基于关联数据云的专题海图及航行指南设计

◎ 吕玉晓 广州海事测绘中心



基于关联数据云的专题海图及航行指南设计

◎ 吕玉晓 广州海事测绘中心

摘 要：本文从分析了海事测绘非海图数据资料及建设海事测绘数据云的必要性，提出了基于关联数据云的专题海图、航行指南生产发布平台架构，并详细描述了建立数据关联方法和生产平台的功能需求。

关键词：航海出版物 关联数据云 信息类型要素 元数据

1.引言

2007年5月， Chris Bizer and Richard Cyganiak 向 W3C SWEO 提交的一个项目申请 Linked Open Data Project 中提出来的关联数据（Linked data）概念。Linked data 提出的目的是构建一张计算机能理解的语义数据网络，而不仅仅是人能读懂的文档网络，以便于在此之上构建更智能的应用［1］。海事测绘数据现在主要以图和网络服务来展现，却没有充分建立起数据与数据的关联，这极大地制约了数据的分析统计及价值挖掘。专题海图和航行指南等航海出版物扩充了海图上的航海资料，它载有在海图上和其他航海资料中没有的、但是安全航行所必需的参考资料。它们的信息大多基于不同的逻辑关系，如港口地域关系、管理等级关系，进行统计分析，而且与海图资料密切相关，结合引用。所以构建海事测绘关联数据云，对生产和完善门类齐全、层次丰富、形式多样、用途广泛的现代民用航海图书序列有重要的意义。

2.海事测绘非海图数据及资料分析

海事测绘除生产港口航道序列图外，也进行专题海图及其它新型航海图书（航行指南等）的制作，从而收集和积累了很多不同于海图上的要素或者扩充属性，见图1。这些数据资料是对海图内容有意的补充和扩展：如更详细的码头、水下地形资料；管理机构、引航服务、船舶代理、油水服务等各种港口支持系统；各类实时的水文、海流、风向、风速；准确的航行指引；关键位置的实景影像、多媒体资料。现在它们以各种形式存储于关系数据库、文件数据库、数据服务、文档中。

3.关联数据云建设的必要性

3.1海量测绘数据亟需被转变为重要价值

图1. 海事测绘非海图数据分析

经过多年测量、数据收集、数据库建设，海事测绘积淀了海量的基础地理数据及众多非地理类数据：如图片类、文档类、视频、音频数据。大数据分析有三大要素：数据本身，数据分析以及结果的呈现。拥有数据本身并没有实际意义，数据本身就已存在，重要的是如何处理、分析数据并呈现重要信息，以将数据转变为重要价值。如在制作航行指南的过程中发现，只有把各种助航标志、锚地、码头、航道、气象水文信息、港口支持系统、海图数据、航法规则、管理规定等，通过各种逻辑关系，同港口、航道、权威机构等互相关联起来，建立起关联数据网络，才能实现信息数据的快速检索和价值提取，才能实现智能航行指南的制作以及基于数据库更新的快速更新，而不仅仅是文档中的各种文字、表格、图幅的复制和黏贴。

3.2打造海事测绘产品升级版，必须夯实数据基础

根据中国海事航海保障“十三五”发展规划，我们未来五年应致力于“丰富海事测绘产品与服务类型。出版、发行包括专题海图、港口航行图集、高密度水深电子海图、数字正射影像图（DOM）、三维景观图（DRG）、3D电子海图等在内的各种航海图书产品，形成‘门类齐全、层次丰富、形式多样、用途广泛’的现代民用航海图书序列。”而要达到这一目标，必须对多源数据进行标准化存储、整合、挖掘，开展定性和定量的空间特征、时态特征和通航环境效应的分析评价和变化预测。只有建立起多源的关联数据云，特别是将发布数据服务与互联网结合起来，建立一个关联开放数据云，才为打造升级版的产品夯实基础，从而为航海者提供多样化、体验式服务，切实为智能航海提供信息支持。

图2. 航海信息关联数据云架构

4.基于关联数据云的专题海图、航行指南生产及发布平台的架构分析

专题海图中的海事辖区示意图的主要内容是以权威机构从属关系提取的航行相关信息；航海出版物尤其航行指南中的主要内容则是以某个港口，某条航路为逻辑关系提取的信息。所以生产专题海图和航行指南的关键是建立信息与要素之间的关联（图2）。

建立要素之间的关联，可以利用电子海图下一代产品规范S-101 中添加的信息类型［2］要素。信息类型是数据集中可识别的信息部分，可以与其他物标共享。信息类型具有属性，但是与几何没有关系约束；信息类型可以与其他信息类型互相引用。

如果信息适用于多个要素，又不能使用属性编码这些要素，否则会导致正文信息属性明显重复，那么必须使用信息类型Information（信息）。信息类型要素与要素之间是一种关联关系，在数据库中利用 FOID 进行主外键关联。

另外，随着IHO海洋保护区产品规范（S122）和无线电信号产品规范（S123）的开发和S-101基线版本的校对，IHO航海出版物标准工作组（SNPWG）的文本信息数据模型简化为一种通用模型。修改后的模型将信息和文本描述这两个复杂属性被组合成一个属性，保留原有的属性名称“信息”；新的“信息”属性包含一个指示文本位置的属性和一个可选的小标题编码属性；引入新的复杂属性“文本内容”，其中包含新的“信息”属性加上其他描述内容和提供指向网络资源的子属性。该信息模型可以在不同的IHO产品规范中使用，包括航海出版物数据集，同时模型也允许捕获文本的附加细节信息。这意味着任何信息属性都可以确定它的数据来源，包括网络资源地址。

最后关键一点，以上各种数据的建设都需要建立完善的元数据（Metadata）库管理机制，元数据，又称中介数据、中继数据，为描述数据的数据（data about data），主要是描述数据属性（property）的信息，用来支持如指示存储位置、历史数据、资源查找、文件记录等功能。建立元数据库，一方面这是未来 S-100 标准及产品体系建设的重要基础和要求，另一方面可以为数据挖掘分析提供条件。

5.生产及发布平台的功能分析

5.1数据库管理发布子平台

以ArcGIS平台软件为基础，实现海事测绘多元和专题数据的建库、管理、维护、编辑、更新等基本操作，实现海事测绘成果资料的全面数据库管理，平台的功能主要包括基础地理信息建库管理子系统、海事测绘历史数据管理子系统、海事测绘元数据管理子系统、海事测绘成果质量检验子系统等内容。平台建成后，其数据资料能够满足内部生产、管理的查询、调用、统计分析、下载需要；能够为外部多平台系统提供标准接口和服务供快速查询、检索、调用。

5.2专题图生产子系统

以基础地理信息数据库驱动，以ArcGIS为基础，以一张要素齐全的专题海图样图为实例，完成生产专题海图的所有本地化过程及开发，实现基于数据库的专题海图的高效生产，同时编制完成制图生产作业指导书。具体开发内容包括进行符号设计和制图规则设计，建立符号库及制图规则；开发规则同步工具；专题海图版面设计工具及快速出图模块。

5.3智能航行指南生产子系统

完成数据库分类型、分区建设，用元数据、信息类型要素等将所有数据关联，建立基于网络的关联数据云，实现智能航行指南和航行百科的生产，打造“手段多样、平台丰富、形式多元、需求驱动”海事测绘产品体系升级版。

6.小结

海事测绘收集和积累众多数据资料，很多要素通过海图展示，另外一些是对海图内容有意的补充和扩展。将它们以数据库的方式存储管理起来，并通过S-100标准及产品体系中的信息类型要素、信息属性模型、元数据方式，有效地关联起来，构建航海信息关联数据云。在此基础上，实现智能航海出版物的生产，为提供E航海海事数据服务集奠定基础。

参考文献：

［1］http：//baike.baidu.com/link？url=o9jlujS 7vM_Bq3VF9e4efrPdK0BBvO2qnyBZDbR-Qkz p0xu4MUM71KsUzgcj3y9p1GJHL9S5H5r7lnD 9vyQUEa#1.

［2］S101_Data Classification and Encoding Guide Final Baseline. IHO TSMAD（传输标准维护与应用开发）工作组，2014， 447.