劉月勝

通過(guò)集成遙感、地理信息系統(tǒng)和三維技術(shù)來(lái)構(gòu)建海事三維地理系統(tǒng)，具有傳統(tǒng)模式和二維電子海圖不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

引言

二維地理信息系統(tǒng)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但是，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的不斷深入，二維地理信息系統(tǒng)在空間表達(dá)和空間感知方面的局限性已經(jīng)不能滿足海事局地理信息應(yīng)用的要求。

傳統(tǒng)的電子海圖應(yīng)用展現(xiàn)的信息量有限，而且不能反映和實(shí)地一樣的碼頭和助航設(shè)施。因此，本文提出建設(shè)一個(gè)基于地理信息系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、遙感等技術(shù)的海事三維地理信息系統(tǒng)，搭建方便、直觀的海事監(jiān)管和搜救工作平臺(tái)，為海事部門(mén)的水上交通安全監(jiān)管提供信息查詢、數(shù)據(jù)更新、分析評(píng)價(jià)等功能，為海事事故的搜救決策提供及時(shí)、科學(xué)、準(zhǔn)確的依據(jù)。

系統(tǒng)建設(shè)思路

結(jié)合實(shí)際水上交通安全監(jiān)管和搜救業(yè)務(wù)的需要，海事三維地理信息系統(tǒng)可建設(shè)“一個(gè)平臺(tái)，兩個(gè)系統(tǒng)”，即三維視景顯示平臺(tái)，水上交通安全監(jiān)管三維系統(tǒng)和海上搜救輔助決策三維系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

開(kāi)發(fā)海事局轄區(qū)三維可視化桌面系統(tǒng)，針對(duì)當(dāng)前信息表現(xiàn)方式的局限性，將二維暈渲地圖、三維場(chǎng)景以及文本、照片等集成顯示，再現(xiàn)轄區(qū)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括：地形、人文地理環(huán)境、船舶、助航設(shè)施、碼頭、裝卸貨設(shè)備、水下地貌等，使用戶從不同角度、不同維度來(lái)認(rèn)知助航設(shè)施等物標(biāo)以及轄區(qū)地理環(huán)境；

實(shí)現(xiàn)船舶在三維場(chǎng)景中的動(dòng)態(tài)顯示、漫游、定位以及多種運(yùn)動(dòng)方式、觀察方式的模擬；

屬性信息查詢功能：用戶可以查詢和瀏覽指定的助航標(biāo)志、碼頭、海事執(zhí)法、搜救力量空間分布、區(qū)塊屬性以及關(guān)聯(lián)信息，并以三維的形式加以表達(dá)；

實(shí)現(xiàn)船舶火災(zāi)、走錨、爆炸和碰撞等特效以及白天／夜間、風(fēng)、浪、流、霧、潮汐等水文氣象的變化；

實(shí)現(xiàn)必要的三維業(yè)務(wù)分析工具，如距離測(cè)量、執(zhí)法船艇航線設(shè)計(jì)和分析、TCPA／DCPA計(jì)算等空間分析工具；實(shí)現(xiàn)船舶航行過(guò)程的記錄和回放功能；

在三維場(chǎng)景中，根據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)獲取的數(shù)據(jù)，模擬再現(xiàn)事故過(guò)程，如碰撞、溢油、火災(zāi)、走錨等；

實(shí)現(xiàn)各種報(bào)警，如碰撞報(bào)警、船舶超速等自動(dòng)監(jiān)測(cè)；

實(shí)現(xiàn)航道、錨地、航標(biāo)和礙航物等的編輯功能：完成他們的查詢、移動(dòng)、增加和刪除功能；

實(shí)現(xiàn)規(guī)劃評(píng)審功能：港口建設(shè)中多個(gè)規(guī)劃方案的集成和實(shí)時(shí)切換演示，便于相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)與規(guī)劃專家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)討論等；

實(shí)現(xiàn)交通監(jiān)管、搜救指揮的功能，三維場(chǎng)景能夠逼真地體現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的船舶動(dòng)態(tài)、水文氣象，接入VTS、AIS、CCTV等其他實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)交通監(jiān)管的常用功能。

系統(tǒng)建設(shè)方案

1、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)擬實(shí)現(xiàn)各種海事信息資源的有效整合，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)是一個(gè)“集成、優(yōu)化、擴(kuò)展”的過(guò)程，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案，涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、海上AIS通信等技術(shù)。根據(jù)業(yè)務(wù)需求和信息化要求，系統(tǒng)直接面對(duì)不同用戶，其總體邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)在表示層采用多屏界面顯示，系統(tǒng)間數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交換和共享，直接為水上安全監(jiān)管、遇險(xiǎn)事故搜救現(xiàn)場(chǎng)指揮等服務(wù)。系統(tǒng)將描述地形、地貌特征數(shù)據(jù)、船舶模型等空間數(shù)據(jù)以及動(dòng)態(tài)屬性數(shù)據(jù)表現(xiàn)在實(shí)時(shí)的三維場(chǎng)景中，并利用場(chǎng)景管理與空間分析工具，使管理決策者能有“親臨現(xiàn)場(chǎng)”的逼真感，為水上安全監(jiān)控和遇險(xiǎn)搜救提供一種直觀、有效的管理手段與決策支持。

2、三維視景顯示平臺(tái)

三維視景顯示平臺(tái)，可以“直觀、徹底、一目了然”，多層次、多角度，清晰、準(zhǔn)確，及時(shí)顯示各類監(jiān)控信息及海上情況。三維視景平臺(tái)是海事局三維地理信息系統(tǒng)場(chǎng)景顯示的主要內(nèi)容，為用戶實(shí)時(shí)提供港口的虛擬景象。三維視景平臺(tái)主要由港口場(chǎng)景庫(kù)、船舶模型庫(kù)、助航設(shè)施庫(kù)三部分組成。港口場(chǎng)景庫(kù)包含港口人工建筑(房屋、倉(cāng)庫(kù)、碼頭等)、港口裝卸機(jī)械、陸地、山、島嶼等；船舶模型庫(kù)主要包含各種典型船舶的模型；助航設(shè)施庫(kù)包含燈塔、浮筒等設(shè)施的模型。三維視景建成以后，俯視效果如圖2所示。

3、水上交通安全監(jiān)管三維系統(tǒng)

根據(jù)水上交通安全監(jiān)管的實(shí)際需求，交通安全監(jiān)管子系統(tǒng)主要由船舶監(jiān)控和報(bào)警、業(yè)務(wù)輔助工具、浮標(biāo)監(jiān)控和報(bào)警三部分構(gòu)成，其基本功能圖見(jiàn)圖3所示。

4、海上搜救輔助決策三維系統(tǒng)

海難事故突發(fā)性強(qiáng)，往往具有情況危急、任務(wù)緊迫和氣象條件復(fù)雜等特點(diǎn)。一旦接到海難事故信息，迅速收集各種相關(guān)信息，快速制定合理的救助方案，并以最快的速度派出救助力量，根據(jù)影響搜救行動(dòng)各種因素的變化快速協(xié)調(diào)整個(gè)搜救活動(dòng)，這是搜救工作成敗的關(guān)鍵。為了提高海上搜救行動(dòng)的速度和搜救方案的可靠性，系統(tǒng)擬建設(shè)基于GIS技術(shù)能在數(shù)字會(huì)議系統(tǒng)的大屏幕系統(tǒng)上顯示搜救行動(dòng)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)搜救演練等功能，同時(shí)在電子海圖上顯示出通航環(huán)境信息和搜救資源等功能的搜救輔助決策三維系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)如圖4所示。

結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，海事系統(tǒng)的信息化建設(shè)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基本覆蓋海事系統(tǒng)的各分支機(jī)構(gòu)，各種先進(jìn)的信息管理系統(tǒng)和信息管理理念正逐步推廣應(yīng)用。在海事管理業(yè)務(wù)中的海事巡邏、通航管理、搜救指揮、VTS管理、重要水道的電視監(jiān)控、水上／水下施工管理、航標(biāo)管理、危管防污等業(yè)務(wù)工作都需要以海圖和其他的相關(guān)信息為基礎(chǔ)，以顯示和查閱各管理點(diǎn)的空間信息、背景信息和動(dòng)態(tài)信息。所以，開(kāi)發(fā)適合水上交通安全監(jiān)管和海事搜救等功能的三維海事地理信息系統(tǒng)，是適應(yīng)海事信息化發(fā)展的一項(xiàng)重要工作，具有良好的應(yīng)用前景。