利用Web服务机制构建舰载海洋综合信息平台

朱志明

(常州开放大学，江苏 常州213001)

0 引 言

海洋综合信息平台是最近出现的一种新型的、多功能的信息化海洋资源管理和环境监视平台，具有集成化程度高，功能多样，实时性好等特点，近年来被多个企业及政府应用于海洋环境监管，资源勘探，航运管理等领域，取得了较好的效果。海洋综合信息平台的出现，解决了传统海洋管理数据匮乏，人员和资源开销大，实时性差的缺点，使得对于海洋的实时，长时间管理成为可能［1－2］。

海洋安全对于我国来说有着重要的意义，在广阔的海域中，蕴藏着丰富的渔业资源，石油资源和航道资源，无论对我国的能源战略还是海上安全来说，都有着至关重要的作用。近年来，南海、东海周边海域摩擦冲突不断，我国的经济和军事利益不同程度受到了损失。造成这一现象的主要原因就在于，我国缺乏行之有效的手段，对海洋的各种资源和环境进行高效的管理，多个部门之间的协调不畅，导致对于相关海域事态的发展缺乏及时的反馈，需要依靠较多的人力和船舶进行实地勘探和考察，存在效率较低、时效性较差的问题。

本文的目标即在于利用Web服务机制［3］，对构建舰载海洋综合信息平台的方法进行研究，该平台的功能主要有4个方面:1)集成多种数据的观测和处理能力，如卫星照片数据，模型仿真数据等;2)通过多种类型数据的综合应用，发掘数据的附加价值;3)为数据提供多种访问方式和可视化方法;4)为用户提供可定制的，按需配置的功能和分析模型。

基于以上目的，本文对利用Web服务构建舰载海洋综合信息平台的方法进行研究。设计平台的基本框架和模块结构，研究实现平台功能的关键技术，并采用实验证明本文提出的方法具有较好的可行性和丰富的功能性。最后，本文对下一步的工作进行展望，给出该平台的下一步发展方向，对今后各种海洋信息平台的设计和实现提供了良好的借鉴，同时也为我国领海的有效管理，提供一种行之有效的信息化手段。

1 综合平台框架结构

在本节中将对平台的整体框架和各个模块的功能进行描述，本平台采用B/S 模式工作组，组织为3 层模型，整体结构如图1所示。

图1 综合平台基本框架Fig.1 The architecture of integrated platform

在本文设计的综合信息平台中，包含GIS服务器、Web服务器和数据服务器。Web服务器能够为远程客户端的数据共享，提供一种非常有效的方法。Web服务器对用户请求进行翻译，然后发送给GIS服务器，从而在GIS 系统的电子地图上显示合适的地图文件，同时在GIS服务器中建立正确的模型。其中GIS服务器采用分布式的构建方法，由一个服务对象管理模块和多个服务对象容器组成。

1)数据服务器:数据服务器的功能为存储数据，负责数据的提取、处理、实时查询和数据建模等功能。在数据服务器中所有的数据可以被分为3 种类型:地理数据，扩展数据和结果数据。其中地理数据是研究区域的水文、经纬度、海拔等具体地理属性值;扩展数据包括Argo 数据，矢量数据，海平面高度数据，海平面温度数据，海平面盐度数据和来自多个卫星的潮汐数据等。以上数据类型的元数据均存储在数据库中，一方面能够用来对特定的数据类型进行定义和描述，另一方面能够按照规范的格式对数据进行组织，进而进行有效的存储。

2)Web服务器:Web服务器中驻留有用户实际调用的Web 应用和Web服务，这些应用和服务以GIS 中的服务对象作为处理和操作对象。Web服务器的功能主要有4个:首先，控制和处理数据服务器中的数据提取和数据输出;第二，建立数据分析模型，并控制模型的运行和结果的输出;第三，为用户提供良好的交互和监控界面;第四，提供基于UDDI的Web服务注册中心。当用户访问Web 客户端或网站时，则Web服务器向用户提供当前可用的服务目录，用户可以利用相应的工具调用或查看需要的服务。在整个服务执行过程中，客户和Web服务器采用松耦合的模式进行交互，有效地节省了系统资源的占用。

3)GIS服务器:GIS服务器是一种分布式的系统，有若干分布在不同位置的服务器组成。每个服务器均能够独立运行各自的功能，例如管理、激活、删除和调整分配给不同服务对象的资源等。服务对象是整个系统的核心，是对服务作用对象的抽象，可以是具体的船舶、舰队、资源等，也可以是抽象的通信信号，雷达回波等，服务对象运行在GIS服务器中。服务器中运行的具体应用，利用GIS服务器中提供的多种工具，对服务对象进行操作。由于本文提出的平台框架基于Web服务，因此所有的服务对象均需要以Web服务的形式进行封装，同时GIS 系统的功能也需要通过Web服务与用户交互。GIS服务器由服务对象管理模块(SOM)和服务对象容器(SOC)组成。SOM 对分布于不同服务器中的服务对象集合进行管理，SOC 存储服务对象的实例。

2 系统工作流程

如图2所示，用户通过Web 终端或浏览器登陆网站，通过目录选取可用的服务和Web 应用，将自身需求提交给Web服务器。Web服务器从各个GIS服务器中调用GIS 功能和服务对象，并利用Web服务器中的模型将各个服务对象进行集成，在Web 应用中使用。例如用户需要查看南海某海域的渔船情况，GIS服务器1 运行有渔业GIS 系统，GIS服务器2 运行有海洋环境GIS 监测系统。则Web服务器分别从GIS服务器1 中调用渔业GIS 中的相关功能和渔船的服务对象，从GIS服务器2 中调用海洋环境GIS 中对应海域的服务对象，结合数据服务器中的相关数据，则能够在Web 应用中综合显示对应区域的海况和具体渔船情况。

图2 系统工作流程图Fig.2 The workflow of the system

3 原型系统应用

Web 客户端采用C#语言，在.NET 平台中进行开发，使用ArcGIS服务器作为数据开发的工具。ArcGIS服务器能够以Web服务的方式创建、管理、分发GIS服务，从而支持桌面，移动和Web 平台上的地图应用。在本节中，我们将采用2个典型应用，说明本文提出的综合信息平台具有较好的可行性和可用性［4］。

3.1 实时Argo 数据可视化和分析

Argo (Array of temperature/salinity profiling floats)已经逐渐成为全球海洋观测系统的主要工具。在Web 终端上，我们开发了一款在线近实时的Argo 数据可视化和分析应用。这一应用用于向用户展示Argo 浮标所收集的数据、状态，并对Argo 产生的数据进行详细的分析，其主界面如图3所示。

图3 系统工作流程图Fig.3 The workflow of the system

以每天的频率从中国Argo 实时数据中心下载Argo 数据，将下载的数据集转换为GIS 数据格式，然后将转化的数据封装为Web服务。

3.2 远程传感器监测

远程传感器监测已经成为了一种远程监测海洋环境的有效手段，用于考察海平面的盐度、流速等，同时也用于监测海平面附近的大气情况。例如，当前已经部署的MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)传感器网络，其数据就用来使科研人员进一步了解海洋在全球气候变化中所起的重要作用。

本文采用1个月1 次的频率，从网站http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/中下载MODIS SST 数据。为了能够在本文设计的系统中显示和集成处理该数据，必须对MODIS SST 数据进行预处理，该过程如图4所示，然后将预处理的数据集转化为GIS 数据格式 (geodatabase)。最后，被转化完成的数据被封装为Web服务提供给用户使用。通过使用动态Web 地图服务，用户可以使用通用Web浏览器查看海洋环境数据，而不要安装单独的GIS 软件包［5］。

通过以上的预处理过程，可以将原始数据转化为GIS 系统能够理解和使用的数据并进行显示，其他类型数据的处理过程与此类似。

图4 SST 预处理过程Fig.4 The pre-processing of SST data

4 结 语

本文通过对海洋综合信息平台需求的深入研究，利用Web服务机制构建了舰载的海洋综合信息平台，设计了该平台的基本框架，并对其中的关键模块，工作流程，使用机制等进行了描述和研究，并依托实际案例，介绍了该信息平台在具体应用场景中所发挥的重要作用，证明了本文设计和实现的平台一方面充分发挥了Web服务灵活、方便、可定制的特点，另一方面能够综合利用各种GIS 系统，完全发挥各种GIS 在功能上的优势，具有较好的可行性和可用性，为今后类似平台的构建提供了重要参考。需要注意的是，本文提出的海洋综合信息平台，具有较为通用的架构和功能，不仅适用于南海、东海海域，还能够适用于我国的大部分海域，在多个应用领域中发挥作用。除此之外，为了进一步维护我国的海洋利益，本文提出的平台还有进一步完善的地方，下一步的工作将主要从以下2个方面入手。

1)海洋环境数据的实时监测与可视化

海洋环境的变化是一个受到多种因素影响的3－D 随机变化过程，为了更加深入地研究海洋，理解在时间序列下，各种因素相互作用的机理，必须对特定时间海洋的运动状态进行记录，进行建模，然后对其发展趋势进行预测，并对这一时空变化过程进行可视化。而3－D 可视化技术是实现以上目标的一种重要工具，通过实时采集海洋环境数据并进行3－D 数据建模和可视化，能够使得研究人员更加深入地了解海洋变化的时空分布特征。

2)将平台向云计算环境迁移

云计算技术是一种集约化、按需分发的IT 技术，具有灵活性好，资源利用率高等优势，并且逐渐成为IT 技术发展的一种关键技术。本文设计的平台仍然采用传统的B/S 架构，其灵活性和可扩展性仍然受到了较大的制约，在下一步的工作中，若能够将该平台迁移到合适的云计算平台进行部署，则能够大大减小本平台的使用开销，并能够集成更加丰富的功能，使得本平台能够满足更加多样化的需求。

［1］SU F，ZHOU C，LYNE V，et al.A data-mining approach to determine the spatial－temporal relationship between environmental factors and fish distribution［J］.Ecological Modeling，2004，174(4):421－431.

［2］MARTIN S.An introduction to ocean remote sensing［M］.Cambridge:Cambridge University Press，2004:31－33.

［3］王化冰，晋淑惠.基于Web的计算机实训教学系统的设计与实现［J］.舰船科学技术，2009，31(7):86－91.WANG Hua-bing，JIN Shu-hui.The computer practice teaching system based on Web design and implementation［J］.Ship science and technology，2009，31(7):86－91.

［4］REGNAULD N.Improving efficiency for developing automatic generalization solutions［C］//Proc.IEEE Conf.Joint ISPRS Workshop on Multiple Representation and Interoperability of Spatial Data，2006:1－5.

［5］刘炳磊，陈颖.基于BizTalk Server的服务集成性能分析［J］.舰船科学技术，2011，33(1):23－28.LIU Bing-lei，CHEN Ying.Based on the analysis of BizTalk Server service integration performance［J］.Ship Science and Technology，2011，33(1):23－28.