海洋環境監測數據庫建設及可視化管理系統的設計與實現＊

高曉慧，王 娟，單春芝

（1.國家海洋局北海環境監測中心 青島 266033；2.國家海洋局海洋溢油鑒別與損害評估技術重點實驗室 青島 266033）

海洋信息化是國家信息化的重要組成部分，也是我國海洋事業發展的重要組成部分，在海洋事業發展中起著基礎性、公益性和戰略性的作用。近年來，隨著新型與智能化海洋環境監測信息服務技術的發展，北海環境監測中心迫切需要一個穩定、共享、方便用戶使用和交流的數據平臺。北海環境監測中心作為北海區海洋環境監測部門，長期以來，積累了大量豐富的調查、監測、監視和科研資料，對于大量來之不易的監測數據，如何快速而有效地進行海洋環境數據的存儲、管理、分析、處理和共享，是海洋監測資料管理的一個極其重要的任務。為此建立一套以海洋數據為對象，集海洋數據管理、數據分析處理和數據發布共享為一體的海洋環境監測數據庫建設及可視化管理系統，是海洋環境保護、海洋工程開發、海洋防災減災、海洋國防安全等涉海事業發展的重要基礎之一［1］。

1 系統開發環境

1.1 操作系統

操作系統采用Windows XP或Windows Server2003等，保證操作系統的完全兼容，使本系統的安裝與使用和原有機器的操作系統不發生沖突。

1.2 軟件開發環境

本系統選用微軟公司的Visual Studio 2008 Professional Suite作為軟件開發環境，并選擇面向.NET的全新開發工具——C＃。C＃是一種現代的完全面向對象的程序開發語言，它使得程序員能夠在新的微軟.NET平臺上快速開發種類豐富的應用程序。.NET平臺提供了大量的工具和服務，能夠最大限度地發掘和使用計算及通信能力［2］。

數據存儲方式采用Oracle10g數據庫作為數據存儲的解決方式。Oracle數據庫包括Oracle數據庫服務器和客戶端。Oracle服務器是一個對象——關系數據庫管理系統。它提供開放的、全面的和集成的信息管理方法，具有場地自治性和提供數據存儲透明機制，以此可實現數據存儲透明性。Oracle客戶端為數據庫用戶操作端，由應用、工具、SQL.NET組成，用戶操作數據庫時，必須連接到服務器，該數據庫稱為本地數據庫。在網絡環境下其他服務器上的DB稱為遠程數據庫。用戶要存取遠程DB上的數據時，必須建立數據庫鏈。

GIS開發平臺為ArcEngine 9.3，是一個包含完整類庫的嵌入式GIS軟件，它支持多種語言 （com，JAVA，.NET以及C＋＋）和多種系統 （Windows和Unix），開發者通過ArcEngine處理，可以定制完整的GIS軟件以外，還可以使GIS功能嵌入到其他已經存在的軟件中去［3］。

2 系統功能組成及模塊設計

2.1 系統功能組成

海洋環境監測數據庫建設及可視化管理系統將完成多種來源、多種時相、多種精確度的基礎數據的分布式集成與儲存，構建包含基礎數據、歷史數據、實時觀測和準實時監測數據動態的海洋監測信息綜合數據庫，在綜合數據庫的基礎上，開發海洋環境監測數據查詢模塊，并集成海洋環境評價模塊，獲得直觀的可視化產品，為海洋管理提供輔助決策結果，提高了海洋綜合分析能力。系統功能結構如圖1所示。

圖1 功能結構

2.2 系統功能模塊設計

2.2.1 用戶管理模塊

整個系統按照用戶角色不同，對信息管理系統的權限不同。角色分為管理員、高級用戶和普通用戶。在用戶登錄后，根據權限，高級管理員可以增加、刪除、修改用戶，對用戶分配訪問權限，管理數據庫；高級用戶可以訪問數據庫；普通用戶只能訪問部分數據庫，不能導出數據 （圖2）。

圖2 用戶管理界面

2.2.2 監測數據導入、導出模塊

系統實現了海洋環境監測數據的批量導入，解決了手工導入速度慢、效率低、易出錯的問題。首先規范海洋環境監測數據報表，形成統一格式，然后通過導入模塊，將其所有監測數據批量自動導入到綜合數據庫。在導入之前，對監測數據進行數據選取、數據清潔、質量控制，以確保導入數據庫的數據準確。

數據導出功能，根據用戶對監測數據報表格式的需求，可以導出不同格式的數據報表。圖3為海洋環境監測數據導入、導出界面。

圖3 數據導入、導出界面

2.2.3 監測數據查詢模塊

本模塊可按時間、空間和類別等多種組合條件查詢數據。查詢結果在列表顯示，可排序、可組合、可分頁顯示，也可另保存為文件。

2.2.4 監測數據統計分析模塊

監測數據統計分析模塊實現在某一時間內不同站點某個監測要素監測值的變化趨勢，并以折線圖、柱狀圖及基于地圖的柱狀圖的形式直觀地顯示。圖4是化學需氧量在同一時間不同站位的變化趨勢圖。

圖4 統計分析界面

2.2.5 監測數據空間分析模塊

空間等值線分析的目的是在空間地理信息基礎上對指定海域的監測數據進行分析，按它們分布的強度或密度，把監測值相同的點用線連接起來，形成等值線，然后分析總結其隨空間的變化規律。

2.2.6 單因子分析評價模塊

海洋環境質量評價主要采取單因子評價［4］。利用條件查詢在地圖上繪制出滿足條件的站點，根據標準指數計算公式，計算出該監測要素的標準指數，將各因子的監測值與評價標準指數進行比對，采用柱狀圖方式加以可視化表示，從而確定海水、沉積物和生物體的主要污染因子和影響因子。圖5是不同站點的鉻與標準值進行對比的柱狀圖。

單因子評價公式：

圖5 單因子分析評價界面

2.2.7 污染點源分析評價模塊

采用 “等標排放法”模型，根據各污染物和各污染源的等標排放量大小及相應的累積百分比大小，確定主要污染物和主要污染源。利用條件查詢在地圖上繪制出滿足條件的站點，根據用戶選擇，選用污染區域評價即按照各點源等標排放量和各污染物等標排放量來計算，計算結果以餅狀圖及三維餅狀圖形式直觀地顯示，可清晰地辨別出某區域內的重點污染源等信息。圖6是某一站點不同監測要素的評價分析圖。

等標排放法計算公式：

圖6 污染點源分析評價界面

3 結束語

海洋環境監測數據庫建設及可視化管理系統通過海洋基礎信息集成技術、海洋異構數據集成快速訪問提取及智能分析技術、海洋評價模型集成技術的研究，為實現海洋環境信息的集成與動態管理提供技術支撐。系統通過海洋基礎數據庫、評價模型的建設，實現了海洋環境專業信息的集成化、業務應用的動態化、管理決策的科學化，為進一步提高對海洋經濟發展規劃與管理的支持能力，進一步加強海洋的綜合管理能力奠定基礎。

［1］李立剛，趙彩云 .海洋觀測數據管理系統的設計與實現［J］.海洋預報，2010，7（2）.

［2］趙先龍，王川 .海洋水聲環境調查數據處理系統的設計與實現［J］.海洋測繪，2009，29（1）.

［3］朱仕杰，南卓銅 .基于Arc Engine的GIS軟件框架建設［J］.遙感技術與應用，2006，21（4）.

［4］袁中智 .基于GIS的近岸海域水環境時空分析：以珠江河口及其鄰近海域為例［D］.武漢：武漢大學，2004.