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北极航海电子地图集和实现
前言
党的“十八大”报告提出“提高海洋资源开发能力,发展海洋经济,保护海洋生态环境,坚决维护国家海洋权益,建设海洋强国”的战略目标.“海洋强国”、“一带一路”意味着国家对海洋管控能力的重视进一步提升.《中国海事航海保障“十三五”发展规划测绘专项规划》中提出到2020 年,要能实现覆盖沿海、走向远海、服务全球,全面履行交通水域测绘行业管理职责,建成以海洋空间地理信息为基础的中国现代民用航海图书服务体系,测绘能力和服务达到国际先进水平,取得与海道测量强国相称的国际地位,满足国家全面深化改革和海洋强国战略实施需要.
2015 年10 月,交通运输部北海航海保障中心组织并编制的纸质版《北极航海地图集》正式发行,该图集是国内首部全面反映北极地区相关航行知识的大型综合性图集,地图集对北极地区的自然地貌情况、气候情况、航道情况、港口分布以及助航资源做了系统、全面和详细的介绍,为北极航行提供了重要的信息参考和决策支持.该图集的编制加强了海事方面的信息化、现代化建设,促进了海洋经济、资源利用等更好更快的发展,更快更好的实现“海洋强国”战略,为国家的蓝色经济打下了坚实的基础.但纸质版地图集的信息承载形式决定了该图集在使用形式、使用范围等方面存在着一些先天性的不足,比如纸质地图集容易损坏,不易携带,不方便阅读和信息查找,不能便捷地共享与传播等.随着电子信息技术的迅猛发展,信息化的步伐不断加快,纸质版地图集已经不能满足专业用户及普通大众的需求,为此,我们进行了“北极航海电子地图集”的研究.
1. 研究内容与目标
本文主要讨论研究利用信息化手段,在纸质版《北极航海地图集》的基础上,制作“北极航海电子地图集”（简称“电子地图集”）.电子地图集采用B/S 架构,使用户可以方便地通过浏览器以浏览网页的形式浏览、查询图集内容.电子地图集将更加精美、丰富、科学、实用,更具互操作性,更加符合各方用户需求,为我国海洋强国战略提供数字化成果.
1.1 研究内容
1.1.1 北极航海电子地图集数据库
“北极航海电子地图集”的数据主要来源于纸质版《北极航海地图集》,主要有地图数据、文本数据、图片、表格,另外绘制一些热点数据,录制音频数据,收集视频数据.数据量大,数据类型不同,数据之间的联系比较复杂,如何有效的利用这些数据反映信息是个值得研究的问题.电子地图集的研制需要对地图数据、文本数据、图片、表格等数据进行电子化、编辑和处理,对某些地图数据定义坐标系、设置热点、P 图等等,数据预处理可以使已有的数据得到更好的利用.最后,需要设计数据库结构,将数据有机存储在数据库中,便于进行快速查询.
1.1.2 北极航海电子地图集网站
“北极航海电子地图集”网站面向的用户为航海用户、航运运营企业、政府等等,电子地图集需要在制作前明确用户的需求,才能针对用户需求进行功能设计,为北极地区的航行船舶提供准确、详实的航海保障信息,对政府决策、航运企业运营和北极地区科学研究提供参考信息,尽最大可能实现电子图集的价值.在此基础上,确定软件的主要功能并根据设计方案进行网站开发.完成系统功能模块的设计与开发后,要对各项功能和软硬件系统进行集成,完成系统及数据的合理配置等,保证系统在各项软硬件的支持下正常运行,并且需要组织专门的系统测试人员对系统中的各项功能进行完整的测试,以检验系统功能的完整性和可用性.除了系统开发人员和专业测试人员的系统测试外,还组织了最终用户对系统各项功能及其数据的组织情况进行全面详细的测试,保证电子地图集网站的稳定性及其系统功能符合用户需求.
1.2 研究目标
1.2.1 合理的数据管理.电子地图集中涉及文字、图片、表格以及地图数据,未来还有可能添加视频和动画数据,数据量大,数据类型不同,数据之间的联系比较复杂,如何有效的、合理的管理数据是一个重要的问题.本项目采用数据库进行数据管理,合理的建立数据库表格和索引,提高数据存取速度,优化数据存储结构.
1.2.2 美观的界面设计.电子地图集是一个面向用户的产品,用户的需求是第一个的,界面的美观大方是一个必须要考虑的问题.我们在研制该电子地图集时使用了Coreldraw、Photoshop 等软件处理界面和数据,并采用HTML5、Bootstrap进行界面开发,从平面设计的角度对界面进行合理的设计和编排,力求界面符合大众需求.
1.2.3 合理的热点设置.电子地图集中需要添加一些热点来链接不同的图幅和插图,这些热点的设置很大程度上影响着用户获取信息的便捷性和用户体验.热点设置不能过于密集,也不能太过稀少,需要在合适的地方设置热点进行链接.研究热点设置的位置以及如何链接,使信息可以完美的表达,提升用户体验.
1.2.4 较强的互操作性.制作电子地图集的根本目的即是为了扩大地图集的使用范围,增强地图集的便捷性和互操作性.用户可以根据界面中提供的按钮和输入框进行地图浏览、信息查询等操作,系统会根据用户的操作及时进行反馈.使用HTML5 进行前端设计,采用异步技术发送请求,合理设置热点,提供查询服务,增强人机之间的交互性.
1.2.5 简易的操作方式.电子地图集采用扁平化的界面设计,功能按键设置简洁、一目了然、逻辑性强、操作简便.在系统访问上用户只需通过浏览器便可以使用系统.因此,系统能够较方便地被上级部门、港航部门、相关研究机构以及非专业用户使用,方便快捷.
2. 总体设计
2.1 设计原则
2.1.1 先进性和适用性相结合.系统采用成熟的高新科技,以目前较为先进的方法实现需要的功能,既反映当今科技的先进水平,又具有发展潜力,保证系统在相当长的时间内不被淘汰.
2.1.2 实用性.整个系统的操作以方便、简捷、高效为目标,既充分体现快速反应的特点又能便于工作人员进行业务处理和综合管理,便于领导层、管理层及时了解各项统计信息和决策信息.
2.1.3 可扩展性.考虑到业务在不断发展、变化,因此要求系统在结构、容量和处理能力等方面具有扩充性和升级的能力.
2.1.4 数据完备、数据统一原则.系统必须有完备、准确的数据.这是系统运行成功的关键.没有数据的系统是空架子,不可能实用化.另外,数据必须统一减少数据的冗余.
2.1.5 可靠性、可用性和可维护性原则.系统必须运行在坚实的数据、软件、硬件基础上,这是系统可靠运行的前提；应用系统要经过严格测试,有较强的容错能力,确保可靠运行.系统提供良好的人机界面,人机界面开放、易学、好用；系统具有对数据进行集中管理的能力；具有对属性数据进行集中管理的能力；具有对上述数据进行模块化管理能力,便于系统应用功能的增删.
2.2 总体构架
“北极航海电子地图集”的研制和一般的网站建设不同,不仅仅涉及到网站开发,同时还涉及到对北极航海电子数据的管理,因此,需要同时对图集数据的管理和展示方式做总体设计.“北极航海电子地图集”总体架构分为软件层面总体架构和图集数据层面整体架构.
2.2.1 软件总体架构
软件层面总体架构入图2-1 所示.
总体设计采用B/S 架构,服务端利用数据库+ 文件的形式存储文本、表格、图片、视频、动画和地图数据,用户通过浏览器以浏览网页的形式浏览地图集,服务端和客户端之间通过Html 协议、TCP/IP 协议进行数据传输.
2.2.2 图集数据整体架构
图集数据层面整体架构如图2-2 所致.
电子地图集的导航目录设计与纸质版地图集基本一致,分为七个主要章节：序图、北极概况、北极港口、北极航道、北极海图目录、北极助航资源和附录.序图章节主要对世界总图进行介绍,北极概况章节主要对北极的人口、自然气候、资源等进行介绍,北极港口主要介绍北极圈附近的各国港口情况,北极航道章节介绍了东北航道和西北航道所经过的海峡、海域、海湾等情况,北极海图目录包含了北极地区各个国家在北极地区的海图目录,北极助航资源包含了北极冰情气象服务和搜救服务等,附录包括北极环境下的船舶操纵、涉及到的法律和国际组织等.
2.3 系统功能设计
“北极航海电子地图集”网站系统的主要功能设计如图2-3 所示.主要包括八大功能,分别是地图显示、视频播放、热点功能、统计分析、图例显示、专题信息显示、缓存功能、搜素功能.功能设计合理、丰富,使电子地图集使用更便捷.
3. 数据分析与预处理
纸质版《北极航海地图集》选用海图资料共计253幅,其中,加拿大186 幅,俄罗斯27 幅,挪威8 幅,丹麦19 幅,美国13 幅；购买遥感影像图16 幅,覆盖范围包括俄罗斯、美国阿拉斯加、加拿大和格陵兰区域.这些海图资料均来自于相关业务部门,保证了数据的可靠性、完整性.纸质版《北极航海地图集》所有航海图的编绘、符号设计、色彩设计、整饰设计、艺术设计、文字录入、图文组版全部采用计算机制图一体化技术完成.制作完成后纸质图集共计9 万多字,北极航海图幅数128 幅,引用并编辑图片插图33 幅.
“北极航海电子地图集”的数据主要来源于纸质版《北极航海地图集》生产制作过程中所创建和使用的电子文档、图片、工程文件等.在数据的可靠性、完整性上继承了纸质图集的特点,数据可靠性高、完整性强.一些视频数据、热点数据等是通过后期搜集和制作完成.总的来说电子地图集数据包括地图、图片、文本、表格、视频等,这些数据无法直接被电子地图系统使用,需要将这些数据做预处理,并存入数据库之后才可以使用.各类数据的处理流程如图3-1.
3.1 地图数据预处理.地图数据主要有PNG 和TIFF 两种栅格数据格式.对于PNG 类型的地图数据,利用PS 工具对图片做优化处理,存入工程作为地图底图使用；对于TIFF 类型的数据,利用ArcMap 工具赋予其坐标系并进行相应的配准工作,发布地图服务,将服务网址存入数据库.
3.2 图片数据预处理.纸质版《北极航海电子地图集》中所包含的图片已经是经过一些编辑处理了,图片恰当地表达了地图集所需反映的内容.在电子地图集项目中,需要根据web 环境,将图片数据适当的做一些适用于web 环境的处理,并将图片保存在指定的文件夹中,最后将图片路径保存到多媒体数据库中.
3.3 文本数据预处理.纸质版《北极航海电子地图集》中所包含的文字已经是经过一些编辑处理了,每段文本的数据量比较大,而每段文本都有一个关键字与之对应,需要将这些文本进行入库操作,并用CLOB 类型进行数据存储.
3.4 表格数据预处理.电子地图集中的表格数据需要进行入库操作,每个表格对应一个数据表.将表格数据录入到数据库中,电子地图集动态显示表格.
3.5 热点数据预处理.纸质图集的原始资料中没有热点数据,热点数据在制作电子地图集中需要根据已有地图资料进行绘制.将地图数据导入到Arcmap 中,配置好相对坐标系,进行热点数据的点、线、面勾绘,保存为shp 数据,然后对shp 数据录入属性数据.将shp 数据导出为geojson 数据以便进行网络数据传输和浏览器显示.每一章节的热点数据都采用此种方式进行处理并保存至数据库中.
3.6 视频数据预处理.采用Vegas 软件进行视频剪辑,并最终采用格式工厂工具转换为合适的视频格式,将视频路径保存至数据库中.
3.7 音频数据预处理.主要是朗读文字信息的音频.声音由人声进行录制,并在后期采用Vegas 软件对录制的声音进行编辑和专业处理,去除噪声,力求声音甜美、清晰.采用格式工厂工具进行数据压缩,将文件路径保存至数据库中.
4. 成果展示
4.1 界面设计
用户在使用电子地图集系统的时候,内容基本是通过地图作为信息载体进行展示的,因此在以地图为中心的界面设计过程中,一定需要注意将地图的显示放在重要位置,满足用户对于地图最基本的缩放、漫游功能,并且将地图有机的融合在界面中如图4-1.
4.2 专题信息
部分地图带有专题数据,可通过点击“详情”按钮并在其下拉框中选择任意标题查看相应专题信息.专题信息有文字、图片、表格、视频等多种表现形式如图4-2.
4.3 热点功能
纸质地图集中包含点、线、面三种类型的要素,将其进行数字化处理后分别对应电子地图集中的点状、线状与面状热点,点击热点可显示要素的属性信息并采用统一风格在底图数据上叠加显示如图4-3.
4.4 图例显示
当底图数据切换至带有图例的图幅时,图例以半透明图片形式悬浮于图幅左下角.图幅图例右下角有名为“图例”的标签,点击该标签可使图幅图例在展开和收起两种状态间切换如图4-4.
4.5 信息搜索
支持精确查询和模糊查询如图4-5.
4.6 统计功能
部分图幅的资料数据具备可统计性,可对这些图幅数据进行统计分析,即选择相应字段生成折线图或柱状图形式的统计图表,直观展示地图数据,为用户提供决策支持如图4-6.
5. 结束语
党和国家高度重视海洋开发,而北极航线的开通对我国建设海洋强国、推进“一带一路”建设产生了重大而深远的影响.“北极航海电子地图集”的研究与实现克服了纸质版本的不足,进一步提升纸质版《北极航海地图集》的价值,实现了海事信息集成和共享,为北极航海用户提供多样化服务,提升北极航海保障能力,服务“海洋强国”、“一带一路”战略,服务国家蓝色经济,具有重要意义.H
电子地图论文范文结:
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