杨锦坤，李维禄，韦广昊，韩璐遥，韩春花，陈刚，郑兵
（国家海洋信息中心，天津 300171）
随着经济全球化、区域一体化的进一步发展，海洋越来越成为沿海各国争取和发展利益的重要空间[1]。在建设海洋强国战略背景下，海洋经济、现代海洋产业体系建设、海洋生态环境可持续、全球海洋治理等海洋领域发展面临着新的机遇和挑战[2]。旨在全面提升经略海洋能力的“智慧海洋”工程应运而生，海洋信息透彻感知、海洋通信泛在随行、海洋应用协同智能的发展体系成为研究的热点领域[3]。海洋数据资源作为重要的国家性基础资源，是推动“智慧海洋”工程实施的核心和灵魂，在国家和地方海洋领域发展中发挥着越来越重要的作用[4]。随着大数据等信息化技术进步与海洋发展利用需求的不断碰撞和融合，体量爆炸性增长的泛海洋数据资源的共享应用逐渐暴露出顶层布局设计不足、整合处理程度不高、共享交换机制不畅等问题[5]，如何有效地规划海洋数据资源体系，进一步构建海洋数据共享应用生态、挖掘海洋数据价值，成为重要的研究课题[6]。
区别于国家层面，沿海省市等地方海洋数据资源的共享应用往往服务于当地海洋经济发展、海洋生态保护、海洋预报减灾、海域管理等不同应用场景[7]，致力于推动海洋强省（市）建设，具有很强的需求导向性。本文结合浙江省“智慧海洋”建设，通过探讨需求导向的泛海洋数据资源体系规划，为海洋数据资源共享应用和潜能释放提供解决方案，进一步结合应用实践，为地方省市海洋相关领域发展提供参考。
1.1 数据资源现状
根据调研结果，浙江省海洋数据资源主要涉及国家海洋大数据资源、省涉海政务数据资源、省涉海社会数据资源和互联网涉海数据资源四个层面。
（1）国家海洋大数据资源。主要为国家和地方建设运行的浙江海域各类观测平台所采集的数据（海洋站、浮标、雷达等数据，涉及海洋水文、气象等要素类型），以及国家海洋科学数据共享平台[8]共享的海洋多学科实测数据、分析预报产品和各类专题信息等。
（2）省涉海政务数据资源。主要为浙江省大数据局所归集的省自然资源厅、海事局、气象局等数源单位[9]相关涉海数据，包括实时观测数据、监测数据、预报数据、海域海岛管理数据、基础地理数据、物流港口数据，以及涉海机构业务审批产生的政务数据等。
（3）省涉海社会数据资源。主要为省内科研院所、社会企业和其他相关领域的数据平台归集的涉海数据，如自然资源部第二海洋研究所海洋遥感在线分析平台SatCO2 相关数据[10]、宁波世纪海洋信息科技有限公司获取的渔船海洋气象数据等。
（4）互联网涉海数据资源。主要为赋存于互联网平台的大量应用侧涉海数据[11]，通过在线爬取/下载以满足浙江省具体涉海应用需求，包括但不限于海洋实测/预报数据、海洋基础地理信息、海洋生物数据、海洋历史数据，以及海洋资讯信息等数据内容。
1.2 需求分析
在浙江省深入推进海洋强省建设背景下，海洋经济、海洋创新、海洋港口、海洋开放、海洋生态文明等领域[12]的数据需求日趋强烈，其中，浙江省大湾区建设、海洋经济发展、智慧海防预警、江海联运服务等工作对海洋专题数据、湾区应用数据、空间地理数据、海洋经济数据、海防应用数据、港域航道数据等应用侧数据资源需求尤为明显。
（1）海洋专题数据。主要包括各类海洋环境调查和观/监测数据、海洋环境产品数据，以及海洋资源数据等，涉及资源环境、海域海岛、生态保护、预警监测等众多应用专题。
（2）湾区应用数据。主要是面向浙江省大湾区建设支撑的相关涉海应用数据，包括行政境界（面）、倾斜摄影、工程建设、基础设施布局、海域监测点位、重要资源分布等数据。
（3）空间地理数据。主要是面向空间处理分析、基础地理专题展示，以及二、三维一体化等的多比例尺基础地理底图、地形数据、遥感影像以及其他二、三维模型数据。
（4）海洋经济数据。主要是面向浙江省海洋经济分析评估的数据资源，包括海洋经济运行监测、海洋经济发展指数、海洋产业生产总值、涉海企业营运数据等。
（5）海防应用数据。主要是面向海域防控需求的海上目标监测、分析、识别和预警等数据，包括雷达、AIS 数据、海洋功能区数据、海上平台数据、码头数据等。
（6）港域航道数据。主要是面向港口、贸易、航运等企业和社会公众的港域航道、锚地、泊位等数据，以及港口航运动态信息和货物交易信息等数据。
构建科学合理的海洋数据管理体系，能够有效推进海洋数据资源的整合管理、价值挖掘和共享服务[13]，也是本文所提需求导向的地方海洋数据资源体系规划的核心。其关键技术体现在分类管理体系设计和数据资源体系布局两个方面。
2.1 分类管理体系设计
在数据资源现状和需求分析的基础上，按照海洋数据处理程度和类型等属性[13-14]，进一步明确各类海洋数据资源的级别和范围，设计了包括基础数据资源层、整合数据资源层和专题应用数据层在内的海洋数据分类管理体系（图1）。
图1 海洋数据分类管理体系
（1）基础数据资源层，以数据来源/获取途径进行一级分类，包括前文所述国家来源海洋数据、省涉海政务数据、省涉海社会数据和互联网涉海数据，以及补盲数据，形成基础数据资源层。
（2）整合数据资源层，整合不同来源/获取途径的数据，按照需求导向的海洋环境资源数据、海洋空间地理信息、海洋政务管理数据和海洋专题应用数据等为一级分类，形成整合数据资源层。
（3）专题应用数据层，基于基础层和整合层，根据具体应用支撑数据需求，补充数据缺口，补充的数据进入基础数据层，经整合数据层，形成浙江专题应用数据层。
2.2 数据资源体系布局
以浙江省大湾区建设、海洋经济发展、智慧海防预警、江海联运服务等海洋数据资源应用需求为导向，按照海洋数据全生命周期，从数据来源渠道、类型属性、应用需求等多维度多角度，统筹规划了浙江省海洋数据资源体系布局（图2），实现了泛海洋数据资源的互联互通和共享应用。
图2 浙江省海洋数据资源体系布局
从数据流通布局上看，浙江省海洋数据资源体系向上与国家海洋大数据平台开展数据交换，纵向汇集浙江省相关委办局涉海数据，横向与邻近省份开展数据共享交换，向下打通全省各市县海洋数据共享通道，对外依托区块链等技术手段吸收各行业涉海数据，进一步聚焦重点应用领域，面向政府、企业和公众提供服务。
在数据管理体系的基础上，按照“分布式管理、调用式服务”的总体架构，设计构建了浙江省海洋大数据资源池，从数据共享交换、多源数据处理、涉海综合数据库，以及海洋数据治理等多个维度，完成浙江省涉海数据资源体系规划的系统实现。
3.1 数据共享交换系统
结合已建立的数据传输/交换机制，构建海洋数据共享交换和采集更新的统一化、定制化通道，实现国家、省政务、省社会、互联网等多来源多层面海洋数据资源的高效归聚汇集和共享交换（图3）。关键技术模块包括智能转换和交换配置、流程、调度、管理、监控等。
图3 数据共享交换系统界面
（1）智能转换。支撑数据多方式转换、可视化配置数据加密和脱敏规则、多源数据解压/压缩算法、图形化参数配置数据分发模式，以及临时存储等功能。
（2）交换配置、流程、调度、管理和监控。包括交换接口、流程、数据流、策略等的配置，交换、迁移、加工、自定义等映射流程，周期管理、任务配置、任务执行、任务管理等交换调度，用户、权限、字符集编码等管理，以及任务、异常、对账等交换监控。
3.2 多源数据处理系统
针对海洋数据的分散存储、高速增长、结构各异等特性[15]，基于大数据技术手段，构建了覆盖标准处理、质控评估、多源融合处理和统计计算等多源数据处理整合系统，提供高质量底层数据资源支撑。关键技术包括标准化处理、质量控制与评估、多源融合分析处理、海洋环境统计分析、实况分析和再分析等。
（1）标准化处理。主要实现数据清洗和记录整理等数据预处理，以及数据量纲换算、代码统一、数据提炼转换、清洗结果验证和数据清洗回溯等标准化处理。
（2）质量控制与评估。围绕复杂多源海洋数据的质量分析，实现数据符合性、正确性、一致性、逻辑关系、空值与重复检查等质量控制，以及真实性与可靠性对比验证、深度符合率评估等质量评估。
（3）多源融合分析处理。主要实现海洋大数据不确定性分析、量质融合、强弱关联分析、时间序列分析、灰色系统分析、可视分析、时空特征影响关联关系分析和三维结构分析等面向多源多模态海洋数据的融合分析处理。
（4）海洋环境统计分析、实况分析和再分析。主要实现海表温度、气温、气压等海洋环境要素的统计分析，基于大数据多变量回归及变分方法的水下三维温盐剖面实况动态分析，以及长时序海洋要素时间和空间多尺度连续变化特征数值再分析。
3.3 涉海综合数据库
对应分类管理体系，构建面向海洋领域模型的涉海综合数据库系统，包括平台支撑库、基础数据库、分析产品库和专题数据库四大类（图4），为现有和潜在应用提供跨领域、全量数据和知识服务支撑。关键技术环节包括数据加载更新、数据库管理和接口服务等。
图4 涉海综合数据库系统架构
（1）数据加载更新。针对数据文件、事务型数据和分析型数据，通过加载调度和并行数据加载等，实现不同来源海洋数据的智能抽取、系统校检和并行更新，形成海洋数据资源的统一加载更新能力。
（2）数据库管理。重点构建数据源头回溯、数据资产维护以及数据库管理监控等功能，实现溯源信息配置和模型维护、规则版本管理、数据流和状态监控等海洋数据全生命周期管理。
（3）数据接口服务。主要包括数据服务发布、服务检索和服务调度等模块，实现面向不同层级和领域业务系统的稳定数据服务。
3.4 海洋数据治理系统
基于数据管理体制机制核心，聚焦海洋数据共享开放利用和价值释放[16-17]，构建包括主/元数据管理、资产化管理、安全治理和隐私保护、挖掘分析等系统（图5），为海洋数据资源全生命周期管理提供解决方案。关键技术包括主数据管理、元数据管理，以及数据分析挖掘。
图5 海洋数据治理系统
（1）主数据管理。主要包括全生命周期的主数据标准管理和主数据实体管理，形成浙江省海洋大数据资源池输出核心业务基础信息的统一管理能力。
（2）元数据管理。通过服务接口的方式提供指标、维度、数据模型、多维数据集、码表映射和转换规则等元数据信息，实现数据分类分级、元数据获取、血缘分析、异常观测和权限管理等功能，形成海洋数据资源体系各类元数据的统一管控能力。
（3）数据分析挖掘。整合多种数据挖掘算法和涉海行业特色算法，开发可视化数据挖掘建模、基础算法调用和面向应用的海洋大数据挖掘等关键功能，支撑多类型涉海业务应用的海洋大数据分析挖掘。
以大湾区海洋一张图应用为例，在浙江省海洋数据资源体系规划框架下，接入并充分整合相关数据资源，提供湾区规划、重点项目、生态保护、预警监测、海洋文化等多源信息的综合展示和在线可视分析（图6），为实时监测、动态了解大湾区开发利用状况，统筹谋划大湾区发展布局提供了技术支撑[18]。
图6 大湾区海洋一张图应用系统
4.1 数据管理与服务发布
（1）数据分类管理。基于本文构建的分类管理体系，该应用集成了国家、省政务、省社会和互联网等来源的海洋经济、海域海岛、预警监测、生态保护、资源环境领域相关矢量专题数据、业务可视化数据、属性数据和多媒体数据。
（2）三维场景构建。二维地图场景所用的服务通过ArcGIS Server 进行发布，服务类型包括WMS 和WFS 两类；
基于浙江省海洋大数据资源池，本应用构建了全国范围、全球30 m 地形、2015 年与2019 年重点海岛礁三维可视化球体模型，进一步发布三维球体数据。
4.2 大湾区一张图典型功能模块
（1）湾区规划。主要展示大湾区总体规划布局、产业和生态规划布局，结合示意图与详情介绍，清晰直观地展现浙江省海洋重大战略规划及经济发展情况。
（2）重点项目。对接重大项目库管理平台，整合统计投资、在建项目类型及数量，展示相关项目分布情况和建设进展。
（3）预报减灾。围绕实时观/监测、海岸侵蚀、港口预报、海平面变化等多源数据信息展示，实现台站、浮标等位置分布情况统计，以及潮汐实时预报、海平面变化统计和海岸线侵蚀变化统计。
（4）生态保护。针对生态红线、红树林以及海洋保护地数据进行图层信息的展示和定位，实现了海洋保护地统计分析、查询检索、定位属性信息查看和列表统计。
（5）海洋文化。从宗教文化、民俗文化、旅游文化、海防文化等不同方面，提供浙江省涉海文博古迹、非物质文化遗产等空间定位和查询展示。
4.3 应用效果分析
（1）推进了海洋数据整合集成程度。充分利用浙江省各涉海部门资源，纳入近海海图、区域三维和矢量地图，以及海域海岛、港口航道等代表性数据和信息，推进了面向湾区建设的海洋数据整合集成。
（2）提高了海洋数据处理治理能力。通过搭建基于海洋数据管理体系的专题资源池系统，实现各类海洋数据资源的按需处理分配和针对性管理治理，有效提高了面向应用的海洋数据处理和治理能力。
（3）提升了海洋数据共享增值水平。应用牵引下，面向行业、公众等开放海洋数据资源，显著加强了数据和应用协同共享，进一步拓展辐射相关应用生态，提升海洋数据供应侧增值服务水平。
在国家层面推进海洋数据资源共享应用的背景下，本文结合浙江省“智慧海洋”建设实践，提出了需求导向的地方海洋数据资源体系规划方案，以应用需求驱动海洋数据资源协同整合共享，统筹规划了基于分类管理的浙江省海洋数据资源体系，试验探索了海洋大数据资源池系统实现手段，并给出了面向典型应用的数据共享和挖掘实践。
需求导向的地方海洋数据资源体系规划及应用为海洋数据资源的共享应用、海洋数据要素的作用发挥[17]提供了一种解决方案。结合应用实践，仍需加强地方泛海洋数据资源的协调和整合、健全完善数据共享交换机制、丰富地方发展所需的海洋应用生态谋划，持续推进海洋数据资源与应用的协同创新和交叉共融，通过深化应用牵引的海洋数据资源体系规划，激活海洋数据资源潜能，更好发挥海洋数据要素作用，为地方海洋相关领域发展等提供新动能，为“智慧海洋”建设构筑新优势。
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