基于GIS的海島綜合信息管理系統(tǒng)研究

廣東省海洋發(fā)展規(guī)劃研究中心 申鍵，曹深西，楊志浩

一、研究背景

海島在經(jīng)濟(jì)和國(guó)防上占據(jù)著特殊的地位。從經(jīng)濟(jì)上講，海島可提供海洋生物資源、礦產(chǎn)資源、海鹽及?；荣Y源，是自然資源的寶庫(kù)[1]；目前已對(duì)海島開(kāi)展多次專項(xiàng)調(diào)查和常規(guī)調(diào)查，整理完成海島地名普查、海島統(tǒng)計(jì)、海島保護(hù)規(guī)劃、領(lǐng)?；c(diǎn)、無(wú)居民海島開(kāi)發(fā)利用情況和海島整治修復(fù)項(xiàng)目等數(shù)據(jù)，開(kāi)展海島保護(hù)管理信息化工作具備一定的數(shù)據(jù)積累。一方面，由于海島本身的地理環(huán)境限制，獲取海島及其周邊海域的自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等信息較為困難；另一方面，海島保護(hù)管理工作不斷提出新需求，但海島數(shù)據(jù)體系仍不完善，海島數(shù)據(jù)分散，信息產(chǎn)品單一，信息分析、融合和集成處理能力不足，都為海島保護(hù)管理信息化帶來(lái)阻礙。因此，提升海島基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)應(yīng)用和信息共享水平，整合海島現(xiàn)有信息資源并實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，提高海島信息化管理水平，成為廣東省海島保護(hù)管理和信息化建設(shè)的重的要課題。建立海島綜合管理信息系統(tǒng)是非常必要的[2]。海島的基礎(chǔ)資源調(diào)查為全面摸清海島生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀和提供了豐富的數(shù)據(jù)資料，構(gòu)建海島綜合信息管理系統(tǒng)，對(duì)于充分了解海島自然資源與生態(tài)環(huán)境的基本信息，準(zhǔn)確掌握海島資源開(kāi)發(fā)與生態(tài)保護(hù)的現(xiàn)狀[3]。

傳統(tǒng)的海島信息管理方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前海島資源開(kāi)發(fā)與生態(tài)保護(hù)管理的需求，存在信息查找效率低、難度大等明顯缺點(diǎn)，利用GIS也是海島現(xiàn)代化信息管理的一種手段，是時(shí)代發(fā)展的必然要求[4]。海島綜合信息管理系統(tǒng)可以把海量的數(shù)據(jù)以圖形圖表的形式直觀地顯示出來(lái)，同時(shí)提供靈活地查詢檢索方式，集成各種不同海島專題數(shù)據(jù)，為有關(guān)部門提供決策服務(wù)。建立海島綜合管理信息系統(tǒng)最急需解決的問(wèn)題就是海量生態(tài)資源環(huán)境大數(shù)據(jù)的集成管理問(wèn)題。完備的海島綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)是建設(shè)海島綜合信息的管理系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

海島綜合信息查詢與管理系統(tǒng)應(yīng)用GIS技術(shù)、ArcSDE技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)技術(shù)。依據(jù)海島保護(hù)管理和信息化建設(shè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以加強(qiáng)海島保護(hù)管理、促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及推進(jìn)海洋資源的合理開(kāi)發(fā)利用為基本著力點(diǎn)，整合海島歷史詳情調(diào)查、基礎(chǔ)地理信息和社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)劃等數(shù)據(jù)，構(gòu)建統(tǒng)一的海島保護(hù)管理信息平臺(tái)，為海島保護(hù)管理和海島開(kāi)發(fā)利用提供技術(shù)支撐和保障，進(jìn)一步提升海島保護(hù)管理的現(xiàn)代化信息水平和綜合能力。

本系統(tǒng)針對(duì)用戶的需求和海島信息管理的特點(diǎn)，采用二維與三維結(jié)合的方式，以便更好的展現(xiàn)海島信息，獲得更好的交互性。在開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)上采了B/S與C/S兩種架構(gòu)，在B/S架構(gòu)下，海島空間信息將以地圖服務(wù)的方式發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)，用戶可方便的對(duì)所感興趣的海島信息進(jìn)行查詢；在C/S架構(gòu)下，通過(guò)挖掘現(xiàn)有海島信息數(shù)的據(jù)的應(yīng)用潛力，全面摸清海島數(shù)據(jù)詳情、基本特征、管理現(xiàn)狀以及存在的典型和突出問(wèn)題，利用信息化手段提高海島保護(hù)管理質(zhì)量，保障海島生態(tài)安全，促進(jìn)海島可持續(xù)發(fā)展：

（1）系統(tǒng)提供的信息查詢要以用戶的需求為出發(fā)點(diǎn)，包含所有用戶感興趣的海島信息；

（2）建立海島空間數(shù)據(jù)庫(kù)；

（3）查詢方式要符合用戶的習(xí)慣，做到靈活，方便，有良好的人機(jī)交互模式；

（4）能夠?qū)u數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的綜合管理，包括數(shù)據(jù)的增加、修改和刪除，保證數(shù)據(jù)的正確性和可靠性；

（5）為保證數(shù)據(jù)的安全性，對(duì)用戶進(jìn)行授權(quán)管理；

（6）界面風(fēng)格簡(jiǎn)潔、美觀大方，符合用戶的操作習(xí)慣。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)建設(shè)的既定目標(biāo)，使海島綜合信息管理系統(tǒng)能夠更好地發(fā)揮大數(shù)據(jù)管理的作用，遵循以下六個(gè)原則。

（1）簡(jiǎn)單性：實(shí)現(xiàn)海島資源的可視化和標(biāo)準(zhǔn)化管控，簡(jiǎn)化操作，該功能模塊包括基本的GIS功能，如地圖的基本操作，主要為二三維地圖數(shù)據(jù)的縮放、平移和全圖顯示等；基本的地圖操作輔助功能，主要是二三維場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)、鷹眼視圖、距離和面積量測(cè)等。為海島保護(hù)管理、開(kāi)發(fā)利用和整治修復(fù)等工作提供決策支撐。

（2）實(shí)用性：系統(tǒng)的最終目的是為更好地對(duì)海島的綜合信息進(jìn)行查詢和管理，加強(qiáng)用戶對(duì)海島信息的有效利用。平臺(tái)的服務(wù)對(duì)象主要包括海島管理部門、其他涉海部門、科學(xué)研究機(jī)構(gòu)和社會(huì)公眾，為各類用戶提供海島信息服務(wù)。

（3）先進(jìn)性：根據(jù)海島保護(hù)管理的實(shí)際業(yè)務(wù)需求，采用B/S架構(gòu)模式，依托現(xiàn)代信息技術(shù)手段，以數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史和現(xiàn)勢(shì)自然資源環(huán)境信息、專題調(diào)查數(shù)據(jù)以及行政管理資料等多源異構(gòu)海島信息為基礎(chǔ)，建立集海島屬性數(shù)據(jù)、空間和時(shí)間數(shù)據(jù)以及多比例數(shù)據(jù)于一體的區(qū)域性海島保護(hù)管理信息平臺(tái)。

（4）可擴(kuò)展性：充分考慮將來(lái)用戶不斷提出的新要求。采用模塊化程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊相互獨(dú)立，以后增加模塊時(shí)對(duì)整體功能幾乎沒(méi)什么影響，以便于系統(tǒng)更新。

（5）高效性：由于空間數(shù)據(jù)量龐大，B/S系統(tǒng)用戶訪問(wèn)量較大，所以網(wǎng)絡(luò)版系統(tǒng)的程序構(gòu)建要盡可能合理，使程序盡可能的小巧，保證網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，代碼的效率要盡可能的高，減少不必要的后臺(tái)交互，減輕后臺(tái)壓力。

（6）安全性：系統(tǒng)必須安全可靠，特別是用戶數(shù)據(jù)的安全，充分保護(hù)用戶的隱私。系統(tǒng)要設(shè)計(jì)不同的權(quán)限等級(jí)，每個(gè)用戶賦予適當(dāng)?shù)臋?quán)限。

四、結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)

平臺(tái)分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)管理層、服務(wù)支撐層和應(yīng)用層。（1）基礎(chǔ)設(shè)施層主要借助無(wú)人機(jī)、視頻監(jiān)控、浮標(biāo)和遙感等手段，獲取與海島保護(hù)管理相關(guān)的空間信息、屬性信息和多媒體信息等，搭建“空、地、?！焙u數(shù)據(jù)采集體系，為平臺(tái)運(yùn)行提供基礎(chǔ)軟、硬件環(huán)境；（2）數(shù)據(jù)管理層包括數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)，通過(guò)多平臺(tái)和多層次采集的海量多源異構(gòu)海島數(shù)據(jù)在此進(jìn)行歸集、清洗、優(yōu)化和融合等標(biāo)準(zhǔn)化處理，基于數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)和海島數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，建設(shè)海島保護(hù)管理綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)入庫(kù)數(shù)據(jù)的分類管理和有效管控，為應(yīng)用層的相關(guān)信息展示和服務(wù)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，空間數(shù)據(jù)應(yīng)用GoogleMaps的二維底圖數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)和用戶管理數(shù)據(jù)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)；（3）服務(wù)支撐層包括GIS應(yīng)用支撐、數(shù)據(jù)交換與共享以及平臺(tái)維護(hù)3個(gè)部分，主要提供GIS地圖管理、空間分析、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)共享、權(quán)限控制和安全認(rèn)證等服務(wù)，對(duì)平臺(tái)各類應(yīng)用進(jìn)行運(yùn)維管理和安全保障；（4）應(yīng)用層是基于數(shù)據(jù)管理層和服務(wù)支撐層而構(gòu)建的海島業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)，面向各類用戶提供信息服務(wù)、“一張圖”和海島管理等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)海島資源的信息查詢、疊加展示和綜合分析，為海島保護(hù)管理工作提供決策支的撐。

五、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)用戶的需求，本系統(tǒng)采用了桌面版開(kāi)發(fā)模式。根據(jù)三維GIS的特點(diǎn)以及用戶的實(shí)際需求，功能包括場(chǎng)景瀏覽、屬性查詢信息查詢、空間位置查詢。

（一）場(chǎng)景瀏覽

場(chǎng)景瀏覽提供海島的動(dòng)態(tài)漫游功能，可使用戶能夠全方位地瀏覽海島的地物地貌，可用鼠標(biāo)操作顯示以及模型加載等基本操作功能。“一張圖”可視化以大陸岸線和遙感影像等為基礎(chǔ)底圖，對(duì)海島及其周邊海域的空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和圖形對(duì)象等進(jìn)行多數(shù)據(jù)信息疊加展示，避免用戶在比對(duì)數(shù)據(jù)時(shí)因不斷切換數(shù)據(jù)圖層而帶來(lái)不便，大幅提升平臺(tái)信息查詢效率，增加使用友好度。同時(shí)，針對(duì)海量多源異構(gòu)的海島數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、清洗加工、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和可視化交互分析等技術(shù)，基于瀏覽器顯示實(shí)現(xiàn)海島時(shí)空數(shù)據(jù)查詢、圖形化關(guān)聯(lián)分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能，豐富可視化組件，促進(jìn)對(duì)海島保護(hù)管理的時(shí)空分布、規(guī)律變化和結(jié)構(gòu)布局的認(rèn)識(shí)與研究，為科學(xué)調(diào)控和精準(zhǔn)推進(jìn)海島保護(hù)管理以及深入貫徹落實(shí)海島治理修復(fù)方針提供整體支持?！耙粡垐D”可視化模塊包括高效地圖管理、綜合展示服務(wù)和匯總分析等功能。

（二）信息查詢

信息查詢實(shí)現(xiàn)的功能是用戶在地圖上點(diǎn)擊不同的區(qū)域，系統(tǒng)將提供此區(qū)域的詳細(xì)屬性信息，包括海島名稱、所屬市縣、行政級(jí)別、島嶼面積、岸線長(zhǎng)度、成因類型、社會(huì)屬性、大小分類等信息，信息服務(wù)門戶以海島保護(hù)管理信息服務(wù)為中心，對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行有序組織分類，提供包括海島旅游、海島養(yǎng)殖、海島交通運(yùn)輸、海島工程、海島權(quán)益和海島防災(zāi)減災(zāi)等多類海島信息綜合匯聚和子平臺(tái)切換的統(tǒng)一入口，在門戶首頁(yè)展示海島地圖、海島專題和海島統(tǒng)計(jì)等信息，并通過(guò)快速訪問(wèn)通道提高海島信息獲取的便捷性和時(shí)效性。信息服務(wù)門戶模塊包括應(yīng)用全景導(dǎo)航和多源信息集聚等功能。

（三）信息管理

本系統(tǒng)的另一主要功能是對(duì)海島信息的綜合管理。海島的空間數(shù)據(jù)庫(kù)建成之后不是一成不變的，由于空間數(shù)據(jù)比較龐大，在空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建庫(kù)過(guò)程中可能存在著人為失誤，并且隨著時(shí)間的推移，可能會(huì)有新的海島形成或者原有海島消失，海島原有的屬性也可能發(fā)生變化，所以要提供海島信息的增加、修改和刪除功能。

海島地名管理以滿足海島地名普查數(shù)據(jù)成果管理業(yè)務(wù)需求為核心，提供對(duì)海島地理實(shí)體及其名稱、位置、圖件和照片等信息的錄入編輯和邏輯判斷，支持對(duì)海島地名普查數(shù)據(jù)進(jìn)行空間和屬性查詢，以多樣化圖表展現(xiàn)并與地圖形成關(guān)聯(lián)，以跳轉(zhuǎn)和代理的形式完成海島地名管理成果的下載和保存。海島地名管理模塊包括信息錄入、成果管理和地圖關(guān)聯(lián)等功能。