山东省数字海域系统研究与实现

高东琦

（山东省国土测绘院，山东济南 250013）

山东是海洋与渔业大省，新形式下如何进一步发挥海洋资源优势，科学配置海域海岛资源，服务“蓝黄”两区建设，保障用海需求，建设海洋经济强省，是省委省政府作出的一项重要战略。当前，山东省海洋经济的快速发展，海洋开发利用程度的不断加大，重点岸段、涉海工程数量越来越多、用海类型复杂多样、分布广，海洋管理部门对信息技术和信息服务的要求越来越高[1]。近年来，山东省海域海岛管理信息化工作有序开展，稳步推进，海域审批、动态监管等多个应用系统实现了业务化运行，提升了海域海岛管理效率及效果，为海域信息化管理奠定了基础。

尽管山东省海域海岛管理信息化建设已取得了一定成绩，但与国家和省关于信息化发展的要求相比，与海洋综合管理对信息化的要求相比，还存在一定差距，特别是在数字化综合展示、多系统融合衔接、新技术应用、综合处理及智能分析等方面还存在很多不足之处。目前，海域动态监管、海域使用权转让、海域使用权变更和填海项目竣工验收等业务信息化程度不高，已经使用的国家海域动态监视监测系统、海域使用项目管理系统、海洋行政界线管理系统、国家海岛监视监测系统等各自独立[2]，数据分散存储、标准不统一，系统间的衔接性较差；省自建系统在纵向上未能与国家业务系统实现互联互通、无缝衔接；在横向上未能和省政府政务服务平台、省投资项目在线审批监管平台系统及纪检部门的在线监督等系统进行有效衔接。此外，目前的系统无法集成展示全景影像、三维数据、实时监控视频等动态信息，不利于实现海域海岛立体实时监控的目标，无法满足全省海域海岛管理工作需求[2]。

因此，需要在现有数据资源和业务系统基础上，进一步拓展和完善海域海岛管理方式，提高海域海岛管理的信息化水平，利用海域海岛监测新型技术手段，融合多来源、多尺度、多类型信息[2]，开展山东省数字海域工程建设，搭建数字海域管理信息平台，增强全省海域综合管理、动态监测、分析评价等方面的能力和水平。

一、系统设计

1.系统结构设计

系统以山东省海洋与渔业“一张图”数据管理服务平台的在线地图服务为定位基础，以山东省数字海域管理核心数据库建设为核心，整合国家、省、市、县各级海域专题数据资源，统一数据标准，为业务应用系统提供服务接口，统一地理信息服务。项目实施应遵从“全局考虑、分步实施、重点先行”的建设原则，先完成基础内容的建设，再逐步提高应用内容和应用范围[3]。

从软件分层架构的角度来看，各个节点都由四个层次构成，即运行支撑层、数据层、服务层和应用层（图1）。运行支撑层包括规范标准和运行环境体系两部分，该层贯穿于整个平台。规范标准包括数据规范、服务规范和应用规范；运行环境体系包括网络、计算机、存储备份系统、安全保密系统等。数据层即是山东省数字海域管理核心数据库，由自然信息数据库、管理信息数据库2个大库和14个分库组成。自然信息数据库主要内容为地形地貌数据分库、海洋环境数据分库、渔业基础数据分库、遥感影像数据分库、全景数据分库、三维模型数据分库。管理信息数据库主要内容为用海规划数据分库、海域权属数据分库、海岛权属数据分库、保护区数据分库、渔业规划数据分库等。所有数据资源在逻辑上规范一致、物理上分布，彼此互联互通。服务层是数字海域工程建设的核心内容。服务层主要包括服务系统、运维管理系统[4]。服务层对外提供数据服务接口和功能服务接口，支撑主要业务系统的业务应用；对内实现基础的数据更新交换。应用层围绕海域海岛动态监视检测、海域项目审批管理、数字化展示等业务，建立并集成业务应用系统和海域资源综合管理服务平台。

图1 数字海域工程系统总体架构图

2.系统功能结构设计

建立山东省数字海域管理信息平台，平台包括海域使用项目管理系统、海域动态监视监测管理系统、海岛动态监视监测管理系统、数字化展示系统、海岛使用项目管理系统、海底电缆管道路由管理系统、整治修复项目管理系统、海域行政界线管理系统8个子系统。

（1）海域使用项目管理子系统建设

建设海域使用项目管理子系统，完善海域使用申请审批、海洋环境影响报告书核准等流程，新增海域使用权变更、转让、续期、抵押、注销以及竣工验收等功能模块，新建海域使用权招拍挂出让流程，实现与“国家海域动态监视监测管理系统”的纵向对接，与“山东省政务服务综合应用平台”等省内系统进行横向衔接。

（2）海域动态监视监测管理子系统建设

建设海域动态监视监测管理系统，实现监管任务下达、执行、考核的网络化运行和各种方式的监管成果展示，衔接国家海域动态监视监测管理系统[3]。系统主要功能有监管任务运行管理模块、空间资源监视监测模块、重点海域监视监测模块、区域用海规划区监视监测模块、建设项目用海监视监测模块、非建设项目用海监视监测模块、监视监测设备管理模块、决策分析模块。

（3）海岛动态监视监测管理子系统建设

开发建设海岛监视监测管理子系统，实现监视监测任务下达、执行、考核的网络化运行，各种监视监测成果集中展示，衔接国家海岛监视监测系统，为海岛保护、管理、执法提供信息服务。

（4）海岛使用项目管理子系统建设

开发建设海岛使用项目管理子系统，实现无居民海岛使用审批、招拍挂出让业务和海岛基本信息查询、海岛名称管理、统计分析等业务网络化办理。衔接国家海岛监视监测管理系统和山东省政务服务综合应用平台等省内其他部门系统。

（5）海底电缆管道路由管理子系统建设

为加强海底电缆管道路由管理，防止损害海洋生态环境工程事故发生，对省级已经批复的海底电缆管道进行跟踪管理，全面掌握我省海底电缆管道路由现状，建设海底电缆管道路由管理子系统。通过整理海底电缆管理路由数据资料的信息化，实现海底电缆管道路由批复、施工许可的数字化管理，以及海底电缆管道保护区的规划与管理。

（6）整治修复项目管理子系统建设

为全面掌握海域海岛海岸带整治修复工作实施情况，有计划推进海域海岛海岸带整治修复规划实施，对单个整治修复项目进行跟踪管理，实现对整治修复项目内容、阶段进展、修复效果等进行综合展示和全过程监管。

（7）海域行政界线管理子系统建设

对现有海域行政界线资料进行标准化处理，将界线坐标统一转换为CGCS2000坐标系，改变界线管理系统的单机版现状，开发建设“海域行政界线管理子系统”，服务于省内各级海洋主管部门综合管理。系统主要功能模块包括界线档案资料管理、界线信息查询统计、界线变更管理、绘图输出。

（8）数字化展示子系统建设

开发建设数字化展示子系统，充分利用遥感、高清视频、激光点云等技术手段，对全省海域海岛、港口、岸线等进行多分辨率、多尺度、多时空的综合展示。数字化展示系统作为海域动态监视监测管理、海岛动态监视监测管理、海岛使用项目管理、海底电缆管道路由管理、整治修复项目管理、海域使用项目管理和海域行政界线管理系统7个业务系统的数据基础系统，贯穿其整个业务流程，负责其他业务信息、分析结果的统一展示。系统使用ArcGIS和Skyline软件开发数字海域数字化展示系统[5]。

二、数据库设计

通过采集整理获取海域海岛自然信息、管理信息，集成基础地理信息、遥感影像资料、权属数据、远程视频监控、疑点疑区核查等业务信息数据，以 “一张图”平台基础地理信息数据服务为定位基础，建立山东省数字海域管理核心数据库，由自然信息数据库、管理信息数据库2个大库和14个分库组成（图2）。

图2 山东省数字海域核心数据库结构

1.自然信息数据库

（1）地形地貌数据分库：包括滨海地形地貌数据、海底地形数据、海岛地形地貌数据、海洋/海岸工程数据等；

（2）海洋环境数据分库：包括温度、盐度、水深、水质、底质等数据。

（3）渔业基础数据分库：包括产卵场、索饵场、越冬场、洄游通道数据。

（4）遥感影像数据分库：包括国家每年四次配发的近岸海域30米分辨率卫星遥感影像，热点海域每年一次2.5米分辨率卫星遥感影像，近岸重点海域每年一次分辨率优于1米分辨航空遥感影像。以及使用无人机采集的1米分辨影像数据。

（5）全景数据分库：包括利用移动全景采集设备采集的海岸线全景数据及激光点云数据。

（6）三维模型数据分库：包括海岛地表三维数据、石油平台三维模型数据和港口三维模型数据。

2.管理信息数据库

（1）用海规划数据分库：包括海洋功能区划、海洋生态红线、海域使用规划数据。

（2）权属数据分库：包括海域权属数据、无居民海岛权属数据、海底电缆管道数据。

（3）保护区数据分库：包括自然保护区、特别保护区、海上公园、种质资源保护区数据。

（4）渔业数据分库：包括人工鱼礁规划、垂钓基地、海上粮仓规划等渔业数据。

（5）其它涉海规划数据分库：包括交通、旅游、城镇、临海工业等的规划数据（港口规划可单列）。

（6）动态监管数据分库：包括监控摄像头、无人机、照相机、摄像机采集的动态监管数据等。

三、关键技术

整个平台集成GIS技术、Web Service技术和SOA等多种先进的技术手段来实现。采用上述技术方法，构建相应的系统，实现业务数据的管理和服务等。

1.基于SOA架构实现系统集成与扩展

系统采用Web服务方式来支持SOA架构，提供基于网络的HTTP＋ XML接口服务，接受服务方可以通过XML传递必要的参数到服务器端，就像调用本地接口一样实现与自身业务应用系统的无缝集成[6]。

系统设计与开发过程中提供对外服务的应用程序功能封装和发布为Web服务，通过服务注册和服务目录，向服务消费者（各种组件或部门的应用系统）提供Web服务，使系统的功能可以采用松耦合的方式实现集成，并使平台提供功能服务具有可扩展性[7]。

2.实现海量三维数据动态加载和高效运行

由于传统的城市三维模型数据量比较大，容易占用较高的浏览器缓存和内存资源，项目采用基于流模式的三维模型处理方式。项目将三维模型和其它数据统一制作成多分辨率、最优流方式的3D网格图层数据库（3DML），提高了系统加载速度和降低内存消耗。同时将所有地形和影像数据建立影像金子塔结构,将模型对象构建线性四叉树和R树空间索引，将纹理通过关联模型建立顺序索引并入库[8]。

四、系统实现

本文设计的数字海域系统包含海域动态监视监管子系统等8个子系统，这里选择海域动态监视监管、海底电缆管道路由管理和数字化展示3个子系统中的部分功能详细说明。

1.海域动态监视监管子系统

海域动态监视监管子系统包含的功能主要有监管任务运行管理、空间资源监视监测、重点海域监管、区域用海规划区监视监测、建设项目用海监视监测等。

监管任务运行管理功能，主要是实现海域空间资源、重点海域、区域用海规划区、建设项目用海和非建设项目用海等监管任务的下达、执行和考核。通过系统向市县海洋部门下达监测任务，包括监测对象、空间范围、监测手段、监测频率等内容，市县海洋部门完成监管后将成果上传到系统，实现监测结果的动态可视化管理，为对某海域空间资源进行的检测任务。

2.海域数字化展示子系统

数字化展示系统主要功能有资源浏览、地图展示、三维浏览、二三维联动、全景展示、空间分析、对比分析等，为通过三维浏览功能浏览海上钻井平台，对东营港进行动态三维视域分析，通过展示子系统，对某港口的电子地图数据与卫星遥感影像数据进行对比分析。

3.海底电缆管道路由管理子系统

海底电缆管道路由管理子系统主要功能有信息查询、路由审批资料录入、路由申请审批资料、海底电缆管道路由保护区公示、备案管理等，详细信息主要包括施工单位、所有者、施工船舶等。

五、结语

山东省数字海域工程建设是在全省海洋信息化建设总体框架的基础上，以计算机硬件与网络通信平台为依托，以数字海域管理核心数据库为枢纽，以海域海岛动态监视监测、海域项目审批管理等业务流程为主线[9]，以数字海域管理信息平台为支撑构建的互联互通的海域资源数字化展示、业务管理和决策支持服务体系。整个平台通过集成GIS技术、Web Service技术和SOA等多种先进的技术手段来实现系统所需功能。通过二维、三维、全景等手段形式将管辖海域过去、现状和未来进行多尺度、多时空的数字化展示，通过评价分析预测未来海域海岛管理趋势，全面提升了我省海域海岛管理的信息化水平和公共服务能力。