基于GIS的海上舰船图像检索系统研究

张建辉，翟伟康

(国家海洋信息中心天津300171)

一、引 言

根据《联合国海洋法公约》，我国主张管辖的海域面积300万km2，约为我国陆地面积的三分之一，拥有18 000多千米的漫长海岸线和约6500多个管辖岛屿［1］。近些年来，我国的海洋权益正遭到日益严重的挑战，还存在着与所有海上周边国家之间复杂的海上划界问题和涉外海洋调查与科研项目的综合管理等问题［2］。

海洋权益问题事关国家的根本利益。中国海监作为我国海上维权执法的重要力量，承担着维护国家海洋权益，保障海上安全的神圣使命。自2006年起，经国务院批准，中国海监先建立了全海域定期维权巡航制度，实现了对发生在我国管辖海域各类侵权行为的有效监管。近年来，各省级海监机构也逐步参与到海洋维权巡航执法中，中国海监海上维权执法力量得到进一步增强。

但是，海上维权执法环境的恶劣，执法海域的广阔，以及执法装备信息化程度不高，非法侵权对象多样，且具有突发性、流动性和不确定性等，都对海监执法人员进行快速识别、有效应对和科学决策造成很大困难。因此，加强3S技术、计算机网络技术和移动通信技术在中国海监维权执法中的应用与研究，对加快提高一线维权执法人员对侵权目标的识别发现、动态跟踪和监视取证能力就显得十分重要。

二、设计目标和原则

系统建设的目标是：针对海洋维权执法一线工作实际需要，基于GIS技术、通信技术和数据库技术开发船载海洋维权执法系统，建设海洋础地理数据库、海洋维权专题数据库、海上舰船图片数据库和海洋维权执法应急预案库，实现对违法侵权对象的快速识别、跟踪监视和科学处置，以全面提升中国海监海上维权的执法水平和监管能力。

为了实现系统目标，系统建设运行需实行统一标准、统一建设和统一管理，并坚持以下原则。

1)总体规划，分步实施。项目建设规划应立足高起点，并结合需求着眼长远进行总体规划;实施过程应根据总体目标和阶段目标进行分步建设，有序推进。

2)技术先进，安全可靠。系统建设要充分利用最新信息技术开展集成与应用研究，保证系统建设技术先进;按照系统使用和管理要求，严格确保系统运行稳定、信息存储和传输安全。

3)需求引导，注重实用。以中国海监维权执法需求为引导，紧密结合实际业务，系统建设注重功能实用、界面友好、便于维护。

4)标准一致，易于扩充。系统建设要遵循统一标准和接口规范，进行开放式设计，既考虑系统的整体性、开放性，又考虑系统的可扩充性，便于系统升级。

三、系统总体结构

考虑到系统应用的特殊性，为保证整个平台运行安全、通信稳定和响应迅速，系统建设采用C/S模式［3］。系统总体结构分为4层，从下至上分别为数据层、服务层、功能层、应用层和用户层，如图1所示。

1)数据层是系统的核心资源，系统所有查询浏览、应急处置和运算分析都是在数据层上进行的。它由海洋基础地理信息库和海洋执法业务库构成。其中，海洋执法业务库包括舰船标准图像库、执法案例、执法预案库、视频信息库等，主要结合历年来海洋执法监察信息，对历史数据进行整合、标准化处理、数据质量检查和入库等工作，将历史数据集成到一起，作为执法系统的基本数据［4］。系统后台数据库采用SQL Server2005，并通过ArcSDE中间件实现所有空间数据和业务数据的存储和管理;多媒体信息以文件夹形势存储在服务器固定位置。

2)服务层主要向系统功层提供组件、接口或中间件服务，是系统功能层的基础，系统所有应用功能包括空间定位、空间分析、图像检索、实时监控和信息查询等功能，都是基于这一层实现的。服务层对数据层的访问通过两种方式实现，对海洋空间地理数据和业务数据的统一管理通过ArcSED中间件进行，对其相关多媒体数据或关联外部属性数据则通过唯一ID号实现关联操作;对外部属性数据直接通过.NetADO实现查询和管理。

3)功能层主要是根据用户的应用需求，基于服务层提供的相关接口、组件或服务设计实现系统相关功能，主要包括地图量算、空间定位、应急分析、实时监控、预案管理和法规信息管理等功能。

4)用户层包括系统最终使用的所有人员。

图1 系统网络结构

四、系统功能

本系统主要功能包括地图操作、空间定位、应急分析、图像检索和法规信息查询5部分。

1.地图操作

系统地图操作是系统的基本功能，包括地图放大、缩小、平移、全图;量算功能全部在地球椭球体上基于WGS-84坐标系进行，包括距离量算、面积量算和方位连算;地图标注功能有添加标注、移动标注和旋转标注;制图打印功能包括版图设计、图片输出和打印输出。

2.空间定位

空间定位是系统主要功能之一。系统利用GIS显示平台，通过手动输入、鼠标选取和GPS等多种方式实现突发事件在地图上快速定位和动态跟踪，实现了对整个事件发展全过程的有效监控，为实施应急处置和决策分析提供可视化的综合管理平台。

3.应急分析

应急分析是本系统的核心功能之一。系统可对突发海洋权益事件进行地图空间定位，自动计算当前位置与领海基线、领海线和海上边界线等目标信息之间距离和方位;然后根据突发事件的所处空间位置、事件性质和事件级别，在系统应急资源库中进行相关预案库自动匹配，如果有相应预案，则调出。同时根据需要，还可在地图上将事发位置一定范围内的重要通道、海上设施和海上警戒区等信息检索出来，进行关联分析，制作专题示意图，为相关用户提供可视化的分析结果。某海上突发事件位置距周边国家领海基线的距离和方位示意图，如图2所示。

图2 事件应急分析

4.图像检索

舰船图像检索是系统的主要功能之一。通过对周边海洋国家及世界主要海洋强国相关的舰船信息进行搜集和整理，并按照舰船所属国家、舰船级别进行分类和入库，实现了海里图像信息的快速检索和比对分析，为海洋执法有效识别违法对象、科学采取处置措施提供信息支持。图3所示为舰船图像检索功能。

图3 事件应急分析

5.法规信息查询

法规信息查询主要包括全国人大、国务院、涉海部委等机构公布海洋行政执法相关的法律法规、执法案例和相关大事记。通过该模块功能可以实现目标信息查询检索和和全文浏览。

五、结束语

基于GIS的海上舰船图像检索系统紧密结合了海洋执法工作的实际情况，实现了海洋基础地理空间信息、舰船图像信息以及执法业务管理信息的一体化存储和可视化管理，实现了对海上违法目标的动态跟踪和有效监控。实践证明该系统发挥出了GIS的优势，提高了海洋执法人员的工作效率和快速反应能力。

［1］吴强，赵胜汝.海洋权益维护执法对策分析［J］.海洋开发与管理，2004(4)：38-43.

［2］李四海，金继业.海洋权益维护信息系统的设计与实现［J］.海洋测绘，2006，26(3)：55-58.

［3］张建辉，夏春林，崔艳军，等.基于图片引擎技术的接处警GIS系统设计与实现［J］.测绘通报，2008(2)：59-61.

［4］沈丹宇.海岛执法信息系统建设刍议［J］.海洋开发与管理，2010，27(7)：17-19.