基于WebGIS的南海區(qū)海底電纜管道信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

周海英 王蕾 馬華棟 劉勝文 邵先成

摘要：為促進(jìn)我國海底電纜管道工程建設(shè)的高質(zhì)量發(fā)展，文章基于相關(guān)業(yè)務(wù)需求和框架技術(shù)，設(shè)計(jì)與開發(fā)南海區(qū)海底電纜管道信息管理系統(tǒng)。研究結(jié)果表明：南海區(qū)海底電纜管道信息管理系統(tǒng)主要包括項(xiàng)目審批、項(xiàng)目監(jiān)管、數(shù)據(jù)管理、綜合展示、統(tǒng)計(jì)分析和后臺管理6個模塊，實(shí)現(xiàn)海底電纜管道審批流程標(biāo)準(zhǔn)化、審批過程信息化、線上和線下監(jiān)管一體化、空間數(shù)據(jù)可視化以及綜合統(tǒng)計(jì)分析圖表化等功能，可為海底電纜管道審批全過程管理和建設(shè)全過程監(jiān)管提供全面的技術(shù)支撐和輔助決策支持。

關(guān)鍵詞：海底電纜管道;審批流程;全過程監(jiān)管;數(shù)據(jù)庫;可視化

中圖分類號：P756.1;P756.2;G203文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1005-9857（2022）06-0098-05

Design and Development of Submarine Cable and Pipeline Information Management System in South China Sea Based on WebGIS

ZHOU Haiying1，2，WANG Lei1，2，MA Huadong1.2，LIU Shengwen1，2，SHAO Xiancheng1，2

（1.South China Sea Information Center，SOA，Guangzhou 510310，China;

2.Key Laboratory of Marine Environmental Detection Technology and Application，MNR，Guangzhou 510310，China）

Abstract：In order to promote the high-quality development of submarine cable and pipeline engineering construction in China，this paper designed and developed the submarine cable and pipeline information management system in the South China Sea based on relevant business requirements and framework technology. The results showed that the South China Sea submarine cable and pipeline information management system mainly included 6 modules：project approval，project supervision，data management，comprehensive display，statistical analysis and background management. It realized the functions of standardization of submarine cable and pipeline approval process，informatization of approval process，integration of online and offline supervision，visualization of spatial data and chartization of comprehensive statistical analysis. It could provide comprehensive technical support and auxiliary decision support for the whole process management of submarine cable and pipeline approval and the whole process supervision of construction.

Keywords：Submarine cable and pipeline，Approval process，Whole process supervision，Database，Visualization

0引言

海底電纜管道是解決海上水電和油氣等資源長距離輸送的重要海底基礎(chǔ)設(shè)施[1]。我國海上風(fēng)能和石油化學(xué)能等資源豐富，國家“十三五”和“十四五”規(guī)劃都明確提出大力進(jìn)行海上風(fēng)電和海上油氣等資源的開發(fā)，海底電纜管道為海上資源的高效開發(fā)利用提供重要支撐和保障[2]。隨著海上風(fēng)電和海上油氣等國家重點(diǎn)開發(fā)項(xiàng)目的推進(jìn)，海底電纜管道從數(shù)量和長度上都取得顯著成果[3]，各類海底電纜管道密集布置并相互影響，亟須設(shè)計(jì)和開發(fā)海底電纜管道信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對海底電纜管道數(shù)據(jù)集成和鋪設(shè)審批的全過程監(jiān)管，為相關(guān)決策提供技術(shù)支持。

目前關(guān)于海底電纜管道信息管理的研究不多。譚萌等[4]基于World Wind三維地理信息平臺，采用B/S軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)，開發(fā)查詢、統(tǒng)計(jì)和管理一體化的海底電纜管道業(yè)務(wù)管理綜合信息系統(tǒng);王佳潤[5]采用光纖傳感、OPC接口和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)設(shè)計(jì)海底電纜綜合監(jiān)測平臺，可及時(shí)監(jiān)測海底電纜的故障并定位故障點(diǎn);王新新等[6]采用面向服務(wù)的軟件架構(gòu)、模型驅(qū)動的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)以及MVC技術(shù)框架等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海上油氣平臺和海底電纜管道數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、共享化以及二、三維可視化等功能。已有文獻(xiàn)對海底電纜管道審批全過程管理和建設(shè)全過程監(jiān)管的研究不夠全面，存在對海底電纜管道鋪設(shè)流程不清晰以及對海底電纜管道“未批先建”情況監(jiān)管不到位等問題。

本研究根據(jù)南海區(qū)海底電纜管道業(yè)務(wù)工作實(shí)際，設(shè)計(jì)和開發(fā)基于WebGIS的南海區(qū)海底電纜管道信息管理系統(tǒng)，借助信息化手段梳理海底電纜管道審批流程，開展線上和線下一體化監(jiān)管，為主管部門決策提供技術(shù)支持，統(tǒng)籌推進(jìn)南海區(qū)海底電纜管道審批管理和建設(shè)監(jiān)管工作。

1系統(tǒng)建設(shè)思路

1.1建設(shè)需求

海底電纜管道審批流程主要包括選劃、勘察、鋪設(shè)、備案和變更。南海區(qū)海底電纜管道信息管理系統(tǒng)以海洋基礎(chǔ)地理信息、海洋功能區(qū)劃和海底電纜管道審批等相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以具備易用性、實(shí)用性和安全性為原則，以海底電纜管道審批為主線，按照海底電纜管道審批全過程管理和建設(shè)全過程監(jiān)管2個業(yè)務(wù)方向進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)（圖1）。

其中，海底電纜管道審批全過程管理針對海底電纜管道審批中的選劃、勘察、鋪設(shè)、備案和變更等各階段制定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)規(guī)范和制度規(guī)范，并對相關(guān)數(shù)據(jù)的錄入、存儲和審核等進(jìn)行全過程流轉(zhuǎn)管理;海底電纜管道建設(shè)全過程監(jiān)管針對海底電纜管道建設(shè)全過程尤其是勘察、施工和運(yùn)營階段進(jìn)行持續(xù)性監(jiān)管，采用AIS在線監(jiān)管和現(xiàn)場查驗(yàn)監(jiān)管相結(jié)合的線上和線下一體化的監(jiān)管方式，對于違規(guī)建設(shè)的企業(yè)進(jìn)行整改督查并持續(xù)追蹤。

1.2建設(shè)內(nèi)容

系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)建庫和平臺開發(fā)。

（1）數(shù)據(jù)建庫。設(shè)計(jì)海底電纜管道的路由勘察、鋪設(shè)施工、維修改造和廢棄、綜合管理、數(shù)據(jù)監(jiān)管和后臺管理等的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu);整理現(xiàn)有海底電纜管道的原始數(shù)據(jù)、審批數(shù)據(jù)和監(jiān)管數(shù)據(jù)等，并進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)清洗和數(shù)據(jù)融合等處理，根據(jù)統(tǒng)一的建庫標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有海底電纜管道數(shù)據(jù)的統(tǒng)一入庫和綜合管理，并實(shí)現(xiàn)后續(xù)海底電纜管道相關(guān)數(shù)據(jù)的有序入庫。

（2）平臺開發(fā)?；谟?jì)算機(jī)和WebGIS等技術(shù)，設(shè)計(jì)集數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)審批、數(shù)據(jù)展示和數(shù)據(jù)監(jiān)管等功能于一體的南海區(qū)海底電纜管道信息管理系統(tǒng)，開發(fā)項(xiàng)目審批、項(xiàng)目監(jiān)管、數(shù)據(jù)管理、綜合展示、統(tǒng)計(jì)分析和后臺管理等功能，為海底電纜管道主管部門的決策提供可視化支撐。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1總體架構(gòu)

南海區(qū)海底電纜管道信息管理系統(tǒng)以南海區(qū)海底電纜管道監(jiān)管職能為指引，設(shè)計(jì)與開發(fā)海底電纜管道審批全過程管理和建設(shè)全過程監(jiān)管平臺，為相關(guān)主管部門的決策提供信息化技術(shù)支撐（圖2）。

南海區(qū)海底電纜管道信息管理系統(tǒng)分為基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層。①基礎(chǔ)層統(tǒng)一管理、按需分配和集中調(diào)用系統(tǒng)的各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施資源，做到資源利用最大化：②數(shù)據(jù)層采用高效的數(shù)據(jù)訪問和存儲技術(shù)，集聚海域管理、項(xiàng)目審批、動態(tài)監(jiān)管和系統(tǒng)運(yùn)行等眾多資源，為整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互通和數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)支撐：③服務(wù)層通過GIS服務(wù)等為系統(tǒng)各項(xiàng)功能的應(yīng)用提供服務(wù)支撐：④應(yīng)用層通過項(xiàng)目審批管理、項(xiàng)目動態(tài)監(jiān)管、數(shù)據(jù)綜合管理和地圖綜合展示等功能，為海底電纜管道審批全過程管理和建設(shè)全過程監(jiān)管提供應(yīng)用平臺。

2.2開發(fā)框架

南海區(qū)海底電纜管道信息管理系統(tǒng)采用前、后端分離的MVVM軟件架構(gòu)模式和B/S系統(tǒng)架構(gòu)。其中，后端開發(fā)采用Spring Boot框架，該框架在Spring框架的基礎(chǔ)上使用特定的方法進(jìn)行配置，簡化開發(fā)過程中的繁瑣配置[7-8];前端開發(fā)采用Vue.js框架，該框架能夠更好地處理頁面交互和渲染。

數(shù)據(jù)庫采用Oracle12c數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。二維地圖開發(fā)采用Open Layers平臺，該平臺是輕量級的開源WebGIS開發(fā)平臺，具有操作簡單、成本低廉和支持多種格式地圖等特點(diǎn)[9];三維地圖開發(fā)采用Cesium平臺，該平臺是基于WebGL的開源引擎，具有無插件、可跨平臺開發(fā)和支持多種格式地理空間數(shù)據(jù)等特點(diǎn)，在三維可視化領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛[10-12]。

2.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)是南海區(qū)海底電纜管道信息管理系統(tǒng)的核心。海底電纜管道審批和建設(shè)涉及數(shù)據(jù)種類繁多，須對不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗加工、分類組合和入庫處理。

模塊化建庫有助于數(shù)據(jù)的更新、檢索、管理和維護(hù)。根據(jù)數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特性，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫分為路由勘察庫、鋪設(shè)施工庫、維修改造和廢棄庫、綜合管理庫、數(shù)據(jù)監(jiān)管庫和后臺管理庫，各數(shù)據(jù)庫既相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)。①路由勘察庫主要包括路由勘察的基本申請信息、線路空間位置信息、批復(fù)材料信息和勘察成果信息，其中勘察成果信息通常包括地形地貌測量、淺地層剖面測量、底質(zhì)取樣、工程鉆探和水文氣象調(diào)查等：②鋪設(shè)施工庫主要包括鋪設(shè)施工的基本申請信息、線路空間位置信息、批復(fù)材料信息和完工備案信息，其中完工備案信息通常包括鋪設(shè)線路的真實(shí)坐標(biāo)圖表和所在區(qū)域水深等水文信息：③維修改造和廢棄庫主要包括維修改造和廢棄的基本申請信息、空間位置信息和完工備案信息：④綜合管理庫存儲已經(jīng)審批并鋪設(shè)完成的海底電纜管道數(shù)據(jù)，主要包括海底電纜管道的審批信息（基本申請信息、各階段批準(zhǔn)文號和相關(guān)附件等）、所有者信息、施工單位信息、施工船舶信息和空間位置信息：⑤數(shù)據(jù)監(jiān)管庫存儲內(nèi)、外業(yè)一體化監(jiān)管的相關(guān)數(shù)據(jù)，其中內(nèi)業(yè)監(jiān)管數(shù)據(jù)主要包括施工單位上交的施工材料信息和AIS船位軌跡信息，外業(yè)監(jiān)管數(shù)據(jù)主要包括登陸點(diǎn)監(jiān)管信息和登船監(jiān)管信息：⑥后臺管理庫是保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，主要包括用戶基本信息、權(quán)限管理信息和操作日志信息。

3系統(tǒng)功能

南海區(qū)海底電纜管道信息管理系統(tǒng)主要包括項(xiàng)目審批、項(xiàng)目監(jiān)管、數(shù)據(jù)管理、綜合展示、統(tǒng)計(jì)分析和后臺管理六大功能模塊。其中，項(xiàng)目審批模塊包括海底電纜管道選劃至變更的審批全過程;項(xiàng)目監(jiān)管模塊包括基于AIS和現(xiàn)場查驗(yàn)的線上和線下一體化監(jiān)管;數(shù)據(jù)管理模塊主要對海域管理數(shù)據(jù)、項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)和監(jiān)管數(shù)據(jù)等進(jìn)行管理;綜合展示模塊基于WebGIS等技術(shù)實(shí)現(xiàn)海底電纜管道相關(guān)數(shù)據(jù)的二、三維可視化展示;統(tǒng)計(jì)分析模塊主要對海底電纜管道相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，并以豐富的圖表進(jìn)行展示，便于主管部門實(shí)時(shí)掌握情況并做出科學(xué)決策;后臺管理模塊主要對系統(tǒng)用戶信息、用戶權(quán)限信息和操作日志信息等進(jìn)行管理，保障整個系統(tǒng)的安全和平穩(wěn)運(yùn)行。

3.1項(xiàng)目審批

項(xiàng)目審批主要包括選劃、勘察、鋪設(shè)、備案和變更5個階段。

（1）選劃。海底電纜管道審批前須對其所屬區(qū)域進(jìn)行選劃，確定該區(qū)域處于可用狀態(tài)且與其他項(xiàng)目不沖突。主管部門受理作業(yè)單位的項(xiàng)目選劃申請后，會同有關(guān)專家召開桌面報(bào)告審查會，經(jīng)審查通過并征詢相關(guān)單位意見取得協(xié)調(diào)一致后，出具同意項(xiàng)目選劃的批復(fù)。

（2）勘察。主管部門受理作業(yè)單位的路由勘察申請后，經(jīng)專家審查和會議審議通過，出具同意路由勘察的批復(fù)，并明確路由勘察的時(shí)間、范圍、船舶和主要內(nèi)容等信息。作業(yè)單位在路由勘察結(jié)束后須及時(shí)將地形地貌測量、淺地層剖面測量、底質(zhì)取樣、工程鉆探和水文氣象調(diào)查等成果數(shù)據(jù)上報(bào)至主管部門。南海區(qū)海底電纜管道信息管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)海量多源異構(gòu)勘察數(shù)據(jù)的存儲、管理和三維可視化。

（3）鋪設(shè)。主管部門接收作業(yè)單位提交的路由勘察報(bào)告以及相關(guān)海洋勘察的原始數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)后，經(jīng)綜合審查和會議審議通過，出具同意鋪設(shè)施工的批復(fù)，明確鋪設(shè)施工的時(shí)間、范圍和船舶等信息，并對鋪設(shè)施工過程中涉及的海岸線保護(hù)和海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)提出具體要求。

（4）備案。海底電纜管道鋪設(shè)施工完畢后，作業(yè)單位須將海底電纜管道的相關(guān)說明材料上報(bào)主管部門備案，如鋪設(shè)線路的真實(shí)坐標(biāo)圖表和所在區(qū)域水深等信息。

（5）變更。對海底電纜管道實(shí)施維修改造和廢棄等狀態(tài)變更作業(yè)，須根據(jù)不同類型分別處理。①維修改造：主管部門受理作業(yè)單位的維修改造申請并進(jìn)行審查。若改動較小，則直接變更注冊備案信息;若改動較大，則須重新進(jìn)行路由勘察審議。②廢棄：主管部門受理作業(yè)單位的廢棄申請并審查通過后，作業(yè)單位實(shí)施廢棄操作并提交報(bào)告。

3.2項(xiàng)目監(jiān)管

海底電纜管道建設(shè)監(jiān)管貫穿于海底電纜管道申請、審批、施工、完工和運(yùn)營的全過程。南海區(qū)海底電纜管道信息管理系統(tǒng)基于AIS和現(xiàn)場查驗(yàn)實(shí)現(xiàn)線上和線下一體化監(jiān)管。

（1）AIS在線監(jiān)管。在勘察申請和鋪設(shè)申請階段，作業(yè)單位須提交一系列相關(guān)信息。主管部門在接收相關(guān)信息后即開展AIS在線監(jiān)管，通過路由和船舶空間位置的疊加情況，對疑似“未批先建”的違規(guī)行為進(jìn)行分類定級。①高度疑似：當(dāng)勘察和鋪設(shè)船舶在路由區(qū)域駐留超過7 d時(shí)，須立即開展現(xiàn)場查驗(yàn)監(jiān)管輔助判斷：②疑似：當(dāng)勘察和鋪設(shè)船舶在路由區(qū)域駐留超過1 d但未達(dá)7 d時(shí)，須密切關(guān)注勘察和鋪設(shè)船舶，并與作業(yè)單位溝通：③輕度疑似：當(dāng)勘察和鋪設(shè)船舶在路由區(qū)域駐留1 d以內(nèi)或短暫通過時(shí)，須密切關(guān)注勘察和鋪設(shè)船舶。

（2）現(xiàn)場查驗(yàn)監(jiān)管?，F(xiàn)場查驗(yàn)監(jiān)管包括登陸點(diǎn)監(jiān)管和登船監(jiān)管2個類型：①登陸點(diǎn)監(jiān)管通常采取現(xiàn)場踏勘、測量定位、拍攝取證和調(diào)查問詢等方式，主要核實(shí)登陸點(diǎn)位置是否偏移、是否“未批先建”以及是否破壞自然岸線和海洋生態(tài)環(huán)境等情況，并做好文字、照片和視頻等形式的記錄：②登船監(jiān)管須登船定位和查驗(yàn)作業(yè)范圍是否與批復(fù)相一致，查驗(yàn)船舶的作業(yè)方式和作業(yè)內(nèi)容是否與批復(fù)相一致，并對實(shí)際作業(yè)情況進(jìn)行拍攝取證，重點(diǎn)監(jiān)管船舶是否開展批復(fù)內(nèi)容以外的作業(yè)活動。

3.3數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理模塊支持對海域管理數(shù)據(jù)、項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)和監(jiān)管數(shù)據(jù)進(jìn)行集中和統(tǒng)一的瀏覽、查詢、統(tǒng)計(jì)、展示和管理。其中，海域管理數(shù)據(jù)主要包括海洋功能區(qū)劃和生態(tài)紅線;項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)主要包括實(shí)際用海坐標(biāo)、保護(hù)措施、維修和事故記錄以及相應(yīng)審批情況;監(jiān)管數(shù)據(jù)主要包括貫穿于海底電纜管道建設(shè)全過程的各項(xiàng)監(jiān)管文件，如受理文書、專家審查意見、會議審議結(jié)論、批復(fù)、檢查通知書、行政處罰決定書和整改意見書。

3.4綜合展示

南海區(qū)海底電纜管道信息管理系統(tǒng)基于Open Layers二維平臺，將海底電纜管道審批各階段的空間位置和屬性信息進(jìn)行定制化分層并在地圖上疊加，為主管部門提供可視化數(shù)據(jù)支撐。其中，海底電纜管道路由勘察成果主要包括側(cè)掃數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)、淺剖數(shù)據(jù)、底質(zhì)數(shù)據(jù)和水深數(shù)據(jù)，為更直觀地展示海底電纜管道路由勘察數(shù)據(jù)，南海區(qū)海底電纜管道信息管理系統(tǒng)基于Cesium三維平臺將路由勘察數(shù)據(jù)加載到系統(tǒng)中并實(shí)現(xiàn)三維可視化（圖3）。

3.5統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)分析模塊支持對海底電纜管道相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，在不同統(tǒng)計(jì)指標(biāo)下對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以豐富的圖表進(jìn)行展示，包括海底電纜管道審批各階段的申請數(shù)量、審批數(shù)量和批復(fù)數(shù)量，受理情況、審查和審議情況和批復(fù)情況，以及審批時(shí)長和審批通過率等。

此外，該模塊支持柱狀圖、條形圖、折線圖和餅圖等形式的圖表聯(lián)動和動態(tài)切換以及控件聯(lián)動、信息詳情浮動和可視化分析等操作，并提供圖表打印和導(dǎo)出功能，為主管部門的科學(xué)決策提供精準(zhǔn)和清晰的數(shù)據(jù)支撐。

3.6后臺管理

后臺管理模塊包括系統(tǒng)用戶管理、用戶權(quán)限管理和操作日志管理，保障整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)保障各級用戶按照相應(yīng)權(quán)限有序參與海底電纜管道審批全過程管理和建設(shè)全過程監(jiān)管的各項(xiàng)工作。

4結(jié)語

本研究設(shè)計(jì)與開發(fā)的南海區(qū)海底電纜管道信息管理系統(tǒng)通過項(xiàng)目審批、項(xiàng)目監(jiān)管、數(shù)據(jù)管理、綜合展示、統(tǒng)計(jì)分析和后臺管理6個模塊，實(shí)現(xiàn)海底電纜管道審批流程標(biāo)準(zhǔn)化、審批過程信息化、線上和線下監(jiān)管一體化、空間數(shù)據(jù)可視化和綜合統(tǒng)計(jì)分析圖表化等功能，為海底電纜管道審批全過程管理和建設(shè)全過程監(jiān)管提供全面的技術(shù)支撐和輔助決策支持，有利于強(qiáng)化南海區(qū)海底電纜管道審批管理和建設(shè)監(jiān)管機(jī)制，有效提升用海信息歸集的覆蓋率和完備率。

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