海域动态监测数据治理的设计框架研究

魏立津 柴莹

（中海油能源发展股份有限公司 天津市 300450）

伴随着社会经济和海洋科技的迅速发展，人们对大海的探寻水平持续加深，利用海洋的能力日益提高。尤其是伴随着陆地资源的过多开发，海洋经济的发展已经变成解决人口飞速增长、资源紧缺和环境恶化问题的有效途径[1]。控制海洋空间，争夺海洋生物资源，占领海洋科技主阵地，已变成国际性发展趋势。构建海域动态监测系统是直接掌握管辖区内海域现况和动态的重要途径，也是海域管理方法能力建设的重要举措。其关键是要尽早制订和实行合理的规章制度整体架构设计方案。

1 海域动态监测数据的特点

海域动态性监测数据信息就是指根据卫星遥感、航空遥感、远程和现场视频监测等方式，对海域资源和海域应用情况开展监测所获取的数据信息。为海域综合性管理服务。其特性主要包含如下几层面。

1.1 海量性

应用各种监测技术开展周期性、即时性的数据信息采集，造成海洋数据信息呈指数级增长。例如每一年覆盖在我国沿海城市的遥感影像数据信息，包含画面质量遥感影像、高像素遥感影像和无人机航拍影像，都呈现出逐年增长趋势。

1.2 多维性

海域动态监测数据涉及海洋化学、海洋经济、海洋环境、海洋资源等众多学科。每一个数据信息目标不但具备时间和空间位置信息，还包括多维度信息内容。如海水温度、含盐量、pH值等。

1.3 时空性

每次的数据信息监测都相应生成特定的时光位置信息，其使用价值需要在指定的时间或空间位置下才能具有。例如，根据监测填海工程的进展，可以获取不同时间段填海造地的空间位置信息。

1.4 多源多类性

因为监测方式不同，获得的海域动态监测数据的种类、主要参数和指标值也不一样，展现出多源多类型。例如河口、港湾、划区用海整体规划、关键工程项目、疑点地区、待批新项目、海域水体的现场监测视频监测，监测指标值、主要参数、基本数据类型均有所不同。

2 数据治理面临的问题

从管理方法角度观察，《中华人民共和国海域使用管理法》规定，海洋行政部门主管机构依规等级分类审核海域应用。彼时的信息化水准低，海域应用审核信息不清楚，同一地区非常容易产生用海矛盾，且信息化建设并无处参考。从数据自身而言，因为监测方式多种多样，海域动态性监测数据是多源的，并且这种数据是逐渐累积的，欠缺合理的策划和梳理，档案保管错乱，严重影响了海域管理的工作效能。从硬件设施看来，计算机设备、网络服务器、监控系统、数据储存和管控机器设备等硬件配置老化比较严重，配套的设施设备相对性落伍。存有型号不匹配、选购时长不同、特性不一致、机器设备配备主要参数有差异等许多问题。这严重影响了数据储存和浏览的有效率。

3 海域动态监测信息获取方式

以机器设备和人员和遥感监测技术为主要的陆地监测获取数据信息的手段，对海域应用开展动态监测。

3.1 卫星遥感监测

卫星遥感技术是以人造地球卫星为基本的各种地理信息系统软件的统称。利用通讯卫星对宇宙和最底层空气开展光电和电子器件观察，不接触地物目标，利用遥感技术器获得电磁波信息，根据剖析处理揭露地物目标属性以及变化规律的科技技术。遥感技术海域动态监测的具体任务是全方位、系统化调研海域应用现况和发展潜力，全面把握海域应用动态状况。卫星遥感海域动态监测的目的是获得海域应用现况信息，为海域网络资源的开发设计、利用、管理方法和维护提供精准、及时的信息。

3.2 航空遥感监视监测

海域动态性监测的另一个关键信息来源是航空遥感，一般指从飞机、气球、飞行器等航空服务平台认知路面的地理信息系统软件。航空遥感技术性完善，其优势包括：三维成像尺度大，地面屏幕分辨率高，更适用于大规模地形测绘和小总面积详查以及无需繁杂的路面处理设备。缺陷是飞行高度、续航力能力、航姿、全天实际操作能力和大范围动态性监测能力较弱。但作为探寻和研究地球环境资源和自然环境的方式，它依然是大势所趋，且短时间内无可取代。按飞行高度可划分为三个级别：低空飞行（600 ～ 3,000m）、中空（3,000 ～ 10,000m)、高空（10,000m以上）。除此之外，也有超高空（U-2侦察机）和超低空飞行航空遥感。因为航空遥感监测的空间分辨率可优于0.5m，因此对海域应用和海域自然属性的监测能力较强。因为航空遥感主要由我国巡逻机开展，数据信息由中国海监总队公布与下发，现阶段难以确定可以用数据信息的总量和及时性，因此文中仅做简要说明。

3.2.1 我国海洋航空遥感情况

因为海陆的交互地带不但受陆上、海洋、大气等自然环境的共同影响，并且直接遭受人类活动的影响，因此其变化情况更为强烈。自1986年2月海洋局建立第一支航空遥感大队至今，我国巡逻机以及设备的能力建设进一步增强。现阶段航空对海岸侵蚀的监测是以遥感技术为基本的，为了迅速精确地获得海域数据信息，我国巡查的飞机场已增加到9架。通过与历史航空影像配准精准定位，对监测数据信息做好解析测算，为海域应用整体规划管理、海洋生态环境治理与保护和海洋行政工作给予精确的数据信息资料。

3.2.2 海域应用动态性监测航空遥感工作流程剖析

在海域应用动态性监测中，主要以我国巡逻机为服务平台，以L波段激光器扫描仪成像仪和数码照相机为关键机器设备，在低潮时获得近海海域的航空遥感数据信息。融合数据地图、航海图和地面GPS基准点处理遥感图像；利用专业遥感技术和GIS软件开展遥感技术信息的获取、融合和剖析，必要时还开展侦查与核查；制作正射影像图、专题地图和有关数据产品，此外还提取海域、岛屿、填海工程和各种海域的使用信息。航空遥感技术性是获得海域变化规律信息的主要方式之一。它可以获得该海域的海流信息，为海洋资源的开发设计、利用、管理和维护提供可靠、直接、精确的信息。

3.3 地面监测和监管

地面监控一般界定为已经着眼于地面的工作人员和机器设备。针对海域的使用权属：包括各种海域、海域主要用途、权属变动、海域登记、海域总面积、经济发展产量等动态性信息。已经修建的用海项目：海域面积、位置、主要用途、建设施工过程等。突发事件：不法用海等。核查：卫星遥感、航空遥感监控和监测，核查汇报中发现的异常点和地区；海洋灾害监测：海湾侵蚀和海面侵入监测等。因为地面监测可以直接、形象化、近距观察海平面，是遥感技术监测的重要补充。

3.3.1 地面监测关键技术方案剖析

地面监测主要由地面工作人员和机器设备相互配合，创建海域应用调研平面图控制网队，监测海域所有权属变动、新增加海域项目界限等海域应用变化规律信息。技术线路见图1。

图1：地面监视监测技术路线

3.3.2 海域应用测量动态监测

作为海域应用动态监管的重要手段，广泛运用于路面巡视、权属监测、用海异区异常点核查、通讯卫星和航空遥感监测的核查监测、在建项目用海监测等许多个过程。海域测量的主要标准为《海域使用面积测量规范》、《海籍调查规范》，我国海洋局公布的海域应用调研动态监测有关技术性文档。现阶段，在海域动态监测中，常见的监测仪器主要是各个类型的GPS设备。GPS（卫星导航系统）全球卫星导航系统可以满足全球范围的全天、连续、即时和三维导航精准定位的要求。

3.3.3 海洋信息员的动态监测

海洋信息员是中国基层海洋行政部门在海域应用动态监测中提出的一种自主创新方法。根据海洋信息员提供的精确信息内容，可以减少路面监测时长，及时地对海域应用状况开展动态监测。与此同时，海洋行政部门主管部门还能够向信息员下发命令，对外地检举的违反规定用海个人行为开展核查。

3.3.4 视频监控

为进一步加强海域应用项目尤其是城市新建项目的动态监控与监测，防止对海洋资源的毁坏，沿海地区一部分省份将现代视频监控技术引进海域应用动态监控中，根据前端视频监控点即时传送海域应用项目视频监控数据信号，为海域应用动态监控提供了全新升级的监控手段。

4 海域动态监测数据治疗框架研究

数据治理（Data governance）是一个以数据分类为标准化目标，保证优良的数据存储组织，并根据信息步骤控制完成全方位、有效的数据库管理系统。因此，在数据治理全过程中，最要考量的是治理框架的搭建，及其数据治理中各因素作用的全面组织和整体规划。

4.1 国内外主流数据治理框架

数据信息治理框架就是指一个组织的基本概念（如原则、组织架构、步骤和标准等）的逻辑结构。将数据列入治理领域，运用概念间的相互关系形成数据治理的整体对策和总体战略目标。因为治理总体目标不同，国内外不同行业、领域的学者指出了不同的数据治理框架（如表1)。因为行业领域、数据治理环境的不同，其研究视角也可不相同，因此明确提出基于多个角度与层面的有侧重的数据治理模型。但海域动态监测具备显著的领域特点。以上四个数据治理框架尽管无法充分满足海域动态监测数据治理的要求，但依然为海域动态监测数据治理给予了参照和具体指导。

表1：国内外主要数据治理框架

4.2 海域动态监测数据治疗框架

依据海域动态性数据监测的特性、工作中环境和项目需求，搭建了根据总体目标的海域动态性监测数据治理框架（图2）。该框架涉及到海域动态性数据监测管理方法的四个要素：总体目标要素、促成要素、核心要素和支撑要素[5]。在其中，核心要素的工作中要以总体目标要素为导向，支撑要素是核心要素的工作基础，促成要素要确保核心要素中各项工作的执行。

图2：海域动态监测数据治理框架

4.2.1 目标要素海域动态监测数据治理致力于依靠信息科技实现对数据资产的安全性管理、有效管理，为海域综合性管理提供服务[6]。根据动态海域业务流程要求，收集的卫星遥感、航空遥感、现场监测和远程监控等动态性海域监测数据是海域综合性管理的重要环节。数据治理的核心目标是通过对信息的有效管理完成多平台数据融合，对数据进行维度切片分析及挖掘将数据资产变现，进而实现数据资产价值的最大化。但是，数据管理离不开安全的环境保障。仅有数据信息安全，才可以真正发挥信息的使用价值，服务于海域综合性管理。在数据管理全过程中，制订统一的数据采集、传送、处理、评定、监测工作流程、监测系统要求、业务流程考评管理和系统软件管理规定，构建数据标准管理体系，进而指导其他海域有关信息化规划建设。

4.2.2 促成要素

促使要素是达成数据治理总体目标的必备条件，是充分发挥核心要素的关键因素。由于我国海域海情数据庞杂，涉及省市众多，需要以海域管理和服务支持协调工作体制为具体指导，构建我国、省、市、县四级海域应用动态监测业务管理系统和业务机构，形成业务化运行机制。根据各地区自身情况，建立明确的角色并划分职责，提高各部门间的协同性，完成整体方案落地。引入高层工作组监督平台建设，数据质量的评估优化，同时设定数据管理员，建设硬件环境配置，确保海域动态监测数据管理的顺利实施，促成数据管理的规范性、即时化和持续发展。

4.2.3 核心要素

核心要素是海域动态性监测数据管理的核心内容，包含健全数据标准规范管理体系、创建海域动态性监测时空数据库、开发设计信息平台和建设数据信息安全保障环境。信息化平台是核心中的核心，其他三者确保了信息化平台的运作。数据标准管理体系是信息平台建设和运营管理的技术性支撑，也是信息平台基本建设成效的宣传和共享资源。海域动态性监测时空数据库查询以海域元数据库模型和海域数据库管理技术架构，实现多元数据集成业知识管理、管理决策支持和各种信息的集成化管理，搭建基于数据为中心的安全性基础构架，继而实现系统软件硬件配置、网络平台、测量设备等关键硬件配置的升级更新，及其软件功能的优化与拓展，数据储存能力、业务系统服务应用能力和安全防范能力的拓展与提升。

基于此，还要建立健全信息化平台，进行规范化智能化数据采集和管理，形成海域监测数据管理和运用一体化，保证我国各级海洋行政部门主管机构即时把握海域应用动态性情况，简化海域管理和监控的任务流程，减少行政审批制度周期时间，提升行政部门管理和监测有效率，适度制订或调节我国海域应用管理现行政策，最终实现工作智能化、管理决策化和管理规范化。

4.2.4 支撑要素

由于动态性海域监测数据具有异构，海量和多维度的数据环境特点，同时从质量出发建立多级数据资产管理体系以及制定数据标准规范体系，都需要严格把控基础数据质量，以作为信息化平台的数据底座保证后续治理效果。

因此支撑要素支撑着核心要素中各类整治工作中的开展，也为海域动态性监测数据管理打下了基础。支撑要素包含业务流程数据信息管理、多系统异构数据入湖、数据仓库建设和主数据管理、数据库数据的统计、分析数据与质量控制[7]。而数据治理能不能获得较好的实际效果，在于对网站安全性的控制，以确保源数据信息的精确性。

5 结束语

本研究依据海域动态监测数据的特点以及海域动态监测信息获取方式，搭建了海域动态监测数据治理架构。在《海域动态监测数据治理架构》的指导下，通过多年的数据治理，现阶段得到的成效有：

（1）制订执行了管理方法、数据信息、软件、业务流程配套制度等一系列配套设施机制和标准规范，规范信息化平台的建设；

（2）创建海域动态监测信息内容数据库查询，包含海域管理方法业务数据、监视监测数据、遥感影像数据、基础地理数据、系统管理数据的海域监测数据库。

（3）开发设计数据管理服务平台，实现海域动态监测数据的资源共享；

（4）生成了覆盖我国、省、市、县市级海洋行政部门和海域监测系统企业的数据治理与管理方法业务管理系统方式，保证了数据治理的可持续发展。

数据治理是一项长期性、系统性的工作中，数据治理架构的搭建为数据治理指出了方向和道路。海域动态监测数据管理方法架构有利于发挥数据价值，指导海洋有关数据管理和服务平台的建设。对海域动态监测数据开展合理有效的数据管理，可以为海洋行政部门主管提供可靠的管理决策支持，为海洋研究人员提供精确的信息支撑，推动数据信息的共享，共同构建和谐海洋。