關(guān)鍵詞：海洋與海岸帶;地質(zhì)數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)庫(kù)管理與可視化系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：P7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-9857（2024）03-0079-07

0 引言

海洋與海岸帶地質(zhì)調(diào)查是我國(guó)重大戰(zhàn)略的主要任務(wù)之一，海洋信息化有利于推進(jìn)國(guó)家海洋事業(yè)的建設(shè)與發(fā)展[1-3]。近年來(lái)，隨著地質(zhì)勘測(cè)儀器的更新?lián)Q代及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多高精度的地調(diào)信息數(shù)據(jù)量大且格式繁雜，難以有效存儲(chǔ)和管理[4-5]。煙臺(tái)海岸帶地質(zhì)調(diào)查中心（以下簡(jiǎn)稱“煙臺(tái)中心”）需要一個(gè)能夠集存儲(chǔ)、可視化、管理應(yīng)用為一體的數(shù)據(jù)平臺(tái)。煙臺(tái)中心主要承擔(dān)海岸帶和海洋水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、生態(tài)地質(zhì)、礦產(chǎn)資源的調(diào)查、監(jiān)測(cè)及研究工作，積累了大量地質(zhì)、水文、礦產(chǎn)等數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，背靠海洋與海岸帶調(diào)查數(shù)據(jù)集成與應(yīng)用項(xiàng)目，以中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局《海洋地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)》（DD2021-03）和《海岸帶環(huán)境地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)指南》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為依據(jù)，煙臺(tái)中心建立了一套海洋與海岸帶數(shù)據(jù)信息管理服務(wù)系統(tǒng)，為重大工程建設(shè)、海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

1.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

海洋與海岸帶數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)基于瀏覽器和服務(wù)器架構(gòu)模式（B/S架構(gòu)）進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)，在此架構(gòu)中，用戶通過(guò)瀏覽器向分布在網(wǎng)絡(luò)上的眾多服務(wù)器發(fā)出任務(wù)請(qǐng)求，服務(wù)器對(duì)其進(jìn)行處理，將用戶所需信息返回到瀏覽器。而其余如數(shù)據(jù)請(qǐng)求、加工、結(jié)果返回以及動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)生成、對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)和應(yīng)用程序的執(zhí)行等工作全部由網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器完成。前端開(kāi)發(fā)框架搭建采用Springboot框架，簡(jiǎn)化了Spring程序的創(chuàng)建和開(kāi)發(fā)過(guò)程。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)結(jié)合了Springboot體系中多種組件，采用基于JavaScript開(kāi)發(fā)的使用WebGL的地圖引擎“Cesium”（CesiumforJavaScriptAPI）地圖應(yīng)用開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)地調(diào)數(shù)據(jù)的定位、查詢、地理信息系統(tǒng)（GIS）分析等功能。海陸多要素可視化系統(tǒng)的三維球體模型構(gòu)建是基于Cesium 引擎開(kāi)發(fā)的，能夠在網(wǎng)頁(yè)端對(duì)二維、三維數(shù)據(jù)的疊加展示，并且支持網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)（WebMapService，WMS）、網(wǎng)絡(luò)地圖瓦片服務(wù)（WebMapTileService，WMTS）、網(wǎng)絡(luò)要素服務(wù)（WebFeatureService，WFS）等多種地圖服務(wù)的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)等多類地理空間數(shù)據(jù)的加載與展示。

數(shù)據(jù)庫(kù)軟件系統(tǒng)采用瀚高數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（HGDB）建設(shè)，構(gòu)建一主多備的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)集群，將讀寫操作分離，以緩解主庫(kù)壓力，提升系統(tǒng)性能。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于多源空間數(shù)據(jù)庫(kù)及屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，分別采用空間表和二維表進(jìn)行管理。空間數(shù)據(jù)包括調(diào)查區(qū)、調(diào)查測(cè)區(qū)、調(diào)查測(cè)線、調(diào)查測(cè)點(diǎn)、取樣站位以及鉆孔孔位等空間要素信息，不同空間數(shù)據(jù)利用相應(yīng)的空間表進(jìn)行管理。屬性數(shù)據(jù)包括調(diào)查數(shù)據(jù)集、分析數(shù)據(jù)集、成果報(bào)告數(shù)據(jù)集、成果圖件數(shù)據(jù)集等，以二維表的形式存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)表間設(shè)置主鍵與外鍵進(jìn)行索引及關(guān)聯(lián)。利用這種方式管理數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)整體轉(zhuǎn)移存儲(chǔ)和集中管理;在訪問(wèn)權(quán)限上，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為不同用戶分配相應(yīng)訪問(wèn)和使用權(quán)限，既可防止系統(tǒng)發(fā)生非授權(quán)訪問(wèn)，又有利于數(shù)據(jù)庫(kù)的分布式應(yīng)用，只要遵循質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范流程，數(shù)據(jù)內(nèi)容可交由各方專業(yè)人員自己更新維護(hù)，在數(shù)據(jù)提交歸檔的同時(shí)將數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，能夠減少大量的重復(fù)操作，確保數(shù)據(jù)的完整性、一致性。

1.2 數(shù)據(jù)背景

由于海洋與海岸帶地質(zhì)調(diào)查涉及的領(lǐng)域眾多，如地形地貌、地球物理、地球化學(xué)等，各領(lǐng)域調(diào)查數(shù)據(jù)采集的方式不同導(dǎo)致數(shù)據(jù)格式相異，需要對(duì)歸檔數(shù)據(jù)的命名、編碼、編號(hào)、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)及數(shù)據(jù)質(zhì)量作出標(biāo)準(zhǔn)要求。本文根據(jù)當(dāng)前海洋與海岸帶地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，參照《海洋地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)》（DD2021—03）《海岸帶環(huán)境地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)指南》《海岸帶地質(zhì)環(huán)境調(diào)查評(píng)價(jià)規(guī)范》（DD2014—03）等相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了海洋與海岸帶調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)模型（圖1）。如圖1所示，數(shù)據(jù)庫(kù)包含信息層及資源層，信息層存儲(chǔ)管理單元模塊（數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)集）和元數(shù)據(jù)模塊，其中數(shù)據(jù)包與項(xiàng)目關(guān)聯(lián)，即一個(gè)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)包（以“項(xiàng)目簡(jiǎn)稱拼音首字母組合-提交年份-序號(hào)編碼”的形式設(shè)置唯一數(shù)據(jù)包編號(hào)），數(shù)據(jù)包下根據(jù)項(xiàng)目作業(yè)形式有多個(gè)數(shù)據(jù)集，主要有調(diào)查數(shù)據(jù)集、分析數(shù)據(jù)集，調(diào)查數(shù)據(jù)集和分析數(shù)據(jù)集根據(jù)實(shí)際施工作業(yè)手段又可分為單道地震、單波束測(cè)量、側(cè)掃聲吶、底質(zhì)樣品分析、鉆孔樣品分析、地化環(huán)境分析等，施工作業(yè)完成后產(chǎn)出的總結(jié)報(bào)告和圖件形成成果報(bào)告數(shù)據(jù)集和成果圖件數(shù)據(jù)集以及具有坐標(biāo)信息的空間數(shù)據(jù)（調(diào)查測(cè)點(diǎn)、調(diào)查測(cè)線、調(diào)查測(cè)區(qū)、鉆孔孔位、取樣站位等）。

2 系統(tǒng)模塊與應(yīng)用體系

2.1 海洋與海岸帶數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

海洋與海岸帶數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)總覽、地質(zhì)數(shù)據(jù)、船舶數(shù)據(jù)、自定義數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)訂單和系統(tǒng)管理等功能模塊（圖2），實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)、船舶、專題服務(wù)等數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化采集，設(shè)置了較完備的數(shù)據(jù)校驗(yàn)、自檢功能，保證了調(diào)查內(nèi)容的完整性和數(shù)據(jù)的精度，初步實(shí)現(xiàn)了海岸帶地質(zhì)調(diào)查的信息化和數(shù)字化。

2.2 海陸多要素可視化系統(tǒng)

海陸多要素可視化系統(tǒng)界面主要展示兩部分：調(diào)查項(xiàng)目、調(diào)查數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)顯示導(dǎo)航欄以及可視化系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目業(yè)務(wù)領(lǐng)域分布、調(diào)查工作統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)集類型等的統(tǒng)計(jì)展示（圖3），系統(tǒng)主要功能如圖4所示。在可視化系統(tǒng)中，不同類型、不同應(yīng)用領(lǐng)域的調(diào)查數(shù)據(jù)采用多種樣式的平面幾何圖形（點(diǎn)、線、面）顯示，點(diǎn)擊圖形能夠彈出數(shù)據(jù)集編號(hào)、經(jīng)緯度、調(diào)查區(qū)號(hào)等基本信息（圖5），實(shí)現(xiàn)了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合集成與展示，提高了地質(zhì)數(shù)據(jù)匯聚展示服務(wù)能力。

2.3 海岸帶地質(zhì)數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用平臺(tái)

海岸帶地質(zhì)數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用平臺(tái)是整個(gè)數(shù)據(jù)集成與應(yīng)用系統(tǒng)的服務(wù)門戶（圖6），主要包括3個(gè)部分：外業(yè)照片展示窗口;調(diào)查數(shù)據(jù)集、分析數(shù)據(jù)集、成果報(bào)告數(shù)據(jù)集、成果圖件數(shù)據(jù)集、專題服務(wù)導(dǎo)航欄;自定義產(chǎn)品目錄。

2.4 系統(tǒng)體系

海洋與海岸帶數(shù)據(jù)集成與應(yīng)用采用“四層兩體系”的架構(gòu)（圖7），其中4層包括基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、智能應(yīng)用層、海洋與海岸帶地質(zhì)數(shù)據(jù)用戶層，兩體系為安全防護(hù)體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。基礎(chǔ)設(shè)施層包括提供服務(wù)器（應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等）、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、操作系統(tǒng)、GIS平臺(tái)等硬件設(shè)備和基礎(chǔ)軟件設(shè)施，是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)和環(huán)境保障，具體部署的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)和軟件包括GeoServer、QGIS、GeoScene等;數(shù)據(jù)層包括空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、專題服務(wù)和用戶數(shù)據(jù)，主要解決多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一訪問(wèn)。本文建設(shè)的數(shù)據(jù)庫(kù)是基于對(duì)象關(guān)系模型返回用戶請(qǐng)求的數(shù)據(jù)結(jié)果，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理、共享。智能應(yīng)用層是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用體系的核心，主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)可視化和空間數(shù)據(jù)服務(wù)4個(gè)方面，由于數(shù)據(jù)的多源異構(gòu)性和功能模塊的多樣化，海洋與海岸帶數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)呈現(xiàn)高內(nèi)聚和低耦合的特點(diǎn)，智能應(yīng)用層能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)程序模塊的擴(kuò)展、改寫，有利于系統(tǒng)的維護(hù)與升級(jí);海洋與海岸帶地質(zhì)數(shù)據(jù)用戶層即數(shù)據(jù)服務(wù)門戶，整合應(yīng)用，集合信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源展示。

2.5 數(shù)據(jù)入庫(kù)

數(shù)據(jù)入庫(kù)流程需要制定標(biāo)準(zhǔn)保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，本章將數(shù)據(jù)的采集、入庫(kù)按階段分解，數(shù)據(jù)處理流程主要包括5個(gè)部分：①資料收集，確保數(shù)據(jù)可用、完整;②分組整理，根據(jù)調(diào)查領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分組整理，如地形地貌調(diào)查數(shù)據(jù)、地球物理調(diào)查數(shù)據(jù)、海洋底質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)等;③分類加工，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再加工處理：主要對(duì)涉及空間信息的數(shù)據(jù)如炮點(diǎn)定位、取樣站位等的原始坐標(biāo)為空間直角坐標(biāo)系，需要使用GIS軟件實(shí)現(xiàn)地理坐標(biāo)系投影再入庫(kù)，對(duì)于屬性信息不全的，參照《海洋地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)》（DD2021-03）實(shí)體數(shù)據(jù)字典表，將屬性補(bǔ)充完整再入庫(kù)，并根據(jù)報(bào)告內(nèi)容將元數(shù)據(jù)信息補(bǔ)充完整。④數(shù)據(jù)質(zhì)量管理，數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查采用自檢與互檢的方式進(jìn)行，入庫(kù)出現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容與數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)不一致時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成校驗(yàn)表格備注錯(cuò)誤記錄，入庫(kù)人員根據(jù)校驗(yàn)表格修改信息完成自檢;互檢是在自檢的基礎(chǔ)上，由各項(xiàng)目數(shù)據(jù)入庫(kù)負(fù)責(zé)人相互檢查，將存在問(wèn)題、修改情況、處理意見(jiàn)如實(shí)填寫，分別由檢查者、修改者、復(fù)核者簽名。⑤數(shù)據(jù)入庫(kù)完成（圖8）。

3 數(shù)據(jù)集成成果

建成基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)1個(gè)，覆蓋全國(guó)陸地范圍及包括我國(guó)臺(tái)灣島、海南島、釣魚島、南海諸島在內(nèi)的主要島嶼及其臨近海域，共77幅1∶100萬(wàn)圖幅。下載全國(guó)1∶100萬(wàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，提取包括境界與政區(qū)、水系、地名及注記、交通4個(gè)數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)量529M，要素信息如表1所示。對(duì)基礎(chǔ)地理信息可視化過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)不同尺度要素在不同比例尺下展示。例如，國(guó)省界，1-2級(jí)主干河流、國(guó)道省道等大尺度要素，在小比例尺下顯示，當(dāng)視圖放大超過(guò)一定比例尺時(shí)，市區(qū)縣界線、湖泊水庫(kù)、地名注記等精細(xì)化要素顯示，能夠?yàn)橹茍D及特色化應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)服務(wù)。

依據(jù)海洋與海岸帶數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系，開(kāi)展海洋地質(zhì)調(diào)查資料的采集、處理、元數(shù)據(jù)編錄等標(biāo)準(zhǔn)化處理。完成渤海北部海域1∶5萬(wàn)海洋區(qū)域調(diào)查項(xiàng)目、渤海海峽南部綜合調(diào)查兩個(gè)涉海項(xiàng)目2021年提交數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)整編工作，形成單道地震測(cè)量數(shù)據(jù)集、淺地層剖面測(cè)量數(shù)據(jù)集、單波束測(cè)深數(shù)據(jù)集等共31個(gè)數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)集類型包括調(diào)查數(shù)據(jù)集、分析測(cè)試數(shù)據(jù)集、成果報(bào)告數(shù)據(jù)集、成果圖件數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)量達(dá)200GB，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化入庫(kù)，檢驗(yàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)模型的實(shí)用性，為開(kāi)展基于數(shù)據(jù)的應(yīng)用研究提供標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)論

本文基于B/S架構(gòu)研發(fā)管理系統(tǒng)，采用HGDB用表形式存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)信息，結(jié)合開(kāi)源三維Web庫(kù)Cesium 設(shè)計(jì)可視化系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)采集、入庫(kù)、管理、處理、展示等功能模塊集成一體，建成海洋與海岸帶數(shù)據(jù)庫(kù)管理與可視化系統(tǒng)。該系統(tǒng)的建成實(shí)現(xiàn)了海洋與海岸帶多源異構(gòu)數(shù)據(jù)信息的集成及靈活調(diào)用，進(jìn)一步提高了地質(zhì)信息管理的高效使用。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)上，本文參照相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)模型，以設(shè)置數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)集編號(hào)等形式，實(shí)現(xiàn)海岸帶海洋地調(diào)項(xiàng)目數(shù)據(jù)多級(jí)存儲(chǔ)，使得數(shù)據(jù)更具結(jié)構(gòu)化、關(guān)聯(lián)性更強(qiáng)?，F(xiàn)已利用系統(tǒng)形成1∶100萬(wàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、入庫(kù)各類數(shù)據(jù)集200GB，取得了較好的應(yīng)用成果。