漁業(yè)電子海圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究范文

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《海岸工程雜志》2016年第4期

摘要：

基于對(duì)國(guó)內(nèi)外漁業(yè)電子海圖系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的研究，提出了開(kāi)發(fā)新型漁業(yè)電子海圖系統(tǒng)的構(gòu)成、總體方案和功能模型，采用IHOS－57海圖國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)即海道測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)的電子海圖，介紹了應(yīng)用VisualC＋＋2010開(kāi)發(fā)環(huán)境和ECIVMS組件進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)和方法。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)結(jié)果表明，軟件已實(shí)現(xiàn)了海圖物標(biāo)圖層顯示、漁業(yè)信息查詢(xún)、漁區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)管理、漁區(qū)及作業(yè)安全等深線標(biāo)繪、遙感影像加載，實(shí)時(shí)潮汐計(jì)算及海況信息疊加顯示等主要功能，為漁業(yè)信息組網(wǎng)服務(wù)及構(gòu)建一體化信息獲取、存儲(chǔ)、處理、表達(dá)、傳輸和平臺(tái)提供了基礎(chǔ)支持。

關(guān)鍵詞：

漁業(yè)；信息化；電子海圖系統(tǒng)；IHO

S－57漁業(yè)電子海圖系統(tǒng)融合了計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)通信、導(dǎo)航和其他相關(guān)技術(shù)。它是現(xiàn)代海洋漁業(yè)信息化的基礎(chǔ)載體和平臺(tái)，描述了海洋地理空間、漁業(yè)生物資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等對(duì)象的分布規(guī)律及變化特征，是現(xiàn)代漁業(yè)生產(chǎn)、管理和研究的重要輔助決策工具。近年來(lái)，國(guó)外海洋漁業(yè)已經(jīng)普遍采用了信息化的設(shè)備和技術(shù)［1－2］，實(shí)現(xiàn)了對(duì)漁業(yè)生產(chǎn)、管理、經(jīng)營(yíng)、流通、服務(wù)等環(huán)節(jié)的數(shù)字化和可視化管理，有效地降低了生產(chǎn)成本，達(dá)到漁業(yè)資源的可持續(xù)化發(fā)展［3］。例如，挪威的dKartFishingProfessional系統(tǒng)以電子海圖為基礎(chǔ)平臺(tái)，它既能夠連接衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、回聲測(cè)深儀、雷達(dá)、船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等外部硬件設(shè)備，又融合了安全水域、漁業(yè)安全等深線、漁業(yè)危險(xiǎn)障礙物、禁航區(qū)等信息，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)航線并實(shí)現(xiàn)漁場(chǎng)分布信息的動(dòng)態(tài)記錄和顯示。日本研發(fā)的ExplorerMarine系統(tǒng)，也將電子海圖作為基礎(chǔ)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)漁業(yè)信息、漁獲分析、衛(wèi)星影像和CDT信息處理與分析等主要功能。我國(guó)目前也有一些商業(yè)化的設(shè)備和軟件系統(tǒng)。例如，邵全琴等［4］設(shè)計(jì)了海洋漁業(yè)電子地圖系統(tǒng)軟件EA2000，可制作和應(yīng)用專(zhuān)用的漁業(yè)電子地圖；趙愛(ài)博等［5］提出并設(shè)計(jì)了漁業(yè)安全保障電子海圖綜合信息處理系統(tǒng)，在電子海圖基礎(chǔ)上，將漁船分布信息、預(yù)報(bào)警信息相疊加，能夠?qū)崟r(shí)顯示相關(guān)海域的漁船情況；夏思雨等［6］提出了漁業(yè)電子海圖手持終端的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了在Android系統(tǒng)智能手機(jī)和平板電腦中海洋漁業(yè)信息的可視化應(yīng)用；周旭光等［7］開(kāi)發(fā)了基于電子海圖的海洋漁船導(dǎo)航系統(tǒng)，具有海圖管理、顯示、航線導(dǎo)航等主要功能。上述海圖系統(tǒng)在保障漁船安全作業(yè)，提高生產(chǎn)效率等方面發(fā)揮了很好的作用。隨著漁業(yè)信息交換標(biāo)準(zhǔn)成為行業(yè)內(nèi)的研究熱點(diǎn)，美國(guó)等海洋漁業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正在展開(kāi)相關(guān)研究，美國(guó)漁業(yè)協(xié)會(huì)、朱莉•德菲利匹、桑姆•利茲等機(jī)構(gòu)和個(gè)人均提出了階段性研究成果，但迄今為止尚未形成統(tǒng)一的觀點(diǎn)［8］。在我國(guó)，相關(guān)國(guó)家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)也正在研究中。因此，盡管目前市場(chǎng)上海洋漁業(yè)信息服務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)品眾多，它們大多也應(yīng)用電子海圖系統(tǒng)作為信息的基本平臺(tái)，但是受到信息共享“瓶頸”的制約，僅僅是一個(gè)初級(jí)的單機(jī)產(chǎn)品，與服務(wù)器和其他終端產(chǎn)品之間難以組成網(wǎng)絡(luò)，從而影響漁業(yè)信息的互聯(lián)互通。因此，構(gòu)建集漁業(yè)信息獲取、存儲(chǔ)、處理、傳輸、分布和表達(dá)為一體的平臺(tái)成為了提高我國(guó)海洋漁業(yè)信息化水平的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作［9］。新型漁業(yè)電子海圖系統(tǒng)從近遠(yuǎn)海的生產(chǎn)實(shí)際需求出發(fā)，應(yīng)用了VisualStudio2010開(kāi)發(fā)環(huán)境和ECIVMS開(kāi)發(fā)組件，實(shí)現(xiàn)了海圖物標(biāo)圖層顯示、漁業(yè)信息查詢(xún)、漁區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)管理、漁區(qū)及作業(yè)安全等深線標(biāo)繪、遙感影像加載，實(shí)時(shí)潮汐計(jì)算及海況信息疊加顯示等功能。該系統(tǒng)的創(chuàng)新之處主要在于：使用了國(guó)際通用的IHOS－57國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)電子海圖，并增加了漁場(chǎng)信息標(biāo)繪功能。同時(shí)，系統(tǒng)具有非常好的適用性，兼容國(guó)際組織的潮汐、氣象（風(fēng)場(chǎng)、溫度、氣壓）等信息，可同時(shí)滿(mǎn)足近、遠(yuǎn)海作業(yè)的需要，保障漁業(yè)生產(chǎn)安全；系統(tǒng)界面友好，操作簡(jiǎn)便靈活，支持用戶(hù)定制標(biāo)繪各類(lèi)海洋漁業(yè)專(zhuān)題信息；可作為單機(jī)應(yīng)用，也可通過(guò)組網(wǎng)擴(kuò)展成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)，加入到海洋漁業(yè)信息服務(wù)鏈。

1漁業(yè)電子海圖系統(tǒng)的構(gòu)成

漁業(yè)電子海圖系統(tǒng)由硬件、軟件和數(shù)據(jù)三部分構(gòu)成。

1．1軟硬件環(huán)境

硬件部分包括計(jì)算機(jī)及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備；軟件部分則采用Windows7操作系統(tǒng)，基于VisualStudio2010開(kāi)發(fā)環(huán)境和ECIVMS海圖開(kāi)發(fā)組件進(jìn)行設(shè)計(jì)。ECIVMSSDK是電子海圖顯示信息系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）顯示速度快；2）支持UNICODE、GB2312、日文等多種字符集編碼體系；3）支持氣象GRIB數(shù)據(jù)讀取和顯示，以及實(shí)時(shí)潮汐計(jì)算。

1．2數(shù)據(jù)

部分漁業(yè)電子海圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括：基礎(chǔ)海圖數(shù)據(jù)、漁業(yè)信息數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、潮汐站點(diǎn)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和符號(hào)庫(kù)數(shù)據(jù)。

1．2．1基礎(chǔ)海圖數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)海圖數(shù)據(jù)采用IHOS－57國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的海圖數(shù)據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)由IHO，推薦各國(guó)官方海道測(cè)量部門(mén)執(zhí)行［10］，以滿(mǎn)足全球海上航行安全的需要。

1．2．2漁業(yè)信息數(shù)據(jù)

漁業(yè)信息數(shù)據(jù)包括：范圍位置信息、水體環(huán)境信息、漁業(yè)資源信息、漁業(yè)生產(chǎn)信息和漁業(yè)管理信息五類(lèi)。范圍位置信息包含經(jīng)緯度坐標(biāo)、水深、地形、底質(zhì)、專(zhuān)屬經(jīng)濟(jì)區(qū)、領(lǐng)海、港口等信息。水體環(huán)境信息涵蓋漁業(yè)作業(yè)環(huán)境相關(guān)水域的水文信息，包括魚(yú)種棲息地、溫度、鹽度、水色、葉綠色、海流等信息；漁業(yè)資源信息包括魚(yú)類(lèi)分布及生物信息，魚(yú)類(lèi)洄游路線、豐度中心、產(chǎn)卵地等；漁業(yè)生產(chǎn)信息與漁業(yè)作業(yè)有著直接聯(lián)系，主要包含了捕撈能力、漁獲量、漁場(chǎng)分布等信息；而漁業(yè)管理信息則包含了網(wǎng)目尺寸、捕撈季節(jié)、捕撈權(quán)、捕撈配額、總可捕量、禁漁區(qū)、管理區(qū)域等［11－12］。

1．2．3遙感影像數(shù)據(jù)

遙感影像數(shù)據(jù)采用TB級(jí)的衛(wèi)星、航空影像數(shù)據(jù)及數(shù)字高程模型（DEM）存儲(chǔ)，可支持二維及三維顯示環(huán)境下的LOD訪問(wèn)和電子海圖透明疊加顯示。

1．2．4潮汐站點(diǎn)數(shù)據(jù)

采用了美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NationalOceanicandAtmosphericAdministra－tion，NOAA）提供的（9000個(gè)）潮汐站點(diǎn)預(yù)報(bào)模型，覆蓋全球主要港口，可實(shí)時(shí)計(jì)算潮汐。

1．2．5氣象數(shù)據(jù)

應(yīng)用了國(guó)際氣象組織的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)氣象數(shù)據(jù)GRIB文件，可動(dòng)態(tài)顯示多時(shí)間段的風(fēng)場(chǎng)、溫度、氣壓等要素信息。

1．2．6符號(hào)庫(kù)數(shù)

據(jù)按照IHOS－52標(biāo)準(zhǔn)［13］ECDIS海圖內(nèi)容與顯示規(guī)范，設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)符號(hào)庫(kù)（159個(gè)物標(biāo)類(lèi)），并根據(jù)需要拓展了海洋漁業(yè)專(zhuān)題符號(hào)，如專(zhuān)屬經(jīng)濟(jì)區(qū)、漁場(chǎng)等，見(jiàn)表1和表2。

2漁業(yè)電子海圖系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

漁業(yè)電子海圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了工程化理念，以IHOS－57電子海圖系統(tǒng)為基礎(chǔ)平臺(tái)，包括：電子海圖、漁業(yè)信息、遙感影像信息、潮汐信息、氣象信息和符號(hào)庫(kù)信息輸入通道（圖1），可滿(mǎn)足用戶(hù)應(yīng)用工作空間管理的工作需要。在電子海圖系統(tǒng)中，包含了信息輸入與管理、顯示與圖層管理、信息標(biāo)繪、信息查詢(xún)和其他輔助功能等模塊（圖2）。其中，信息輸入與管理模塊主要用于對(duì)文件管理的一些操作，如打開(kāi)、保存、卸載等；而海圖的基本操作，如：放大、縮小、漫游等，主要封裝在顯示與圖層管理模塊中，該模塊還加入了符號(hào)風(fēng)格設(shè)置、晨昏、朦影等功能；信息標(biāo)繪模塊主要包含圖形標(biāo)繪、文字標(biāo)繪和符號(hào)標(biāo)繪等功能，可以手動(dòng)選取符號(hào)添加漁業(yè)信息類(lèi)物標(biāo)，描述目標(biāo)海域內(nèi)漁汛、魚(yú)群動(dòng)態(tài)變化；快速查詢(xún)、定位和顯示物標(biāo)詳細(xì)信息是電子海圖系統(tǒng)中最主要的功能之一，主要包含在信息查詢(xún)模塊，如：物標(biāo)位置、水深范圍、所在海區(qū)、比例尺、所在海區(qū)磁差等；其他輔助功能模塊則是主要新增了潮汐計(jì)算和漁業(yè)安全等深線設(shè)定等新功能，可根據(jù)漁船、漁汛等信息標(biāo)示生產(chǎn)活動(dòng)的范圍。

3系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3．1信息輸入與管理模塊

信息輸入與管理模塊從數(shù)據(jù)源中獲取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源包括：IHOS－57國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)海圖數(shù)據(jù)、標(biāo)繪數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)、衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，打開(kāi)文件功能中設(shè)計(jì)了針對(duì)不同數(shù)據(jù)源的信息輸入接口，并將其導(dǎo)入漁區(qū)工作空間中；隨后，將其按特征分類(lèi)進(jìn)行存放，每個(gè)類(lèi)型分別有各自不同的屬性，存放于不同的圖層中，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖層的管理；最后在工作空間中保存和輸出海圖信息（圖3）。

3．2顯示與圖層管理模塊

顯示與圖層管理模塊包含3個(gè)子模塊（圖4）。在圖層管理子模塊，可設(shè)置基本圖層、標(biāo)準(zhǔn)圖層和自定義圖層顯示和管理；在符號(hào)風(fēng)格設(shè)置子模塊，設(shè)計(jì)了矢量和柵格兩套符號(hào)系統(tǒng)，按照IHOS－52國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)矢量符號(hào)庫(kù)，并可選擇顯示傳統(tǒng)符號(hào)或簡(jiǎn)化符號(hào)風(fēng)格，同時(shí)拓展了海洋漁業(yè)專(zhuān)題符號(hào)，如：專(zhuān)屬經(jīng)濟(jì)區(qū)、漁場(chǎng)等；在顯示子模塊，實(shí)現(xiàn)了放大、縮小、漫游等基本功能。

3．3信息標(biāo)繪模塊

信息標(biāo)繪模塊包含圖形標(biāo)繪子模塊、文字標(biāo)繪子模塊和符號(hào)標(biāo)繪子模塊。通過(guò)新建圖層，選取點(diǎn)、線、面圖形或字體、符號(hào)樣式，既可以手動(dòng)添加漁業(yè)信息符號(hào)，描述相關(guān)海域內(nèi)漁汛、魚(yú)群動(dòng)態(tài)變化，同時(shí)也可以讀取數(shù)據(jù)庫(kù)文件，實(shí)現(xiàn)漁汛、魚(yú)群等信息的自動(dòng)標(biāo)繪。

3．4信息查詢(xún)模塊

該模塊可通過(guò)物標(biāo)名稱(chēng)、位置等查詢(xún)水深范圍、所在海區(qū)、比例尺、所在海區(qū)磁差、基準(zhǔn)面和投影類(lèi)型等信息，也可以進(jìn)行距離、角度、面積等量算操作。

3．5其他輔助功能模塊

輔助功能模塊包含潮汐計(jì)算子模塊和漁業(yè)安全等深線設(shè)定子模塊。在潮汐計(jì)算子模塊，采用NOAA提供的潮汐站點(diǎn)預(yù)報(bào)模型，可實(shí)時(shí)計(jì)算全球9000多個(gè)主要港口的潮汐。漁業(yè)安全等深線設(shè)定子模塊，可根據(jù)漁船、漁汛等信息標(biāo)示海洋漁業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)范圍。

4漁業(yè)作業(yè)安全等深線設(shè)置實(shí)例

漁業(yè)作業(yè)安全等深線是由船體吃水深度及作業(yè)方式（拖網(wǎng)、圍網(wǎng)、刺網(wǎng)等）所決定的。如圖6所示，根據(jù)不同的船體和作業(yè)方式，輸入相應(yīng)數(shù)值，利用電子海圖DEPARE（深度帶）物標(biāo)中DRVAL1（深度范圍值1）、DRVAL2（深度范圍值2）等字段值，通過(guò)差值算法得到安全等深線范圍。如羊角礁附近海域，DRVAL1為10m，DRVAL2為20m，通過(guò)內(nèi)差計(jì)算得出圖中淺綠色區(qū)域?yàn)闈O業(yè)作業(yè)等深線設(shè)置為5m時(shí)的安全生產(chǎn)范圍（圖7a）。同時(shí)，分別設(shè)置5和15m漁業(yè)作業(yè)等深線的情形，可清晰地標(biāo)示出生產(chǎn)活動(dòng)的范圍，見(jiàn)圖7a和圖7b。

5結(jié)語(yǔ)

結(jié)合IHOS－57海圖國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，采用ECIVMS商用組件，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了漁業(yè)電子海圖系統(tǒng)，該系統(tǒng)作為海洋漁業(yè)信息化的基礎(chǔ)載體和平臺(tái)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，能夠快速顯示海圖和高效查詢(xún)信息；可創(chuàng)建漁業(yè)專(zhuān)題層，標(biāo)繪與顯示漁業(yè)專(zhuān)題要素；支持風(fēng)場(chǎng)、氣溫、氣壓等氣象要素的顯示并兼容遙感影像信息；提供全球主要港口的潮汐查詢(xún)和預(yù)報(bào)。對(duì)于提高漁業(yè)作業(yè)的工作效率，保障航行安全具有重要意義。隨著對(duì)海洋三維地形、海洋生物資源等表達(dá)方法的進(jìn)一步研究和優(yōu)化，對(duì)多波束測(cè)量數(shù)據(jù)和魚(yú)探儀數(shù)據(jù)的兼容和應(yīng)用，以及配套網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)施的建設(shè)，將形成集漁業(yè)信息獲取、存儲(chǔ)、處理、表達(dá)、傳輸和的一體化平臺(tái)，為現(xiàn)代海洋漁業(yè)安全生產(chǎn)、管理和研究提供更全面的信息服務(wù)。

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作者:夏思雨 郭立新 楊佳偉 常亮 單位:上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院 國(guó)家遠(yuǎn)洋漁業(yè)工程技術(shù)研究中心 遠(yuǎn)洋漁業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心