WebGIS在渔业领域应用的研究进展

谢 奎，张寒野

WebGIS在渔业领域应用的研究进展

谢 奎1，2，张寒野1

（1.中国水产科学研究院东海水产研究所，农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室，上海 200090；2.上海海洋大学海洋科学学院，上海 201306）

实现渔业的可持续发展，需要制定合理的渔业管理规划与科学的决策。WebGIS作为一种新兴的GIS技术，不仅具有大部分GIS的传统功能，还具有基于Internet的独特功能，对于渔业管理规划与决策起着重要的辅助作用。随着互联网技术的快速发展以及多学科交叉的推动，WebGIS在渔业领域的应用逐渐深入和扩展。本文简述了WebGIS的特点和主要开发平台，系统回顾与总结了其在渔业领域的应用进展及存在的问题，并对其未来的发展进行了展望。

WebGIS；渔业；地理信息系统；研究进展

地理信息系统（geographic information systems，GIS）是以地理空间数据库为基础，在计算机软、硬件等支持下对整个或者部分地球表层相关空间地理分布数据进行获取、存储、分析和显示的计算机信息系统［1－3］。GIS起源于20世纪60年代，经过半个多世纪的发展，应用领域逐渐地扩大化、深入化［4－9］，几乎涉及到所有与空间信息相关的领域，成为多领域处理地理空间问题的主要技术［10－11］。

随着Internet的普及和国际上“数字地球”研究的兴起，人们对于地理信息的需求不断增加，基于万维网的地理信息系统（WebGIS）应运而生。WebGIS是 Internet与 GIS相结合，在Internet／Intranet环境下基于HTTP协议对地理信息数据进行存储、管理、分析、发布及共享的B／S模式分布式的GIS系统［12］。目前，WebGIS已被广泛的用于环境保护、城市规划、灾害预警、旅游业等方面［13－17］，凡是与空间数据有关的问题都可以通过WebGIS来发布和展现，WebGIS已成为网络时代GIS发展的必然趋势［18］。

渔业生产与管理具有时间、空间及数量3个方面的特征，渔业数据信息量庞大，管理相对复杂［19］。WebGIS作为一种新兴的GIS操作平台，不仅具有大部分GIS的传统功能，还具有基于Internet的独特功能，将WebGIS应用于渔业生产与管理，对渔业进行空间分析和评估，对于提高渔业生产的信息化水平和渔业信息综合利用能力、增强渔业管理部门决策的科学性和时效性、促进渔业可持续发展具有重要的意义。

1 WebGIS的特点

与传统GIS相比，WebGIS主要具有以下几个方面的优势［20－23］：

（1）应用的大众化：传统的GIS需要在客户端上配备昂贵的专业GIS软件，成本高、技术难度大，往往成为少数专业人员的工具，大多数的普通用户仅仅是在某些需求下使用一些基本功能，造成资源的浪费。虽然WebGIS对于一些复杂功能实现较困难，或者需要安装插件才能实现，但这些功能通常也是普通用户不常使用的功能，因此WebGIS的优势在于普通用户使用的大多数基本功能如地图浏览、查询定位、距离量算、路径规划等仅需简单的培训，而且不需要安装专业GIS软件，通过标准的Internet浏览器就可以访问数据和服务，获取所需要的信息，最大限度地降低了使用成本，扩展了潜在的GIS用户。

（2）平台的独立性：传统的GIS软件一般是针对特定的操作平台开发的。WebGIS不受操作系统约束，只要支持通用的Web浏览器，用户无论使用哪种类型的机器、操作系统或者GIS软件，都能够对WebGIS服务器上的数据库和功能进行访问，实现远程异构数据库的共享。

（3）访问范围的广泛性：在WebGIS出现之前，用户一般仅限于在局域网上使用GIS软件对数据进行处理。互联网的发展，使得用户能够在全球范围内同时对多个位于不同地点的WebGIS服务器进行访问，共享和使用彼此的数据，更易于实现分布式的多数据源的数据管理与集成。

（4）优良的可扩展性：由于Internet技术标准的开放性，使得WebGIS与Web中其它服务很容易就能实现无缝集成，当需要对系统进行扩展时，就可以在原有数据的基础上，在任何需要GIS功能的Web应用中嵌入或集成WebGIS应用，开发出各种具有丰富功能的应用。

（5）易于维护性：传统的GIS软件，当用户规模有所扩大、系统有所变更之后，需要对服务器端和客户端做大量的变动，工作量巨大。WebGIS在更新时则只需维护服务器即可，无需更新每一个客户端。

2 WebGIS主要开发平台

目前国内外常见的WebGIS开发平台主要有：GeoServer，MapServer，ArcIMS，MapXtreme，GeoMedia WebMap， MapGuide， GeoBeans，SuperMap IS.NET以及 GeoSurf等。

（1）GeoServer

GeoServer是开源 GIS的代表之一，是OpenGIS Web服务器规范的 J2EE实现，支持OCG标准规范的系列服务。兼容WMS和WFS特性；支持 PostgreSQL、MySQL等数据库以及ArcSDE＼Shapefile等中间件和文件资源；能够支持上百种投影；可以将网络地图输出为 GIF、JPEG、SVG、PNG、KML等格式；同时，还可以在任何基于J2EE／Servlet容器之上运行，支持多种客户端框架［24］。

（2）MapServer

MapServer是开源GIS的鼻祖，是美国明尼苏达大学在20世纪90年代基于C语言开发的开源WebGIS项目。MapServer通过 GEOS、OGR／GDAL实现对多种矢量和栅格数据的支持；提供CGI和MapScript两种开发模式；支持众多脚本和开发环境，如 PHP、Python、Perl、Ruby、Java和.NET，为拥有众多离散数据的应用提供良好的开发环境［25］。

（3）ArcIMS

ArcIMS是ESRI公司的产品，是由客户端和服务器端组成的分布式系统，属于典型的C／S、B／S混合结构。AcrIMS内部组件之间采用ArcXML进行通讯，提供了强大的网络地图处理功能；ArcIMS是一个开放的、可扩展的体系，通过服务端的分布式配置能够构建大型的网络地图服务站点；同时，ArcIMS支持要素数据流方式，通过要素数据流，既能够向客户端传输影像数据和矢量数据，还能够使用自己本地机上的数据以及通过网络访问远程数据［26－27］。

（4）MapXtreme

MapXtreme是 MapInfo公司开发的基于Internet／Intranet的应用服务器。根据开发环境分为MapXtreme Java Edition和MapXtreme for Windows。它提供稳定可靠的地图功能，包括绘制专题地图、地图编辑、图层控制、扩展地图库和示例数据等；另外MapXtreme具有低成本的中心式软件运行和数据管理方式，MapXtreme与MapInfo公司的空间数据库引擎软件SpatialWare兼容，地图数据存储到大型关系数据库中［28－29］。

（5）SuperMap IS.NET

SuperMap IS.NET是北京超图公司的产品。SuperMap IS.NET支持跨系统、跨网络、跨区域的复杂网络系统集成，为WebGIS系统互操作和数据共享提供服务共享平台；同时采用智能缓存技术，即在不同的层次上进行相应的缓存处理，提高了海量数据并发访问性能［30］。

3 WebGIS在渔业领域中的应用进展

3.1 水产品安全与病害监测管理

对水产品的安全和病害进行有效完善的监测管理，对于增强水产品的品质、促进水产品的可持续发展具有重要的意义。龚赟翀等［31］将信息技术与水产养殖技术相结合，开发了基于WebGIS的水生动物病害监测系统，该系统可以对不同地区不同病虫害的相关信息进行查询，还可以对病虫害的发展趋势进行分析；祝青［32］以水产品产地及其周边相关要素的监测数据为基础建立基础地理数据库，并结合水产品安全监控基础信息库，建立基于WebGIS的水产品安全管理信息平台，该系统对水产品进行全程动态监控，实现了水产品的信息化管理，对于提高水产品的安全性，增强其竞争力具有重要的作用；段金荣等［33］将水产病害数据与病害专家系统模型相结合，构建了基于WebGIS的水产动物疾病专家系统，使相关人员能够了解水产病害的趋势及影响范围，并根据病症提供相应解决办法，便于从业者对水产病害进行及时治疗，减少病害造成的损失；HAN等［34］根据中国重要鱼类的疾病空间分布信息，从资源整合和地域分布的角度出发，利用GIS对沿海水产养殖中发生的鱼类疾病预防和治疗相关信息空间特征进行提取与整合，并开发了基于WebGIS的中国沿海鱼类疾病的综合数据库系统，具有鱼类疾病的浏览、查询和综合分析等功能，该系统的建立对于加强鱼类疾病的预防、发病情况、诊断和治疗信息的综合管理以及多维动态数据分析提供了有效的支持。

3.2 水产养殖

水产养殖是由“环境－气候－生物（水生）－技术”等多个子系统组成的时间序列相对分明的系统，各子系统及其因素之间形成相互交叉的复杂网络联系［35］，由于其复杂性需要借助于计算机技术才能更好对其进行管理。杨宁生等［36］以对虾养殖的基础地理数据和实时生产数据为基本数据源，采用B／S为主、C／S为辅的网络结构模式进行开发，构建了基于WebGIS的对虾养殖管理平台，建立了三级信息管理平台，实现了对虾养殖信息动态管理和统计分析，能够对对虾生产过程中的有效性信息进行实时动态分析，为对虾养殖户和政府决策提供时空决策信息；索荣遥等［37］将地理信息与水产资源相结合，基于GeoServer、OpenLayers、J2EE技术进行 WebGIS开发，构建了一个集生产、经营、管理于一体的水产养殖信息服务系统，该系统实现了水体资源管理、生产管理以及市场信息管理和信息统计分析，既能够满足养殖者的使用需求，又能够实现政府对水产养殖区域的逐级管理；童晓星［35］分析了国内外水产养殖业的信息采集情况，并比较了现在流行的商用WebGIS和开源WebGIS的优劣点，设计了应用于水产养殖业的基于开源WebGIS的水产养殖信息管理系统，能够进行地图管理、水产养殖信息空间查询和分析、数据制图、水产养殖环境实时监控；CAO等［38］考虑到市场作用下池塘养殖中存在的水环境风险，分别分析了经济型、标准化、生态节水型以及循环型池塘养殖模式水环境管理标准及差异，提出WebGIS与多种技术集成应用，构建水环境综合管理的信息平台，能够对不同类型池塘养殖模式进行多样化管理，对水环境动态监测与监控，增强了养殖水环境管理水平。以上研究都是利用WebGIS对水产养殖进行综合管理，实现了对水产养殖关键环节的有效监控与管理，为水产养殖从业人员进行科学决策提供重要的依据，同时显示了WebGIS在水产养殖业的可行性和广阔前景，促进了空间信息系统在水产养殖业的应用。

3.3 海洋牧场

海洋牧场是基于海洋生态学原理与现代海洋工程技术，在特定海域通过人工鱼礁建设以及藻类增养殖而营造的一个适宜海洋生物栖息的场所，并通过配套的技术手段进行渔场的运营管理，以增加和恢复渔业资源的生态养殖渔场［39－40］。将 WebGIS技术与海洋牧场相结合能够有效促进海洋牧场的运营管理。于杰等［41］针对海洋牧场的特点，整合海洋牧场中各种数据以及评价、评估技术，建立基于Open GIS的海洋牧场地理信息管理决策系统，实现了海洋牧场建设选址评价、多样性分析、专题图制作、生态服务价值评估等功能。用户可以对牧场的环境和资源变化情况进行实时跟踪评价。该系统的建设既可以通过WebGIS推广海洋牧场可持续管理技术，又为WebGIS在海洋牧场中的应用起到了示范性的作用。

3.4 渔情海况预报

渔情预报对于渔业生产及其资源管理具有重要的辅助作用，人们借助海洋卫星遥感技术及GIS技术能够快速准确的获取海况信息，并对渔情进行准确地预报。纪世建［42］通过分析收集到的海洋环境遥感数据及黄鳍金枪鱼（Thunnus albacores）延绳钓渔业生产数据的时空分布特征和关系特征，构建了贝叶斯渔场预报模型，并结合GIS技术开发了基于WebGIS的黄鳍金枪鱼渔场预报信息服务系统，为南海外海渔场的开发提供了渔业信息，实现了对南海外海金枪鱼渔场渔情的速预报；张胜茂［43］考虑到传统的基于GIS方式服务的渔情海况系统多采用CS结构导致应用范围受限的问题，以ArcGIS Server为开发平台，以ENVI／IDL为影像处理引擎，构建了基于WebGIS的渔情海况信息服务系统，实现了渔情海况信息的发布和查询；杨晓明等［44］利用GIS等软件对渔获统计数据、渔业环境调查数据、远洋渔业基础地图数据及远洋渔业管理信息数据进行整合与分析建立远洋渔业数据库，并设计了基于WebGIS的远洋渔业信息发布系统，发布实时渔情信息、渔业管理信息、渔船渔业公司信息及其它相关信息。在一定程度上满足了渔业管理部门、科研院校以及渔业公司各个层次对于数据的流通与共享的需求，促进了我国远洋渔业的可持续发展。

3.5 渔业资源的综合管理

地理信息系统作为重要的空间分析和建模工具，对于渔业资源的管理具有很大的辅助作用。刘子键等［45］以新疆跨境河流水生生物及鱼类资源调查数据为基础建立相关数据库，将水生生态资源管理与WebGIS相结合，以OpenLayers JS库为技术基础，利用Geoserver应用服务器提供的地图服务，构建了基于WebGIS的新疆跨境河流水生生态及鱼类资源“一站式”数据共享平台。该系统能够为新疆地区主要跨境河的水生生态及鱼类资源调查提供专题数据和历史数据的管理、统计分析及数据共享等服务，保证了渔业资源调查数据的质量及共享利用，提高了管理效率；年雁云等［46］考虑到渤海地区的渔业资源与生态环境的问题以及WebGIS所具有的优点，构建了基于WebGIS的渤海渔业服务系统，该系统能够实现基于GP（geoprocessing）模型的渔业数据查询、鱼群分布的分析和模拟以及海图数据的便捷、快速发布；段金荣等［47］针对太湖渔业资源建立了太湖渔业资源管理系统，从业者能够及时了解渔业资源的发展动态和最新资讯，同时管理部门能够根据渔业资源数据的分析和统计结果作出相应的统筹安排；杜超［48］从生态环境保护的角度出发，通过对WebGIS几种实现方法进行对比，采用基于Flex的和ArcGISServer的R／S技术体系，构建了基于WebGIS的鱼类洄游通道恢复信息平台，并将其成功的运用到湘江干流鱼类洄游通道恢复，为鱼类洄游通道的建设提供技术和信息支撑，同时为管理者提供了可视化平台和辅助决策；LIU［49］从保护加拿大安大略省大湖区濒危鱼类的角度出发，构建基于WebGIS的FSAR（fish species at risk）系统，为管理部门提供有关濒危鱼类的相关信息，从而更好的对濒危鱼类进行有效管理；SUHELMI等［50］在收集印度尼西亚有关海洋和沿海资源相关的渔业数据作为空间数据库的基础上，对数据进行分析，以获得所需的空间数据信息，并利用WebGIS对相关的数据和信息呈现，从而实现对渔业管理区的综合管理；WICAKSONO［51］从打击非法捕捞活动、保护印度尼西亚渔业资源的角度出发，构建了基于WebGIS的印度尼西亚渔业管理区渔业监测平台，该平台能够为管理者对渔业管理区实行有效的监管，为打击非法捕捞活动提供重要的辅助作用。

3.6 其它方面的应用

WebGIS除了以上几个方面的应用，在渔业的其它方面还有一些应用。例如：在渔业生态系统信息共享方面，苏天赟等［52］基于 WebGIS技术，设计和开发了YSLME GIS系统，该系统提供信息共享服务供用户浏览下载所需要的信息；在渔港建设方面，XU等［53］以 SuperMap IS.NET为开发平台，构建了渔港地理信息管理系统，实现了渔港空间量算、地图浏览、数据查询与管理等功 能；在 浮 标 管 理 方 面，REN 等［54］利 用Openlayers、GeoServer、ORACLE／MYSQL设计了基于WebGIS的浮标综合管理平台系统，通过该系统能够对浮标数据自动化、多功能、形象化地展示和查询；在生物多样性方面，DANG等［55］利用收集到的越南庆和省芽庄及金兰湾的珊瑚礁鱼类信息，构建一个基于WebGIS的珊瑚礁鱼类生物多样性数据库。

4 存在问题

互联网技术的发展使WebGIS得到很大的发展，但是从目前的应用现状能够看出，WebGIS还未真正的成熟，由于Web的种种限制和渔业本身的一些特点，WebGIS在渔业上的发展面临着一系列挑战和技术瓶颈。

（1）地理空间数据的共享和互操作问题

现有的WebGIS主要是各个行业根据自身的需要而设计，考虑到行业管理与数据安全的需要，开发人员基于特定的支撑与运行环境，采用不同的开发工具与数据建模方式，并且数据来源、空间数据的格式和组织等方面都有很大的不同，导致WebGIS系统之间各自为营、相互独立，严重限制了信息的交流与沟通，形成数据处理的“信息孤岛数据模型”，使得多源、异构空间数据的共享和互操作非常困难，难以实现更深层次和更广泛的应用［56］。

（2）数据质量难以保证

数据是GIS的基石，目前还缺乏专业的人员从事渔业数据的采集工作。渔业数据不同于其它信息系统中的数据，它更依赖于养殖、捕捞等生产第一线从业人员所提供的资料，但基层从事渔业生产的人员总体文化水平不高，同时野外调查环境比较复杂，使得数据来源与数据精度难以保证。

（3）传输速率瓶颈和可视化

目前Internet的带宽还处在一个相对低的水平，特别是在移动端，无法满足用户对GIS处理海量空间数据快速响应的需求，图形图像的直观表达与海量空间数据的传输成为限制WebGIS发展的技术瓶颈［57］。如何基于目前的网络与硬件条件有效地建立快速响应与传输机制；如何提供多样化、直观易懂的图形界面供用户体验；如何实现地理空间数据客户化地、动态地表现成为目前WebGIS面临的一大难题。

5 前景展望

WebGIS作为Internet与GIS的有机结合，其在渔业领域中的应用范围日益广泛，但与WebGIS在陆地各领域的应用相比，其在渔业方面的应用还处在初级阶段，用户尚不能通过网络终端进行真正意义上的较为复杂的GIS空间分析，许多方面尚需进一步研究，但这正是渔业WebGIS不断发展的动力所在，在以后渔业领域的应用研究应着重发展以下几个方面：

5.1 适合WebGIS应用的渔业数据标准的建设

渔业数据标准化是渔业信息化的基础，同时也是实现数据共享的保障，只有实现数据的标准化，才能为各个领域的信息资源统一共享提供数据保障，从而为渔业生产以及渔业决策提供有效的支撑。目前WebGIS在陆地资源开发等方面数据标准化的重要性已经被人们充分认识，并对其进行了深入的探讨，然而对于在渔业研究中数据标准化问题却还是一个空缺，尚未达成共识，严重限制了数据的共享与交互，因此在以后的研究中需要各个组织通力合作制定各类渔业信息统一有效的数据标准与实施规范，通过渔业数据的标准化促进渔业的信息化进程［58］。

5.2 渔业信息技术的集成化发展

信息网络技术的迅速发展与普及，使得WebGIS技术在渔业中有了更加广泛的应用，可是随着研究及应用的不断深入和扩展，仅凭单一的技术已经无法满足渔业生产和管理的需要，因此今后WebGIS在渔业领域的应用将会是向着集成化方向发展，将作为空间数据获取手段的RS技术与实现精确定位的GPS以及具有传统GIS空间数据处理能力的WebGIS相结合，能够更加有效地发布有关的渔情信息，为渔业和渔民提供大量所需要的渔业信息资源，指导渔民进行渔业生产，对于推动我国渔业经济的发展、实现渔业结构的调整也具有重要的意义，能够从根本上缓解渔业资源环境的重大压力。总之，今后渔业WebGIS发展的趋势将会是基于互联网环境下的“3S”集成化方向发展［59］。

5.3 渔业数据信息的开放共享及分布式计算

开放是实现渔业数据共享和信息交流的趋势，渔业WebGIS是基于Web页面的，其本质特征是开放性，因此今后渔业WebGIS的体系结构应该具有开放性、互操作性、可扩展性。开放的渔业WebGIS首先应该包括数据的开放，即分布在异构数据库中的信息共享，还应包括数据访问的开放性，即不同的地理信息系统软件之间具有良好的互操作性［60］。同时由于渔业数据的海量性，在进行渔业海量数据并发时应该采用云计算的策略，以分布式的方式对渔业数据进行获取、存储和处理，协同不同地区的计算机来处理、分析分布式数据，确保前端用户对于GIS数据高效、快速的响应要求。

5.4 网络虚拟地理环境

随着Internet的飞速发展及三维虚拟现实技术的日益成熟，人们已不满足Web页上二维空间的交互特性，而是希望能够将互联网变成一个立体空间，网络虚拟地理环境应运而生。地理虚拟建模语言（Geo VRML）是基于虚拟建模语言（VRML）来描述地理空间数据，为人们提供一个逼真的模拟环境，其目的是通过一个安装在Web浏览器上的标准VRML插件实现对地理参考数据、地图和三维地形模型的浏览。它的出现弥补了WebGIS在空间场景表达上的不足，使地理空间数据能够以三维立体方式表达，将大大促进网络虚拟地理环境的应用，将为在网络环境下实现虚拟水环境提供一个良好的数据规范平台，人们可以更加方便的在Web页上实现水环境三维空间的管理与分析，在客观世界的虚拟环境中更加有效地管理和分析渔业的空间实体数据［61］。

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Research progress of WebGIS application in fishery

XIE Kui1，2，ZHANG Han-ye1
（1.Key Laboratory of East China Sea＆Oceanic Fishery Resources Exploitation and Utilization，Ministry of Agriculture，East China Sea Fisheries Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Shanghai 200090，China；2.College of Marine Sciences，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China）

To achieve the sustainable development of fisheries，it is essential to formulate rational fisheries management plans and scientific decision-making.As an emerging GIS technology，WebGIS not only has the most traditional functions of GIS，but also has unique functions based on Internet，which plays an important supporting role in fishery management planning and decision-making.With the rapid development of Internet technology and the promotion of multi-scientific cross，applications of WebGIS have gradually deepend and expanded in the field of fisheries.This paper briefly introduces the characteristics and the main development platforms of WebGIS，and systematically reviews and summarizes the application progress and existing problems in the field of fisheries.At the same time，the paper presents prospects for its future development.Key words：WebGIS；fishery；GIS；research progress

S 932.4

A

1004－2490（2017）05－0592－09

2017－04－20

农财专项－农业农村资源等监测统计（2016）

谢 奎（1990－），男，硕士研究生，研究方向为渔业地理信息系统。E-mail：xiekui＿515＠126.com

张寒野，副研究员。E-mail：hy＠ecsf.ac.cn