◎ 呂玉曉 廣州海事測繪中心

?

基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)云的專題海圖及航行指南設(shè)計

◎ 呂玉曉 廣州海事測繪中心

摘 要：本文從分析了海事測繪非海圖數(shù)據(jù)資料及建設(shè)海事測繪數(shù)據(jù)云的必要性，提出了基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)云的專題海圖、航行指南生產(chǎn)發(fā)布平臺架構(gòu)，并詳細(xì)描述了建立數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法和生產(chǎn)平臺的功能需求。

關(guān)鍵詞：航海出版物 關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)云 信息類型要素 元數(shù)據(jù)

1.引言

2007年5月， Chris Bizer and Richard Cyganiak 向 W3C SWEO 提交的一個項目申請 Linked Open Data Project 中提出來的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)（Linked data）概念。Linked data 提出的目的是構(gòu)建一張計算機能理解的語義數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，而不僅僅是人能讀懂的文檔網(wǎng)絡(luò)，以便于在此之上構(gòu)建更智能的應(yīng)用［1］。海事測繪數(shù)據(jù)現(xiàn)在主要以圖和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來展現(xiàn)，卻沒有充分建立起數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，這極大地制約了數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計及價值挖掘。專題海圖和航行指南等航海出版物擴充了海圖上的航海資料，它載有在海圖上和其他航海資料中沒有的、但是安全航行所必需的參考資料。它們的信息大多基于不同的邏輯關(guān)系，如港口地域關(guān)系、管理等級關(guān)系，進(jìn)行統(tǒng)計分析，而且與海圖資料密切相關(guān)，結(jié)合引用。所以構(gòu)建海事測繪關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)云，對生產(chǎn)和完善門類齊全、層次豐富、形式多樣、用途廣泛的現(xiàn)代民用航海圖書序列有重要的意義。

2.海事測繪非海圖數(shù)據(jù)及資料分析

海事測繪除生產(chǎn)港口航道序列圖外，也進(jìn)行專題海圖及其它新型航海圖書（航行指南等）的制作，從而收集和積累了很多不同于海圖上的要素或者擴充屬性，見圖1。這些數(shù)據(jù)資料是對海圖內(nèi)容有意的補充和擴展：如更詳細(xì)的碼頭、水下地形資料；管理機構(gòu)、引航服務(wù)、船舶代理、油水服務(wù)等各種港口支持系統(tǒng)；各類實時的水文、海流、風(fēng)向、風(fēng)速；準(zhǔn)確的航行指引；關(guān)鍵位置的實景影像、多媒體資料?，F(xiàn)在它們以各種形式存儲于關(guān)系數(shù)據(jù)庫、文件數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)服務(wù)、文檔中。

3.關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)云建設(shè)的必要性

3.1海量測繪數(shù)據(jù)亟需被轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾獌r值

圖1. 海事測繪非海圖數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過多年測量、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)庫建設(shè)，海事測繪積淀了海量的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)及眾多非地理類數(shù)據(jù)：如圖片類、文檔類、視頻、音頻數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)分析有三大要素：數(shù)據(jù)本身，數(shù)據(jù)分析以及結(jié)果的呈現(xiàn)。擁有數(shù)據(jù)本身并沒有實際意義，數(shù)據(jù)本身就已存在，重要的是如何處理、分析數(shù)據(jù)并呈現(xiàn)重要信息，以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾獌r值。如在制作航行指南的過程中發(fā)現(xiàn)，只有把各種助航標(biāo)志、錨地、碼頭、航道、氣象水文信息、港口支持系統(tǒng)、海圖數(shù)據(jù)、航法規(guī)則、管理規(guī)定等，通過各種邏輯關(guān)系，同港口、航道、權(quán)威機構(gòu)等互相關(guān)聯(lián)起來，建立起關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，才能實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的快速檢索和價值提取，才能實現(xiàn)智能航行指南的制作以及基于數(shù)據(jù)庫更新的快速更新，而不僅僅是文檔中的各種文字、表格、圖幅的復(fù)制和黏貼。

3.2打造海事測繪產(chǎn)品升級版，必須夯實數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

根據(jù)中國海事航海保障“十三五”發(fā)展規(guī)劃，我們未來五年應(yīng)致力于“豐富海事測繪產(chǎn)品與服務(wù)類型。出版、發(fā)行包括專題海圖、港口航行圖集、高密度水深電子海圖、數(shù)字正射影像圖（DOM）、三維景觀圖（DRG）、3D電子海圖等在內(nèi)的各種航海圖書產(chǎn)品，形成‘門類齊全、層次豐富、形式多樣、用途廣泛’的現(xiàn)代民用航海圖書序列。”而要達(dá)到這一目標(biāo)，必須對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化存儲、整合、挖掘，開展定性和定量的空間特征、時態(tài)特征和通航環(huán)境效應(yīng)的分析評價和變化預(yù)測。只有建立起多源的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)云，特別是將發(fā)布數(shù)據(jù)服務(wù)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，建立一個關(guān)聯(lián)開放數(shù)據(jù)云，才為打造升級版的產(chǎn)品夯實基礎(chǔ)，從而為航海者提供多樣化、體驗式服務(wù)，切實為智能航海提供信息支持。

圖2. 航海信息關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)云架構(gòu)

4.基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)云的專題海圖、航行指南生產(chǎn)及發(fā)布平臺的架構(gòu)分析

專題海圖中的海事轄區(qū)示意圖的主要內(nèi)容是以權(quán)威機構(gòu)從屬關(guān)系提取的航行相關(guān)信息；航海出版物尤其航行指南中的主要內(nèi)容則是以某個港口，某條航路為邏輯關(guān)系提取的信息。所以生產(chǎn)專題海圖和航行指南的關(guān)鍵是建立信息與要素之間的關(guān)聯(lián)（圖2）。

建立要素之間的關(guān)聯(lián)，可以利用電子海圖下一代產(chǎn)品規(guī)范S-101 中添加的信息類型［2］要素。信息類型是數(shù)據(jù)集中可識別的信息部分，可以與其他物標(biāo)共享。信息類型具有屬性，但是與幾何沒有關(guān)系約束；信息類型可以與其他信息類型互相引用。

如果信息適用于多個要素，又不能使用屬性編碼這些要素，否則會導(dǎo)致正文信息屬性明顯重復(fù)，那么必須使用信息類型Information（信息）。信息類型要素與要素之間是一種關(guān)聯(lián)關(guān)系，在數(shù)據(jù)庫中利用 FOID 進(jìn)行主外鍵關(guān)聯(lián)。

另外，隨著IHO海洋保護(hù)區(qū)產(chǎn)品規(guī)范（S122）和無線電信號產(chǎn)品規(guī)范（S123）的開發(fā)和S-101基線版本的校對，IHO航海出版物標(biāo)準(zhǔn)工作組（SNPWG）的文本信息數(shù)據(jù)模型簡化為一種通用模型。修改后的模型將信息和文本描述這兩個復(fù)雜屬性被組合成一個屬性，保留原有的屬性名稱“信息”；新的“信息”屬性包含一個指示文本位置的屬性和一個可選的小標(biāo)題編碼屬性；引入新的復(fù)雜屬性“文本內(nèi)容”，其中包含新的“信息”屬性加上其他描述內(nèi)容和提供指向網(wǎng)絡(luò)資源的子屬性。該信息模型可以在不同的IHO產(chǎn)品規(guī)范中使用，包括航海出版物數(shù)據(jù)集，同時模型也允許捕獲文本的附加細(xì)節(jié)信息。這意味著任何信息屬性都可以確定它的數(shù)據(jù)來源，包括網(wǎng)絡(luò)資源地址。

最后關(guān)鍵一點，以上各種數(shù)據(jù)的建設(shè)都需要建立完善的元數(shù)據(jù)（Metadata）庫管理機制，元數(shù)據(jù)，又稱中介數(shù)據(jù)、中繼數(shù)據(jù)，為描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)（data about data），主要是描述數(shù)據(jù)屬性（property）的信息，用來支持如指示存儲位置、歷史數(shù)據(jù)、資源查找、文件記錄等功能。建立元數(shù)據(jù)庫，一方面這是未來 S-100 標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品體系建設(shè)的重要基礎(chǔ)和要求，另一方面可以為數(shù)據(jù)挖掘分析提供條件。

5.生產(chǎn)及發(fā)布平臺的功能分析

5.1數(shù)據(jù)庫管理發(fā)布子平臺

以ArcGIS平臺軟件為基礎(chǔ)，實現(xiàn)海事測繪多元和專題數(shù)據(jù)的建庫、管理、維護(hù)、編輯、更新等基本操作，實現(xiàn)海事測繪成果資料的全面數(shù)據(jù)庫管理，平臺的功能主要包括基礎(chǔ)地理信息建庫管理子系統(tǒng)、海事測繪歷史數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、海事測繪元數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、海事測繪成果質(zhì)量檢驗子系統(tǒng)等內(nèi)容。平臺建成后，其數(shù)據(jù)資料能夠滿足內(nèi)部生產(chǎn)、管理的查詢、調(diào)用、統(tǒng)計分析、下載需要；能夠為外部多平臺系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)接口和服務(wù)供快速查詢、檢索、調(diào)用。

5.2專題圖生產(chǎn)子系統(tǒng)

以基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫驅(qū)動，以ArcGIS為基礎(chǔ)，以一張要素齊全的專題海圖樣圖為實例，完成生產(chǎn)專題海圖的所有本地化過程及開發(fā)，實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)庫的專題海圖的高效生產(chǎn)，同時編制完成制圖生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)書。具體開發(fā)內(nèi)容包括進(jìn)行符號設(shè)計和制圖規(guī)則設(shè)計，建立符號庫及制圖規(guī)則；開發(fā)規(guī)則同步工具；專題海圖版面設(shè)計工具及快速出圖模塊。

5.3智能航行指南生產(chǎn)子系統(tǒng)

完成數(shù)據(jù)庫分類型、分區(qū)建設(shè)，用元數(shù)據(jù)、信息類型要素等將所有數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，建立基于網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)云，實現(xiàn)智能航行指南和航行百科的生產(chǎn)，打造“手段多樣、平臺豐富、形式多元、需求驅(qū)動”海事測繪產(chǎn)品體系升級版。

6.小結(jié)

海事測繪收集和積累眾多數(shù)據(jù)資料，很多要素通過海圖展示，另外一些是對海圖內(nèi)容有意的補充和擴展。將它們以數(shù)據(jù)庫的方式存儲管理起來，并通過S-100標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品體系中的信息類型要素、信息屬性模型、元數(shù)據(jù)方式，有效地關(guān)聯(lián)起來，構(gòu)建航海信息關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)云。在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)智能航海出版物的生產(chǎn)，為提供E航海海事數(shù)據(jù)服務(wù)集奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

［1］http：//baike.baidu.com/link？url=o9jlujS 7vM_Bq3VF9e4efrPdK0BBvO2qnyBZDbR-Qkz p0xu4MUM71KsUzgcj3y9p1GJHL9S5H5r7lnD 9vyQUEa#1.

［2］S101_Data Classification and Encoding Guide Final Baseline. IHO TSMAD（傳輸標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)與應(yīng)用開發(fā)）工作組，2014， 447.