劉月勝

通過集成遙感、地理信息系統(tǒng)和三維技術(shù)來構(gòu)建海事三維地理系統(tǒng)，具有傳統(tǒng)模式和二維電子海圖不可比擬的優(yōu)勢。

引言

二維地理信息系統(tǒng)現(xiàn)已廣泛應用于各行各業(yè)，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。但是，隨著計算機科學技術(shù)的發(fā)展和地理信息系統(tǒng)應用的不斷深入，二維地理信息系統(tǒng)在空間表達和空間感知方面的局限性已經(jīng)不能滿足海事局地理信息應用的要求。

傳統(tǒng)的電子海圖應用展現(xiàn)的信息量有限，而且不能反映和實地一樣的碼頭和助航設施。因此，本文提出建設一個基于地理信息系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實、遙感等技術(shù)的海事三維地理信息系統(tǒng)，搭建方便、直觀的海事監(jiān)管和搜救工作平臺，為海事部門的水上交通安全監(jiān)管提供信息查詢、數(shù)據(jù)更新、分析評價等功能，為海事事故的搜救決策提供及時、科學、準確的依據(jù)。

系統(tǒng)建設思路

結(jié)合實際水上交通安全監(jiān)管和搜救業(yè)務的需要，海事三維地理信息系統(tǒng)可建設“一個平臺，兩個系統(tǒng)”，即三維視景顯示平臺，水上交通安全監(jiān)管三維系統(tǒng)和海上搜救輔助決策三維系統(tǒng)，實現(xiàn)的主要功能如下：

開發(fā)海事局轄區(qū)三維可視化桌面系統(tǒng)，針對當前信息表現(xiàn)方式的局限性，將二維暈渲地圖、三維場景以及文本、照片等集成顯示，再現(xiàn)轄區(qū)的基礎數(shù)據(jù)，包括：地形、人文地理環(huán)境、船舶、助航設施、碼頭、裝卸貨設備、水下地貌等，使用戶從不同角度、不同維度來認知助航設施等物標以及轄區(qū)地理環(huán)境；

實現(xiàn)船舶在三維場景中的動態(tài)顯示、漫游、定位以及多種運動方式、觀察方式的模擬；

屬性信息查詢功能：用戶可以查詢和瀏覽指定的助航標志、碼頭、海事執(zhí)法、搜救力量空間分布、區(qū)塊屬性以及關(guān)聯(lián)信息，并以三維的形式加以表達；

實現(xiàn)船舶火災、走錨、爆炸和碰撞等特效以及白天／夜間、風、浪、流、霧、潮汐等水文氣象的變化；

實現(xiàn)必要的三維業(yè)務分析工具，如距離測量、執(zhí)法船艇航線設計和分析、TCPA／DCPA計算等空間分析工具；實現(xiàn)船舶航行過程的記錄和回放功能；

在三維場景中，根據(jù)事故現(xiàn)場獲取的數(shù)據(jù)，模擬再現(xiàn)事故過程，如碰撞、溢油、火災、走錨等；

實現(xiàn)各種報警，如碰撞報警、船舶超速等自動監(jiān)測；

實現(xiàn)航道、錨地、航標和礙航物等的編輯功能：完成他們的查詢、移動、增加和刪除功能；

實現(xiàn)規(guī)劃評審功能：港口建設中多個規(guī)劃方案的集成和實時切換演示，便于相關(guān)領導與規(guī)劃專家進行現(xiàn)場討論等；

實現(xiàn)交通監(jiān)管、搜救指揮的功能，三維場景能夠逼真地體現(xiàn)現(xiàn)場的船舶動態(tài)、水文氣象，接入VTS、AIS、CCTV等其他實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)交通監(jiān)管的常用功能。

系統(tǒng)建設方案

1、系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)擬實現(xiàn)各種海事信息資源的有效整合，系統(tǒng)開發(fā)是一個“集成、優(yōu)化、擴展”的過程，采用模塊化的設計方案，涉及計算機網(wǎng)絡、多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、海上AIS通信等技術(shù)。根據(jù)業(yè)務需求和信息化要求，系統(tǒng)直接面對不同用戶，其總體邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)在表示層采用多屏界面顯示，系統(tǒng)間數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時交換和共享，直接為水上安全監(jiān)管、遇險事故搜救現(xiàn)場指揮等服務。系統(tǒng)將描述地形、地貌特征數(shù)據(jù)、船舶模型等空間數(shù)據(jù)以及動態(tài)屬性數(shù)據(jù)表現(xiàn)在實時的三維場景中，并利用場景管理與空間分析工具，使管理決策者能有“親臨現(xiàn)場”的逼真感，為水上安全監(jiān)控和遇險搜救提供一種直觀、有效的管理手段與決策支持。

2、三維視景顯示平臺

三維視景顯示平臺，可以“直觀、徹底、一目了然”，多層次、多角度，清晰、準確，及時顯示各類監(jiān)控信息及海上情況。三維視景平臺是海事局三維地理信息系統(tǒng)場景顯示的主要內(nèi)容，為用戶實時提供港口的虛擬景象。三維視景平臺主要由港口場景庫、船舶模型庫、助航設施庫三部分組成。港口場景庫包含港口人工建筑(房屋、倉庫、碼頭等)、港口裝卸機械、陸地、山、島嶼等；船舶模型庫主要包含各種典型船舶的模型；助航設施庫包含燈塔、浮筒等設施的模型。三維視景建成以后，俯視效果如圖2所示。

3、水上交通安全監(jiān)管三維系統(tǒng)

根據(jù)水上交通安全監(jiān)管的實際需求，交通安全監(jiān)管子系統(tǒng)主要由船舶監(jiān)控和報警、業(yè)務輔助工具、浮標監(jiān)控和報警三部分構(gòu)成，其基本功能圖見圖3所示。

4、海上搜救輔助決策三維系統(tǒng)

海難事故突發(fā)性強，往往具有情況危急、任務緊迫和氣象條件復雜等特點。一旦接到海難事故信息，迅速收集各種相關(guān)信息，快速制定合理的救助方案，并以最快的速度派出救助力量，根據(jù)影響搜救行動各種因素的變化快速協(xié)調(diào)整個搜救活動，這是搜救工作成敗的關(guān)鍵。為了提高海上搜救行動的速度和搜救方案的可靠性，系統(tǒng)擬建設基于GIS技術(shù)能在數(shù)字會議系統(tǒng)的大屏幕系統(tǒng)上顯示搜救行動場景，實現(xiàn)搜救演練等功能，同時在電子海圖上顯示出通航環(huán)境信息和搜救資源等功能的搜救輔助決策三維系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)如圖4所示。

結(jié)語

近年來，海事系統(tǒng)的信息化建設取得了突飛猛進的發(fā)展，網(wǎng)絡系統(tǒng)基本覆蓋海事系統(tǒng)的各分支機構(gòu)，各種先進的信息管理系統(tǒng)和信息管理理念正逐步推廣應用。在海事管理業(yè)務中的海事巡邏、通航管理、搜救指揮、VTS管理、重要水道的電視監(jiān)控、水上／水下施工管理、航標管理、危管防污等業(yè)務工作都需要以海圖和其他的相關(guān)信息為基礎，以顯示和查閱各管理點的空間信息、背景信息和動態(tài)信息。所以，開發(fā)適合水上交通安全監(jiān)管和海事搜救等功能的三維海事地理信息系統(tǒng)，是適應海事信息化發(fā)展的一項重要工作，具有良好的應用前景。