航標(biāo)網(wǎng)絡(luò)GIS助航信息系統(tǒng)的構(gòu)建

彭國(guó)均，張杏谷，項(xiàng) 鷺

（1.集美大學(xué)，福建 廈門361021；2.中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所，北京100016；3.上海海事局 廈門航標(biāo)處，福建 廈門361012）

隨著海洋交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，船舶趨于大型化、高速化，船舶數(shù)量和水域交通密度及危險(xiǎn)貨物裝載量不斷增加，海上交通事故及經(jīng)濟(jì)損失呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，嚴(yán)重威脅船舶航行安全及海洋生態(tài)環(huán)境。因此，在大力發(fā)展海洋交通運(yùn)輸業(yè)的同時(shí)，應(yīng)探索運(yùn)用新的技術(shù)，提高海上交通的安全，保護(hù)海洋環(huán)境［1］。

在海上交通運(yùn)輸領(lǐng)域，為解決各涉海部門之間的信息孤島問(wèn)題，應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)海上交通信息發(fā)布與共享將是一有效的技術(shù)途經(jīng)。建立基于互聯(lián)網(wǎng)的航標(biāo)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)WEBECDIS發(fā)布系統(tǒng)，利用互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布航標(biāo)信息，將成為航標(biāo)信息及時(shí)發(fā)布與共享的主要途徑。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)以符合國(guó)際IHO-S57標(biāo)準(zhǔn)電子海圖數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，疊加實(shí)時(shí)的航標(biāo)信息，運(yùn)用 WEBGIS技術(shù)，構(gòu)建運(yùn)行于互聯(lián)網(wǎng)上的航標(biāo)信息WEB發(fā)布平臺(tái)（網(wǎng)站）。進(jìn)出港船舶、涉海單位和公眾能以有線或無(wú)線的方式登陸互聯(lián)網(wǎng)，在通用的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器上，通過(guò)操作電子海圖及航標(biāo)信息屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，方便、及時(shí)地瀏覽、查詢和獲取航標(biāo)信息。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由分布在互聯(lián)網(wǎng)上的客戶端、Web服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成，見(jiàn)圖1。

采用B／S（Browser／Server）和C／S（Client／Server）相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的更新部分及系統(tǒng)維護(hù)部分采用C／S結(jié)構(gòu)。用戶查詢、數(shù)據(jù)的編輯及其它屬性數(shù)據(jù)的編輯部分采用B／S結(jié)構(gòu)。三層結(jié)構(gòu)的瀏覽器／服務(wù)器模型（B／S）是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的主要開(kāi)發(fā)模型，這種方案將系統(tǒng)劃分為三“層”，客戶機(jī)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。B／S結(jié)構(gòu)通過(guò)平衡客戶機(jī)／服務(wù)器間的數(shù)據(jù)通訊，利用服務(wù)器的高性能處理復(fù)雜的關(guān)鍵性的應(yīng)用，降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量，并簡(jiǎn)化了客戶端的應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境，降低了軟件的維護(hù)費(fèi)用。Web服務(wù)器負(fù)責(zé)接收瀏覽器用戶請(qǐng)求、負(fù)載平衡和服務(wù)管理，并接受應(yīng)用服務(wù)器處理結(jié)果，再傳回到客戶端瀏覽器；應(yīng)用服務(wù)器接受海圖、航標(biāo)數(shù)據(jù)操作應(yīng)用請(qǐng)求，調(diào)用相關(guān)處理功能模塊向數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送請(qǐng)求，接受數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)回的數(shù)據(jù)并經(jīng)相應(yīng)功能模塊處理后，將其結(jié)果傳回Web服務(wù)器；數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存貯和管理。客戶端瀏覽器，如IE5.0或其他瀏覽器軟件，為用戶提供接口，將用戶請(qǐng)求通過(guò)HTTP協(xié)議發(fā)送至Web服務(wù)器并接受最終的處理結(jié)果和顯示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)（基于GeoBeans5.5）

2 支撐軟件

2.1 操作系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)

選用Windows 2000Server操作系統(tǒng)和SQL Server 2000企業(yè)版數(shù)據(jù)庫(kù).SQL Server 2000與Windows 2000Server協(xié)同工作模式是微軟公司首推的電子政務(wù)、電子商務(wù)平臺(tái)解決方案。SQL Server 2000充分借助Windows Server的系統(tǒng)功能，可以完成一系列復(fù)雜的數(shù)據(jù)管理工作，提供完善的Web數(shù)據(jù)訪問(wèn)。以靈活快捷的方式借助Web實(shí)現(xiàn)SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)和多維數(shù)據(jù)集之間的網(wǎng)絡(luò)連接；并具有高度可用性與可伸縮性，借助日志傳送、在線備份和故障群集手段實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的解決業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。同時(shí)借助基于角色的安全特性和網(wǎng)絡(luò)加密功能確保應(yīng)用程序能夠在任何網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下均處于安全狀態(tài)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)GIS平臺(tái)

所選用的 WEBGIS平臺(tái)軟件必須成熟、穩(wěn)定，前后臺(tái)應(yīng)用均要簡(jiǎn)單、直觀、方便，前臺(tái)表現(xiàn)形式要求美觀、大方，并提供操作說(shuō)明和在線幫助。根據(jù)平臺(tái)的選擇原則，選擇了國(guó)產(chǎn)的地網(wǎng)GeoBeans 5.5作為WEBGIS工具軟件。它采用B／S計(jì)算模式，由分布在Internet上的客戶端、Web服務(wù)器、多應(yīng)用服務(wù)器、多數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器以及圖形編輯器組成。主要功能有：柵格與矢量地圖的放大、縮小、全圖、漫游，柵格與矢量合成操作，屬性和空間雙向查詢，圖層控制與鷹眼，空間分析與網(wǎng)絡(luò)分析，動(dòng)態(tài)制圖和三維可視化，分布式計(jì)算等。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建

3.1 設(shè)計(jì)思想

在數(shù)據(jù)庫(kù)總體設(shè)計(jì)中，除了考慮標(biāo)準(zhǔn)建庫(kù)規(guī)程，還應(yīng)考慮以下內(nèi)容：根據(jù)數(shù)據(jù)的規(guī)范、存儲(chǔ)方法及應(yīng)用模式，建立結(jié)構(gòu)合理、信息全面、存取方便、實(shí)用高效的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以最短的時(shí)間準(zhǔn)確得到對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)的查詢、統(tǒng)計(jì)結(jié)果及對(duì)頻繁訪問(wèn)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化；所建立的空間數(shù)據(jù)庫(kù)具備多級(jí)的索引機(jī)制，可以完成不同尺度的數(shù)據(jù)快速顯示和無(wú)縫集成。

3.2 電子海圖空間數(shù)據(jù)組織模式

電子海圖空間數(shù)據(jù)組織模式主要包括標(biāo)準(zhǔn)電子海圖數(shù)據(jù)加工處理、數(shù)據(jù)GBP工程建立及屬性數(shù)據(jù)入庫(kù)等。當(dāng)前我國(guó)海上交通電子海圖格式包括：海軍航保部頒布的《軍用海圖交換格式》、IHO S57（第三版）、非官方其他格式電子海圖等，由于電子海圖數(shù)據(jù)來(lái)源不同，存儲(chǔ)格式存在多樣性，因此需要通過(guò)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)檢查、數(shù)據(jù)修改、數(shù)據(jù)入庫(kù)等步驟。本系統(tǒng)采用IHO S57（第三版）標(biāo)準(zhǔn)電子海圖。

3.3 處理過(guò)程

第一步：將S57數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成esri公司的ShapeFile格式；

第二步：在ArcView和ArcGIS中對(duì)Shape-File數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：

1）根據(jù)S57數(shù)據(jù)的各圖元的顏色值找到相應(yīng)Shape文件中的圖元，之后將顏色值存放到該圖元的屬性表中；

2）將數(shù)據(jù)集成到一個(gè)shape文件中，各圖元按照類型不同賦給相應(yīng)的屬性值，并將其屬性值及其x，y坐標(biāo)作為一個(gè)表存放到SQLServer2000數(shù)據(jù)庫(kù)中；

3）數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。

第三步：用GeoBeans5.5將處理好的Shape文件轉(zhuǎn)換成GBD文件，同時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)海圖的圖元顏色及符號(hào)配置相應(yīng)的GBD文件。用GeoBeans5.5把所有GBD文件組織成一個(gè)工程，并調(diào)整各個(gè)圖層的顯示比例及顯示范圍。

經(jīng)過(guò)這三步就完成了電子海圖空間數(shù)據(jù)到GBP工程的處理，見(jiàn)圖2。

圖2 S57數(shù)據(jù)到GBP工程的處理

4 系統(tǒng)功能

航標(biāo)WEBGIS發(fā)布系統(tǒng)的功能包括后臺(tái)與前臺(tái)兩大部分，后臺(tái)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)的維護(hù)及系統(tǒng)管理，前臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布服務(wù)［2］。

4.1 系統(tǒng)后臺(tái)的數(shù)據(jù)維護(hù)及系統(tǒng)管理功能

系統(tǒng)后臺(tái)維護(hù)管理部分采用C／S結(jié)構(gòu)，它的功能主要包括：

1）數(shù)據(jù)錄入。根據(jù)需要，將數(shù)據(jù)輸入或?qū)С鰯?shù)據(jù)庫(kù)；對(duì)已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行增加、修改、刪除等編輯，并提供用戶通過(guò)IE瀏覽器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行增加、修改、刪除等編輯功能。

2）權(quán)限管理。對(duì)不同用戶，系統(tǒng)提供瀏覽、編輯、重建等不同的使用權(quán)限。

3）航標(biāo)數(shù)據(jù)的編輯繪制功能。實(shí)現(xiàn)各個(gè)航標(biāo)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)添加、修改、刪除。其中添加和修改通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)：用戶在圖上用鼠標(biāo)直接編輯；用戶輸入航標(biāo)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)值編輯。

4）用戶自定義航標(biāo)符號(hào)功能。通過(guò)GeoBeans5.5的符號(hào)編輯系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)用戶自定義航標(biāo)符號(hào)繪制或?qū)搿?/p>

5）多元數(shù)據(jù)集成功能。即支持對(duì)多種數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換和使用［3］。

4.2 系統(tǒng)前臺(tái)的信息發(fā)布服務(wù)功能

系統(tǒng)的前臺(tái)部分采用B／S結(jié)構(gòu)，通過(guò)系統(tǒng)服務(wù)器向用戶提供信息服務(wù)。用戶瀏覽器端通過(guò)內(nèi)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布與共享服務(wù)。其功能主要包括：

1）對(duì)海圖進(jìn)行放大、縮小、漫游、復(fù)位等操作；

2）圖層控制，能獨(dú)立顯示或關(guān)閉不同圖層，瀏覽器端矢量格式顯示；

3）支持并發(fā)用戶；

4）選擇圖元閃爍；

5）對(duì)圖形信息（空間）和屬性信息（數(shù)據(jù)庫(kù)信息）進(jìn)行靈活多樣的雙向查詢等。

本研究已實(shí)現(xiàn)在通用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器上，通過(guò)操作電子海圖及航標(biāo)信息屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，方便、及時(shí)地瀏覽、查詢和獲取當(dāng)前航標(biāo)動(dòng)態(tài)信息；根據(jù)管理權(quán)限，管理員可在線進(jìn)行航標(biāo)編輯，見(jiàn)圖3。

圖3 航標(biāo)助航信息查詢及編輯修改

5 結(jié)束語(yǔ)

基于互聯(lián)網(wǎng)的海上交通信息技術(shù)的研究將改善和提高現(xiàn)行的海上交通信息系統(tǒng)的模式和應(yīng)用水平，有利于我國(guó)海上交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展及海運(yùn)強(qiáng)國(guó)的建設(shè)。本研究為基于互聯(lián)網(wǎng)的海上交通信息共享應(yīng)用進(jìn)行了有益的探索，為航標(biāo)系統(tǒng)的信息化建設(shè)提出一個(gè)較好的技術(shù)方案，有助于傳統(tǒng)航標(biāo)系統(tǒng)的變革，為用戶提供及時(shí)、準(zhǔn)確、便捷的助航信息服務(wù)。

［1］東 方.建設(shè)我國(guó)海上數(shù)字交通系統(tǒng)的設(shè)想［J］.大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（4）：24-27.

［2］袁陶穎.運(yùn)用 MapXtreme實(shí)現(xiàn) WebGPS系統(tǒng)［J］.導(dǎo)航，2003（2）：25-29.

［3］韓海洋，黃建明，龔健雅，等.Internet下多數(shù)據(jù)源、超媒體空間信息的分布式調(diào)度與管理［J］.武漢測(cè)繪科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，24（3）：204-208，229.