基于GIS的海域管理信息系统建设

2014-12-12周运林

中国建筑科学 2014年11期

周运林

摘要：针对深圳市海域管理业务的需求，笔者提出了基于COMGIS技术、工作流技术、WEB技术以及数据库技术建立空间信息平台上的海域管理信息系统，并设计了系统的体系结构、数据库和功能模块，重点阐述了系统具有的可移植性、多尺度地图表达、多源异构数据集成、办公自动化的技术特点。

关键字：海域管理；COMGIS；工作流；多尺度；空间数据引擎；空间索引

Abstract： Shenzhen Sea management business needs， the author proposed the establishment of marine spatial information management information system based on the platform COMGIS technology， workflow technology， WEB technology and database technology， and design the system architecture， databases and modules ， focuses on the system with the portability， multi-scale map of expression， multi-source heterogeneous data integration， office automation technical characteristics.

Keyword： Spatial index； waters management； COMGIS； workflow； multi-scale； spatial data engine：

1.引言

随着海洋开发利用强度的日益扩大，海域管理工作日渐复杂，及时掌握海域管理基础动态信息的要求越来越迫切，提供及时、高效的海洋经济、资源环境评价和管理决策支持是迫切之需[1]。

深圳拥有1145平方公里的海域，257公里的海岸线，为了科学划定海洋的各类功能区，系统掌握海域的使用情况，为保护海洋环境、制定合理利用海洋资源的决策提供有效的辅助工具，实现海域管理决策的科学化和规范化，深圳市以GIS技术为基础，针对深圳市农林渔业局管理海域资源与利用信息的需求，设计开发深圳市海域管理信息系统。

2.系统的总体设计

2.1系统建设目标

深圳市海域管理信息系统旨在以GIS技术、WEB技术、数据库技术、工作流技术为基础，建立一个集海洋功能区划空间数据、海岸线矢量地形数据、海洋遥感影像数据、海域管理专题数据和海岸带数字高程模型数据于一体的管理信息系统，通过开发一系列的图形浏览、查询、统计、分析以及网络发布、三维场景浏览等功能，搭建海域管理业务办公平台，实现：

（1）实时、准确获取海域使用信息并保持数据的现势性，为管理决策提供依据；

（2）实现对海洋功能区划和海岸线历年变化情况的监测、对比、分析；

（3）实现对海域使用信息、海洋功能区划和岸线信息的多方式专题管理；

（4）实现海域管理办公业务的流程化、自动化；

（5）实现面向社会公众的网络电子海图发布及远程办文；

（6）为实时管理海洋功能区划专题信息和岸线空间信息提供先进、直观、科学的工具和参考，为海域管理决策的制定提供支持。

2.2系统体系结构

系统利用.NET技术构建B/S和C/S混合结构，以海域使用的业务流程为主线，使用GeoDatabase管理海域空间数据，实现了集业务功能和GIS功能于一体的海域管理应用。对于图形编辑、空间分析、数据更新、专题图编制、三维场景模拟等GIS功能较复杂的应用，系统使用C/S结构；对于面向海域管理职能部门的统计、分析、上报等应用，系统采用ASP、DHTML与ActiveX Document技术开发B/S结构的前台应用；对于面向社会公众的电子海图发布、浏览、查询等应用，系统采用Web GIS技术。

系统设置为四层：数据层、支撑层、技术层和应用层，数据层为系统提供基础数据支持；支撑层实现海域管理的业务逻辑，连接数据库；技术层贯穿整个系统结构，包括业务流技术、3S技术、数据库技术、海洋信息标准化技术、网络技术等；应用层面向不同需求的用户群，提供各种实用性功能，满足用户的办公和决策需求。

3.系统数据库设计

系统数据库包括空间数据库、业务数据库和元数据库。

空间数据库主要包括海岸带基础地理数据、海洋功能区划图、海域使用现状图、海域管理工作图、正射影像图、数字高程模型等数据。主要处理手段是将系统需要管理的各类地图数据进行编辑，并构建拓扑关系，依据己经制定的空间数据模型，构筑空间数据库框架。数据的分类与编码参照国家海洋局制定的“海域管理信息系统建设技术规程”[2]的信息分类和编码标准。

业务数据库包括海域使用涉及各类文本、图形、表格信息等。系统通过数据库管理方式，建立项目电子文件档案，并实现信息存贮、查询、检索和输出等功能。业务数据库主要包括：

（1）海籍调查表；

（2）海域使用申请表：

（3）海域使用审批呈报表：

（4）海域使用权批准通知书；

（5）海域使用权登记表；

（6）海域使用论证报告表；

（7）系统管理数据；

（8）反映主要海洋资源、海洋环境、社会经济状况和海域使用的照片、声音、录像等多媒体信息及法律法规等文档资料；

元数据是用于描述和管理数据的数据，按照国家海洋局制定的“海域管理信息系统建设技术规程”进行设计。

4.功能模块设计

系统设计五个功能模块：海域管理模块、海域使用网络发布模块、空间数据管理模块、三维查询浏览模块、系统维护模块。

4.1海域管理模块

海域管理模块将工作流技术与GIS技术结合起来，以海域管理业务为主线，实现了图文一体的海域管理办公自动化。海域管理模块主要包括以下子模块：海域使用审批子模块、海域使用分析统计子模块、海域使用证书及批文管理与打印子模块、海域的专题地图制作子模块、决策支持子模块、多媒体管理子模块。其中审批子模块依据海域使用申请、受理、审批、登记、发证的业务流程设计，是海域管理的业务核心，对业务的每个步骤按照逻辑和流程进行了实现，同时，申请和受理功能还能被网络发布模块调用，实现基于互联网的远程业务申办。

4.2海域使用网络发布模块

海域使用网络发布模块旨在提高办公效率，实现信息共享和政务公开。建立海洋局Internet Web站点，向社会发布海域使用情况、办事指南和政策法规等信息并动态更新，发布以海域、海岸线、岛屿为主要内容的电子地图并提供浏览、查询、标注等功能，为社会公众了解海域管理的政策法规，海域使用情况及发展方向，海洋资源现状及潜力提供窗口。

4.3空间数据管理模块

空间数据管理是系统的基础，包括数据入库、图形操作、数据查询分析、数据分发四个子模块。

数据入库包含编辑、格式转换、坐标转换、拓扑构建、图幅接边融合、属性挂接、一致性检查等功能，实现多源异构的原始数据经过检查处理然后进入ArcSDE数据库的全过程。

图形操作功能渗透在系统的方方面面，主要包括：图层管理、地图导航、地图裁切、地图编辑、符号管理、专题制图、影像管理、历史数据管理等功能。

数据查询分析实现图形定位、图形多方式查询、SQL查询、空间分析、统计输出、数据输出等功能。

数据分发实现以工程项目为单位，从数据库中提取与此项目相关的所有数据，并按照规定的格式将数据输出、打包的功能。此功能可以被网络发布模块调用，实现权限范围内的数据下载。

4.4三维查询浏览模块

本模块提供海岸数字三维景观的显示、浏览、查询等功能。系统使用高分辨率卫星影像叠加数字高程模型生成海岸带及海岛三维景观。

4.5系统维护模块

本模块实现系统的维护和管理，保证系统正常运行，对系统各种参数进行设置和修改。主要包括以下功能：用户权限维护、流程管理维护、系统数据备份与恢复、系统参数设置。

5.主要技术特点：

5.1基于组件的可移植性、可扩展性系统

组件式GIS是将复杂的GIS功能按照对象、功能、应用等层次分解为可以互操作和自我管理的组件，并由一种特定的平台或语言开发，能够在其他的平台或语言中重复使用。基于Microsoft COM 技术构建的COMGIS组件集的开发模式更为底层，开发较复杂，功能更强大。

系统在分布式网络环境的支持下，以.NET和ArcEngine为开发平台，在Microsoft Visual studio.NET 2005集成的开发环境中，针对海域管理业务流程，利用C#语言采用三层模型和COM技术进行开发，采用C/S和B/S相结合的运行模式，构建海域使用管理、海域使用网络发布、空间数据管理、三维查询浏览、系统维护等多个模块于一体的完整解决方案。COMGIS具有的高效无缝的系统集成特点[3]使得本系统更灵活，模块内聚度更高，开发难度更低，可维护性和可重用性更高，从而保证了系统具有更高的开放性、集成性和效率。

5.2基于空间索引的多尺度地图表达

系统采用多尺度来表现海域管理区域内不同尺度的动态变化现象，采用二级网格索引机制动态生成多比例尺版本数据，确保了包括大数据量正射影像图在内的地图数据的无障碍动态浏览。

在多尺度地图显示中，先根据当前显示比例尺及显示区域确定位置、精度最适合的显示图幅，再决定当前显示比例尺下的可视目标[4]。在系统中，深圳市全局地形地貌要素的显示比例尺最小，海岸线基础地理数据、海洋功能区划图次之，海域使用现状图、海域管理工作图及其文字注记的显示比例尺最大，即：在图形视窗缩放到小比例尺时，显示全市地形地貌及海岸线情况，当视窗逐渐放大，显示海岸带地形地貌、海洋功能区划分布情况，当视窗进一步放大，显示海域使用项目分布及其使用情况细节。根据以上逻辑关系，在进行视窗缩放及漫游操作时，系统会动态判断是否进行某数据单元的加载、删除等操作。这种多尺度地图表达不仅考虑了用户视觉感受，使得地图页面更美化，而且极大的减少了视窗负载量，提高了地图的浏览速度。

5.3基于空间数据引擎的多源异构数据集成

海域管理数据源包括正射影像图、海域使用矢量数据、海域管理法律法规文书数据、海域使用记录表等空间数据和业务数据，这些数据的来源、格式、结构、坐标系、介质都不同。建库时需要先将这些多源异构的数据按照规范进行整理、转换、拓扑构建、属性挂接等操作，使之形成一套完整的、系统的、标准的图文一体化数据库。

系统使用Microsoft SQL Server2005管理空间数据和业务数据，通过空间数据引擎ArcSDE将空间数据和业务数据集成在统一的数据平台中，实现了海量空间数据存储与管理、事务处理、并发控制、记录锁定和数据仓库等功能，并利用扩展的SQL语言实现了空间数据和业务数据的同步更新、维护与查询，ArcSDE的版本管理功能保证了系统对历史数据的存储、变更与检索。同时系统提供多数据源的数据输入/导出、地图分层管理、空间统计分析、历史数据版本管理等功能，很好的将多源、异类数据融合在一个数据库中进行管理，极大的提高了系统的操作效率、方便了用户的使用。

5.4基于工作流的办公自动化

在本系统中工作流是针对日常海域使用管理工作中具有固定程序的常规活动而提出的一个概念，通过将海域使用申请、审批、确权、发证、年审、缴费等业务活动分解成定义良好的任务、角色，按照一定的规则和过程来完全或部分自动执行这些任务并对它们进行监控，实现海域管理的规范化、标准化、信息化、办公自动化，以提高海域管理的工作效率。

系统在GIS组件技术开发的基础上，以面向对象技术为核心，利用工作流技术和数据库技术实现了海域管理的办公自动化。系统设计针对海域管理流程，分析了审批流程之间的数据依赖关系，结合属性数据信息，提供了一整套海域管理流程的自动控制，提高了海域管理流程的自动化程度和直观性。分布式的系统构架使得海域使用的监测和审批能远程的进行，方便办公。属性数据和空间数据的双向查询使得管理人员能迅速获取相应海域的有用信息。与海域使用有关的使用证书和相关法律法规也能按照一定的流程进行管理查询.传统需要耗费大量人力的繁琐工作现在都能交由计算机处理。

6.结束语

深圳市海域管理信息系统将3S技术以及数据、通信、信息、WEB技术综合运用于海域管理体系，通过对COMGIS组件、空间索引、空间数据引擎、工作流技术的应用，统一、协调、实时、准确、高效地管理海域信息，实现了海域管理办公业务的自动化、管理流程的规范化、管理信息的共享和社会化。系统的使用为海洋管理部门制定决策提供了有力的支持，实现了海域资源的优化配置，促进了海域资源可持续利用和海洋经济的健康发展。

参考文献

[1] 阎善昌、林绍福、李琦.数字海南与宏观决策支持系统研究[J].中国图像图形学报，1999.4（A）增刊：145-150.

[2] 国家海洋局：海域管理信息系统建设技术规程.

[3] 宋关福、钟而顺.组件地理信息系统的研究与发展[J].中国图像图形学报，1998.4.313-317.