海洋地质调查项目评估模型与可视化研究

王刚龙，王玉清

（1.国土资源部 海底矿产资源重点实验室 广州海洋地质调查局，广东 广州 510075）

海洋地质调查项目评估模型与可视化研究

王刚龙1，王玉清1

（1.国土资源部 海底矿产资源重点实验室 广州海洋地质调查局，广东 广州 510075）

在深入研究海洋地质调查项目静态结构模型和动态行为模型的基础上，设计了海洋地质调查项目评估模型，通过实时获取船位、测线和站位信息，对比施工计划，对项目进行评估与跟踪监管。通过实际应用，证明该模型能有效提高海洋地质调查项目监管水平，降低项目风险。

海洋地质调查项目评估；可视化；挣值分析

我国海洋地质调查项目的监管途径一直停留在海上电子班报上，仅将进度信息用文字描述的方式，以电子邮件、传真等形式传输和保存，无法准确获取项目信息，项目管理难度较大。且表现方式单一，信息化水平较低，在一定程度上影响了决策者对项目的监管。本文综合利用挣值分析、GIS技术，设计了海洋地质调查项目静态概念模型和动态评估模型，实现项目进度评估、跟踪，提高海洋地质调查项目监管水平，降低项目风险。

1 评估模型设计

1.1 数据库及静态结构模型

数据库结构采用UML静态结构模型表达（图1）。UML是用类构造模型来表达的，每个类由1组包含属性和实现行为的离散对象组成。属性用来定义数据内容，行为用来定义所进行的操作。属性中存在一个关联字段，用于类与子类之间的索引。顶级类包含项目所有结构的定义。多个类通过泛化处理可以具有一些共同的结构。子类在继承它们共同的父类结构和行为的基础上增加了新的结构和行为。这样便产生下一级子类，由此也对索引进行了扩展。对象与对象之间的关系被称为关联[1]。

图1 海洋地质调查数据库静态模型图

在深入研究海洋地质调查信息的基础上，采用面向对象的方法，以事件驱动和动态建模的思想为指导，构建海洋地质调查项目信息静态结构模型。调查项目信息静态结构模型主要由调查工区、调查测线、海上地质取样点等类构成[2]。海上地质调查项目评估模型主要包含地质调查元数据、调查项目基本信息、调查工区信息、调查测线信息、海上地质取样信息等几个大类。数据之间通过两条主线进行索引。第一条主线：元数据名称-数据集编号-工区编号-测线编号-测试类型。调查项目信息静态结构模型核心类是调查项目，调查项目类可以对应1个或多个工区类，1个工区也可以对应多条调查测线。调查测线类型包括地震测线、重力测线、磁力测线、单道测试等。每条调查测线对应1个测线导航数据。导航数据是调查科考船在航行中的卫星导航数据。第二条主线：元数据名称-数据集编号-站位编号-取样测试数据。主要负责样品测试数据的管理。两条主线分别负责线性要素和点状要素的索引及管理。

1.2 动态行为模型

海洋地质调查静态数据库结构模型中，揭示了海洋地质调查项目类的属性、方法以及类与类之间关系，突显了其静态结构。海洋地质调查动态行为模型可揭示类实例化后对象之间的协作、交互行为。研究调查项目动态评估模型，建立了海洋地质调查项目评估主要对象活动图（见图2）。

图2 海洋地质调查项目图

图2是调查项目、调查工区、调查测线和站位4 个类实例的交互操作顺序。首先，新增调查项目实例，编辑实例的属性。再根据项目计划导入项目工区，新增工区实例，生成多边形图形特征，编辑工区属性，并与当前调查项目实例关联，以便工程快速定位于场区。随后，规划调查航线，并将测线计划和站位计划导入系统中，生成测线计划图和站位计划图，编辑相应的属性。接下来利用班报信息，自动生成实际站位和测线，基于测线和站位的挣值分析，动态生成项目的挣值分析图。

2 关键技术

2.1 项目计划可视化

项目计划较为复杂，包括地震、单道、重力、磁力等多种类型测线和多种站位信息，传统的表格或文本的方式表示效果较差。利用GIS技术，将不同类型测线和站位用不同方式表现在地图上，不仅可以表示项目范围、测线、站位位置，还可以将测线属性、站位属性承载于一张图上。

基于WebGIS发布的专题图，通过对属性类型制作专题地图，多方位形象展示项目施工计划。如测线属性中，用“0”代表尚未完成；“1”代表正在进行；“2”代表已经完成。在系统显示中，蓝色代表尚未完成；红色代表正在进行；绿色代表已经完成。项目进度可通过颜色直观地显示出来。

2.2 挣值分析可视化

本文利用WebGIS技术与挣值分析，通过Oracle大型数据库和ArcSDE空间数据库引擎，对项目进行挣值分析，并以图形化的形式表现，最后利用地图服务发布，实现信息全局共享，有效进行信息沟通。挣值分析通过对指标的监控和分析，实现对项目成本和进度的有效管理，能有效掌握成本和进度情况，及时采取有效防范措施，有利于提高项目管理水平，保证项目顺利实施（图3）。

图3 挣值分析可视化

挣值分析通过全库搜索，统计已完成项目与未完成项目进行对比分析。

3 评估模型实现

3.1 评估挣值分析算法

从对海洋地质调查项目静态结构模型和动态行为模型分析可知，海洋地质调查项目是按照一定规则、存在相互交互的一系列活动组成，其评估主要对象活动较多，最核心的是航次测线计划、实施评估和调查站位计划和实施评估。本文采用挣值分析的方法，结合海洋地质调查项目特点，设计出测线挣值分析（CEV）模型为：

式中，cac为实际测线公里数；cpv为计划测线公里数；pt为计划工期；ct为作业历时。

调查站位挣值分析（PEV）模型为：

式中，pac为实际站位数；ppv为计划站位数。

3.2 实现方法

本文采用Flash builder开发，用XML来描述GUI的外观，GUI和逻辑相分离，使得应用开发的结构更为清晰。前端界面使用Flash来描述，界面的控制由ActionScript来负责，后端的应用逻辑则封装在后端中间件中，与Flex前端界面相分离。Java操作数据库提供Webservices，Flex和Java通信采用Webservices 方式。

实践证明，该技术路线在性能方面有更大的提升。传统Web应用客户端每次刷新页面都会对服务器产生请求，服务器要将新的HTML和HTML中包含的图片传递给Client，当请求数量较大时，动态生成HTML及下载图片的过程都会严重消耗服务器的资源。而本文方法在第一次运行时将应用一次性下载到本地，所有的GUI都在本地运行，运行过程中只产生少量的数据更新请求，不需要服务器实时地刷新页面，不存在服务器对HTML等内容的动态构造，后端服务器将完全专注于数据逻辑的处理，这样能充分利用客户端本地机器的CPU，并最大限度地减少网络带宽。

海洋地质调查作业挣值分析核心代码如下：

public String voyageStatistics() {

StringBuffer str = new StringBuffer();

str = str.append("〈root〉");

List〈VoyagePlan〉 list = getAllVoyagePlan();

for (int i = 0; i〈 list.size(); i++) {

VoyagePlan vp = list.get(i);

str = str.append("〈voyage vNO="+'"'+vp.getVoNo() + '"' 〉");

List〈StationInfo〉 SIlist = this.findStationByVoNo(vp. getVoNo());

List〈StationPlan〉 SPlist = this.f ndStationPlanByVoNo(vp. getVoNo());

List〈SurveyPlan〉 SPLlist = this.f ndSurveyPlanByVoNo(vp. getVoNo());

List〈SurveyLine〉 SLlist = this.f ndSurveyLineByVoNo(vp. getVoNo());

SurveyPlan sPlan = null;

double spCount = 0.0;

for (int j = 0; j 〈 SPlst.size(); j++){

sPlan = SPlst.get(j);

spCount+= Double.parseDouble(sPlan.getPlanLength());}

SurveyLine sLine = null;

double slCount = 0.0;

for (int j = 0; j 〈 SLlist.size(); j++) { sLine = SLlist.get(j);

slCount += Double.parseDouble(sLine.getActualLength());}

str = str.append("〈projectNo vNO=" + '"' +SPlist.size()+ '"' + "+ " /〉");

str = str.append(" 〈stationPlan vNO=" + '"' + SIlist.size()+ '"' + '"'+ " /〉");

str = str.append(" 〈stationInfo vNO=" + '"' + spCount + '"' + " /〉");

str = str.append(" 〈surveyPlan vNO=" + '"' + slCount + '"' " /〉");

str = str.append("〈/voyage〉");}

tr = str.append("〈/root〉");

return str.toString(); }

4 结 语

本文以海洋地质调查项目管理与监控为目的，将挣值分析和WebGIS有机集成，实现了海洋地质调查项目动态管理信息化建设，信息传递及时、准确、有效，项目综合管理水平明显提高，应急事件响应快速、指挥高效、决策准确，能更好地保证海上生产作业安全和船舶设施安全。

[1] 刘建宾,李建忠,余楚迎.模型驱动体结构MDA及xUML规范在其语境中的探讨[J].汕头大学学报:自然科学版,2004,19(4):58-64

[2] 冯斌,谭建军,李绍荣,等.海洋地质调查数据库管理系统设计与实现[J].计算机工程,2009,35(3):29-31

[3] 王世林.电子海图显示与信息系统使用指南[M].大连:大连海事大学出版社,2002

[4] Feng B,Zhan W H,Sun J.Business Model of Natural Gas Hydrate Sample Management Based on Workflow and Its Realization[J].Applied Mechanics and Materials,2013,278-280:2 123-2 127

[5] 黄冬梅,曹燕琴,张明华.基于Flex和WebGIS的风暴潮辅助决策系统[J].计算机应用与软件,2014,31(3):51-54

[6] 蔡明理.地理信息系统及其在海洋科学中的应用[J].海洋科学,1993,12(4):100-107

P229

B

1672-4623（2015）04-0111-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.040

王刚龙，高级工程师，主要从事3S技术在资源调查、海洋地质和数字海洋中的应用与开发。

2014-08-04。

项目来源：国家专项基金资助项目（GZH201200512）。