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《海岸工程雜志》2016年第4期

摘要：

基于對國內外漁業電子海圖系統發展現狀的研究，提出了開發新型漁業電子海圖系統的構成、總體方案和功能模型，采用IHOS－57海圖國際標準即海道測量數據傳輸標準的電子海圖，介紹了應用VisualC＋＋2010開發環境和ECIVMS組件進行系統開發的關鍵技術和方法。本系統的設計與實現結果表明，軟件已實現了海圖物標圖層顯示、漁業信息查詢、漁區數據庫管理、漁區及作業安全等深線標繪、遙感影像加載，實時潮汐計算及海況信息疊加顯示等主要功能，為漁業信息組網服務及構建一體化信息獲取、存儲、處理、表達、傳輸和平臺提供了基礎支持。

關鍵詞：

漁業；信息化；電子海圖系統；IHO

S－57漁業電子海圖系統融合了計算機、數據庫、網絡通信、導航和其他相關技術。它是現代海洋漁業信息化的基礎載體和平臺，描述了海洋地理空間、漁業生物資源和社會經濟等對象的分布規律及變化特征，是現代漁業生產、管理和研究的重要輔助決策工具。近年來，國外海洋漁業已經普遍采用了信息化的設備和技術［1－2］，實現了對漁業生產、管理、經營、流通、服務等環節的數字化和可視化管理，有效地降低了生產成本，達到漁業資源的可持續化發展［3］。例如，挪威的dKartFishingProfessional系統以電子海圖為基礎平臺，它既能夠連接衛星導航系統、回聲測深儀、雷達、船舶自動識別系統等外部硬件設備，又融合了安全水域、漁業安全等深線、漁業危險障礙物、禁航區等信息，可實時監測航線并實現漁場分布信息的動態記錄和顯示。日本研發的ExplorerMarine系統，也將電子海圖作為基礎平臺，實現漁業信息、漁獲分析、衛星影像和CDT信息處理與分析等主要功能。我國目前也有一些商業化的設備和軟件系統。例如，邵全琴等［4］設計了海洋漁業電子地圖系統軟件EA2000，可制作和應用專用的漁業電子地圖；趙愛博等［5］提出并設計了漁業安全保障電子海圖綜合信息處理系統，在電子海圖基礎上，將漁船分布信息、預報警信息相疊加，能夠實時顯示相關海域的漁船情況；夏思雨等［6］提出了漁業電子海圖手持終端的設計方案，實現了在Android系統智能手機和平板電腦中海洋漁業信息的可視化應用；周旭光等［7］開發了基于電子海圖的海洋漁船導航系統，具有海圖管理、顯示、航線導航等主要功能。上述海圖系統在保障漁船安全作業，提高生產效率等方面發揮了很好的作用。隨著漁業信息交換標準成為行業內的研究熱點，美國等海洋漁業發達國家正在展開相關研究，美國漁業協會、朱莉•德菲利匹、桑姆•利茲等機構和個人均提出了階段性研究成果，但迄今為止尚未形成統一的觀點［8］。在我國，相關國家規范和標準也正在研究中。因此，盡管目前市場上海洋漁業信息服務系統產品眾多，它們大多也應用電子海圖系統作為信息的基本平臺，但是受到信息共享“瓶頸”的制約，僅僅是一個初級的單機產品，與服務器和其他終端產品之間難以組成網絡，從而影響漁業信息的互聯互通。因此，構建集漁業信息獲取、存儲、處理、傳輸、分布和表達為一體的平臺成為了提高我國海洋漁業信息化水平的一項基礎性工作［9］。新型漁業電子海圖系統從近遠海的生產實際需求出發，應用了VisualStudio2010開發環境和ECIVMS開發組件，實現了海圖物標圖層顯示、漁業信息查詢、漁區數據庫管理、漁區及作業安全等深線標繪、遙感影像加載，實時潮汐計算及海況信息疊加顯示等功能。該系統的創新之處主要在于：使用了國際通用的IHOS－57國際標準電子海圖，并增加了漁場信息標繪功能。同時，系統具有非常好的適用性，兼容國際組織的潮汐、氣象（風場、溫度、氣壓）等信息，可同時滿足近、遠海作業的需要，保障漁業生產安全；系統界面友好，操作簡便靈活，支持用戶定制標繪各類海洋漁業專題信息；可作為單機應用，也可通過組網擴展成為一個網絡終端節點，加入到海洋漁業信息服務鏈。

1漁業電子海圖系統的構成

漁業電子海圖系統由硬件、軟件和數據三部分構成。

1．1軟硬件環境

硬件部分包括計算機及相關網絡等設備；軟件部分則采用Windows7操作系統，基于VisualStudio2010開發環境和ECIVMS海圖開發組件進行設計。ECIVMSSDK是電子海圖顯示信息系統的二次開發平臺，具有如下優點：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數據讀取和顯示，以及實時潮汐計算。

1．2數據

部分漁業電子海圖系統的數據包括：基礎海圖數據、漁業信息數據、遙感影像數據、潮汐站點數據、氣象數據和符號庫數據。

1．2．1基礎海圖數據

基礎海圖數據采用IHOS－57國際標準的海圖數據。該標準由IHO，推薦各國官方海道測量部門執行［10］，以滿足全球海上航行安全的需要。

1．2．2漁業信息數據

漁業信息數據包括：范圍位置信息、水體環境信息、漁業資源信息、漁業生產信息和漁業管理信息五類。范圍位置信息包含經緯度坐標、水深、地形、底質、專屬經濟區、領海、港口等信息。水體環境信息涵蓋漁業作業環境相關水域的水文信息，包括魚種棲息地、溫度、鹽度、水色、葉綠色、海流等信息；漁業資源信息包括魚類分布及生物信息，魚類洄游路線、豐度中心、產卵地等；漁業生產信息與漁業作業有著直接聯系，主要包含了捕撈能力、漁獲量、漁場分布等信息；而漁業管理信息則包含了網目尺寸、捕撈季節、捕撈權、捕撈配額、總可捕量、禁漁區、管理區域等［11－12］。

1．2．3遙感影像數據

遙感影像數據采用TB級的衛星、航空影像數據及數字高程模型（DEM）存儲，可支持二維及三維顯示環境下的LOD訪問和電子海圖透明疊加顯示。

1．2．4潮汐站點數據

采用了美國國家海洋和大氣管理局（NationalOceanicandAtmosphericAdministra－tion，NOAA）提供的（9000個）潮汐站點預報模型，覆蓋全球主要港口，可實時計算潮汐。

1．2．5氣象數據

應用了國際氣象組織的國際標準氣象數據GRIB文件，可動態顯示多時間段的風場、溫度、氣壓等要素信息。

1．2．6符號庫數

據按照IHOS－52標準［13］ECDIS海圖內容與顯示規范，設計了基礎符號庫（159個物標類），并根據需要拓展了海洋漁業專題符號，如專屬經濟區、漁場等，見表1和表2。

2漁業電子海圖系統的總體設計

漁業電子海圖系統設計采用了工程化理念，以IHOS－57電子海圖系統為基礎平臺，包括：電子海圖、漁業信息、遙感影像信息、潮汐信息、氣象信息和符號庫信息輸入通道（圖1），可滿足用戶應用工作空間管理的工作需要。在電子海圖系統中，包含了信息輸入與管理、顯示與圖層管理、信息標繪、信息查詢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文件管理的一些操作，如打開、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風格設置、晨昏、朦影等功能；信息標繪模塊主要包含圖形標繪、文字標繪和符號標繪等功能，可以手動選取符號添加漁業信息類物標，描述目標海域內漁汛、魚群動態變化；快速查詢、定位和顯示物標詳細信息是電子海圖系統中最主要的功能之一，主要包含在信息查詢模塊，如：物標位置、水深范圍、所在海區、比例尺、所在海區磁差等；其他輔助功能模塊則是主要新增了潮汐計算和漁業安全等深線設定等新功能，可根據漁船、漁汛等信息標示生產活動的范圍。

3系統功能結構設計

3．1信息輸入與管理模塊

信息輸入與管理模塊從數據源中獲取數據，數據源包括：IHOS－57國際標準海圖數據、標繪數據、地圖數據、衛星影像數據和氣象數據，打開文件功能中設計了針對不同數據源的信息輸入接口，并將其導入漁區工作空間中；隨后，將其按特征分類進行存放，每個類型分別有各自不同的屬性，存放于不同的圖層中，實現對圖層的管理；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個子模塊（圖4）。在圖層管理子模塊，可設置基本圖層、標準圖層和自定義圖層顯示和管理；在符號風格設置子模塊，設計了矢量和柵格兩套符號系統，按照IHOS－52國際標準設計了基礎矢量符號庫，并可選擇顯示傳統符號或簡化符號風格，同時拓展了海洋漁業專題符號，如：專屬經濟區、漁場等；在顯示子模塊，實現了放大、縮小、漫游等基本功能。

3．3信息標繪模塊

信息標繪模塊包含圖形標繪子模塊、文字標繪子模塊和符號標繪子模塊。通過新建圖層，選取點、線、面圖形或字體、符號樣式，既可以手動添加漁業信息符號，描述相關海域內漁汛、魚群動態變化，同時也可以讀取數據庫文件，實現漁汛、魚群等信息的自動標繪。

3．4信息查詢模塊

該模塊可通過物標名稱、位置等查詢水深范圍、所在海區、比例尺、所在海區磁差、基準面和投影類型等信息，也可以進行距離、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算子模塊和漁業安全等深線設定子模塊。在潮汐計算子模塊，采用NOAA提供的潮汐站點預報模型，可實時計算全球9000多個主要港口的潮汐。漁業安全等深線設定子模塊，可根據漁船、漁汛等信息標示海洋漁業生產活動范圍。

4漁業作業安全等深線設置實例

漁業作業安全等深線是由船體吃水深度及作業方式（拖網、圍網、刺網等）所決定的。如圖6所示，根據不同的船體和作業方式，輸入相應數值，利用電子海圖DEPARE（深度帶）物標中DRVAL1（深度范圍值1）、DRVAL2（深度范圍值2）等字段值，通過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，通過內差計算得出圖中淺綠色區域為漁業作業等深線設置為5m時的安全生產范圍（圖7a）。同時，分別設置5和15m漁業作業等深線的情形，可清晰地標示出生產活動的范圍，見圖7a和圖7b。

5結語

結合IHOS－57海圖國際標準，采用ECIVMS商用組件，設計和實現了漁業電子海圖系統，該系統作為海洋漁業信息化的基礎載體和平臺，具有如下優點：系統操作簡單，能夠快速顯示海圖和高效查詢信息；可創建漁業專題層，標繪與顯示漁業專題要素；支持風場、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和預報。對于提高漁業作業的工作效率，保障航行安全具有重要意義。隨著對海洋三維地形、海洋生物資源等表達方法的進一步研究和優化，對多波束測量數據和魚探儀數據的兼容和應用，以及配套網絡服務設施的建設，將形成集漁業信息獲取、存儲、處理、表達、傳輸和的一體化平臺，為現代海洋漁業安全生產、管理和研究提供更全面的信息服務。

參考文獻：

［3］鞏沐歌．國內外漁業信息化發展現狀對比分析［J］．現代漁業信息，2011，26（12）：20－24．

［4］邵全琴，周成虎，張明金，等．海洋漁業電子地圖系統軟件與實現［J］．水產學報，2001，25（4）：367－372．

［5］趙愛博，劉明，彭模．漁業安全保障電子海圖綜合信息處理系統研究［J］．科技咨詢導報，2013（15）：232．

［6］夏思雨，李佩原，郭立新，等漁業電子海圖手持終端的設計與實現［J］．海洋測繪，2016（5）：66－69．

［7］周旭光，陳崇成，蔡志明．基于電子海圖的海洋漁船導航系統設計與實現［J］．交通標準化，2013（22）：20－22．

［9］曾首英，閆雪，靜瑩．我國漁業信息化發展現狀與對策思考［J］．現代漁業信息，2013，28（1）：20－26．

［11］鄭巧玲，張勝茂，樊偉．海洋漁業專題圖的研究應用現狀［J］．大連海洋大學學報，2015，30（3）：340－344．

［12］龔彩霞，陳新軍，高峰，等．地理信息系統在海洋漁業中的應用現狀及前景分析［J］．上海海洋大學學報，2011，20（6）：902－909．

作者:夏思雨 郭立新 楊佳偉 常亮 單位:上海海洋大學海洋科學學院 國家遠洋漁業工程技術研究中心 遠洋漁業協同創新中心