海洋地質調查項目評估模型與可視化研究

王剛龍，王玉清

（1.國土資源部 海底礦產資源重點實驗室 廣州海洋地質調查局，廣東 廣州 510075）

海洋地質調查項目評估模型與可視化研究

王剛龍1，王玉清1

（1.國土資源部 海底礦產資源重點實驗室 廣州海洋地質調查局，廣東 廣州 510075）

在深入研究海洋地質調查項目靜態結構模型和動態行為模型的基礎上，設計了海洋地質調查項目評估模型，通過實時獲取船位、測線和站位信息，對比施工計劃，對項目進行評估與跟蹤監管。通過實際應用，證明該模型能有效提高海洋地質調查項目監管水平，降低項目風險。

海洋地質調查項目評估；可視化；掙值分析

我國海洋地質調查項目的監管途徑一直停留在海上電子班報上，僅將進度信息用文字描述的方式，以電子郵件、傳真等形式傳輸和保存，無法準確獲取項目信息，項目管理難度較大。且表現方式單一，信息化水平較低，在一定程度上影響了決策者對項目的監管。本文綜合利用掙值分析、GIS技術，設計了海洋地質調查項目靜態概念模型和動態評估模型，實現項目進度評估、跟蹤，提高海洋地質調查項目監管水平，降低項目風險。

1 評估模型設計

1.1 數據庫及靜態結構模型

數據庫結構采用UML靜態結構模型表達（圖1）。UML是用類構造模型來表達的，每個類由1組包含屬性和實現行為的離散對象組成。屬性用來定義數據內容，行為用來定義所進行的操作。屬性中存在一個關聯字段，用于類與子類之間的索引。頂級類包含項目所有結構的定義。多個類通過泛化處理可以具有一些共同的結構。子類在繼承它們共同的父類結構和行為的基礎上增加了新的結構和行為。這樣便產生下一級子類，由此也對索引進行了擴展。對象與對象之間的關系被稱為關聯[1]。

圖1 海洋地質調查數據庫靜態模型圖

在深入研究海洋地質調查信息的基礎上，采用面向對象的方法，以事件驅動和動態建模的思想為指導，構建海洋地質調查項目信息靜態結構模型。調查項目信息靜態結構模型主要由調查工區、調查測線、海上地質取樣點等類構成[2]。海上地質調查項目評估模型主要包含地質調查元數據、調查項目基本信息、調查工區信息、調查測線信息、海上地質取樣信息等幾個大類。數據之間通過兩條主線進行索引。第一條主線：元數據名稱-數據集編號-工區編號-測線編號-測試類型。調查項目信息靜態結構模型核心類是調查項目，調查項目類可以對應1個或多個工區類，1個工區也可以對應多條調查測線。調查測線類型包括地震測線、重力測線、磁力測線、單道測試等。每條調查測線對應1個測線導航數據。導航數據是調查科考船在航行中的衛星導航數據。第二條主線：元數據名稱-數據集編號-站位編號-取樣測試數據。主要負責樣品測試數據的管理。兩條主線分別負責線性要素和點狀要素的索引及管理。

1.2 動態行為模型

海洋地質調查靜態數據庫結構模型中，揭示了海洋地質調查項目類的屬性、方法以及類與類之間關系，突顯了其靜態結構。海洋地質調查動態行為模型可揭示類實例化后對象之間的協作、交互行為。研究調查項目動態評估模型，建立了海洋地質調查項目評估主要對象活動圖（見圖2）。

圖2 海洋地質調查項目圖

圖2是調查項目、調查工區、調查測線和站位4 個類實例的交互操作順序。首先，新增調查項目實例，編輯實例的屬性。再根據項目計劃導入項目工區，新增工區實例，生成多邊形圖形特征，編輯工區屬性，并與當前調查項目實例關聯，以便工程快速定位于場區。隨后，規劃調查航線，并將測線計劃和站位計劃導入系統中，生成測線計劃圖和站位計劃圖，編輯相應的屬性。接下來利用班報信息，自動生成實際站位和測線，基于測線和站位的掙值分析，動態生成項目的掙值分析圖。

2 關鍵技術

2.1 項目計劃可視化

項目計劃較為復雜，包括地震、單道、重力、磁力等多種類型測線和多種站位信息，傳統的表格或文本的方式表示效果較差。利用GIS技術，將不同類型測線和站位用不同方式表現在地圖上，不僅可以表示項目范圍、測線、站位位置，還可以將測線屬性、站位屬性承載于一張圖上。

基于WebGIS發布的專題圖，通過對屬性類型制作專題地圖，多方位形象展示項目施工計劃。如測線屬性中，用“0”代表尚未完成；“1”代表正在進行；“2”代表已經完成。在系統顯示中，藍色代表尚未完成；紅色代表正在進行；綠色代表已經完成。項目進度可通過顏色直觀地顯示出來。

2.2 掙值分析可視化

本文利用WebGIS技術與掙值分析，通過Oracle大型數據庫和ArcSDE空間數據庫引擎，對項目進行掙值分析，并以圖形化的形式表現，最后利用地圖服務發布，實現信息全局共享，有效進行信息溝通。掙值分析通過對指標的監控和分析，實現對項目成本和進度的有效管理，能有效掌握成本和進度情況，及時采取有效防范措施，有利于提高項目管理水平，保證項目順利實施（圖3）。

圖3 掙值分析可視化

掙值分析通過全庫搜索，統計已完成項目與未完成項目進行對比分析。

3 評估模型實現

3.1 評估掙值分析算法

從對海洋地質調查項目靜態結構模型和動態行為模型分析可知，海洋地質調查項目是按照一定規則、存在相互交互的一系列活動組成，其評估主要對象活動較多，最核心的是航次測線計劃、實施評估和調查站位計劃和實施評估。本文采用掙值分析的方法，結合海洋地質調查項目特點，設計出測線掙值分析（CEV）模型為：

式中，cac為實際測線公里數；cpv為計劃測線公里數；pt為計劃工期；ct為作業歷時。

調查站位掙值分析（PEV）模型為：

式中，pac為實際站位數；ppv為計劃站位數。

3.2 實現方法

本文采用Flash builder開發，用XML來描述GUI的外觀，GUI和邏輯相分離，使得應用開發的結構更為清晰。前端界面使用Flash來描述，界面的控制由ActionScript來負責，后端的應用邏輯則封裝在后端中間件中，與Flex前端界面相分離。Java操作數據庫提供Webservices，Flex和Java通信采用Webservices 方式。

實踐證明，該技術路線在性能方面有更大的提升。傳統Web應用客戶端每次刷新頁面都會對服務器產生請求，服務器要將新的HTML和HTML中包含的圖片傳遞給Client，當請求數量較大時，動態生成HTML及下載圖片的過程都會嚴重消耗服務器的資源。而本文方法在第一次運行時將應用一次性下載到本地，所有的GUI都在本地運行，運行過程中只產生少量的數據更新請求，不需要服務器實時地刷新頁面，不存在服務器對HTML等內容的動態構造，后端服務器將完全專注于數據邏輯的處理，這樣能充分利用客戶端本地機器的CPU，并最大限度地減少網絡帶寬。

海洋地質調查作業掙值分析核心代碼如下：

public String voyageStatistics() {

StringBuffer str = new StringBuffer();

str = str.append("〈root〉");

List〈VoyagePlan〉 list = getAllVoyagePlan();

for (int i = 0; i〈 list.size(); i++) {

VoyagePlan vp = list.get(i);

str = str.append("〈voyage vNO="+'"'+vp.getVoNo() + '"' 〉");

List〈StationInfo〉 SIlist = this.findStationByVoNo(vp. getVoNo());

List〈StationPlan〉 SPlist = this.f ndStationPlanByVoNo(vp. getVoNo());

List〈SurveyPlan〉 SPLlist = this.f ndSurveyPlanByVoNo(vp. getVoNo());

List〈SurveyLine〉 SLlist = this.f ndSurveyLineByVoNo(vp. getVoNo());

SurveyPlan sPlan = null;

double spCount = 0.0;

for (int j = 0; j 〈 SPlst.size(); j++){

sPlan = SPlst.get(j);

spCount+= Double.parseDouble(sPlan.getPlanLength());}

SurveyLine sLine = null;

double slCount = 0.0;

for (int j = 0; j 〈 SLlist.size(); j++) { sLine = SLlist.get(j);

slCount += Double.parseDouble(sLine.getActualLength());}

str = str.append("〈projectNo vNO=" + '"' +SPlist.size()+ '"' + "+ " /〉");

str = str.append(" 〈stationPlan vNO=" + '"' + SIlist.size()+ '"' + '"'+ " /〉");

str = str.append(" 〈stationInfo vNO=" + '"' + spCount + '"' + " /〉");

str = str.append(" 〈surveyPlan vNO=" + '"' + slCount + '"' " /〉");

str = str.append("〈/voyage〉");}

tr = str.append("〈/root〉");

return str.toString(); }

4 結 語

本文以海洋地質調查項目管理與監控為目的，將掙值分析和WebGIS有機集成，實現了海洋地質調查項目動態管理信息化建設，信息傳遞及時、準確、有效，項目綜合管理水平明顯提高，應急事件響應快速、指揮高效、決策準確，能更好地保證海上生產作業安全和船舶設施安全。

[1] 劉建賓,李建忠,余楚迎.模型驅動體結構MDA及xUML規范在其語境中的探討[J].汕頭大學學報:自然科學版,2004,19(4):58-64

[2] 馮斌,譚建軍,李紹榮,等.海洋地質調查數據庫管理系統設計與實現[J].計算機工程,2009,35(3):29-31

[3] 王世林.電子海圖顯示與信息系統使用指南[M].大連:大連海事大學出版社,2002

[4] Feng B,Zhan W H,Sun J.Business Model of Natural Gas Hydrate Sample Management Based on Workflow and Its Realization[J].Applied Mechanics and Materials,2013,278-280:2 123-2 127

[5] 黃冬梅,曹燕琴,張明華.基于Flex和WebGIS的風暴潮輔助決策系統[J].計算機應用與軟件,2014,31(3):51-54

[6] 蔡明理.地理信息系統及其在海洋科學中的應用[J].海洋科學,1993,12(4):100-107

P229

B

1672-4623（2015）04-0111-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.040

王剛龍，高級工程師，主要從事3S技術在資源調查、海洋地質和數字海洋中的應用與開發。

2014-08-04。

項目來源：國家專項基金資助項目（GZH201200512）。