航标网络GIS助航信息系统的构建

彭国均，张杏谷，项 鹭

（1.集美大学，福建 厦门361021；2.中国科学院 地理科学与资源研究所，北京100016；3.上海海事局 厦门航标处，福建 厦门361012）

随着海洋交通运输业的发展，船舶趋于大型化、高速化，船舶数量和水域交通密度及危险货物装载量不断增加，海上交通事故及经济损失呈增长趋势，严重威胁船舶航行安全及海洋生态环境。因此，在大力发展海洋交通运输业的同时，应探索运用新的技术，提高海上交通的安全，保护海洋环境［1］。

在海上交通运输领域，为解决各涉海部门之间的信息孤岛问题，应用互联网实现海上交通信息发布与共享将是一有效的技术途经。建立基于互联网的航标动态数据WEBECDIS发布系统，利用互联网发布航标信息，将成为航标信息及时发布与共享的主要途径。

1 系统架构

系统以符合国际IHO-S57标准电子海图数据为基础，叠加实时的航标信息，运用 WEBGIS技术，构建运行于互联网上的航标信息WEB发布平台（网站）。进出港船舶、涉海单位和公众能以有线或无线的方式登陆互联网，在通用的网络浏览器上，通过操作电子海图及航标信息属性数据库，方便、及时地浏览、查询和获取航标信息。整个系统结构由分布在互联网上的客户端、Web服务器、应用服务器、数据库服务器组成，见图1。

采用B／S（Browser／Server）和C／S（Client／Server）相结合的结构，数据的更新部分及系统维护部分采用C／S结构。用户查询、数据的编辑及其它属性数据的编辑部分采用B／S结构。三层结构的浏览器／服务器模型（B／S）是当前网络应用程序的主要开发模型，这种方案将系统划分为三“层”，客户机、网络应用服务器和数据库服务器。B／S结构通过平衡客户机／服务器间的数据通讯，利用服务器的高性能处理复杂的关键性的应用，降低网络数据流量，并简化了客户端的应用运行环境，降低了软件的维护费用。Web服务器负责接收浏览器用户请求、负载平衡和服务管理，并接受应用服务器处理结果，再传回到客户端浏览器；应用服务器接受海图、航标数据操作应用请求，调用相关处理功能模块向数据库发送请求，接受数据库发回的数据并经相应功能模块处理后，将其结果传回Web服务器；数据服务器负责数据的存贮和管理。客户端浏览器，如IE5.0或其他浏览器软件，为用户提供接口，将用户请求通过HTTP协议发送至Web服务器并接受最终的处理结果和显示。

图1 系统总体架构（基于GeoBeans5.5）

2 支撑软件

2.1 操作系统与数据库

选用Windows 2000Server操作系统和SQL Server 2000企业版数据库.SQL Server 2000与Windows 2000Server协同工作模式是微软公司首推的电子政务、电子商务平台解决方案。SQL Server 2000充分借助Windows Server的系统功能，可以完成一系列复杂的数据管理工作，提供完善的Web数据访问。以灵活快捷的方式借助Web实现SQL Server 2000数据库和多维数据集之间的网络连接；并具有高度可用性与可伸缩性，借助日志传送、在线备份和故障群集手段实现最优化的解决业务应用需求。同时借助基于角色的安全特性和网络加密功能确保应用程序能够在任何网络环境下均处于安全状态。

2.2 网络GIS平台

所选用的 WEBGIS平台软件必须成熟、稳定，前后台应用均要简单、直观、方便，前台表现形式要求美观、大方，并提供操作说明和在线帮助。根据平台的选择原则，选择了国产的地网GeoBeans 5.5作为WEBGIS工具软件。它采用B／S计算模式，由分布在Internet上的客户端、Web服务器、多应用服务器、多数据库服务器以及图形编辑器组成。主要功能有：栅格与矢量地图的放大、缩小、全图、漫游，栅格与矢量合成操作，属性和空间双向查询，图层控制与鹰眼，空间分析与网络分析，动态制图和三维可视化，分布式计算等。

3 数据库构建

3.1 设计思想

在数据库总体设计中，除了考虑标准建库规程，还应考虑以下内容：根据数据的规范、存储方法及应用模式，建立结构合理、信息全面、存取方便、实用高效的数据库服务系统；数据库优化设计，以最短的时间准确得到对关键指标的查询、统计结果及对频繁访问数据进行优化；所建立的空间数据库具备多级的索引机制，可以完成不同尺度的数据快速显示和无缝集成。

3.2 电子海图空间数据组织模式

电子海图空间数据组织模式主要包括标准电子海图数据加工处理、数据GBP工程建立及属性数据入库等。当前我国海上交通电子海图格式包括：海军航保部颁布的《军用海图交换格式》、IHO S57（第三版）、非官方其他格式电子海图等，由于电子海图数据来源不同，存储格式存在多样性，因此需要通过数据格式转换、数据检查、数据修改、数据入库等步骤。本系统采用IHO S57（第三版）标准电子海图。

3.3 处理过程

第一步：将S57数据转换成esri公司的ShapeFile格式；

第二步：在ArcView和ArcGIS中对Shape-File数据进行处理：

1）根据S57数据的各图元的颜色值找到相应Shape文件中的图元，之后将颜色值存放到该图元的属性表中；

2）将数据集成到一个shape文件中，各图元按照类型不同赋给相应的属性值，并将其属性值及其x，y坐标作为一个表存放到SQLServer2000数据库中；

3）数据进行融合。

第三步：用GeoBeans5.5将处理好的Shape文件转换成GBD文件，同时按照标准海图的图元颜色及符号配置相应的GBD文件。用GeoBeans5.5把所有GBD文件组织成一个工程，并调整各个图层的显示比例及显示范围。

经过这三步就完成了电子海图空间数据到GBP工程的处理，见图2。

图2 S57数据到GBP工程的处理

4 系统功能

航标WEBGIS发布系统的功能包括后台与前台两大部分，后台实现空间数据及属性数据的维护及系统管理，前台实现信息发布服务［2］。

4.1 系统后台的数据维护及系统管理功能

系统后台维护管理部分采用C／S结构，它的功能主要包括：

1）数据录入。根据需要，将数据输入或导出数据库；对已有的数据进行增加、修改、删除等编辑，并提供用户通过IE浏览器对数据进行增加、修改、删除等编辑功能。

2）权限管理。对不同用户，系统提供浏览、编辑、重建等不同的使用权限。

3）航标数据的编辑绘制功能。实现各个航标数据动态添加、修改、删除。其中添加和修改通过两种方式实现：用户在图上用鼠标直接编辑；用户输入航标数据的坐标值编辑。

4）用户自定义航标符号功能。通过GeoBeans5.5的符号编辑系统实现用户自定义航标符号绘制或导入。

5）多元数据集成功能。即支持对多种数据格式的转换和使用［3］。

4.2 系统前台的信息发布服务功能

系统的前台部分采用B／S结构，通过系统服务器向用户提供信息服务。用户浏览器端通过内网或互联网访问应用系统，实现信息发布与共享服务。其功能主要包括：

1）对海图进行放大、缩小、漫游、复位等操作；

2）图层控制，能独立显示或关闭不同图层，浏览器端矢量格式显示；

3）支持并发用户；

4）选择图元闪烁；

5）对图形信息（空间）和属性信息（数据库信息）进行灵活多样的双向查询等。

本研究已实现在通用网络浏览器上，通过操作电子海图及航标信息属性数据库，方便、及时地浏览、查询和获取当前航标动态信息；根据管理权限，管理员可在线进行航标编辑，见图3。

图3 航标助航信息查询及编辑修改

5 结束语

基于互联网的海上交通信息技术的研究将改善和提高现行的海上交通信息系统的模式和应用水平，有利于我国海上交通运输业的快速发展及海运强国的建设。本研究为基于互联网的海上交通信息共享应用进行了有益的探索，为航标系统的信息化建设提出一个较好的技术方案，有助于传统航标系统的变革，为用户提供及时、准确、便捷的助航信息服务。

［1］东 方.建设我国海上数字交通系统的设想［J］.大连海事大学学报，2003（4）：24-27.

［2］袁陶颖.运用 MapXtreme实现 WebGPS系统［J］.导航，2003（2）：25-29.

［3］韩海洋，黄建明，龚健雅，等.Internet下多数据源、超媒体空间信息的分布式调度与管理［J］.武汉测绘科技大学学报，1999，24（3）：204-208，229.