數字海洋地理空間交通治理框架建設方法研究

李春旭 董江 惠大濤 張明睿 周昱城

摘 要：海洋地理空間信息數據對于航運智能化發(fā)展至關重要，是推進智能航運的基礎和框架，它不但能實現各涉海部門的信息整合，而且能為未來航運發(fā)展提供更加高效的服務。本文以基礎數據為支撐、數據的共建共享為關鍵、政策法規(guī)標準為保障、應用服務為宗旨。通過開展數字海洋地理空間框架建設，構建海上交通治理框架，從而為保障交通秩序、處理應急事件和促進綠色環(huán)保提供基礎支撐。

關鍵詞：地理空間;智能航運;治理框架;交通秩序;應急事件

中圖分類號：U692? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）01-0048-03

20世紀末，“數字海洋”的概念伴隨著“數字地球”戰(zhàn)略的提出應運而生，它是通過衛(wèi)星、遙感飛機、海上探測船、海底傳感器等進行綜合性、實時性、持續(xù)性的數據采集，實時實地地獲取各類信息，然后，通過衛(wèi)星因特網等網絡進行數據、計算、知識等的交互，完成海洋環(huán)境的模擬、預測、預報，使海洋變得可視化、數據化，使大海轉變?yōu)槿祟愰_發(fā)和保護海洋最有效的虛擬視覺模型。

地理空間框架是基礎地理信息資源及其采集、加工、分發(fā)、服務所涉及的政策、法規(guī)標準、技術、設施、機制和人力資源的總稱，是以公共服務為導向的國家空間信息基礎設施，由基礎地理信息數據體系、目錄與交換體系、政策法規(guī)與標準體系、組織運行體系和公共服務體系等構成。海洋地理空間信息交換與共享對于航運智能化發(fā)展至關重要，是推進智能航運的基礎和框架，它不但能實現各涉海部門的信息整合，而且能為未來航運發(fā)展提供更加高效的服務。海上交通治理是圍繞海上貨物運輸所涉及的所有海事事務，包括航海、港口、安全監(jiān)管、助航保障、應急救助等等。數字海洋地理空間交通治理框架旨在通過開展數字海洋地理空間框架建設，從而為保障交通秩序、處理應急事件和促進綠色環(huán)保提供基礎支撐。

因此，本文研究構建數字海洋地理空間交通治理框架，構建符合發(fā)展需求的海上交通公共信息共享服務平臺，使涉及海上交通治理的眾多信息資源得到更有效和充分的利用，更好地為服務對象提供信息服務，保障航行安全。

1構建方法研究

空間信息共享和發(fā)布對于海上交通至關重要，空間信息共享不但實現了多個業(yè)務部門的信息整合，而且能為各部門提供分布式信息共享交換服務，是推進智能航運的基礎和框架，也是構建海洋空間數據架構（MSDI）的關鍵要素。如何利用網絡發(fā)布及數據庫應用等技術共享海上交通空間信息，更好地為實際應用服務，是目前急需研究解決的問題。數字海洋地理空間交通治理框架參照地理空間框架的結構概念，以解決21世紀海上交通治理新問題為目標，是海上交通地理信息數據及其采集、加工、交換、服務所涉及的政策、法規(guī)、標準、技術、設施、機制和人力資源的總稱，它由基礎數據體系、目錄與交換體系、應用服務體系、政策法規(guī)與標準體系和組織管理與運行保障體系構成。

1.1 基礎數據體系研究

基礎數據體系研究分為：海事測繪數據庫，航行要素數據庫，航行保障數據庫，海洋環(huán)境數據庫。

1.1.1海事測繪數據庫

海事測繪數據庫的建設主要以地理信息技術為方法支撐，收集整理基礎的地理信息數據資源，具體內容應該包括：電子海圖產品、行政區(qū)劃、港口城市等重要的基礎地理信息數據，遙感影像資料，陸地（STRM/ASTER）或海域（ETOPO）的DEM數據等。

海事測繪數據庫的數據資源內容體系如下圖2所示：

1.1.2航行要素數據庫

航行要素數據庫資源內容體系如下圖3所示，船舶在航行過程中緊密關聯的數據要素包括航道、港口、船舶、航行路線等內容。這些數據都可以用空間上的點、線、面等幾何方法來表達，通過建立GIS數據集來支持的對資源內容的存儲、顯示、分析挖掘等，港口、航道、船舶、航行路線都是數字海洋地理空間交通治理不可或缺的資源內容。

1.1.3航行保障數據庫

航行保障數據庫的資源內容體系如下圖4所示，包括航標數據、航行障礙物數據、航行警告數據、航行規(guī)制數據、應急保障設施數據等內容?？紤]到航標、航行通告等數據存在的快速變化、分布不均、標準不一等情況，要求必須收集整理沿線的航行保障數據信息，并制定更為詳細的數據更新方案，保證數據的時效性。

1.1.4海洋環(huán)境數據庫

海洋把全世界溝通聯系在一起，然而世界各地陌生的地理環(huán)境也可能為船舶航行安全帶來挑戰(zhàn)。因此，地理環(huán)境數據也被認為是數字航海交通治理框架中不可缺少的信息服務。實際上，傳統(tǒng)的海事地圖中也會選擇介紹航路沿線的自然與人文因素，這些內容通常包括海霧、海冰、氣溫、風浪、洋流、潮汐、時區(qū)、社會經濟、風土習俗等數據資料，不僅可為船舶航行提供參考，也可為科考、旅游等活動提供信息資料。

1.2 目錄與交換體系研究

1.2.1海洋地理空間大數據管理

傳統(tǒng)的空間數據存儲技術追求高度的數據一致性和容錯性，擴展性不足，面對非結構化和半結構化的數據時，存儲能力一般。普通的關系型數據庫無法進行有效的存儲和管理。海洋空間大數據的管理與整合，需要將分布式存儲與云計算平臺相結合，并聯合多種大數據存儲技術，實現對結構化、半結構化、非結構化的海量、多源、異構空間數據的存儲和管理。

1.2.2海洋地理數據處理

數據處理主要根據不同的業(yè)務需求利用海洋數據處理模型等方式對海洋數據進行分析處理。首先對數據進行預處理;然后對數據進行整合，整合過程中，要注意處理圖形數據的屬性信息與其唯一標示信息， 使其滿足與不同屬性庫的連接;建立海洋數據處理模型，包括海洋環(huán)境模型、海洋水文模型、海洋發(fā)展模型、海洋災害模型以及海洋行為模型;最后采用分類、神經網絡、優(yōu)化、分析社會網絡等方法進行數據分析。

1.2.3海洋地理信息服務接口設計

數據服務接口是為數據采集、處理、更新及應用服務的，需秉承精簡的設計理念，盡量降低對接系統(tǒng)的開發(fā)難度。參照其他行業(yè)的設計經驗，標準化的數據服務接口一般需提供HTTP接口和動態(tài)鏈接庫接口兩種對接方式。

1.2.4支撐可視化技術

基于ECharts的可視化數據處理方法通過Ajax技術能夠實現動態(tài)海洋數據的繪制，把難于理解的傳統(tǒng)數據在屏幕上直觀地顯示出來，并通過人機交互手段控制數據的提取和顯示，為分析、理解海洋數據提供技術支持。

1.2.5目錄和門戶

海上互聯平臺將是數據資源體系和應用服務體系的銜接點，主要通過目錄和門戶服務為訪問用戶提供數據資源獲取渠道，而目錄和門戶服務建設的效果直接影響著海上互聯平臺的用戶體驗，對數字海洋地理空間交通治理框架的建設效果存在直接影響。

1.3? 應用服務體系研究

航海保障應用服務系統(tǒng)直接面向用戶，數字海洋地理空間交通治理框架建設的理論方法與實踐研究將以用戶體驗為導向，重點研究航海保障應用服務系統(tǒng)的開發(fā)與實現。首先分析全球海洋地理空間數據服務的潛在用戶類別、規(guī)模以及需求內容，然后重點研究為各類潛在用戶提供航海保障、應急救援、信息交流共享等服務的功能內容、實現技術、可視化方法等，研究實現多層次、多粒度、跨媒體的應用服務方法，實現一站式的通航信息服務。

2總結

數字海洋地理空間交通治理框架建設理論方法與實踐研究，是構建全球海上交通地理空間信息系統(tǒng)的前期科學探索。本文在參考“數字地球”的概念、理論和方法基礎上，研究面向交通治理的地理空間信息為基礎的信息系統(tǒng)構建方法，研究巨量地理信息數據的獲取、處理、存儲、分享機制和方法，從而為海上交通治理提供支撐。

參考文獻：

[1]趙麗寧， 李一凡， 趙德鵬. 數字海洋空間數據庫的構建[J]. 大連海事大學學報， 2002， 28（1）：34-37.

[2]李長健. 交通強國戰(zhàn)略視野下交通治理問題探析[J]. 管理世界（2）.

[3]嚴新平， 柳晨光. 智能航運系統(tǒng)的發(fā)展現狀與趨勢[J]. 智能系統(tǒng)學報（6）.

[4]續(xù)合元， 李健， 曲振華， et al. 智慧城市內涵和應用服務體系研究[J]. 電信網技術， 2011（9）：14-18.

基金項目：國家重點研發(fā)計劃資助項目海上搜救關鍵技術研究與示范，項目編號：2017YFC1404700