海洋工程信息模型（OIM）的構(gòu)建和應(yīng)用探索

林竹明

摘要：智慧海洋建設(shè)是國家“十三五”海洋工作的重點(diǎn)工程，如何快速有效利用海洋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是智慧海洋建設(shè)關(guān)鍵。本文在既有建筑信息模型（BIM）無法滿足海洋信息化需求情況下，提出海洋信息模型平臺（OIM）的內(nèi)涵及其特性，實(shí)現(xiàn)海洋數(shù)據(jù)三維可視化、環(huán)境時(shí)空模擬化、開發(fā)建造模擬化、管理運(yùn)營精細(xì)化等目的。進(jìn)一步從數(shù)據(jù)收集層、交互處理層和信息應(yīng)用層構(gòu)建了OIM體系框架及其關(guān)鍵技術(shù)，并分析其在海島保護(hù)開發(fā)、海洋防災(zāi)減災(zāi)及海域開發(fā)管理等方面的應(yīng)用探索。

【關(guān)鍵詞】海洋信息模型 OIM 交互性 關(guān)鍵技術(shù)

1 海洋信息模型（OIM）的由來

建筑信息模型（BIM，BuildingInformation Modeling）是基于三維建筑模型的信息集成和管理技術(shù)，以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體和功能特性的數(shù)字化表達(dá)。BIM可應(yīng)用于工程項(xiàng)目規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)、改建等各方面，實(shí)現(xiàn)建筑全生命期內(nèi)各參與方在同一建筑信息模型基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)共享，支持各專業(yè)協(xié)同工作，支持對工程環(huán)境、能耗、經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量、安全等方面的分析、檢查和模擬，為項(xiàng)目全過程的方案優(yōu)化和科學(xué)決策提供依據(jù)。具體表現(xiàn)在：

（1）海洋經(jīng)濟(jì)價(jià)值主要由漁產(chǎn)、觀光、航運(yùn)和珊瑚及紅樹林提供的海岸保護(hù)作用組成，這些海洋資產(chǎn)的時(shí)空演變特性顯著，由此引發(fā)的海洋資產(chǎn)數(shù)據(jù)具有強(qiáng)時(shí)空性，每一次數(shù)據(jù)觀測都對應(yīng)具體的時(shí)間與空間位置信息，海洋數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值一定是在具體的時(shí)間與空間位置下才具有，這要求海洋三維建模時(shí)更注重海洋資產(chǎn)的動態(tài)管理。目前BIM重視工程項(xiàng)目過程管理，但是數(shù)據(jù)積累卻不體現(xiàn)時(shí)空性，缺乏工程外部環(huán)境的動態(tài)管理。

（2）海洋水文、氣候環(huán)境呈現(xiàn)很強(qiáng)的整體性，如臺風(fēng)形成、洋流走向、海浪幅度、海嘯趨勢等等，更加關(guān)注海洋資源管理直接相關(guān)的海洋災(zāi)害形成過程、影響和預(yù)警，這要求海洋三維建模不僅關(guān)注主動信息（即BIM中使用的工程項(xiàng)目規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)、改建等主動收集的相關(guān)工程數(shù)據(jù)，關(guān)注工程項(xiàng)目本身的信息），更應(yīng)重視收集被動信息（工程項(xiàng)目外部的大范圍的水文、氣候、地質(zhì)、生物等環(huán)境數(shù)據(jù)）。

因此，基于上述海洋數(shù)據(jù)特性和信息化需求，在BIM基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)協(xié)調(diào)性和模擬性，新增整體性和時(shí)空性要求，提出海洋信息模型平臺（OIM）的概念。

2 海洋信息模型（OIM）的內(nèi)涵

海洋信息模型（OIM）的核心是三維信息模型技術(shù)，是指以海洋的各項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，通過三維模型整合各種海洋信息，同時(shí)關(guān)注時(shí)空性，通過數(shù)字信息仿真模擬海洋所具有的的真實(shí)信息。它是一種應(yīng)用于海洋管理的數(shù)據(jù)化工具，在海洋調(diào)查、保護(hù)、開發(fā)、管理的生命周期過程中進(jìn)行共享和傳遞，使各類用戶對各種海洋信息作出正確理解和高效應(yīng)對，為各參與方提供高效協(xié)同工作的基礎(chǔ)。

通過建設(shè)并應(yīng)用海洋信息模型平臺（OIM），可充分利用海洋數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)海洋數(shù)據(jù)三維可視化、環(huán)境時(shí)空模擬化、開發(fā)建造模擬化、管理運(yùn)營精細(xì)化，不僅提升海洋工程決策、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營的管理水平，而且在海洋技術(shù)、海洋預(yù)報(bào)、海洋經(jīng)濟(jì)等相關(guān)領(lǐng)域提供海洋信息服務(wù)和決策支持服務(wù)。

3 海洋信息模型（OIM）的體系構(gòu)架

根據(jù)海洋數(shù)據(jù)特點(diǎn)與信息服務(wù)需求，海洋信息模型平臺（OIM）的體系框架如圖1所示，可分為三個(gè)層級，分別為數(shù)據(jù)收集層、交互處理層、信息應(yīng)用層。

3.1 數(shù)據(jù)收集層

此為OIM的基礎(chǔ)支撐，即海洋相關(guān)豐富數(shù)據(jù)的收集與輸入，包括各類海洋數(shù)據(jù)采集平臺的數(shù)據(jù)的收集，如地理地形數(shù)據(jù)、水文氣候數(shù)據(jù)、動植物數(shù)據(jù)、化學(xué)數(shù)據(jù)、海洋開發(fā)項(xiàng)目信息數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)等；將數(shù)據(jù)通過各種網(wǎng)絡(luò)匯總、傳輸?shù)较乱幌到y(tǒng)，將不同數(shù)據(jù)采集平臺的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，打破信息孤島，及時(shí)、可靠地完成數(shù)據(jù)信息的傳輸和匯總。

3.2 交互處理層

此為核心部分，不僅通過大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來處理得到各種有效信息，通過信息模型技術(shù)，構(gòu)建海洋三維信息模型（水上及水下三維模型），輔以環(huán)境時(shí)空模擬化，對收集加載的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合協(xié)同優(yōu)化處理，使各項(xiàng)事務(wù)與事件可視化、交互化。

3.3 信息應(yīng)用層

作為信息展示部分，包含信息可視化系統(tǒng)和決策與發(fā)布系統(tǒng)兩大方面，不僅實(shí)現(xiàn)海洋要素、海洋過程、海洋資產(chǎn)、海洋預(yù)報(bào)、海洋保護(hù)開發(fā)的多維、動態(tài)、可視化表達(dá)，如基于海洋三維信息模型可視化的氣候模擬與災(zāi)害預(yù)警、海洋開發(fā)項(xiàng)目全生命周期管理、環(huán)境保護(hù)與生態(tài)修復(fù)、海洋信息展示、虛擬現(xiàn)實(shí)展示等等；而且能夠通過網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)APP等靈活、機(jī)動的客戶端方式，為海洋領(lǐng)域相關(guān)單位和個(gè)人提供快速實(shí)時(shí)的決策支持服務(wù)。

4 海洋信息模型（OIM）在海洋管理中的應(yīng)用探索

在國家大力推動智慧海洋建設(shè)的背景下，海洋信息模型由于其具備的可視性、融合性、交互性等特征，在海洋綜合管理中的應(yīng)用前景廣泛，可有效解決目前普遍存在的數(shù)據(jù)孤島、數(shù)據(jù)應(yīng)用片面化等問題，有效提升海洋信息化服務(wù)水平，在海洋綜合管理中將發(fā)揮有力的作用。

4.1 在海域管理中的應(yīng)用

引入海洋信息模型可有效集成海域動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測獲取的各項(xiàng)資料，構(gòu)建可視化的國家、省、市、縣四級管理平臺，實(shí)現(xiàn)海域動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測“一張圖”，將傳統(tǒng)圖文結(jié)合式的平面管理提升為精準(zhǔn)化、立體化管理，有效提升海域管理技術(shù)能力和服務(wù)水平。

4.2 在海島保護(hù)開發(fā)中的應(yīng)用

海島保護(hù)主要是海島信息的管理，目前我國海島的數(shù)據(jù)資料大都是在前期海島普查的基礎(chǔ)上構(gòu)建的，雖然經(jīng)過了細(xì)致的整理，但還是存在著缺漏、實(shí)時(shí)變化更新及與實(shí)際不符等問題，引入海洋信息模型，結(jié)合最新的無人機(jī)航拍遙測獲取的數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建真實(shí)化、三維的海島信息管理平臺，可有效的提高海島保護(hù)管理水平，為海島的進(jìn)一步保護(hù)開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

目前海洋信息化利用尚處于文字、圖片、視頻等平面的數(shù)據(jù)格式，無法與現(xiàn)實(shí)的三維世界進(jìn)行交互。為解決這種困境，本文提出海洋信息模型平臺（OIM）構(gòu)建的內(nèi)涵與體系架構(gòu)，即利用三維模型作為海洋信息的數(shù)據(jù)載體，通過三維模型整合各種海洋信息，同時(shí)關(guān)注時(shí)空性，在海洋調(diào)查、保護(hù)、開發(fā)、管理的生命周期過程中進(jìn)行共享和傳遞；同時(shí)從IFC數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)接口技術(shù)、云平臺構(gòu)建技術(shù)、三維圖形平臺技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等系統(tǒng)闡述OIM關(guān)鍵技術(shù)，具備可行性與操作性。

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