海洋环境监测数据库建设及可视化管理系统的设计与实现＊

高晓慧，王 娟，单春芝

（1.国家海洋局北海环境监测中心 青岛 266033；2.国家海洋局海洋溢油鉴别与损害评估技术重点实验室 青岛 266033）

海洋信息化是国家信息化的重要组成部分，也是我国海洋事业发展的重要组成部分，在海洋事业发展中起着基础性、公益性和战略性的作用。近年来，随着新型与智能化海洋环境监测信息服务技术的发展，北海环境监测中心迫切需要一个稳定、共享、方便用户使用和交流的数据平台。北海环境监测中心作为北海区海洋环境监测部门，长期以来，积累了大量丰富的调查、监测、监视和科研资料，对于大量来之不易的监测数据，如何快速而有效地进行海洋环境数据的存储、管理、分析、处理和共享，是海洋监测资料管理的一个极其重要的任务。为此建立一套以海洋数据为对象，集海洋数据管理、数据分析处理和数据发布共享为一体的海洋环境监测数据库建设及可视化管理系统，是海洋环境保护、海洋工程开发、海洋防灾减灾、海洋国防安全等涉海事业发展的重要基础之一［1］。

1 系统开发环境

1.1 操作系统

操作系统采用Windows XP或Windows Server2003等，保证操作系统的完全兼容，使本系统的安装与使用和原有机器的操作系统不发生冲突。

1.2 软件开发环境

本系统选用微软公司的Visual Studio 2008 Professional Suite作为软件开发环境，并选择面向.NET的全新开发工具——C＃。C＃是一种现代的完全面向对象的程序开发语言，它使得程序员能够在新的微软.NET平台上快速开发种类丰富的应用程序。.NET平台提供了大量的工具和服务，能够最大限度地发掘和使用计算及通信能力［2］。

数据存储方式采用Oracle10g数据库作为数据存储的解决方式。Oracle数据库包括Oracle数据库服务器和客户端。Oracle服务器是一个对象——关系数据库管理系统。它提供开放的、全面的和集成的信息管理方法，具有场地自治性和提供数据存储透明机制，以此可实现数据存储透明性。Oracle客户端为数据库用户操作端，由应用、工具、SQL.NET组成，用户操作数据库时，必须连接到服务器，该数据库称为本地数据库。在网络环境下其他服务器上的DB称为远程数据库。用户要存取远程DB上的数据时，必须建立数据库链。

GIS开发平台为ArcEngine 9.3，是一个包含完整类库的嵌入式GIS软件，它支持多种语言 （com，JAVA，.NET以及C＋＋）和多种系统 （Windows和Unix），开发者通过ArcEngine处理，可以定制完整的GIS软件以外，还可以使GIS功能嵌入到其他已经存在的软件中去［3］。

2 系统功能组成及模块设计

2.1 系统功能组成

海洋环境监测数据库建设及可视化管理系统将完成多种来源、多种时相、多种精确度的基础数据的分布式集成与储存，构建包含基础数据、历史数据、实时观测和准实时监测数据动态的海洋监测信息综合数据库，在综合数据库的基础上，开发海洋环境监测数据查询模块，并集成海洋环境评价模块，获得直观的可视化产品，为海洋管理提供辅助决策结果，提高了海洋综合分析能力。系统功能结构如图1所示。

图1 功能结构

2.2 系统功能模块设计

2.2.1 用户管理模块

整个系统按照用户角色不同，对信息管理系统的权限不同。角色分为管理员、高级用户和普通用户。在用户登录后，根据权限，高级管理员可以增加、删除、修改用户，对用户分配访问权限，管理数据库；高级用户可以访问数据库；普通用户只能访问部分数据库，不能导出数据 （图2）。

图2 用户管理界面

2.2.2 监测数据导入、导出模块

系统实现了海洋环境监测数据的批量导入，解决了手工导入速度慢、效率低、易出错的问题。首先规范海洋环境监测数据报表，形成统一格式，然后通过导入模块，将其所有监测数据批量自动导入到综合数据库。在导入之前，对监测数据进行数据选取、数据清洁、质量控制，以确保导入数据库的数据准确。

数据导出功能，根据用户对监测数据报表格式的需求，可以导出不同格式的数据报表。图3为海洋环境监测数据导入、导出界面。

图3 数据导入、导出界面

2.2.3 监测数据查询模块

本模块可按时间、空间和类别等多种组合条件查询数据。查询结果在列表显示，可排序、可组合、可分页显示，也可另保存为文件。

2.2.4 监测数据统计分析模块

监测数据统计分析模块实现在某一时间内不同站点某个监测要素监测值的变化趋势，并以折线图、柱状图及基于地图的柱状图的形式直观地显示。图4是化学需氧量在同一时间不同站位的变化趋势图。

图4 统计分析界面

2.2.5 监测数据空间分析模块

空间等值线分析的目的是在空间地理信息基础上对指定海域的监测数据进行分析，按它们分布的强度或密度，把监测值相同的点用线连接起来，形成等值线，然后分析总结其随空间的变化规律。

2.2.6 单因子分析评价模块

海洋环境质量评价主要采取单因子评价［4］。利用条件查询在地图上绘制出满足条件的站点，根据标准指数计算公式，计算出该监测要素的标准指数，将各因子的监测值与评价标准指数进行比对，采用柱状图方式加以可视化表示，从而确定海水、沉积物和生物体的主要污染因子和影响因子。图5是不同站点的铬与标准值进行对比的柱状图。

单因子评价公式：

图5 单因子分析评价界面

2.2.7 污染点源分析评价模块

采用 “等标排放法”模型，根据各污染物和各污染源的等标排放量大小及相应的累积百分比大小，确定主要污染物和主要污染源。利用条件查询在地图上绘制出满足条件的站点，根据用户选择，选用污染区域评价即按照各点源等标排放量和各污染物等标排放量来计算，计算结果以饼状图及三维饼状图形式直观地显示，可清晰地辨别出某区域内的重点污染源等信息。图6是某一站点不同监测要素的评价分析图。

等标排放法计算公式：

图6 污染点源分析评价界面

3 结束语

海洋环境监测数据库建设及可视化管理系统通过海洋基础信息集成技术、海洋异构数据集成快速访问提取及智能分析技术、海洋评价模型集成技术的研究，为实现海洋环境信息的集成与动态管理提供技术支撑。系统通过海洋基础数据库、评价模型的建设，实现了海洋环境专业信息的集成化、业务应用的动态化、管理决策的科学化，为进一步提高对海洋经济发展规划与管理的支持能力，进一步加强海洋的综合管理能力奠定基础。

［1］李立刚，赵彩云 .海洋观测数据管理系统的设计与实现［J］.海洋预报，2010，7（2）.

［2］赵先龙，王川 .海洋水声环境调查数据处理系统的设计与实现［J］.海洋测绘，2009，29（1）.

［3］朱仕杰，南卓铜 .基于Arc Engine的GIS软件框架建设［J］.遥感技术与应用，2006，21（4）.

［4］袁中智 .基于GIS的近岸海域水环境时空分析：以珠江河口及其邻近海域为例［D］.武汉：武汉大学，2004.