浙江沿海港口岸线数据分析管理系统设计实现

何晓宇，沈 坚，徐永潮，方泽兴，张宗科 ，郝 磊，夏蜀科

（1.浙江数智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310013；2.北京国信同科信息技术股份有限公司，北京 100015；3.中国科学院空天信息创新研究院，北京 100101；4.中交星宇科技有限公司，北京 100088）

1 研究背景

目前，基于遥感技术进行空间要素分析监控方面的研究已经趋于成熟[1-4]，同时对基于遥感数据的多时、多光谱动态监测研究方面也在国内、国外有了不错的研究成果[5-7]，运用现代信息技术，包括遥感、网络技术对环境进行动态监测与数据评估，和常规方法相比，无论经济效益还是社会效益（速度快、精度高、成本低）都有非常明显的进步[8]。

当前浙江省海洋资源监管手段以传统的规划图纸和地面采样管理为主，缺乏全局化、动态化、可视化的监管手段，难以适应新形势下管理上的新需求。海洋资源中岸线资源的统筹规划、建设及管理、港区整合等新形势下的新需求，需要构建大范围的、满足动态监测的数字化监管系统。遥感监测具有大范围、快速、动态、客观等技术优势，是地面环境监测的有效补充，可推动浙江海洋港口资源监测由点上向面上发展、由静态向动态发展。另一方面，港口岸线资源是浙江发展不可再生的宝贵资源，依托遥感系统建立浙江港口岸线的动态监管系统，为管理部门和港区运营集团提供管理、决策支持系统，既是顺应技术发展趋势，也是适应国家对资源管理的要求和浙江海洋港口发展本身的需要，为拓展“海上丝绸之路”战略中沿海国家的水运及海洋工程保障和动态监管奠定基础。

2 系统整体设计方案

浙江海洋港口资源遥感动态监管系统主要功能是以中、高分辨率正射遥感影像为数据本底，整合、关联和分层叠加浙江的港口岸线、码头基础数据，建立浙江沿海区域地理信息系统，将遥感影像数据与等高线数据融合形成可视化的三维地形地貌，可实现对岸线港口资源的信息采集、动态监测和管控等需求，系统总体架构图如图1所示。

图1 系统总体架构图

2.1 遥感影像库建设

多源多尺度遥感影像数据库是本研究重要的数据基础，根据调查对象及遥感数据的特点，本研究建立了中、高2种不同分辨率的遥感影像数据库，并对图像进行必要的处理并入库,具体处理流程如下。

2.1.1 遥感影像选取

遥感影像空间分辨率选择：本研究以美国陆地卫星（Landsat5、8）影像数据为基本信息源，实现对典型港口区的时间序列监测。同时分别选用近2a的Sentinel2号和高分2号数据满足对港口细节展示的需求。

遥感影像质量选择：影像质量主要包括云量和拍摄角度。本研究经过多次筛选，覆盖港区的影像基本都为无云雨雾遮挡的清晰影像。

遥感影像波段选择：遥感影像的不同波段都有不同的适用范围，不同波段的组合可以突出不同的地物信息。本研究采用了3种波段组合合成的彩色影像产品，具体情况如下。

由红、绿、蓝合成的真彩色影像，影像产品接近自然色彩。对浅水透视效果好，可用于监测水体的浊度、含沙量、水体沉淀物质形成的絮状物、水底地形。通常深水深蓝色；浅水浅蓝色；水体悬浮物是絮状影象；健康植被绿色；土壤棕色或褐色。

由近红外、绿、蓝合成的标准假彩色影像，影像产品中植被呈现各种红色调。深红色/亮红色为阔叶林，浅红色为草地等生物量较小的植被，产品适合用于植被提取。

由短波红外、近红外、红合成的假彩色影像，影像产品适用于城镇和农村土地利用的区分以及陆地/水体边界的确定。

2.1.2 遥感影像处理

所有遥感影像在入库前均经过如图2所示的处理流程，具体包括格式转换、波段组合、影像配准、辐射校正、几何纠正、匀色和镶嵌。其中格式转换将所有影像转换成统一的Geotiff/TIFF格式；辐射校正采用ENVI提供的FLAASH模块和Sen2Cor软件对上述3颗卫星影像进行处理；使用SRTM对卫星影像进行地形校正。

图2 遥感影像处理流程

2.1.3 遥感影像入库

根据影像数据的类型及拍摄时间进行分类存储，并与基础数据如行政区划、泊位码头等形成关联，在方便查询的同时，实现卫星影像的时序展示和发布。

2.2 研发技术路线

系统建设技术路线如图3所示，下面为技术路线描述。

图3 系统建设技术路线图

2.2.1 技术数据录入

按照右图右侧流程图所设计，依次在对应模块录入港口信息、港区信息、作业区信息、码头信息、泊位信息等相关基础图层数据。

2.2.2 地图发布

通过ArcGIS Server进行多源、多光谱遥感影像地图图层处理并发布，通过URL的形式供接口调用。

2.2.3 数据图层整合显示

通过图层功能进行控制显示遥感卫星影像及基础港口岸线数据。

图4为地形图库建立过程，地图影像数据通过ArcGIS进行处理发布，然后以url（eg.http://tlmap. 91daocao.com:9999/arcgis/rest/services/20051127/MapServer）的形式在系统后台进行图层配置，前台通过点击相应数据项进行地图图层叠加查看。

图4 地形图库建立过程图

2.3 开发运行环境

开发工具：Intellij idea 19.1.1；

开发语言：C#；

数据库：Sql Server 2014；

开发框架：Devexpress XAF框架；

发布：IIS开发工具。

系统采用B/S结构，由服务器和客户端组成。服务器和客户端运行环境要求如下：

服务器端运行环境：Windows2008操作系统；SqlServer2005数据库；

客户端运行环境：WindowsXP及其以上操作系统；

支持浏览器：火狐浏览器（Firefox）、谷歌浏览器（Chrome）、IE8.0版本及其以上浏览器、国内各类浏览器。

本系统采用B/S结构，用户无需安装任何程序，打开浏览器，输入系统网址即可登录。

3 系统功能实现

3.1 港口资源信息展示

地图中默认展示港口、港区、作业区、码头、泊位等的空间图层信息，鼠标移动到相关区域，可进行港口等详细信息查看，如图5所示。

图5 港口资源信息查看

点击“更多”可查看港口详细信息，以及隶属于该港口的港区集合信息、航线集合信息以及吞吐量信息。

3.2 统计分析

通过地图右上角功能区域统计分析信息查看按钮，地图左侧区域弹出岸线信息统计分析界面，点击港口树找到所要统计分析的展示作业区，双击该作业区项，系统自动弹出该作业区的岸线统计图，如图6所示。

图6 岸线资源统计分析

3.3 查询筛选

通过点击地图右上角功能区域查询筛选按钮，可根据查询条件查看相关港口岸线等图层资源信息，根据筛选条件点击查询按钮，查询结果将以信息列表的形式进行展现，双击数据项，地图中将居中显示该港口岸线相关地理空间信息，如图7所示。

图7 岸线资源查询筛选

3.4 影像时间轴

图8 影像时间轴功能展示图

4 系统应用意义及成果

随着国家海外经济的蓬勃发展，国家港口岸线资源变得尤为重要，但是港口岸线等的综合规划或利用情况无法快速获悉，而且当前各规划院数据还是以调查或普查纸质资料或简单电子文档的形式进行存储，需要查阅大量的历史资料才能得出分析结果，同时目前国内外市面上并没有一款可以综合展现港口资源规划情况的平台系统，所以由浙江交通规划设计研究院牵头开发一套以中、高分辨率正射遥感影像为数据本底的分析管理系统，通过对浙江省四大港口泊位、规划等信息，以及全省港口岸线普查信息的收集整理，掌握港口、岸线周边地形地貌、主要交通运输路线、骨干航道、港口码头位置等地理信息基础数据，依托数据资源的系统集中科学管理，以电子地图功能为主要展示手段，实现对港口岸线资源的管控、统计分析及综合展现。

目前，系统已经完成了整个嘉兴港及3个港区（乍浦港区、海盐港区、独山港区）的全部作业区、码头、岸线、泊位等基础数据的录入；同时系统功能也根据需求完成了整体研发，综合实现了对港口岸线资源的管控及统计分析综合展现。

5 结 语

随着浙江沿海港口岸线数据分析管理系统的投入使用及港口岸线等基础历史数据资料信息的系统录入，规划院或其他事业单位将通过系统，并依托高效大数据存储分析平台，取代传统的工作方式。用户只需要输入数据查询条件就能获取港口岸线资源的电子地图专题图，及海岸线及港口变化综合评价，从而实现水运及岸线一张图管控，大大提高工作人员工作效率，节省劳动资源。