海洋地质调查全流程信息化支持系统的设计与实现_孙记红.pdf

孙记红，魏合龙，林文荣，等.海洋地质调查全流程信息化支持系统的设计与实现J.海洋地质前沿，2023，39（2）：49-55.SUN Jihong,WEI Helong,LIN Wenrong,et al.Design and running of supporting system to the whole-process informatization of marine geo-logical surveyJ.Marine Geology Frontiers,2023,39(2):49-55.海洋地质调查全流程信息化支持系统的设计与实现孙记红，魏合龙，林文荣，苏国辉，王诏（中国地质调查局青岛海洋地质研究所，青岛 266237）摘要：基于海洋地质调查工作的特点，探索适合海洋地质调查业务的信息化工作新模式，应用 Xamarin 开发框架，采用基于 SignalR 的 Web 消息交互技术，研制了集移动数据采集终端、浏览器客户端和服务器端于一体的海洋地质调查全流程信息化支持系统，创新建立海洋地质调查全流程信息化体系，完成了海洋地质调查示范试点，有效推进了海洋地质调查工作的信息化进程。关键词：海洋地质调查；全流程；信息化；支持系统中图分类号：P628.4文献标识码：ADOI：10.16028/j.1009-2722.2022.248 0 引言海洋地质调查是开展海洋地形地貌、沉积和构造及勘测海底矿产资源最重要的基础性工作。随着新一代信息技术的不断涌现，海洋地质调查工作方式也从传统的调查向“智能地调”转变1-2。2017 年，中国地质调查局提出，科技创新和信息化建设是推进新时代地质事业转型升级的两大“引擎”，规划了“地质云”、大数据和智能化“三位一体”信息化建设方案。数字海洋地质工程依托海洋地质调查工作实际，结合海洋地质调查数据的特点，积极探讨海洋地质调查“智能化”工作新模式，推动海洋地质调查业务转型升级。1 需求分析在目前的数据提交入库流程中，项目组提交的数据存在着文件格式不统一、数据结构不规范等问题，造成数据库管理人员工作量巨大且数据质量难以保障。针对这些问题，本文研究了海洋地质调查全过程业务流和数据流，依据海洋地质档案资料管理实施细则海洋地质数据库内容与结构（DD2021-03）等标准规范3-4，研制海洋地质调查全流程信息化支持系统，实现海洋地质调查数据的标准化、自动化入库，规范项目组提交数据的工作流程和内容，保障数据质量，极大减轻了数据库管理人员的工作量，显著提高了数据库建设效率。同时，考虑到项目组数据采集人员的现场工作环境，系统设计为可部署在平板电脑、手机等便携式移动设备，供数据采集人员现场录入数据，并提供离线数据保存功能，待设备接入工作网络时将保存在设备上的数据自动提交到数据库，提升数据入库的实效性5-8。2 系统设计2.1系统总体架构根据系统需要实现的功能及用户操作方式，设计了集移动端、浏览器端和服务器端于一体的全流程信息化支持系统，总体架构如图 1 所示。服务器端数据库管理模块负责全流程数据的收集和管理。外业数据通过移动端数据采集系统上传到服务器；内业数据、成果数据由浏览器端上传数据。服务器端管理相关数据并实时掌握和发布各项目的进度，同时提供 API 供其他系统获取项目进度及数据，具有完善的权限管理、数据审批等 收稿日期：2022-09-06资助项目：青岛海洋科学与技术试点国家实验室山东省专项经费（2022QNLM05032-4）；中国地质调查局项目（DD20221711，DD20191008）作者简介：孙记红（1984），男，硕士，高级工程师，主要从事海洋地质大数据及智能化应用方面的研究工作.E-mail： ISSN 1009-2722海洋地质前沿第 39 卷第 2 期CN37-1475/PMarine Geology FrontiersVol 39 No 2功能。服务器端项目信息管理模块旨在覆盖地质调查项目管理过程中的任务书编制与下达、设计评审与审批、项目监督检查、野外验收、成果评审和成果登记等主要环节，同时通过建立项目管理员机制、结合系统用户实名制和工作流等技术，实现覆盖地质调查项目管理用户、组织审查用户、项目负责人的网络化项目管理平台。既能够及时下达项目计划和任务，又能满足上下互通的项目管理信息传递需求。同时实现项目管理系统和档案管理系统的整合接入，提供从项目立项到成果提交及资料归档等整个流程的信息化管理。服务器端数据管理系统提供外业数据内业数据成果数据的流式采集、质检、传输和入库等功能，实现海洋地质数据从采集、处理、归档和入库的全流程信息化。2.2数据库设计根据海洋地质资料归档文件内容、海洋地质数据库建设工作指南及海洋地质综合数据库内容与结构2-3内容，系统数据库内容涉及到地形地貌、地球物理、海洋底质、地球化学等多个专题的外业采集数据、测试分析数据、处理解释数据以及成果数据等多种不同格式及结构的数据9-10，为适应多源异构数据的统一采集和管理，系统通过配置表的方式进行处理。在配置表中设置各类数据表中各字段的信息（包括名称、存储类型、编辑类型、值域、显示类型等），用户在对数据进行录入或修改时，系统根据字段的配置信息自动生成录入界面，并根据字段类型、值域等约束条件进行有效性检查，确保数据的正确性11-12。配置表结构设计如下：（1）表结构设置表结构设置分为表设置表和列设置表（见图 2）。其中，表设置（SYS_TABLES）表中包含了系统所有表的基本信息，包括所在的数据库、表名、中文名、英文名。列设置（SYS_COLUMNS）表中包含了系统所有列的基本信息，包括所在表、列名、中文名、英文名、列类型、键信息（P 为主键，F 为外键，N 为 外业采集数据现场照片现场视频其他附件全过程数据采集 APP查询检索统计分析移动端数据库工作网络质量检查项目管理数据管理项目进度 API全流程信息化支持系统数据库服务器网关北斗卫星船讯网船舶位置调查进度项目实时监控系统查询检索统计分析项目管理数据基础信息数据内业解释数据测试分析数据图 1全流程信息化支持系统的总体架构Fig.1 The structre of supporting system to the whole-process informatization FK_COLS_REF_TABLES表设置数据库表名中文名英文名VARCHAR(50)VARCHAR(200)VARCHAR(200)VARCHAR(200)列设置表名列序号列名列中文名列英文名列类型列键值列是否可见VARCHAR(200)INTVARCHAR(200)VARCHAR(200)VARCHAR(200)VARCHAR(200)VARCHAR(50)CHAR(1)图 2表结构设计Fig.2 Structure of the system design50Marine Geology Frontiers海洋地质前沿2023 年 2 月非空）、是否可见。（2）代码表设置代码表设置分为代码表类别表和代码表表（见图 3）。代码表类别（SYS_CODETYPE）表中包含了代码表的类别信息。代码表的数据来源可以是MGDB_CODE 表，也可以是其他表中的数据。SYS_CODETYPE 的 TBL_NAME 列指定代码的数据来源；NAME_COL 为代码标识列；TITLE_CHI_COL和 TITLE_ENG_COL 分别表示代码的中文标题列和英文标题列；WHERE_CLAUSE 列指定代码的筛选条件，只有满足该条件的代码才会被使用；OR-DER_BY 列为排序列。FK_CODE_REF_CODETYPE码表类别码表名称中文名称英文名称所在表代码列代码中文标题列代码英文标题列筛选排序VARCHAR(200)VARCHAR(200)VARCHAR(200)VARCHAR(200)VARCHAR(200)VARCHAR(200)VARCHAR(200)VARCHAR(2 000)VARCHAR(2 000)码表码表类别序号代码英文名称中文名称VARCHAR(200)INTVARCHAR(200)VARCHAR(200)VARCHAR(200)图 3代码表设计Fig.3 List of the codes for the system design 代码表（MGDB_CODE）表中包含了系统中专业数据使用的代码，其 CD_TYPE、CD_LABEL、CD_CHI_NM、CD_ENG_NM 列分别对应了 SYS_CODETYPE 表 中 的CD_TYPE、NAME_COL、TITLE_CHI_COL、TITLE_ENG_COL 列。2.3系统功能设计 2.3.1 移动端功能设计根据外业数据采集实际需求，移动端设计了 6个功能模块，分别为数据录入模块、数据导入模块、质量检查模块、数据入库模块、数据查询模块和数据统计模块（图 4）。（1）数据录入模块对于现场采集的调查数据，系统提供录入界面由用户填写相关的信息和数据；对于报告、图片等附件，以文件形式进行收集存储。数据类别包括海洋底质取样数据、浅地层剖面测量数据、侧扫声呐测量数据、单道/多道地震测量数据、单波束/多波束测深数据、船载重力/磁力测量数据、定点/走航海流观测数据等。系统支持将专业设备自动生成的结构化数据解析入库。（2）数据导入模块对于海洋地质测试分析数据、处理解释数据、成果报告数据等内业数据，由用户组织整理成符合要求的数据文件，系统读取数据文件并完成数据的批量导入。对于报告、图片等附件，可以同时选择多个文件或文件夹实现批量导入。（3）质量检查模块质量检查模块可对用户录入的数据进行质量检查并生成检查报告。质量检查包括完整性检查、标准符合性检查和数据关联检查 3 个方面。完整性检查：数据应包含数据录入模块采集的各类数据；标准符合性检查：数据需符合海洋地质数据库建设工作指南的数据规范；数据关联检查：测试分析、处理解释等内业数据须与站位、测线、覆盖区等外业调查数据有正确的关联。（4）数据入库模块数据入库模块实现采集数据与数据库的无缝对接，可直接导入到数据库。系统提供离线数据保存功能，在未连接到中心数据库时将数据离线保存在 SQLite 本地库中，待设备接入工作网络时可将设备上的数据提交到数据库。系统设计数据打包功能，用户可将本地数据库及文件打包成单一的数据包文件，该文件可通过拷贝的方式实现数据的转移或传输，在终端设备不能接入网络时可通过这种方式完成数据的提交。（5）数据查询模块提供数据查询功能，用户可通过站位、测线、覆盖区等条件进行数据查询及关联数据检索。（6）数据统计模块系统提供资料的统计分析功能，用户可按专业数据类别、站位、测线、覆盖区等条件进行数据量的统计分析，并将结果以表格和图表的方式进行显示。第 39 卷 第 2 期孙记红，等：海洋地质调查全流程信息化支持系统的设计与实现51 2.3.2 浏览器端/服务器端功能设计系统浏览器端/服务器端设计了 6 个功能模块，分别为数据导入模块、数据管理模块、查询检索模块、统计分析模块、数据展示模块和权限控制模块（图 5）。其中浏览器端负责提供操作界面，服务器端提供数据的存储和日志记录。（1）数据导入模块服务器端数据导入模块主要提供外业调查数据、内业处理解释和测试分析数据及成果报告、图件资料的导入。（2）数据管理模块提供数据的增、删、改和批量数据的导入、导 数据录入数据导入质量检查数据入库海洋地质调查全过程数据入库辅助系统数据统计表格显示统计结果显示按覆盖区统计按测线统计按站位统计按专业数据类别统计关联数据查询覆盖区查询测线查询站位查询数据上传离线保存数据关联检查标准符合性检查完整性检查报告文件批量导入表格数据批量导入图表显示数据查询图 4移动端系统功能模块Fig.4 The module of system function at mobile terminal52Marine Geology Frontiers海洋地质前沿2023 年 2 月出，并进行数据的质量检查。（3）查询检索模块提供查询检索功能，用户可按项目、区