基于数字海洋框架的海洋资料整合与共享服务管理模式浅析＊——以海洋公益性行业科研专项经费项目为例

耿姗姗，刘振民，梁建峰，杨锦坤，姜效典，张峰

（1．国家海洋信息中心 天津 300171；2．中国海洋大学 青岛 266100）

多年来，我国已投入了巨额资金对管辖海域及国际海底的部分海域资源和环境进行了多次大规模的调查研究，获得了大量的海洋科学数据。然而，由于历史原因，不同历史时期、不同业务体系的海洋资料存储标准、调查仪器设备（观测精度、订正、校正值）、采用的计算公式、基准点、基准面及坐标系统等不统一，从而造成不同区块、不同年代和不同项目获取的海洋资料难以融合使用，海洋资料的整体应用价值得不到充分的发挥。为此有必要开展统一规范的海洋资料整合技术，但海洋资料整合工作涉及多个管理部门和业务单位以及多类型的海洋资料，是一项复杂的系统工程。

与此同时，我国相关行业对海洋环境、资源、管理和海洋经济开发利用等海洋科学数据的需求也将越来越大，如何实现海量数据的集中管理与高效共享使用已经成为海洋工作者亟须解决的重要任务。

为此，国家海洋局启动了海洋公益性行业科研专项经费项目——“基于数字海洋的资料整合与共享应用服务示范”，旨在解决上述问题，开展技术和服务模式的探索。

1 研究目标

“基于数字海洋的资料整合与共享应用服务示范”公益项目正是立足于解决海洋资料整合技术与实现高效统一的数据管理与共享，利用先进的信息技术，以我国数字海洋框架为基础，实现海洋资料的整合和共享应用，充分发挥海洋资料在海洋经济、海洋综合管理、海洋科研、社会公众以及各类专题应用等领域的服务保障能力和对我国社会经济发展的支撑作用。

该项目的主要目的：一是为了研究我国历史上多种来源、不同观测手段、不同坐标基准的海洋环境调查资料以及目前我国业务化观测的海洋环境资料整合处理方法，建立海洋环境资料整合技术体系，为全面开展我国海洋环境资料整合奠定技术基础；二是为了进一步检验资料整合处理的技术水平，开展整合处理资料成果的环境信息产品研制；三是利用并行、虚拟化等新技术，尝试解决大数据量访问效率低和资料共享使用的问题；四是利用目前我国数字海洋信息基础框架建设成果，开展信息共享服务示范，进一步发挥我国数字海洋建设成果在海洋综合管理和科学研究中的重要作用。

2 研究内容

“基于数字海洋的资料整合与共享应用服务示范”项目的研究内容主要包括以下几方面。

2．1 海洋水体环境资料整合处理技术研究和产品研制

针对现有的海洋水体环境资料，充分考虑其来源、获取手段等特点，编制覆盖面广、可操作性强、规范性严的海洋资料的整合技术标准。在此基础上开展海洋水体环境资料整合处理技术研究，包括海洋水文、海洋气象资料的标准化，排重，各类质量控制方法研究，订正、平差计算，数据质量评价及检验评估，要素抽取、转换等整合处理技术研究，以及原始数据集、基础数据集和要素数据集的整合处理。同时开展海洋环境地理产品研制，包括西北太平洋区域海洋水体环境基本场信息产品的研制、山东近岸区域基础地理数据、水深数据更新及重点区域的三维全景产品制作。形成较为完善的海洋水体环境资料整合处理和应用技术方法体系以及各类海洋水体环境与基础地理信息产品，为海洋综合管理、应急指挥、科研等提供海洋环境地理基础数据和产品支撑。

2．2 海底资料整合处理技术研究和产品研制

根据现有海底资料特点，开展海洋地质、地球物理调查资料处理技术的标准化建设，包括建立和完善海洋沉积物粒度分析、黏土矿物分析、年龄测定的标准化技术、多源异构的原始船测信息到基础地球物理数据转换的标准化技术等。同时开展海洋沉积物地质数据分析技术标准化研发和示范性数据产品构建、海洋多波束测量信息水深地形转换的处理技术标准化研发和示范性数据产品构建、海洋重力测量信息布格异常转换的处理技术标准化研发和示范性数据产品构建、海洋磁力测量信息异常转换的处理技术标准化研发和示范性数据产品构建、多源多时空海洋地球物理资料融合处理技术标准化研发和示范性数据产品构建。旨在完善构建覆盖海洋地质、地球物理各类调查资料采集处理技术体系，为今后相关数据的处理建立依据。

2．3 海洋资料管理和共享服务系统建设

海洋资料管理和共享服务系统是实现海洋资料高效管理与有效服务的重要方式，因此建立一套基于并行数据库和虚拟化工作空间的海洋资料管理和共享服务系统，以适应海量数据的管理应用需求，同时满足用户对海洋资料的高效、安全的应用服务需求，并达到在科研用户中示范应用的目的。通过建立安全、有效的数据库，实现海洋数据在原始数据库层、基础数据库层、要素数据库层、产品数据库层间的顺畅流转和有效存储管理。同时用户可通过海洋数据门户网站进入虚拟化工作空间，使用系统数据进行模型运算、产品制作等，在提供高效数据应用服务的同时保障数据安全。

用户通过该系统在数字海洋专网节点远程检索，使用该系统提供的全部海洋基础资料。同时，用户可利用系统的计算环境，制作专属数据成果和产品，并通过系统向管理员提交下载申请，审核通过后，可将成果和产品下载到本地客户端使用。

2．4 基于数字海洋传输共享技术研究与信息共享服务系统研制

开展各类海洋资料共享服务建设，需要建立有效的数据交换渠道。基于数字海洋框架的互联技术，使多个业务节点实现即时资料的共享服务。通过已建设的数字海洋框架的系统接口、数据接口和应用服务接口，集成海洋环境与地理信息、要素数据库和产品数据库，开发具有并行数据高速检索、ETL（数据抽取、转换、加载）、可视化表达和产品、在线即时分发服务等功能的海洋信息共享服务系统，并基于此系统开发海洋灾害应急专题信息服务系统，为海洋灾害（突发事件及自然灾害）应急提供综合信息产品服务［1］。

2．5 海洋综合管理信息服务示范应用

根据山东省海洋管理部门应用示范的需求，首先开展基于“数字海洋”信息基础框架和海洋信息共享服务系统服务接口改建工作，进行应用中间件开发或业务系统改造，实现山东省海洋综合管理业务系统自动化获取海洋环境与基础地理数据；再通过数字海洋信息基础框架、海洋信息共享服务系统和海洋防灾减灾专题应用，获取数据产品和服务。由此实现在海域管理、海洋经济、海洋环保、防灾减灾等海洋管理业务工作中对海洋环境与基础地理数据的共享应用，并对系统运行及共享应用效果进行评估，为其他沿海省、市、自治区海洋管理部门海洋环境与基础地理信息共享提供示范（图1）。

图1 海洋资料整合与共享服务研究内容

3 创新点

（1）建立完善海洋资料整合处理标准规范，按照面向应用服务的数据组织模式，改造现有档案式管理模式的数据，建立以要素为索引的整合数据和信息产品。

（2）建立基于并行数据库的海量数据存储、查询和运算体系，提高大数据量快速处理能力。

（3）采用虚拟化技术为用户提供海洋综合管理和科研的数据应用工作空间，在满足数据安全的基础上为用户提供高效的数据共享服务。

（4）建立海岸带全景三维模型，实现基于三维球体模型的高分辨率和多视角实景影像以及背景场、实时数据的网络化快速调用和访问。

4 海洋环境与基础地理资料共享实现技术方法

通过海洋资料整合技术研究，研制资料整合管理制度和海洋水文、气象、地质、地球物理资料的整合技术规程。基于数字海洋信息基础框架，结合现有的业务体系，利用网络互联互通技术，建立统一的数据通信网络，对汇集、接收的海洋环境和基础地理资料开展数据整合处理技术研究和应用，在资料整合的基础上，初步形成原始数据、基础数据、要素数据集和产品数据的数据库管理体系，并构建海洋环境与基础地理资料共享服务示范系统，面向政府机构、高校单位等用户开展示范应用。总体流程如图2所示。

图2 海洋资料整合与共享服务总体技术流程

从项目内容结构和各项工作之间的前后逻辑关系上，总体技术流程包括以下几个环节。

（1）开展资料整合技术研究，包括资料的标准化处理、排重技术的研制、数据质量控制技术研究、订正平差计算、数据质量评价及检验评估、要素抽取转换技术研究。开展示范性海洋信息产品的研制工作，包括插值方法、统计分析方法、客观分析方法等统计方法的研制，以及不同类型不同分辨率产品的制作。建立海洋资料整合标准规范体系。对整合处理后资料，按照级别，分别建成原始数据、基础数据、要素数据和产品数据库。

（2）基于并行数据库技术以及虚拟化应用研究，建立多层次海洋环境与地理信息数据库系统，研发海洋资料共享门户软件，为科研用户搭建一个包括原始数据集、基础数据集、要素数据集、产品数据集，访问高效、安全可控，又方便共享使用的用户工作空间。

（3）通过研究并引入当今最新的数据集成管理与数据共享技术，连接数字海洋信息基础框架现有数据仓库作为信息共享服务系统数据库的主要数据来源，并集成资料整合的要素数据库和产品数据库，通过系统集成，实现信息产品在线申请、审批、下载功能模式的整合，建立信息共享服务系统［2］。

（4）开展海洋业务网络互连技术研究和网络通信系统研发，调研试点专网的网络结构、网络技术、设备、节点接入等情况，对网间互连技术进行研究。以数字海洋专网为基础，配置网间互联设备，设置网间互联管理节点，实现业务化海洋观测、监测资料的汇集、接收，为海洋资料整合工作提供资料基础［3］。

（5）利用信息共享服务系统，以山东省内海洋业务系统为试点开展海洋综合管理应用示范，并根据试点节点反馈意见，对海洋信息共享服务系统运行效果进行评估，改进应用方式手段，提高数据共享效率，为全国其他沿海省、市、自治区海洋管理部门使用海洋信息共享系统提供示范。

5 小结

（1）本项目建立了规范的多源海洋资料整合技术体系，首先从资料整合技术与管理的标准规范入手，着重开展了各类典型的海洋环境与地理信息数据整合技术的研究，同时对海洋资料进行了系统的分类，包括原始数据、基础数据、要素数据和产品数据。对于科学、合理的管理我国海洋资料具有较高的借鉴意义。

（2）将并行数据库技术运用到海量海洋环境与地理信息数据的处理与管理工作中，并利用虚拟技术构建用户虚拟运行环境，用户利用远程虚拟桌面在服务器提供的虚拟空间进行数据应用，既保证了所有数据均未脱离服务器，又使用户在授权后可方便地获取运行结果。这是有效实现我国海洋资料集中管理、充分共享的新模式，对于发挥资料的应用价值具有重要意义。

（3）基于数字海洋球体系统建立高精度、大区域海岸带三维全景数据模型，使海洋综合管理者脱离传统抽象的二维海岸带场景，真正具有现场感、临近感的工作状态，大大提高海洋综合管理的有效性、准确性和时效性。这是实现我国精细化海洋综合管理的有效途径。

（4）该项目构建基于数字海洋框架的海洋资料共享服务示范系统将有效推进我国海洋数据共享服务，其工作思路与运用的技术手段，可为同行业相关研究起到示范与参考作用。

［1］蒋冰，高通，冷科明，等．深圳市数字海洋建设浅析［J］．海洋开发与管理，2013，30（7）：40－42．

［2］石绥祥，雷波．中国数字海洋：理论与实践［M］．北京：海洋出版社，2011．

［3］张峰，金继业．我国数字海洋信息基础框架建设进展［J］．海洋信息，2012（2）：1．