高曉慧，王 娟，單春芝

（1.國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)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(shù)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(yè)發(fā)展的重要組成部分，在海洋事業(yè)發(fā)展中起著基礎(chǔ)性、公益性和戰(zhàn)略性的作用。近年來，隨著新型與智能化海洋環(huán)境監(jiān)測信息服務(wù)技術(shù)的發(fā)展，北海環(huán)境監(jiān)測中心迫切需要一個穩(wěn)定、共享、方便用戶使用和交流的數(shù)據(jù)平臺。北海環(huán)境監(jiān)測中心作為北海區(qū)海洋環(huán)境監(jiān)測部門，長期以來，積累了大量豐富的調(diào)查、監(jiān)測、監(jiān)視和科研資料，對于大量來之不易的監(jiān)測數(shù)據(jù)，如何快速而有效地進行海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的存儲、管理、分析、處理和共享，是海洋監(jiān)測資料管理的一個極其重要的任務(wù)。為此建立一套以海洋數(shù)據(jù)為對象，集海洋數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析處理和數(shù)據(jù)發(fā)布共享為一體的海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫建設(shè)及可視化管理系統(tǒng)，是海洋環(huán)境保護、海洋工程開發(fā)、海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋國防安全等涉海事業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一［1］。

1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

1.1 操作系統(tǒng)

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

1.2 軟件開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)選用微軟公司的Visual Studio 2008 Professional Suite作為軟件開發(fā)環(huán)境，并選擇面向.NET的全新開發(fā)工具——C＃。C＃是一種現(xiàn)代的完全面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)語言，它使得程序員能夠在新的微軟.NET平臺上快速開發(fā)種類豐富的應(yīng)用程序。.NET平臺提供了大量的工具和服務(wù)，能夠最大限度地發(fā)掘和使用計算及通信能力［2］。

數(shù)據(jù)存儲方式采用Oracle10g數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)存儲的解決方式。Oracle數(shù)據(jù)庫包括Oracle數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和客戶端。Oracle服務(wù)器是一個對象——關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。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(shù)據(jù)存儲透明機制，以此可實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲透明性。Oracle客戶端為數(shù)據(jù)庫用戶操作端，由應(yīng)用、工具、SQL.NET組成，用戶操作數(shù)據(jù)庫時，必須連接到服務(wù)器，該數(shù)據(jù)庫稱為本地數(shù)據(jù)庫。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下其他服務(wù)器上的DB稱為遠程數(shù)據(jù)庫。用戶要存取遠程DB上的數(shù)據(jù)時，必須建立數(shù)據(jù)庫鏈。

GIS開發(fā)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(tǒng) （Windows和Unix），開發(fā)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(jīng)存在的軟件中去［3］。

2 系統(tǒng)功能組成及模塊設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能組成

海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫建設(shè)及可視化管理系統(tǒng)將完成多種來源、多種時相、多種精確度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的分布式集成與儲存，構(gòu)建包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、實時觀測和準實時監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)的海洋監(jiān)測信息綜合數(shù)據(jù)庫，在綜合數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，開發(fā)海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢模塊，并集成海洋環(huán)境評價模塊，獲得直觀的可視化產(chǎn)品，為海洋管理提供輔助決策結(jié)果，提高了海洋綜合分析能力。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 功能結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

2.2.1 用戶管理模塊

整個系統(tǒng)按照用戶角色不同，對信息管理系統(tǒng)的權(quán)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(jù)權(quán)限，高級管理員可以增加、刪除、修改用戶，對用戶分配訪問權(quán)限，管理數(shù)據(jù)庫；高級用戶可以訪問數(shù)據(jù)庫；普通用戶只能訪問部分數(shù)據(jù)庫，不能導(dǎo)出數(shù)據(jù) （圖2）。

圖2 用戶管理界面

2.2.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出模塊

系統(tǒng)實現(xiàn)了海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的批量導(dǎo)入，解決了手工導(dǎo)入速度慢、效率低、易出錯的問題。首先規(guī)范海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)報表，形成統(tǒng)一格式，然后通過導(dǎo)入模塊，將其所有監(jiān)測數(shù)據(jù)批量自動導(dǎo)入到綜合數(shù)據(jù)庫。在導(dǎo)入之前，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)選取、數(shù)據(jù)清潔、質(zhì)量控制，以確保導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)準確。

數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，根據(jù)用戶對監(jiān)測數(shù)據(jù)報表格式的需求，可以導(dǎo)出不同格式的數(shù)據(jù)報表。圖3為海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出界面。

圖3 數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出界面

2.2.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。查詢結(jié)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(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模塊

監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模塊實現(xiàn)在某一時間內(nèi)不同站點某個監(jiān)測要素監(jiān)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(xué)需氧量在同一時間不同站位的變化趨勢圖。

圖4 統(tǒng)計分析界面

2.2.5 監(jiān)測數(shù)據(jù)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(chǔ)上對指定海域的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，按它們分布的強度或密度，把監(jiān)測值相同的點用線連接起來，形成等值線，然后分析總結(jié)其隨空間的變化規(guī)律。

2.2.6 單因子分析評價模塊

海洋環(huán)境質(zhì)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(jù)標準指數(shù)計算公式，計算出該監(jiān)測要素的標準指數(shù)，將各因子的監(jiān)測值與評價標準指數(shù)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(jù)各污染物和各污染源的等標排放量大小及相應(yīng)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(jù)用戶選擇，選用污染區(qū)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(jié)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(qū)域內(nèi)的重點污染源等信息。圖6是某一站點不同監(jiān)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(jié)束語

海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫建設(shè)及可視化管理系統(tǒng)通過海洋基礎(chǔ)信息集成技術(shù)、海洋異構(gòu)數(shù)據(jù)集成快速訪問提取及智能分析技術(shù)、海洋評價模型集成技術(shù)的研究，為實現(xiàn)海洋環(huán)境信息的集成與動態(tài)管理提供技術(shù)支撐。系統(tǒng)通過海洋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、評價模型的建設(shè)，實現(xiàn)了海洋環(huán)境專業(yè)信息的集成化、業(yè)務(wù)應(yīng)用的動態(tài)化、管理決策的科學(xué)化，為進一步提高對海洋經(jīng)濟發(fā)展規(guī)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(chǔ)。

［1］李立剛，趙彩云 .海洋觀測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.海洋預(yù)報，2010，7（2）.

［2］趙先龍，王川 .海洋水聲環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［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(shè)［J］.遙感技術(shù)與應(yīng)用，2006，21（4）.

［4］袁中智 .基于GIS的近岸海域水環(huán)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(xué)，2004.