海事三维地理信息系统应用实践 地理信息系统原理与实践张军海

　　通过集成遥感、地理信息系统和三维技术来构建海事三维地理系统，具有传统模式和二维电子海图不可比拟的优势。 　　引言 　　二维地理信息系统现已广泛应用于各行各业，产生了巨大的经济效益和社会效益。但是，随着计算机科学技术的发展和地理信息系统应用的不断深入，二维地理信息系统在空间表达和空间感知方面的局限性已经不能满足海事局地理信息应用的要求。
　　传统的电子海图应用展现的信息量有限，而且不能反映和实地一样的码头和助航设施。因此，本文提出建设一个基于地理信息系统、虚拟现实、遥感等技术的海事三维地理信息系统，搭建方便、直观的海事监管和搜救工作平台，为海事部门的水上交通安全监管提供信息查询、数据更新、分析评价等功能，为海事事故的搜救决策提供及时、科学、准确的依据。
　　系统建设思路
　　结合实际水上交通安全监管和搜救业务的需要，海事三维地理信息系统可建设“一个平台，两个系统”，即三维视景显示平台，水上交通安全监管三维系统和海上搜救辅助决策三维系统，实现的主要功能如下：
　　开发海事局辖区三维可视化桌面系统，针对当前信息表现方式的局限性，将二维晕渲地图、三维场景以及文本、照片等集成显示，再现辖区的基础数据，包括：地形、人文地理环境、船舶、助航设施、码头、装卸货设备、水下地貌等，使用户从不同角度、不同维度来认知助航设施等物标以及辖区地理环境；
　　实现船舶在三维场景中的动态显示、漫游、定位以及多种运动方式、观察方式的模拟；
　　属性信息查询功能：用户可以查询和浏览指定的助航标志、码头、海事执法、搜救力量空间分布、区块属性以及关联信息，并以三维的形式加以表达；
　　实现船舶火灾、走锚、爆炸和碰撞等特效以及白天／夜间、风、浪、流、雾、潮汐等水文气象的变化；
　　实现必要的三维业务分析工具，如距离测量、执法船艇航线设计和分析、TCPA／DCPA计算等空间分析工具；实现船舶航行过程的记录和回放功能；
　　在三维场景中，根据事故现场获取的数据，模拟再现事故过程，如碰撞、溢油、火灾、走锚等；
　　实现各种报警，如碰撞报警、船舶超速等自动监测；
　　实现航道、锚地、航标和碍航物等的编辑功能：完成他们的查询、移动、增加和删除功能；
　　实现规划评审功能：港口建设中多个规划方案的集成和实时切换演示，便于相关领导与规划专家进行现场讨论等；
　　实现交通监管、搜救指挥的功能，三维场景能够逼真地体现现场的船舶动态、水文气象，接入VTS、AIS、CCTV等其他实时数据，实现交通监管的常用功能。
　　系统建设方案
　　1、系统总体设计
　　系统拟实现各种海事信息资源的有效整合，系统开发是一个“集成、优化、扩展”的过程，采用模块化的设计方案，涉及计算机网络、多源数据关联、海上AIS通信等技术。根据业务需求和信息化要求，系统直接面对不同用户，其总体逻辑结构如图1所示。
　　系统在表示层采用多屏界面显示，系统间数据实现实时交换和共享，直接为水上安全监管、遇险事故搜救现场指挥等服务。系统将描述地形、地貌特征数据、船舶模型等空间数据以及动态属性数据表现在实时的三维场景中，并利用场景管理与空间分析工具，使管理决策者能有“亲临现场”的逼真感，为水上安全监控和遇险搜救提供一种直观、有效的管理手段与决策支持。
　　
　　2、三维视景显示平台
　　三维视景显示平台，可以“直观、彻底、一目了然”，多层次、多角度，清晰、准确，及时显示各类监控信息及海上情况。三维视景平台是海事局三维地理信息系统场景显示的主要内容，为用户实时提供港口的虚拟景象。三维视景平台主要由港口场景库、船舶模型库、助航设施库三部分组成。港口场景库包含港口人工建筑(房屋、仓库、码头等)、港口装卸机械、陆地、山、岛屿等；船舶模型库主要包含各种典型船舶的模型；助航设施库包含灯塔、浮筒等设施的模型。三维视景建成以后，俯视效果如图2所示。
　　3、水上交通安全监管三维系统
　　根据水上交通安全监管的实际需求，交通安全监管子系统主要由船舶监控和报警、业务辅助工具、浮标监控和报警三部分构成，其基本功能图见图3所示。
　　4、海上搜救辅助决策三维系统
　　海难事故突发性强，往往具有情况危急、任务紧迫和气象条件复杂等特点。一旦接到海难事故信息，迅速收集各种相关信息，快速制定合理的救助方案，并以最快的速度派出救助力量，根据影响搜救行动各种因素的变化快速协调整个搜救活动，这是搜救工作成败的关键。为了提高海上搜救行动的速度和搜救方案的可靠性，系统拟建设基于GIS技术能在数字会议系统的大屏幕系统上显示搜救行动场景，实现搜救演练等功能，同时在电子海图上显示出通航环境信息和搜救资源等功能的搜救辅助决策三维系统，其体系结构如图4所示。
　　
　　结语
　　近年来，海事系统的信息化建设取得了突飞猛进的发展，网络系统基本覆盖海事系统的各分支机构，各种先进的信息管理系统和信息管理理念正逐步推广应用。在海事管理业务中的海事巡逻、通航管理、搜救指挥、VTS管理、重要水道的电视监控、水上／水下施工管理、航标管理、危管防污等业务工作都需要以海图和其他的相关信息为基础，以显示和查阅各管理点的空间信息、背景信息和动态信息。所以，开发适合水上交通安全监管和海事搜救等功能的三维海事地理信息系统，是适应海事信息化发展的一项重要工作，具有良好的应用前景。

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