽速度。

5.3基于空間數(shù)據(jù)引擎的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成

海域管理數(shù)據(jù)源包括正射影像圖、海域使用矢量數(shù)據(jù)、海域管理法律法規(guī)文書數(shù)據(jù)、海域使用記錄表等空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的來(lái)源、格式、結(jié)構(gòu)、坐標(biāo)系、介質(zhì)都不同。建庫(kù)時(shí)需要先將這些多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)按照規(guī)范進(jìn)行整理、轉(zhuǎn)換、拓?fù)錁?gòu)建、屬性掛接等操作，使之形成一套完整的、系統(tǒng)的、標(biāo)準(zhǔn)的圖文一體化數(shù)據(jù)庫(kù)。

系統(tǒng)使用Microsoft SQL Server2005管理空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過(guò)空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE將空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集成在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)了海量空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理、事務(wù)處理、并發(fā)控制、記錄鎖定和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)等功能，并利用擴(kuò)展的SQL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的同步更新、維護(hù)與查詢，ArcSDE的版本管理功能保證了系統(tǒng)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、變更與檢索。同時(shí)系統(tǒng)提供多數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)輸入/導(dǎo)出、地圖分層管理、空間統(tǒng)計(jì)分析、歷史數(shù)據(jù)版本管理等功能，很好的將多源、異類數(shù)據(jù)融合在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行管理，極大的提高了系統(tǒng)的操作效率、方便了用戶的使用。

5.4基于工作流的辦公自動(dòng)化

在本系統(tǒng)中工作流是針對(duì)日常海域使用管理工作中具有固定程序的常規(guī)活動(dòng)而提出的一個(gè)概念，通過(guò)將海域使用申請(qǐng)、審批、確權(quán)、發(fā)證、年審、繳費(fèi)等業(yè)務(wù)活動(dòng)分解成定義良好的任務(wù)、角色，按照一定的規(guī)則和過(guò)程來(lái)完全或部分自動(dòng)執(zhí)行這些任務(wù)并對(duì)它們進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)海域管理的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、辦公自動(dòng)化，以提高海域管理的工作效率。

系統(tǒng)在GIS組件技術(shù)開發(fā)的基礎(chǔ)上，以面向?qū)ο蠹夹g(shù)為核心，利用工作流技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了海域管理的辦公自動(dòng)化。系統(tǒng)設(shè)計(jì)針對(duì)海域管理流程，分析了審批流程之間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，結(jié)合屬性數(shù)據(jù)信息，提供了一整套海域管理流程的自動(dòng)控制，提高了海域管理流程的自動(dòng)化程度和直觀性。分布式的系統(tǒng)構(gòu)架使得海域使用的監(jiān)測(cè)和審批能遠(yuǎn)程的進(jìn)行，方便辦公。屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的雙向查詢使得管理人員能迅速獲取相應(yīng)海域的有用信息。與海域使用有關(guān)的使用證書和相關(guān)法律法規(guī)也能按照一定的流程進(jìn)行管理查詢.傳統(tǒng)需要耗費(fèi)大量人力的繁瑣工作現(xiàn)在都能交由計(jì)算機(jī)處理。

6.結(jié)束語(yǔ)

深圳市海域管理信息系統(tǒng)將3S技術(shù)以及數(shù)據(jù)、通信、信息、WEB技術(shù)綜合運(yùn)用于海域管理體系，通過(guò)對(duì)COMGIS組件、空間索引、空間數(shù)據(jù)引擎、工作流技術(shù)的應(yīng)用，統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效地管理海域信息，實(shí)現(xiàn)了海域管理辦公業(yè)務(wù)的自動(dòng)化、管理流程的規(guī)范化、管理信息的共享和社會(huì)化。系統(tǒng)的使用為海洋管理部門制定決策提供了有力的支持，實(shí)現(xiàn)了海域資源的優(yōu)化配置，促進(jìn)了海域資源可持續(xù)利用和海洋經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。

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