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中国近海“数字海洋”信息基础框架构建——国家海洋信息中心908专项研究成果
2013-10-21
“中国近海‘数字海洋’信息基础框架构建”（908-03项目）项目来源于“我国近海海洋综合调查与评价”专项（908专项），即“数字海洋”项目，利用遥感、地理信息系统、全球定位系统以及虚拟现实、互操作等现代信息技术，收集和处理海量的海洋数据，形成多样化的信息服务产品，把现实海洋世界数字化，为海洋经济发展、海洋综合管理、海洋权益维护等提供综合支持与辅助决策服务。国家海洋信息中心作为我国近海“数字海洋”信息基础框架构建项目的牵头单位，也是“数字海洋”的主节点。
因为“数字海洋”是一项庞大、复杂的信息化系统工程，所以需要先期开展标准规范的建设，强化信息资源的整合，搭建信息基础框架，在此基础上，全面推进“数字海洋”建设。为此，中国近海“数字海洋”信息基础框架构建项目制定了完善海洋信息标准体系，按统一标准处理908专项调查资料，整合挖掘历史海洋数据，搭建“数字海洋”基础信息平台，奠定“数字海洋”信息基础；开展关键技术研发，建设“数字海洋”原型系统，实现现实海洋的动态可视化表达；开发“数字海洋”综合管理和公众服务系统，开展“数字海洋”特色服务系统的尝试应用，奠定“数字海洋”应用基础，从而为今后“数字海洋”的全面建设打牢基础。
项目具体建设内容包括七个方面：标准规范制定、海洋信息基础平台建设、“数字海洋”原型系统建设、海洋综合管理信息系统建设、数字海洋公众服务系统建设、各级节点实体建设以及系统集成与运行控制系统建设。
主要创新点
“中国近海数字海洋信息基础框架构建”项目实现了数字海洋从科学概念到工程实体的转化，探索了数字海洋建设新模式，在数字海洋理论研究、关键技术研发、应用服务体系构建等方面有显著创新，推动了数字海洋发展，极大提升了我国海洋信息化总体水平。
（1）奠定了数字海洋理论和应用基础，为数字海洋的深化研究与实践提供了理论指导。
在研究并明确数字海洋的概念与内涵基础上，提出由标准规范、数据获取与更新、数据处理和管理、网络共享与交换、应用服务和安全保障构成的数字海洋的完整体系结构。从海洋信息基础平台、数字海洋原型系统、海洋综合管理信息系统以及系统集成与整合等方面，开展了数字海洋实体建设和应用的初步探索，在工程建设理论和实践模式方面取得了重大进展，为数字海洋的深化研究与实践提供了理论指导。
（2）建成目前国内海洋领域标准统一、内容完整、要素丰富、信息权威的海洋数据仓库，奠定了数字海洋的信息基础。
制定了完善的海洋信息标准规范体系，规范了数据资源的整合、处理、管理、共享与应用服务工作，保证了国家、省市、各承建单位的数据和信息应用的标准统一。按照统一标准处理了908专项调查资料，整合了历史海洋资料和现势海洋观测资料，建成我国迄今为止集海洋基础地理与遥感、海洋基础环境、海洋管理专题数据和海洋信息产品于一体、内容完整、要素丰富、信息权威的海洋数据仓库，形成了物理分布、逻辑统一的海洋信息资源管理体系，实现了信息资源的优化配置，奠定了数字海洋建设的信息基础。
（3）攻克了多源多尺度海洋时空数据组织管理、海洋信息多维动态可视化表达等多项关键技术，奠定了数字海洋技术基础。
通过研发多源、多尺度海洋时空数据组织与管理、信息重构与挖掘、多维动态可视化与虚拟现实、基于数据总线和服务总线的信息集成应用服务等多项关键技术，建成了集成海洋基础地理与遥感、海洋管理专题数据、海洋基础环境数据以及决策分析模型的协同、交互式数字海洋原型系统，实现了海洋信息的综合查询与分析，以及海洋温、盐、流等自然要素和风暴潮、海平面上升等海洋现象的多维、动态可视化表达和模拟，在海平面上升、风暴潮漫滩、溢油影响范围判断、核辐射污染物扩散等灾害和突发事件辅助决策中发挥了重要作用，奠定了数字海洋的技术基础。
（4）构建了基于三维地球球体模型的数字海洋应用服务平台，开展了数字海洋特色应用，奠定了数字海洋应用基础。
基于三维地球球体模型，构建了数字海洋三维可视化平台，实现了海洋资源、环境、地理空间信息的一体化集成。结合海洋事业发展需求，基于该平台开发了面向管理的、二三维联动的海洋综合管理信息系统，面向公众的iOcean数字海洋公众服务系统，基于智能手机的数字海洋移动服务平台，以及各节点开发的多个各具特色的数字海洋应用系统，实现了数字海洋专网环境下多节点异构系统的分布式数据与服务集成，极大地推进了海洋信息的应用服务与数字海洋的社会认知度，使数字海洋真正成为海洋信息化的重要支撑平台，全面提升了海洋信息服务的规模和水平，奠定了数字海洋应用基础。
关键科学技术问题
该项目围绕海洋数据的获取、处理、管理、共享、交换以及可视化表达应用等方面的技术需求，有针对性地自主研发了一批关键技术，包括：数据处理与可视化关键技术、数据管理与应用类关键技术、数据交换与共享类关键技术、系统设计类关键技术、信息集成关键技术等。
（1）数据处理与可视化关键技术
多源海洋环境信息融合技术：通过对海洋站、浮标、船舶、航空以及卫星遥感等各种信息源获取信息的有效融合，实现了多源海洋信息的综合利用。
海洋数据挖掘技术：研发出海洋领域特有的数据挖掘算法，开发出适用于海洋地质数据、海洋动力环境数据、海洋生物生态数据、海洋遥感数据及海洋基础地理数据的海洋数据挖掘工具，并建立数据挖掘系统，为相关的海洋科技工作者发现隐藏在数据中的规律提供了强有力的工具，并提出适合海洋各应用领域的辅助支持模型，为海洋决策提供强有力的信息和技术支持。
海洋信息虚拟现实与互操作技术：结合当前海洋信息的特点，以数字化、动态模拟和可视化等方式重现海洋的变化过程，揭示海洋现象及其演变规律，预测其变化趋势。
（2）数据管理与应用类关键技术
海洋数据体系规划和数据仓库构建技术：通过海洋数据体系规划和海洋数据仓库构建，实现对各类海洋资源、环境、经济、管理等数据的统一体系规划，构建统一标准的海洋数据库系统框架，实现国家、省市县等各级海洋数据的有效管理。
公共平台与业务流管理功能组件开发技术：通过开发公共平台与业务流管理功能组件，构建海洋综合管理信息系统的通用组件、公共平台和业务流管理等功能组件，在此基础上建立海洋综合管理信息系统各应用系统软件。
（3）数据交换与共享类关键技术
基于XML的海洋信息交换与集成技术：通过研究并制定一套适合于海洋信息分布与交换的XML应用标准，形成了一套完备的海洋信息交换标准规范体系，实现了信息的交换与共享服务。
海洋数据交换与调度管理系统研制：实现了对海洋数据的交换、分发、集中监控、调度和管理。
海洋信息网格技术：有效整合各类海洋信息资源，为实现分布式多源海洋信息的共享与交换，提供可靠的海洋信息网格计算技术。
海量地图数据库服务器技术：以我国现有的海洋基础地理数据库为基础，设计了一种全新的地图数据模型，实现了对不同尺度、不同时相、不同精度的海洋地图数据的无缝组织和统一管理。
（4）系统设计类关键技术
“数字海洋”原型系统详细设计：通过“数字海洋”原型系统的整体框架结构、可视化表达模块、应用服务技术体系，以及管理和公众版模块内容的设计，详细规划了原型系统的建设内容和实现技术途径，为系统的开发提供了依据。
海洋综合管理信息系统详细设计：通过海域管理信息系统等八个子系统的需求分析、概要设计、详细设计、专题库设计，以及综合管理信息系统与外部的接口设计，包括综合系统与数据仓库的接口、综合系统与原有系统间的接口、综合系统与原型系统二次开发接口等，完整规划了海洋综合管理系统实现的目标、内容和技术方法，为系统开发提供了依据。
（5）系统集成技术
数字海洋信息基础框架构建中，采用面向服务体系架构（SOA）设计理念，构建大型基础软件框架（集成框架）；通过数据服务总线的构建，实现了“数字海洋”节点以及节点间的各类数据的集成与共享；通过应用服务总线的构建，实现了数字海洋综合管理信息系统与三维可视化系统的集成、综合管理信息系统与节点特色系统的集成等。
项目创新成果
（1）知识产权及人才培养
该项目在实施过程中制定了13项标准规范，5项数据接口与约定和6项管理制度。编撰出版了《中国数字海洋——理论与实践》专著。发表研究论文九百余篇。制作“解码数字海洋”专题影视片1部。项目实施期间，累
完成数字海洋数据仓库系统建设，包括海洋基础地理与遥感数据库、海洋环境基础数据库、海洋管理专题数据库、海洋信息产品数据库、海洋环境要素整合数据库和海洋信息元数据库。完成908专项资料整合，数据量约30.87TB、国内历史资料约652GB、国际历史资料整合约50.2GB，历史遥感资料整合约1.31TB。开展海洋专题信息产品制作，包括基础地理信息产品、中国近海潮汐潮流预报产品、海流和风暴潮数值预报产品等10类。
（2）核心系统建设
建设“数字海洋”原型系统。基于球体模型构建了三维可视化平台，实现了海底、水体、海面、海岛海岸带各类海洋要素和典型海洋过程的数字化、动态可视化，实现了基于网络的信息查询展示和专业的空间分析功能。
建设海洋综合管理信息系统。建成海域管理、海岛管理、海洋环境保护、海洋灾害、海洋执法监察、海洋经济、海洋权益、海洋科技等八个子系统。
（3）服务平台建设
建设数字海洋公众服务系统。iOcean中国数字海洋公众版并实现业务化运行，包括9个功能模块以及35个二级板块。iOcean@touch数字海洋移动服务平台包括18个功能模块，适合于Mobile、iOS（iPhone）和Android操作系统。
建成“数字海洋”主干网络平台。实现了以国家海洋局为核心，连通11个沿海省市节点和18个局属单位节点的专线网络。建立了数字海洋国家数据主中心，3个海区数据分中心，5个专题数据分中心，4个科研服务分中心，11个沿海省市海洋数据分中心。具备了节点业务化运行能力。
开发了数字海洋集成框架系统，完成了数字海洋数据仓库、原型系统、综合管理信息系统的集成，实现了24个节点的集成、部署与一体化运行。建立了数字海洋运行控制系统，实现了对数字海洋网络设备、硬件设备、数据交换、系统运行等状态的实时监控。
后记
国家海洋信息中心完成的“中国近海‘数字海洋’信息基础框架构建”项目紧密围绕海洋资源开发、海洋综合管理、科学研究和社会公众服务需要，面向海洋资源监管、调控和服务的国家目标，完成了中国“数字海洋”第一阶段的工作任务，奠定了“数字海洋”的信息基础、技术基础和应用基础。
