海洋观测网实时监控系统的设计与实现

吕憧憬，姜晓轶，王 漪，席晓桃

（1.国家海洋信息中心 国家海洋局 数字海洋科学技术重点实验室，天津 300171）

海洋观测网实时监控系统的设计与实现

吕憧憬1，姜晓轶1，王 漪1，席晓桃1

（1.国家海洋信息中心 国家海洋局 数字海洋科学技术重点实验室，天津 300171）

综合GIS、数据库和富客户端开发等技术，设计一套B/S环境下的海洋观测网实时监控系统，实现了海洋台站、浮标和志愿船等海洋观测设备的实时状态监控、预警和故障统计分析等功能，能为相关部门及时掌握观测网运行状况、提升海洋环境观测预报管理水平提供高效的解决方案。

Flex；ArcGIS Server；海洋台站；浮标；运行监控

海洋观测是研究海洋、开发海洋、利用海洋的基础[1]。海洋观测所获取的资料，对海洋的防灾减灾、权益维护、资源开发、环境保护、国防建设及海洋科学研究等方面具有重大意义[2]。海洋台站、浮标、志愿船等是海洋观测信息获取的重要手段，经过多年的建设，我国已建成以海洋台站、浮标为主，志愿船和断面调查船为辅，覆盖渤海、黄海、东海和南海等海域的较为系统、完善的海洋观测网[3]。但这些观测设施的运行维护大多由沿海省市海洋部门负责，监管分散，缺乏统一的运行监控系统，不利于相关部门及时掌握各个观测设备的运行状态，无法提供高效的决策辅助。本文针对海洋观测网运行监控的迫切需求，建设了一套监控实时、界面友好、操作流畅的海洋观测网运行监控系统。

1 总体设计

1.1 系统架构设计

本系统采取轻量级开发框架PureMVC进行设计，分为数据层、服务层和应用层，3个层之间通过消息响应机制进行通信，模块之间耦合度低，系统功能易扩展和维护（图1）[4]。

图1 系统设计架构图

1）数据层。数据层包含空间数据库和属性数据库两个部分，前者主要以图层的形式存储海洋台站、浮标、志愿船及底图等数据，如设备参数、所属分局/中心站及位置信息等，通过ArcSDE接口与服务层交互；后者主要存储观测设备的实时运行状态、历史故障信息、统计信息及实时采集的数据等，通过JDBC进行数据读取。

2）服务层。服务层对系统的业务逻辑进行设计，并以服务的方式进行发布。按照数据特征，可分为针对空间数据的GIS服务和针对属性数据的属性服务。GIS服务提供了基础地图服务、空间查询量算、空间分析和统计分析服务，该服务采用ESRI公司提供的ArcGIS Server通过REST接口对外发布[5]。属性服务包括运行状态查询检索、故障统计分析、观测要素可视化及状态信息更新等服务，这些服务被封装成Web Services服务，以请求/响应机制对外发布服务。

3）应用层。应用层将根据业务需要构建专题应用模块，直接为用户服务。本系统针对我国海洋观测网运行状态监控的业务需求，选取Flex Viewer作为开发框架，开发了海洋台站监控模块、浮标监控模块、志愿船监控模块及故障警告模块等应用模块，以FlashPlayer和Web浏览器的方式为用户提供应用服务。该Flex Viewer框架中自带了一些基本地图功能模块（Widget），如鹰眼视图、导航控件等，满足了基本地图操作。系统建设只需要开发业务相关的Widget，并配置到config.xml文件中[6]，框架将自动完成模块的加载应用，极大地提高了系统开发效率。

1.2 系统功能设计

海洋观测网运行实时监控系统包含业务功能模块和GIS功能模块两大类（图2）。

图2 系统功能结构图

1.2.1 业务功能模块

业务功能模块根据运行监控对象的不同，划分为海洋台站、浮标、志愿船3个监控模块，同时为了便于用户操作，本系统将故障警告模块单独安置，动态提示故障报警信息，方便决策者及时掌握台站、浮标和志愿船当前运行状况并制定决策方案。

1）海洋台站监控模块将所有海洋台站按照管辖归属划分为3大类，再根据管辖归属范围内的沿海市划分小类。将台站以“海区-沿海市-台站”三级列表的形式进行组织，通过点击列表中的台站进行地图定位并显示到地图上。点击地图上该台站的位置图标，查询该台站的属性信息。海洋台站模块同时实现了分钟报信息监控，能够实现分钟级的台站观测要素，如潮位、气温、水温、盐度、气压、风速、风向和降水量等要素的监控，并能够将部分要素当天观测数据以曲线的形式绘制出来。数据接收情况统计和故障信息统计实现了按分局、中心站、台站、时间段进行历史故障统计。

2）浮标监控模块与海洋台站类似，实现了浮标定位及信息查询功能、小时级的浮标观测数据接收、监控与观测要素可视化功能、浮标故障查看及历史故障统计、观测数据接收情况统计等一系列功能。

3）志愿船监控模块主要实现了志愿船定位查询和故障信息统计功能。志愿船主要分为执法船、考察船、搜救船及其他船舶4类，其他船舶包括科考船只、勘探船、渔船及隶属其他企业法人的船舶。由于志愿船的组成较为复杂，且船舶采集的数据较为重要，其实时采集的数据不在本系统中查询可视化，但是志愿船的运行状态、实时位置信息的监控，对海洋决策者宏观把握、统一调度、辅助决策存在重大的意义。

4）故障警告模块实时监控海洋台站、浮标及志愿船的工作状态，实时列出产生故障的观测设备，并在地图上展示出来，其中运行正常的设备以绿色图标指示，出现故障的设备以红色闪烁图标指示出来。用户可以直观、快速地关注并定位到故障设施，并作出维修、更换等应急决策。

1.2.2 GIS功能模块

GIS功能模块主要实现地图相关基本操作，包括底图切换控制、图层控制、属性查询、鹰眼视图、底图导航等功能。

地图切换功能支持多个不同类型底图的切换，主要有两种类型，一种是Dynamic类型，它支持地图操作的无级缩放，但是这种类型的底图显示效率较差；另一种是Tiled类型，它首先需要用ArcGIS Server进行切片处理，设定好几个固定比例尺，以地图瓦片的形式发布，地图只能在设定好的几个比例尺间进行放缩，优点是显示效率较高。Flex Viewer框架还支持Google地图和百度地图服务的导入。考虑到底图显示效率及系统部署，将采取瓦片的形式提供底图服务。

其他几项GIS功能直接采用了Flex Viewer框架提供的插件进行修改实现，满足用户基本地图操作，组件样式美观、操作流畅。

2 系统实现

2.1 实时监控数据获取

海洋观测设备实时监控数据的获取、传输与存储是系统建设的基础和前提。为了有效获取海洋台站、浮标及志愿船的实时信息，将不同观测设备进行分别处理。

海洋台站和浮标观测设备本身具备数据传输和通信机制，其运行状态及观测数据将实时传输到地方海洋监测站，再由地方海洋监测站传输到所属海区，然后由各海区经专网传输到数据管理中心。志愿船的监控状况较为复杂，本系统只对已经安装船舶监控自动识别系统（AIS）的部分志愿船进行信息采集，将船舶实时信息以短报文的形式发送到数据管理中心，由相关部门对这些数据进行接收和入库处理。

2.2 系统开发实现

本系统采用Flex进行富客户端应用程序开发，将展示逻辑和业务逻辑转移到客户端，能够很大程度上提升服务器并行服务的用户访问量。选取ESRI公司推出的Flex Viewer作为WebGIS应用程序的开发框架。Flex Viewer框架采用了模块化架构，并以插件的形式搭建一个应用程序框架，它提供了一套模块的接口标准，负责协调各个模块之间的通信，控制程序的页面布局，以配置文件的形式对功能模块进行组织[7]。空间数据采用ArcSDE进行管理，属性数据存储到SQL Server2008中。数据访问采用Web Services的方式，用Java语言编写并以Tomcat进行发布，以WSDL语言发送请求，响应结果以JSON字符串的形式返回到客户端，数据访问过程遵守SOAP协议，如图3所示。采用ArcGIS Server提供地图发布服务，底图包括Tiled和Dynamic两种类型，前者为tiff格式全球地形瓦片底图，后者为shape格式地形底图。

图3 Web Services数据调用

2.3 系统部署与试运行

目前，该系统已经在相关职能部门完成了部署及试运行，运行状况良好。接下来将根据系统试运行状况，对海洋观测设备的数目和类别进行适当增加，并依照用户的反馈意见进一步完善系统功能。系统部分功能示例如图4。

图4 系统部分功能截图（系统采用的是ArcGISonline网络地图，审图号：GS(2010)6011）

3 结 语

本文通过对WebGIS相关技术进行研究，设计研发了海洋观测网运行监控系统，实现了海洋台站、浮标和志愿船的实时监控。从功能角度而言，系统实现了海洋观测设备监控业务的主要功能模块，涉及到设备的观测要素实时监控与可视化、数据接收情况及故障信息查询统计、实时故障警报等功能。从实现角度而言，本系统采用PureMVC 3层架构、基于Flex Viewer框架并以功能插件的形式完成了B/S模式富客户端应用系统开发。该系统的建立将为海洋相关部门及时掌握观测设备运行状况、辅助决策提供了一套高效的解决方案。

[1] 尹路,李延斌,马金钢.海洋观测技术现状综述[J].舰船电子工程,2013,33(11):4-7

[2] 罗续业.发展海洋观测技术 建设业务保障体系[J].海洋开发与管理,2012(6):29-30

[3] 林春梅,余麒祥,曹宇峰.浅谈海洋台站工作的管理[J].海洋开发与管理,2013(4):44-47

[4] 陈士城,刘晓春,刘旭,等.基于Flex和ArcGIS Server的WebGIS框架设计与应用[J].地理空间信息,2014,12(2):109-110

[5] 黄冬梅,曹燕琴,张明华.基于Flex和WebGIS的风暴潮辅助决策系统[J].计算机应用与软件,2014,31(3):51-54

[6] 袁宏,钟红梅,赖德军,等.基于Flex Viewer框架的地质灾害在线实时监测预警系统研究[J].自然灾害学报,2013, 22(2):177-184

[7] 许自舟,梁斌,张浩,等.基于ArcGIS Server的海洋环境信息服务平台设计与实现[J].海洋环境科学,2013,32(2):284-288

P208

B

1672-4623（2015）04-0080-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.029

吕憧憬，硕士，主要研究领域为海洋地理信息系统。

2014-08-07。

项目来源：国家自然科学基金资助项目（41271391、41171304）。