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基于World Wind Java的海底電纜管道業(yè)務管理信息系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)*

譚萌，王金磊，楊麗芬，張莉，徐曉瑋，程妍

(國家海洋局 北海信息中心，山東 青島 266061)

摘要：基于World Wind Java三維地理信息平臺，集成基礎(chǔ)地理信息和海底電纜管道調(diào)查、鋪設(shè)、注冊、管理數(shù)據(jù)，設(shè)計并實現(xiàn)北海區(qū)海底電纜管道業(yè)務管理綜合信息系統(tǒng)。系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，地圖與數(shù)據(jù)頁面之間通過JavaScript腳本進行數(shù)據(jù)交互，形成管理、查詢、統(tǒng)計與業(yè)務支持為一體的綜合地理信息業(yè)務支持系統(tǒng)，為海域管理提供技術(shù)服務。

關(guān)鍵詞：World Wind Java；三維地理信息平臺；全文檢索

海底電纜管道是通信、電力和油氣等資源的重要輸送載體，隨著我國海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，海洋電纜管道無論從數(shù)量還是長度上都取得了迅猛的發(fā)展。目前已在渤海、黃海、東海、南海鋪設(shè)大量油氣管線，總長度近萬公里[1]。面對大量的海底管線審批及管理數(shù)據(jù)，我國海洋行政主管部門迫切需要一個業(yè)務系統(tǒng)來完成數(shù)據(jù)的集成管理以及三維地理信息可視化展示，為管理決策提供支持。

本文基于World Wind Java三維地理信息平臺、Wicket Web開發(fā)框架、Lucene全文檢索引擎，集成海底電纜管道管理業(yè)務需要的多種數(shù)據(jù)，研發(fā)具備查詢、管理、統(tǒng)計和業(yè)務處理能力的“北海區(qū)海底電纜管道業(yè)務管理綜合信息系統(tǒng)”，實現(xiàn)自項目規(guī)劃至投入應用過程中對關(guān)鍵字、時間、類別等要素的檢索，對相關(guān)海洋電纜管道申請批復文件的全文查詢，對用戶處理的全過程監(jiān)管。

1需求分析與設(shè)計

系統(tǒng)基于海洋基礎(chǔ)信息，集成衛(wèi)星航空遙感、海洋功能區(qū)劃、海底電纜管道審批和相關(guān)法律法規(guī)等數(shù)據(jù)，以實用性、可維護性、可擴展性、可靠性、安全性及客戶端跨平臺特性的設(shè)計原則，利用三維地理信息平臺進行集成，形成對海底電纜管道業(yè)務數(shù)據(jù)及申請批復文件高效存貯、分析、查詢和處理的可視化解決方案。系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)框架圖Fig.1　Framework of the system

1.1　三維GIS平臺

隨著三維仿真應用的不斷增加，可以作為三維地圖平臺使用的軟件也日趨普及。國外相繼出現(xiàn)的三維地圖平臺軟件有Skyline,ARC Globe和著名的Google Earth等，同期國內(nèi)也推出了SuperMap,EV-Globe,IMAGIS,VRMAP,InfoEarth和SmartEarth等知名三維地圖平臺，其中ARC Globe平臺是常用的海洋應用管理系統(tǒng)。此外，國家海洋局的兩個重要信息化建設(shè)項目都根據(jù)各自的應用特點選擇了不同的三維平臺，如“數(shù)字海洋”原型系統(tǒng)采用了SkyLine平臺[2]，“海域動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測系統(tǒng)”使用了SuperMap平臺*趙建華, 曹可. 基于SuperMap的全國海域使用動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測信息系統(tǒng).2009中國科學院地理信息技術(shù)自主創(chuàng)新論壇暨SuperMap gis技術(shù)大會論文集. 北京, 2009:237-251.。

這些平臺共同的特點：它們均采用dll或ActiveX方式進行封裝，后臺利用DirectX或OpenGL作為繪圖支持，其底層方式?jīng)Q定系統(tǒng)支持的操作系統(tǒng)和瀏覽器平臺受到操作系統(tǒng)平臺限制。此外，系統(tǒng)在使用前需要下載相應的組件安裝包或Runtime安裝包，在服務器端更新后客戶端往往需要重新安裝組件。

通過與現(xiàn)有成熟的三維地理信息平臺可視化組件比較，并結(jié)合系統(tǒng)功能需求，系統(tǒng)最后選定使用World Wind Java三維地圖平臺。World Wind是由美國國家航空及太空總署(NASA)阿莫斯研究中心的科研人員開發(fā)的開放源代碼(Open Source)三維地理信息軟件。World Wind支持互聯(lián)網(wǎng)由NASA發(fā)布的Landsat衛(wèi)星的圖像和航天飛機雷達遙感數(shù)據(jù)(SRTM)，數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)上以Web地圖服務(Web Map Service,WMS)的影像方式提供。World Wind有兩個版本，包括C#和Java，其中Java版本不但支持Windows平臺，還支持Linux和MAC平臺，具有極好的適用性[3]。

1.2　基于Wicket的Web開發(fā)框架

Wicket遵循MVC結(jié)構(gòu)，完全面向?qū)ο笤O(shè)計，即不需要考慮配合HTTP的“請求<-->回復”這種機制，并且完全封裝了Servlet API,HTTP protocol的相關(guān)細節(jié)，自動調(diào)用并執(zhí)行事件處理的代碼，代碼的可復用性得到了很大的提高。Wicket可以自動管理服務器端和客戶端的數(shù)據(jù)交互和狀態(tài)，有效地避免“臟數(shù)據(jù)”和“重復提交”，而且支持POJO，易于進行單元測試[4]。

1.3　基于Lucene的全文檢索引擎

全文檢索是以各種計算機數(shù)據(jù)諸如文字、聲音、圖像等為處理對象，提供按照數(shù)據(jù)資料內(nèi)容實現(xiàn)的信息檢索手段，是信息檢索的核心技術(shù)[5]。由于海底電纜管道業(yè)務文件的數(shù)據(jù)量較大，文件類型繁多，僅依賴于文件名搜索無法滿足其對文件檢索的要求，因此，本文采用了基于Lucene的全文檢索引擎技術(shù)，可以更加準確、全面地檢索海底電纜管道相關(guān)業(yè)務文件資料。

Lucene是一個Java開發(fā)的全文搜索引擎工具包，其開源靈活的擴展方式可以方便地嵌入到各類應用中，實現(xiàn)針對應用的全文檢索功能[6]。利用基于Lucene的全文檢索引擎，系統(tǒng)實現(xiàn)了對多種類型文件的全文檢索功能，實際運行效果良好。同時在服務器端，系統(tǒng)還配備了索引自動更新機制，可根據(jù)實際需要設(shè)置相應的更新頻率及更新時間，從而更好地支持系統(tǒng)運行。

1.4　體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)、Java語言開發(fā)，通過Oracle數(shù)據(jù)庫提供應用支持，地圖與數(shù)據(jù)頁面之間采用JavaScript腳本進行數(shù)據(jù)交互，利用World Wind Java技術(shù)實現(xiàn)三維地理信息可視化展示。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖Fig.2　Function structure diagram of the system

1.4.1用戶操作層

用戶操作層主要以Web頁面的形式為用戶提供各類功能界面，用于接收用戶操作和展示應用服務處理結(jié)果。

1.4.2應用服務層

應用服務層是整個系統(tǒng)的核心部分，可以提供系統(tǒng)基礎(chǔ)服務和海底電纜管道業(yè)務服務。

基礎(chǔ)服務：主要針對系統(tǒng)運行時所需要的各類信息進行控制管理，其中包括對業(yè)務數(shù)據(jù)、業(yè)務流程模型和用戶角色權(quán)限信息的增、刪、改、查管理，以及通過角色權(quán)限認證方式對用戶操作進行相應控制。

業(yè)務服務：根據(jù)實際海底電纜管道業(yè)務處理流程，利用Java開源工作流組件，完成從海底路由管線調(diào)查申請到最終注冊備案的整個業(yè)務化處理，采用工作流的形式將各職能點聯(lián)通，使業(yè)務自動推送到確定的職能人，以解決跨職能業(yè)務在多崗位、多部門人員之間的協(xié)同工作問題，從而提高工作效率。

1.4.3數(shù)據(jù)存儲

系統(tǒng)利用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來存儲與系統(tǒng)運行相關(guān)聯(lián)的用戶信息、業(yè)務化文件屬性信息以及流程信息；而對于業(yè)務化處理過程中用戶提交的各類文件則采用磁盤存儲的方式，保存在服務器端固定的文件中，即文件目錄下。

1.5　數(shù)據(jù)組織

1.5.1基于Oracle數(shù)據(jù)庫的海底電纜管道數(shù)據(jù)組織與管理

根據(jù)實際數(shù)據(jù)內(nèi)容，系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織以注冊備案記錄表為基礎(chǔ)，以送審內(nèi)容(標題)作為鏈接纜管路由調(diào)查申請送審流程表和纜管鋪設(shè)申請送審流程表的關(guān)鍵字段，部分數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　數(shù)據(jù)關(guān)系圖Fig.3　Database diagram

1.5.2業(yè)務支持數(shù)據(jù)

業(yè)務支持數(shù)據(jù)包含基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和海底管線地理信息數(shù)據(jù)，是進行海底電纜管道信息管理過程中必不可少的支持部分。

1)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)

海洋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括可見光遙感影像、高程點、等高線、水深點和等深線等基礎(chǔ)地形地貌數(shù)據(jù)；陸岸基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括居民點、地物點、道路、水系和行政區(qū)域等；海圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括燈塔、助航點、礙航點、助航線和礙航線等。

2)海底管線地理信息數(shù)據(jù)

海底管線地理信息數(shù)據(jù)包括海底路由管線調(diào)查、鋪設(shè)、注冊數(shù)據(jù)及海底電纜管道管理數(shù)據(jù)。

1.5.3服務組織形式

World Wind Java支持多種類型的地理數(shù)據(jù)格式，包括使用KML(KMZ)，SHP文件方式和WMS服務方式等，還支持利用擴展Java包，顯示3DS模型，World Wind Java下海底電纜管道的三維模型集成顯示效果如圖4所示。系統(tǒng)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、業(yè)務支持數(shù)據(jù)全部采用WMS方式提供支持，為了保護數(shù)據(jù)安全，石油平臺和海底電纜、管道的數(shù)據(jù)通過Web Service接口數(shù)據(jù)動態(tài)添加形成。World Wind Java支持的多種數(shù)據(jù)格式為更好地表現(xiàn)各項地理信息數(shù)據(jù)提供了良好的保證。

圖4　3DS模型示意圖Fig.4　A Sketch map of 3DS model

2功能實現(xiàn)

2.1　基本功能

系統(tǒng)根據(jù)海底電纜管道管理的工作內(nèi)容，基于海洋基礎(chǔ)信息，集成衛(wèi)星航空遙感、海洋功能區(qū)劃、海底電纜管道審批、相關(guān)法律法規(guī)等數(shù)據(jù)。從基礎(chǔ)信息展示、管線審批數(shù)據(jù)管理、公文管理和法律法規(guī)四個方面構(gòu)建海底電纜管道管理信息體系，突出海洋行政主管部門的管理和審批職能。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖5所示。

2.2　信息展示模塊

2.2.1地圖操作

系統(tǒng)采用分辨率在5~30 m的可見光遙感影像作為底圖，通過高程數(shù)據(jù)的集成在地圖上展示陸地與海底地形起伏變化，并利用地圖工具進行選定區(qū)域的地形剖分展示。用戶可以利用鼠標、鍵盤和操縱桿，任意調(diào)整視點和視角，拉高或放低觀測者所在的位置，還可以以任意角度旋轉(zhuǎn)地圖，通過比例尺、鷹眼視圖和指北針，用戶可以更加直觀地瀏覽地理信息數(shù)據(jù)及管線信息。

2.2.2數(shù)據(jù)查詢

輸入關(guān)鍵字對屬性信息、項目注冊信息和海底電纜管道相關(guān)管理規(guī)定進行查詢。選取二維或三維地圖上的指定點或指定范圍查詢海底電纜管道鋪設(shè)情況，并經(jīng)由緩沖查詢分析指定海域與空間監(jiān)測點之間的地理關(guān)系。

2.3　管線審批

海底電纜管道審批流程包括路由調(diào)查勘測審批、路由調(diào)查勘測報告審批、鋪設(shè)施工核準和相關(guān)資料備案等，每個審批環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生大量的申請材料、批復文件。管線審批模塊使用分類上傳、信息采集等處理手段實現(xiàn)海底電纜管道資料的標準化、規(guī)范化管理。

1)審批文件管理

利用FTP和Java Applet上傳組件實現(xiàn)海底電纜管道路由勘測申請、海底電纜管道路由調(diào)查勘測報告、海底電纜管道施工申請等文件材料的信息收集，建立統(tǒng)一的海底電纜管道信息數(shù)據(jù)采集、管理和更新的組織體系和管理機制。

2)審批信息查詢

通過對海底電纜管道資料的數(shù)字化處理，實現(xiàn)海底電纜管道路由調(diào)查申請、纜管鋪設(shè)申請及注冊工作等業(yè)務流程數(shù)據(jù)的信息入庫。并將相關(guān)掃描文件以附件形式上傳至數(shù)據(jù)庫服務器，實現(xiàn)輸入關(guān)鍵字或者選擇鋪設(shè)項目對審批信息進行篩選、查詢和下載。

3)項目注冊備案

海底電纜管道鋪設(shè)施工完成后，將海底電纜管道準確路線圖、位置表等相關(guān)材料上傳備案，實現(xiàn)對備案資料的關(guān)鍵字查詢和項目查詢。

2.4　公文管理

對海底電纜管道管理工作過程中產(chǎn)生的大量業(yè)務公文，運用公文管理模塊的公文上傳、關(guān)鍵字查詢等功能實現(xiàn)公文的電子化存檔、查詢和調(diào)用，進而提高文件的使用效率。

2.5　法律法規(guī)

為加強海底電纜管道的保護，保障海底電纜管道的安全運行，國家海洋局先后頒布《海底電纜管道管理規(guī)定》《海底電纜管道保護規(guī)定》等法律法規(guī)。法律法規(guī)模塊通過關(guān)鍵字查詢實現(xiàn)對相關(guān)法律法規(guī)的快速檢索，提高管理部門依法行政能力。

3結(jié)語

系統(tǒng)在跨平臺Java環(huán)境下建設(shè)，利用開源工作流、開源掃描上傳組件，實現(xiàn)多種附件格式數(shù)據(jù)存儲，通過工作流與審批業(yè)務結(jié)合、World Wind Java技術(shù)、全過程文檔跟蹤與監(jiān)控，形成對海洋電纜管道申請批復和管理過程完善的數(shù)據(jù)支持與分析能力。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在北海區(qū)海洋行政管理中得到了應用，有效提高了北海區(qū)海底電纜管道信息管理能力，為海域管理提供了有力的技術(shù)支持。

參考文獻：

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Design and Implementation of Information System for

Submarine Cable and Pipeline Management Based on

World Wind Java

TAN Meng, WANG Jin-lei, YANG Li-fen, ZHANG Li, XU Xiao-wei, CHENG Yan

(NorthChinaSeaData&InformationService，SOA， Qingdao 266061, China)

Abstract:To provide proper technical services for the management of the sea area, a North Sea Submarine Cable and Pipeline Information Management System is designed and implemented based on World Wind Java 3D-GIS and by integrating the basic geographic information and the data from the survey, laying, registration and management of subsea pipelines. In this system, a B/S structure is adopted and the data sharing and exchange between the map and the data page are implemented by JavaScript, thus forming a synthesized GIS service support system which combines management, query, statistics and service support into an entirety and provides technical service for the sea-area management.

Key words:World Wind Java; 3D GIS; full text retrieval

中圖分類號：P208

文獻標識碼：A

作者簡介：譚萌(1982-),女,高級工程師,碩士,主要從事海洋信息及地理信息應用開發(fā)方面研究. E-mail:elinmm@163.com(王燕編輯)

收稿日期：資助項目：國家海洋局北海分局海洋科技項目——“北海區(qū)海洋纜管審批業(yè)務地理信息系統(tǒng)”建設(shè)應用研究(2013B08)；海洋公益性行業(yè)科研專項——海底管道探測技術(shù)集成及風險評估技術(shù)研究與示范應用(201305026)

文章編號：1002-3682(2015)02-0081-08