上海港空间地理信息系统建设的对策建议
【摘 要】 基于港口空间地理信息系统对于“智慧航运”建设的重要基础性作用，以上海港为例，分析港口空间地理信息系统建设在“智慧交通”“智慧城市”和上海国际航运中心等重大战略实施中的现实意义，从局部经验、信息科技和信息数据等3个方面论证上海港空间地理信息系统建设实现的条件，并在此基础上提出上海港空间地理信息系统建设的对策建议：把握我国加强海洋经济建设的历史性机遇、争取交通运输部和上海市有关部门的支持、夯实空间地理基础数据建设基础、完善信息基础平台。
【关键词】 智慧交通；智慧航运；上海港；空间地理信息系统
0 引 言
在2014年全国交通运输工作会议上，交通运输部部长杨传堂提出：全面深化改革，集中力量加快推进“综合交通”“智慧交通”“绿色交通”“平安交通”的发展。综合交通是核心，智慧交通是关键，绿色交通是引领，平安交通是基础，“四个交通”相互关联、相辅相成，共同构成了推进交通运输现代化发展的有机体系。加快发展智慧交通是推进交通运输管理创新的重要抓手，是提升交通运输服务水平的有效途径，也是推动交通运输转型发展的重要支撑。水运是现代交通运输的重要组成部分，是大型物资的最主要运输方式。上海港作为国内最大、最繁忙、最重要的港口，在我国社会和经济建设中发挥着巨大的作用。“智慧航运”是“智慧交通”在水运领域的具体体现。如何在上海港落实好“智慧交通”建设战略，实现“智慧航运”，是一个具有挑战性的现实命题。
1 上海港空间地理信息系统建设的 现实意义
1.1 “智慧交通”建设的内在要求
“智慧交通”的本质要求是“以信息化、智能化为牵引，推动现代信息技术与交通运输管理和服务全面融合，实现交通运输设施装备、运输组织的智能化和运营效率、服务质量的提升”“注重以信息化、智能化引领和提升交通运输管理效能，促进现代信息技术在行业监管、运行管理和服务领域的深度应用”。在水运管理领域，如何有效地提高航道的通航效率，最大限度地利用港口设施，为港口交通组织、港口生产调度、航运综合管理服务，是“智慧航运”的题中之义。一方面，信息技术的进步和经济社会的发展，为“智慧航运”建设提供了现实可能性；另一方面，“智慧航运”的基础在于航运各类相关信息的高度聚合和有效应用，必然要求建立港口空间地理信息系统，为“智慧航运”建设的实现提供技术和数据基础，在可视化数字地图显示平台上实现航运要素的查询、定位，相关信息的显示等功能，从而为船舶安全航行、港口规划和建设、港口物流以及相关国防军事活动等提供决策支持，打造我国航运“升级版”。
1.2 “智慧城市”建设的重要内容
2011年，上海提出建设“智慧城市”。这是上海深化实践“城市，让生活更美好”的重要举措。目前，《上海市推进智慧城市建设2011―2013年行动计划》已经顺利完成并取得了阶段性成果。2014年9月，上海发布《上海智慧城市建设2014―2016年行动计划》，明确提出将“智慧交通”和“智慧航运”建设列入专项建设内容。“智慧航运”作为“智慧城市”建设的一部分，在新一轮智慧城市建设中应更主动地适应互联网和先进信息技术发展的新特点、新趋势，更加突出智慧应用。建设上海港空间地理信息系统，推进和发展“智慧港口”“智慧航道”，全方位打造智能型现代化港口，既是实现“智慧航运”最为基础的一项内容，同时也可以有效服务于“智慧城市”的建设。
1.3 上海国际航运中心软实力的重要体现
上海国际航运中心建设不仅需要提升硬件基础设施，更需要加强“软实力”的建设。真正意义上的航运中心，是依赖于服务和知识的第二代及第三代航运中心。
随着信息化技术的飞速发展和海量数据的出现，传统的港口生产组织管理模式、安全保障管理手段等已经无法满足现实发展的要求。现代社会是海量信息的社会，对不断发展中的航运而言，亦是如此。港口空间地理信息系统是打造“智慧港口”和“智慧航道”的基础，与发展现代航运服务业息息相关，一旦建成，将会在“智慧航运”建设中发挥重大作用，使多方受益。港口空间地理信息系统在充分掌握港口、航道等相关要素信息的基础上，采用地理信息系统、遥感、数据库等技术，结合计算机网络通信技术、“云技术”和“物联网”技术等，高效、便利地进行信息数据的整合利用，以图文并茂的方式将港口水域的整体概况、自然条件、地理形势（地理位置、范围、面积、区域形势等特征）、环境组成、功能设施等特征详细呈现给用户，从而为船舶航行、港口规划与建设、海洋经济开发、水上安全监管和相关军事活动等提供决策辅助，实现真正意义上的“智慧航运”。作为有效的辅助决策工具，港口空间地理信息系统能够做到：使航运交通的组织更加有效；能够提高船舶进出港的效率，降低安全风险；提供港口、航道信息服务，助力导航服务；通过信息交互融合和大数据应用，为企业、行业和政府管理部门提供在线管理、统计分析、数据挖掘、基准评估、指数编制等服务，辅助企业优化业务管理、提高运营效率、降低经营成本，助推航运经济转型升级。
2 实现上海港空间地理信息系统建设的可能性
2.1 局部成功经验可借鉴
从20世纪80年代开始，我国的空间地理信息系统建设方兴未艾，在很多行业都发挥了巨大的作用。陆域“智慧交通”平台的建设均是建立在空间地理信息系统基础之上，可为上海港空间地理信息系统建设提供宝贵的经验。
近年来，一些地区和部门从实际出发，在“智慧港口”“智慧航道”“智慧航运”等建设方面进行了一些局部的实践探索。在“智慧港口”建设方面，运用物联网技术将广布于全球港口的装载设备、船舶、集装箱、车辆、仪表都连接到网中，使源头数据的采集质量得到极大提高，实现物与物之间的信息共享和动态协作，提高港口作业的效率、准确性和可视化程度，形成安全畅通、环保高效的现代化港口。在“智慧航道”建设方面，交通运输部天津水运工程科学研究院研制的“黄骅港智慧航道系统”，不仅从整体上基本实现了对港口作业船舶（包括疏浚船舶、运输船舶、港作船舶等）、航保设备（灯标、导标等）、气象水文等水上信息的实时监控，而且实现了对各类信息的科学分析和针对疏浚组织、生产计划、航道建设的辅助决策，还实现了将航道、港池作业的人工管控工作变为自动管控的目标。长江航道局以长江电子航道图系统建设为突破口，以数字航道建设为依托，大力推进智能航道建设，并取得了一定的成果。
2.2 信息科学技术的支撑
近年来，上海“智慧城市”的建设已打下了坚实的信息技术基础，积累了宝贵的实践经验。信息基础设施、信息感知和智能应用、新一代信息技术产业的发展，均使得“智慧港口”和“智慧航道”建设成为有源之水。
在“智慧港口”建设中，根据现代港口运作模式，将基于物联网技术、网络通信技术、信息处理技术和空间地理信息系统技术的“智慧港口”分为采集层、传输层、数据处理层、业务层和呈现层。采集层的主要作用是快速感知和识别物体以及采集和捕获信息；传输层以无线网络接入物联网管理中心和物联网信息中心，并在数据处理层对海量信息进行智能处理；业务层是将各专业技术、空间地理信息系统技术与智能港口的需求相结合，实现港口智能化应用的解决方案，包括港口客户服务、港口生产管理、港口运营管理等系统，是“智慧港口”的核心层次；呈现层是实现“智慧港口”与人交流的层次。建设港口空间地理信息系统，可以直接为“智慧港口”提供基础地理数据服务。
在“智慧航道”建设中，通过现代化信息技术手段，在电子海图基础上，综合应用空间地理信息系统、遥感、遥测、宽带网络、通信、虚拟仿真、多媒体等多种技术对航道管辖区域、管理对象及管理活动实现虚拟化、网络化、数字化，从而在水路交通管理中，深入开发和广泛利用水路交通信息资源，为管理方式的变革及管理现代化、决策科学化、服务社会化提供信息化支撑。
2.3 海量信息数据奠定基础
自2010年起，交通运输部东海航海保障中心上海海图中心全面负责我国沿海港口航道图（以纸海图、电子海图、改正通告等为主）的编绘制作。经过多年的建设和发展，该中心已经积累了大量的港口航道空间地理数据，并且这些数据覆盖我国整个沿海的港口和重要航道，数据内容丰富，尤其是上海港区域数据更新非常及时，数据质量高。充分利用这些海量数据，可为上海港空间地理信息系统建设提供重要的基础数据。
电子海图（港口航道图）是基于S-57国际标准生产的电子航道图，具有国际通用性强、定位精度高、航道信息内容丰富等特点。只要将电子海图加载在专门开发的“空间地理信息系统”显示软件中，该系统就能够自动全面获取立体的航道航行信息，结合船舶自动识别系统技术，就能自动将船舶定位信息实时反映在电子海图上，与终端设备或雷达所获取的周边船舶信息叠加，实时反映航道中船舶的航行信息，全面掌握船舶周边情况；同时，在航道上航行的船舶还可以根据自身航行需求，制订计划航线，实时计算航线距离、航行时间及抵达时间，并连续记录本船航行轨迹及实现航迹回放等功能，可以为船舶设计出最佳航线并保证其安全航行。
在操作上，电子海图还能够实现放大、缩小、显示模式及配色模式选择等符合国际相关标准的显示，使船舶能够通过海图上的地物地貌信息查询，获取航标、临过河建筑物、水深等立体航道综合信息，以供船舶航行参考；此外，空间地理信息系统还能够根据终端用户需求实现航行报警功能，其中包括航行危险、航线偏移、限速、逆航道航行等诸多报警功能。这就意味着，船舶在基于电子海图基础上的“智慧航道”上航行，可以方便、直观地设计最佳航线并保证安全。
3 上海港空间地理信息系统建设的
对策建议
3.1 把握我国加强海洋经济建设的历史性机遇
党的十八大提出的全面实施海洋强国战略，交通运输部提出的“智能交通”建设任务，上海市的“智慧城市”建设专项任务和目标，以及建设上海国际航运中心的国家战略，均对打造一个智能型的上海港提出了要求。上海港成为一个以知识和服务为标志、以高度信息化为支撑的现代化智能港口，最基本的要求在于是否能构建一个完备的上海港空间地理信息系统。因此，上海港应充分把握我国大力加强海洋经济建设的历史性机遇，抓住上海“智慧城市”建设的有利时机，全面推动上海港口空间地理信息系统的研究和建设工作。
3.2 争取交通运输部和上海市有关部门的支持
建设上海港空间地理信息系统涉及交通运输部和上海市层面。有关部门应高度重视，紧密协调配合，积极争取政策和项目支持，将上海港空间地理信息系统建设作为试点；争取开展由交通运输部和上海市层面组成的高规格项目，结合航运行业和社会发展的实际需求开展顶层设计，高起点规划。
以实际项目工作为重点，研究数据资源的综合利用、数据平台的开发和整合。同时，加大港口空间地理信息系统的创新投入，形成合理导向，重视相关专业人才的引进和培养，鼓励企业、事业单位在科技研发方面投入更多的研发资金，从而促进国内地理信息系统等相关产业的创新发展，改变依赖进口及国外系统的现状，使之成为“突出创新驱动、推动智慧交通发展”的重要内容，为上海成为具有全球影响力的科技创新中心作出贡献。在条件成熟时，及时总结上海港空间地理信息系统建设的经验成果，以点带面，点面结合，统筹推进我国沿海港口的空间地理信息系统建设，最大限度地提升港口管理智能化程度，促进航运效能进一步提升，更好地服务经济发展。
3.3 夯实空间地理基础数据建设基础
强化空间地理基础数据建设。数据是系统建设和使用的基础，没有强大的、高质量的数据，就如同“无源之水，无本之木”，系统就只是一个空壳，无法发挥作用。建设上海港空间地理信息系统，最为关键的是空间数据的可靠性、完备性和实时性。只有可靠、完备的数据才能支撑空间地理信息系统的推广使用；只有实时性的数据才能使系统作出高效、准确的决策，保障客户的安全。尽管上海港空间地理基础数据水域部分已经比较完备，数据的及时性强，数据更新有保障，但是，该数据库建设仍存在几个亟需解决的问题：
（1）数据的完整性问题。建设上海港空间地理信息系统除了空间地理数据，还需要其他各个涉海行业的非空间地理信息数据，这些数据来源于各个部门，存在着数据来源多样性。因此，数据共享既可以解决数据完整性问题，也可以解决数据重复采集的问题。
（2）数据的兼容性问题。来源不同的数据存在格式不统一的问题。建议未来将这些数据按照S-100的标准进行组织，解决数据兼容性的问题。
（3）多样性大数据的管理和信息挖掘。需要建立一个完善的空间地理信息数据库对这些数据进行有效管理，并利用数据挖掘技术，有效地从数据库中发现隐含的、有意义的、有价值的信息。
3.4 完善信息基础平台
陆地空间地理信息系统的发展已较为成熟，但涉及水域方面较少，将港口陆域管理与港口水域管理紧密联结在一起的综合研究和应用基本空白，这与港口的管理体制有一定的关系。自港口管理体制改革后，港口生产管理以地方为主，干线和沿海开放水域的管理仍以中央直属单位管理为主。同时，港口又是地理（及其相关）要素分布异常复杂的空间区域，其地理信息包括：市政基础设施（含港口交通）；水文、气象、地质等自然条件；航道、港池、泊位、锚地、助航标志、障碍物、码头前沿水深、码头岸线配置等港口水域信息；集装箱装卸设备、海上减载设备、拖带和起重设备、物流堆场等与港口配套建设相关的陆域设施资料；码头资料、货物吞吐量、航运公司等相关信息。
建设上海港空间地理系统系统的难点还在于信息的整合，如中央事权与地方事权管理信息的整合、不同管理部门之间的信息整合、港口水域与陆域信息的整合等。因此，应注重基础平台开发建设。基础平台完善与否是上海港空间地理信息系统成功的关键。基础平台应具备一定的通用性和适用性。港口基础地理数据管理平台作为一个开放的平台，不仅提供港口、航道的基础地图，而且能够提供良好的二次开发接口，能够与其他领域的系统有效整合，并在其基础上开发适合于本部门、本行业业务的应用（如港口规划建设、码头生产调度、引航管理、船舶交通管理以及应急等业务）。
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