王昭 曲萌

摘 要：航海空间资源是海运航线、港口网络形成的自然本底，也是港口与航运进一步发展的条件依据，面向航海应用的海洋空间信息服务能有效利用海事测绘数据，对外提供统一的、标准的、可实时更新的服务，满足不同类型用户对数据时效性和可操作性的要求，使海洋信息服务更加紧密结合行业应用需求，扩大数据的传播范围和利用效率。

关键词：空间信息服务，海洋测绘，多元数据融合，空间信息基础设施

中图分类号：U61             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）08-0048-03

21世纪，关心海洋、认识海洋、经略海洋成为各国优先发展方向。《交通强国建设纲要》提出“基本实现交通治理体系和治理能力现代化”的目标，要求集中統一获取、管理和应用海洋空间信息，为海区航运经济持续发展提供保障支撑。2014年《关于促进地理信息产业发展的意见》，将地理信息、空间数据的建设提升到我国战略发展的层面，全国测绘行业加大了地理信息以及空间数据建设的力度。

航海空间资源是海运航线、港口网络形成的自然本底，也是港口与航运进一步发展的条件依据，建立面向航海应用的海洋空间信息服务框架，针对航海用户对航海环境数据需求的增加，以及对时效性要求提高的现状，为使海洋信息数据服务行业应用需求，扩大数据传播范围，提升利用效率，势在必行。

1面向航海应用的设计原则和总体框架

面向航海应用的海洋空间信息服务方向是紧跟空间信息技术、云计算技术、智能终端技术等的发展，加快信息化航海保障信息产品的生成、管理与服务等相关工作的建设步伐，实现资源整合与信息共享，适应现代海洋测绘技术快速发展。

1.1设计原则

面向航海应用的海洋空间信息服务是一个庞大复杂的系统工程，需要全局统筹，系统规划，做好宏观设计和顶层设计工作，因此要遵循以下基本原则：

开放性。海洋空间信息服务是基于网络的、面向用户的开放式服务系统。海洋空间信息服务开放性可以让用户在任何时间、任何地点、以最短的时间获得所需要的各种海洋空间信息，包括最新更新的海洋空间数据、航路航道信息等。由OGS技术委员会制定的开放地理信息系统规范作为一个综合性的服务体系规范，为开放地理信息服务系统的地理信息处理奠定了基础。

共享性。资源共享是信息时代的最大特征，以数据库驱动的海洋空间信息服务模式代表了发展的方向，可以快速实现数据交换共享，提高数据的利用率。通过具有共享性的数据库建设，能够实现航路信息整合，实现基于数据库的地理信息服务一体化体系建设。

（3）现势性。航海环境是动态的，海洋空间信息资源也应该是一种动态资源。海洋环境的快速变化使得航路信息复杂和多变，通过航海环境监控、信息存储、归纳、分类统计、标绘航行轨迹等方法，可以得到海上搜救、海事调查、航路即时规划等现实性较强的信息。此外，平台间信息的即时共享能够及时获取发布最新航海气象、海况等信息，为航路船舶提供安全航行的实时保障信息。

（4）互操作性。海洋空间信息服务主要是应用于航路船舶定位、船舶导助航、海洋空间信息提供等，应具有友好的人机交互作用，考虑与现有船载设备（ECDIS，船桥信息系统等）信息交互的可操作性，便于最佳航线选择及航行方案的推演，并辅助船舶指挥人员作出决策。

（5）标准性。海洋空间地理数据标准用于定义、描述或处理海洋空间地理数据。标准是数据共享的基础，便于实现海洋空间地理数据的统一表达与共享，从而能方便地实现不同地点、不同单位的同类或异类数据的集成和应用。海事系统中的信息还有很多来自外籍船舶和港口，海洋空间数据标准制定也要考虑国际化的海洋空间地理数据标准和规范，最大程度地遵守航海数据标准和规范。

1.2 服务框架

面向航海应用的海洋空间信息服务框架分为两个层面的关键问题：一方面是以基础数据资源、核心支撑技术、信息服务平台为构架的空间数据基础设施;另一方面是以行业服务模式和典型行业应用为构架的空间数据应用模式。

（1）基础数据资源层包括基础海图数据库、专题信息库、制图规则库。通过建设统一的地理空间框架，维护统一的基础数据资源，能够形成权威的、规范的地理空间数据平台，在减少各部门重复建设、重复投资的同时，也能积极促进地理信息在更大范围内的广泛信息共享。

（2）核心支撑技术层包括数据融合和显示技术、多源空间数据互操作技术、Web服务访问接口技术等相关核心技术。

（3）信息服务平台层可以按照需求构建网络版专题信息服务平台、移动版专题信息服务平台等。

（4）行业服务模式层是将传统的地图和地理信息操作封装为符合行业服务的应用模式，提供单一化标准的服务模式。

（5）典型行业应用层主要是面向行业，综合应用单一行业服务模式，附加行业专题信息（集）形成的针对行业特定的工作任务的专题应用。

2关键技术

2.1多源海洋空间信息融合

多源海洋空间数据按照来源主要有三部分：1）空间信息基础数据库是海道测量机构收集并维护的基础海道测量数据库，由数字化扫描后港口航道图数据，电子海图数据和以航路重点海域矢量要素为核心的海图要素组成。目前海事系统采用以HPD库为主、纸质海图和其他资料为辅的表结构设计。2）航海保障专题数据库成分复杂，格式多样。数据资料来源于海事或涉海管理部门，包括航路指南、航路环境、助航标志、航海通讯、航海支持等子数据库，为我国船舶航运通行提供丰富全面的信息保障。3）港口是船舶停泊、装卸货物、上下旅客、补充给养的场所，是交通集结点或枢纽。港口地理信息数据库的建设以这些港口为主要对象，围绕主要港口收集存储关于相关的遥感影像、地名地址、港务服务、地理人文等资料。

多源海洋空间数据的融合主要是以上三种来源的数据中专题数据与图形数据的融合，以及不同格式的图形数据融合。目前IHO发布了S-100通用海道测量数据模型，各国官方海道测量产品开始由传统海图产品时代进入地理信息时代，建立以S-100为标准规范的标准体系，解决了专题要素与S-57标准规范的差异及各类不同要素与S-57规范的差异。结合国标数据模型和S-57数据模型，对专题要素建立分类体系，将航海保障航标、航行障碍物、改正通告、地形岸线、港口综合资料、水文、控制点、区域界线、海图图幅资料等建立航海保障专题库。对于港口地理信息数据库可以采用常规的关系数据库存储为通用的地理信息。

2.2空间数据分析和挖掘

地理信息服务是把空间定位技术、地理信息系统、移动通信技术、计算机网络通信技术以及数据库技术等相对高新的技术有机集成在一起，实现地理信息收集、处理、管理和分析应用的网络化，在网络环境下为地理信息用户提供实时、高精度的区域乃至全球的多尺度地理信息。

从技术角度看，地理信息服务并非一种或一类新的技术，而是多种技术的交叉集成。从方法论的角度看，它是以“服务”的概念为核心来认识和表达地理空间。海洋空间信息的处理技术需将渠道收集来的海域海洋空间信息相结合，并进行融合分析。保证多数据源方法能够及时更新航海保障专题库，通过增量更新技术来实现压缩电子海图和气象水文等空间发送到相关船舶的耗时，达到识别、分类、提取和应用海洋空间信息的目的。

空间数据的挖掘有多重模式，由于应用的特殊性，航海数据需要采用特定的数据挖掘方法。根据需求从数据库中调取数据后，对其进行分析剔除，建立专家知识库，运用专家知识库提取其中的有用数据，将经评价后的海洋空间信息成果发送给用户供其使用，这样各用户间相互独立，互不干扰，能够提高数据库的利用率。

2.3数据可视化应用

可视化显示是要能够提供对海洋空间信息专题数据、矢量海图、瓦片海图、海图服务、纸质海图、百度地图等多种专题数据和海图数据的可视化显示。

航海中使用的智能化航海系统主要是应用海洋空间信息传输和计算机图形处理和数据可视化等技术手段对航路沿线气象水文信息、航道水深信息、航海通（警）告信息、海岸电台信息、港口设施、搜救信息及其他各种类型海洋空间信息数据进行整合与显示。借鉴日本“海上电子导航支持系统标准”，开发基于AIS系统推送海上安全信息功能、虚拟航标等在三维电子海图上的显示功能，通过将雷达图像、CCTV图像、AIS信息、测向系统等集成在一个人机界面中对各个信息系统的信息资源进行有效地管理和利用。具体工作内容应考虑以下两方面因素：

（1）传统的纸质海图已经逐渐被标准化ENC所取代，需要利用计算机技术和网络技术构建智能化电子海图系统，将现有的和后续收集的各类海洋空间信息数字化显示到电子海图中，对航路各海洋空间信息进行分层显示，避免小窗口显示下海事元素的重叠现象，从而在提高船员工作效率的同时提高航海的安全性。

（2）对航路沿线的航标、灯塔、港口设施、浮冰等实物通过建模技术在电子海图上表达;海事数据信息进行多维建模，并采用专用的图形图像渲染技术OpenGL根据船舶坐标对点、线、面元素进行特征表现;借助虚拟现实技术和增强现实技术等的支持，将建好的二、三维技术与多源数据融合，进行无缝集成，构建数字港口、数字航道，最后调取并传输到客户端进行二、三维显示。

2.4海洋空间数据交互

与用户之间的信息交互可以通过以下三种模式：基于传统海图产品服务、基于Internet服务和基于通信卫星服务。

（1）快速获取生产更新传统航海图书产品是空间信息服务最基础的服务模式，而高信息量，高现势性、高可靠性的ENC是其提供的主要产品之一。ENC的操作比纸海图更加方便，数据更新快速，对于船舶位置的标绘还有航线的设计都更具时效性和准确性。北方海区海洋空间信息服务可以根据最新收集的航路航海空间信息与数据库中已有数据进行合成，提供航海、船舶交通管理、航标管理等类型的定制电子海图，通过定制化海洋空间信息产品模式实现集约化、智能化和远程化提供。

（2）基于网络的海洋地理信息服务系统构建了一种信息化、网络化、现代化的海洋空间信息服务，能够为航运用户提供更快速准确的相关海域航行信息，切实有效地提高海洋地理信息服务的水平，是船舶导航和辅助决策的重要依据。基于网络的服务模式也能为海运船舶提供快速准确的海洋空间信息和各类险情信息，船舶基于这些海洋空间信息可以进行辅助航线规划和航线监控，确保了船舶海上航行的安全性，在很大程度上提高了全球范围内的航海安全。

（3）基于卫星的通信服务。对航海而言，基于卫星通信方式具有较大应用优势，特别是随着北斗卫星导航系统（BeiDou SatelliteNavigation System，BDS）短报文等功能应用到测绘地理信息服务中，不仅带来了空间定位方式方法的改变，也能积极推进基础海洋空间信息资源开发和社会化服务工作，为空间信息服务转化与增值提供了实现的途径，推动海洋空间信息向融媒体服务体系發展。

3 结论

海洋空间信息对整合海洋空间信息和航海保障基础信息意义重大，是未来e航海的基础设施部分，不管未来e-Navigation怎么发展，支持航海的工具怎么增加，对海洋地理环境的认知需求不会减少，只能增加，海洋空间信息服务必将成为其他信息整合的平台和载体。

在网络环境下，海洋空间信息在众多的相关者的参与下，信息流将通过多种渠道得到广泛传播，数据获取、处理和服务不断网络化、便捷化，使得海洋空间信息的应用速度、深度和广度不断提升，使得“智慧海洋”变成现实。

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