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渔业电子海图系统设计探究范文

时间:2022-02-06 09:37:52

渔业电子海图系统设计探究

《海岸工程杂志》2016年第4期

摘要:

基于对国内外渔业电子海图系统发展现状的研究,提出了开发新型渔业电子海图系统的构成、总体方案和功能模型,采用IHOS-57海图国际标准即海道测量数据传输标准的电子海图,介绍了应用VisualC++2010开发环境和ECIVMS组件进行系统开发的关键技术和方法。本系统的设计与实现结果表明,软件已实现了海图物标图层显示、渔业信息查询、渔区数据库管理、渔区及作业安全等深线标绘、遥感影像加载,实时潮汐计算及海况信息叠加显示等主要功能,为渔业信息组网服务及构建一体化信息获取、存储、处理、表达、传输和平台提供了基础支持。

关键词:

渔业;信息化;电子海图系统;IHO

S-57渔业电子海图系统融合了计算机、数据库、网络通信、导航和其他相关技术。它是现代海洋渔业信息化的基础载体和平台,描述了海洋地理空间、渔业生物资源和社会经济等对象的分布规律及变化特征,是现代渔业生产、管理和研究的重要辅助决策工具。近年来,国外海洋渔业已经普遍采用了信息化的设备和技术[1-2],实现了对渔业生产、管理、经营、流通、服务等环节的数字化和可视化管理,有效地降低了生产成本,达到渔业资源的可持续化发展[3]。例如,挪威的dKartFishingProfessional系统以电子海图为基础平台,它既能够连接卫星导航系统、回声测深仪、雷达、船舶自动识别系统等外部硬件设备,又融合了安全水域、渔业安全等深线、渔业危险障碍物、禁航区等信息,可实时监测航线并实现渔场分布信息的动态记录和显示。日本研发的ExplorerMarine系统,也将电子海图作为基础平台,实现渔业信息、渔获分析、卫星影像和CDT信息处理与分析等主要功能。我国目前也有一些商业化的设备和软件系统。例如,邵全琴等[4]设计了海洋渔业电子地图系统软件EA2000,可制作和应用专用的渔业电子地图;赵爱博等[5]提出并设计了渔业安全保障电子海图综合信息处理系统,在电子海图基础上,将渔船分布信息、预报警信息相叠加,能够实时显示相关海域的渔船情况;夏思雨等[6]提出了渔业电子海图手持终端的设计方案,实现了在Android系统智能手机和平板电脑中海洋渔业信息的可视化应用;周旭光等[7]开发了基于电子海图的海洋渔船导航系统,具有海图管理、显示、航线导航等主要功能。上述海图系统在保障渔船安全作业,提高生产效率等方面发挥了很好的作用。随着渔业信息交换标准成为行业内的研究热点,美国等海洋渔业发达国家正在展开相关研究,美国渔业协会、朱莉•德菲利匹、桑姆•利兹等机构和个人均提出了阶段性研究成果,但迄今为止尚未形成统一的观点[8]。在我国,相关国家规范和标准也正在研究中。因此,尽管目前市场上海洋渔业信息服务系统产品众多,它们大多也应用电子海图系统作为信息的基本平台,但是受到信息共享“瓶颈”的制约,仅仅是一个初级的单机产品,与服务器和其他终端产品之间难以组成网络,从而影响渔业信息的互联互通。因此,构建集渔业信息获取、存储、处理、传输、分布和表达为一体的平台成为了提高我国海洋渔业信息化水平的一项基础性工作[9]。新型渔业电子海图系统从近远海的生产实际需求出发,应用了VisualStudio2010开发环境和ECIVMS开发组件,实现了海图物标图层显示、渔业信息查询、渔区数据库管理、渔区及作业安全等深线标绘、遥感影像加载,实时潮汐计算及海况信息叠加显示等功能。该系统的创新之处主要在于:使用了国际通用的IHOS-57国际标准电子海图,并增加了渔场信息标绘功能。同时,系统具有非常好的适用性,兼容国际组织的潮汐、气象(风场、温度、气压)等信息,可同时满足近、远海作业的需要,保障渔业生产安全;系统界面友好,操作简便灵活,支持用户定制标绘各类海洋渔业专题信息;可作为单机应用,也可通过组网扩展成为一个网络终端节点,加入到海洋渔业信息服务链。

1渔业电子海图系统的构成

渔业电子海图系统由硬件、软件和数据三部分构成。

1.1软硬件环境

硬件部分包括计算机及相关网络等设备;软件部分则采用Windows7操作系统,基于VisualStudio2010开发环境和ECIVMS海图开发组件进行设计。ECIVMSSDK是电子海图显示信息系统的二次开发平台,具有如下优点:1)显示速度快;2)支持UNICODE、GB2312、日文等多种字符集编码体系;3)支持气象GRIB数据读取和显示,以及实时潮汐计算。

1.2数据

部分渔业电子海图系统的数据包括:基础海图数据、渔业信息数据、遥感影像数据、潮汐站点数据、气象数据和符号库数据。

1.2.1基础海图数据

基础海图数据采用IHOS-57国际标准的海图数据。该标准由IHO,推荐各国官方海道测量部门执行[10],以满足全球海上航行安全的需要。

1.2.2渔业信息数据

渔业信息数据包括:范围位置信息、水体环境信息、渔业资源信息、渔业生产信息和渔业管理信息五类。范围位置信息包含经纬度坐标、水深、地形、底质、专属经济区、领海、港口等信息。水体环境信息涵盖渔业作业环境相关水域的水文信息,包括鱼种栖息地、温度、盐度、水色、叶绿色、海流等信息;渔业资源信息包括鱼类分布及生物信息,鱼类洄游路线、丰度中心、产卵地等;渔业生产信息与渔业作业有着直接联系,主要包含了捕捞能力、渔获量、渔场分布等信息;而渔业管理信息则包含了网目尺寸、捕捞季节、捕捞权、捕捞配额、总可捕量、禁渔区、管理区域等[11-12]。

1.2.3遥感影像数据

遥感影像数据采用TB级的卫星、航空影像数据及数字高程模型(DEM)存储,可支持二维及三维显示环境下的LOD访问和电子海图透明叠加显示。

1.2.4潮汐站点数据

采用了美国国家海洋和大气管理局(NationalOceanicandAtmosphericAdministra-tion,NOAA)提供的(9000个)潮汐站点预报模型,覆盖全球主要港口,可实时计算潮汐。

1.2.5气象数据

应用了国际气象组织的国际标准气象数据GRIB文件,可动态显示多时间段的风场、温度、气压等要素信息。

1.2.6符号库数

据按照IHOS-52标准[13]ECDIS海图内容与显示规范,设计了基础符号库(159个物标类),并根据需要拓展了海洋渔业专题符号,如专属经济区、渔场等,见表1和表2。

2渔业电子海图系统的总体设计

渔业电子海图系统设计采用了工程化理念,以IHOS-57电子海图系统为基础平台,包括:电子海图、渔业信息、遥感影像信息、潮汐信息、气象信息和符号库信息输入通道(图1),可满足用户应用工作空间管理的工作需要。在电子海图系统中,包含了信息输入与管理、显示与图层管理、信息标绘、信息查询和其他辅助功能等模块(图2)。其中,信息输入与管理模块主要用于对文件管理的一些操作,如打开、保存、卸载等;而海图的基本操作,如:放大、缩小、漫游等,主要封装在显示与图层管理模块中,该模块还加入了符号风格设置、晨昏、朦影等功能;信息标绘模块主要包含图形标绘、文字标绘和符号标绘等功能,可以手动选取符号添加渔业信息类物标,描述目标海域内渔汛、鱼群动态变化;快速查询、定位和显示物标详细信息是电子海图系统中最主要的功能之一,主要包含在信息查询模块,如:物标位置、水深范围、所在海区、比例尺、所在海区磁差等;其他辅助功能模块则是主要新增了潮汐计算和渔业安全等深线设定等新功能,可根据渔船、渔汛等信息标示生产活动的范围。

3系统功能结构设计

3.1信息输入与管理模块

信息输入与管理模块从数据源中获取数据,数据源包括:IHOS-57国际标准海图数据、标绘数据、地图数据、卫星影像数据和气象数据,打开文件功能中设计了针对不同数据源的信息输入接口,并将其导入渔区工作空间中;随后,将其按特征分类进行存放,每个类型分别有各自不同的属性,存放于不同的图层中,实现对图层的管理;最后在工作空间中保存和输出海图信息(图3)。

3.2显示与图层管理模块

显示与图层管理模块包含3个子模块(图4)。在图层管理子模块,可设置基本图层、标准图层和自定义图层显示和管理;在符号风格设置子模块,设计了矢量和栅格两套符号系统,按照IHOS-52国际标准设计了基础矢量符号库,并可选择显示传统符号或简化符号风格,同时拓展了海洋渔业专题符号,如:专属经济区、渔场等;在显示子模块,实现了放大、缩小、漫游等基本功能。

3.3信息标绘模块

信息标绘模块包含图形标绘子模块、文字标绘子模块和符号标绘子模块。通过新建图层,选取点、线、面图形或字体、符号样式,既可以手动添加渔业信息符号,描述相关海域内渔汛、鱼群动态变化,同时也可以读取数据库文件,实现渔汛、鱼群等信息的自动标绘。

3.4信息查询模块

该模块可通过物标名称、位置等查询水深范围、所在海区、比例尺、所在海区磁差、基准面和投影类型等信息,也可以进行距离、角度、面积等量算操作。

3.5其他辅助功能模块

辅助功能模块包含潮汐计算子模块和渔业安全等深线设定子模块。在潮汐计算子模块,采用NOAA提供的潮汐站点预报模型,可实时计算全球9000多个主要港口的潮汐。渔业安全等深线设定子模块,可根据渔船、渔汛等信息标示海洋渔业生产活动范围。

4渔业作业安全等深线设置实例

渔业作业安全等深线是由船体吃水深度及作业方式(拖网、围网、刺网等)所决定的。如图6所示,根据不同的船体和作业方式,输入相应数值,利用电子海图DEPARE(深度带)物标中DRVAL1(深度范围值1)、DRVAL2(深度范围值2)等字段值,通过差值算法得到安全等深线范围。如羊角礁附近海域,DRVAL1为10m,DRVAL2为20m,通过内差计算得出图中浅绿色区域为渔业作业等深线设置为5m时的安全生产范围(图7a)。同时,分别设置5和15m渔业作业等深线的情形,可清晰地标示出生产活动的范围,见图7a和图7b。

5结语

结合IHOS-57海图国际标准,采用ECIVMS商用组件,设计和实现了渔业电子海图系统,该系统作为海洋渔业信息化的基础载体和平台,具有如下优点:系统操作简单,能够快速显示海图和高效查询信息;可创建渔业专题层,标绘与显示渔业专题要素;支持风场、气温、气压等气象要素的显示并兼容遥感影像信息;提供全球主要港口的潮汐查询和预报。对于提高渔业作业的工作效率,保障航行安全具有重要意义。随着对海洋三维地形、海洋生物资源等表达方法的进一步研究和优化,对多波束测量数据和鱼探仪数据的兼容和应用,以及配套网络服务设施的建设,将形成集渔业信息获取、存储、处理、表达、传输和的一体化平台,为现代海洋渔业安全生产、管理和研究提供更全面的信息服务。

参考文献:

[3]巩沐歌.国内外渔业信息化发展现状对比分析[J].现代渔业信息,2011,26(12):20-24.

[4]邵全琴,周成虎,张明金,等.海洋渔业电子地图系统软件与实现[J].水产学报,2001,25(4):367-372.

[5]赵爱博,刘明,彭模.渔业安全保障电子海图综合信息处理系统研究[J].科技咨询导报,2013(15):232.

[6]夏思雨,李佩原,郭立新,等渔业电子海图手持终端的设计与实现[J].海洋测绘,2016(5):66-69.

[7]周旭光,陈崇成,蔡志明.基于电子海图的海洋渔船导航系统设计与实现[J].交通标准化,2013(22):20-22.

[9]曾首英,闫雪,静莹.我国渔业信息化发展现状与对策思考[J].现代渔业信息,2013,28(1):20-26.

[11]郑巧玲,张胜茂,樊伟.海洋渔业专题图的研究应用现状[J].大连海洋大学学报,2015,30(3):340-344.

[12]龚彩霞,陈新军,高峰,等.地理信息系统在海洋渔业中的应用现状及前景分析[J].上海海洋大学学报,2011,20(6):902-909.

作者:夏思雨 郭立新 杨佳伟 常亮 单位:上海海洋大学海洋科学学院 国家远洋渔业工程技术研究中心 远洋渔业协同创新中心

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