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摘要：虽然经过多年的发展和数据积累，海洋测绘部门已经拥有了大量海洋基础空间地理数据和专业数据，向各涉海行业用户提供了纸海图、电子海图及其它助航信息服务，且伴随着海上航运和海洋资源开发利用的发展，海洋产业部门、涉海经济机构与企业、海洋工程建设单位对海洋空间地理信息的需求越来越大，地理信息系统（GIS）技术得到迅速发展，海洋资源开发、海洋环境保护、海事监管、渔政管理、引航调度等方面大多也都已经建设和使用了各种GIS应用系统，但是，GIS系统重复建设、数据不能共享、资源不能整合、系统之间不能互联互通和互操作等问题也逐步凸显出来。如何进一步整合、管理和维护海洋基础空间地理数据，建立海洋空间地理数据的分发服务体系和技术体系，为各涉海部门提供综合、高效、现势性强的海洋空间地理信息服务，建立可应用于不同领域的统一数据共享平台，以加速海洋空间地理信息的应用，是当前亟需解决的主要问题之一。海洋空间数据基础设施（Spatial Data Infrastructure，MSDI）就是为了海洋空间数据的共享和分发而提出的重要概念。本文对MSDI的发展背景、总体技术架构、国际及国内开展现状、国内现存问题及其解决意见建议，对MSDI进行了系统性的介绍。

关键词：数据，海洋空间数据基础设施，措施

一、MSDI发展背景

海洋数据的获取虽有较高的成本，但因其本身所具备的潜在价值，公共团体及个人在全世界范围内收集、存储、并共享了大量的此类数据，收获了巨大的社会和经济效益，基于此，理应妥善管理这些数据，并尽可能广泛地提供给最终用户，以用于各种用途，包括用于计划、政策和决策、海洋管理、海洋空间规划（MSP）、科学研究和经济活动等等这些领域[1]。

鉴于此，国家海道测量组织（IHO）于2007年提出了MSDI的概念，并在2007年的第17届国际海道测量大会上成立了MSDI工作组，目标在于建立海上空间数据基础设施专门研究机构，以负责建立并完善相应的组织和标准，进而加快海洋空间数据的生产，减少海洋空间数据的重复采集，维护海洋空间数据的现势性、有效性和权威性，从而进一步加速海洋GIS的发展。

2016年8月，交通运输部海事局发布《海事航海保障“十三五”发展规划》也明确提出，“拓展以海洋空间地理信息为基础的海事测绘产品与服务框架，扩展测量范围，建设深远海探测能力，丰富航海图书产品类型，加大港口航道图发行量，服务各类海上活动”以及“建成全要素海洋空间地理数据云，提供海洋空间地理信息平台服务”。

中国海事信息化建设为海洋空间数据的采集奠定了很好的基础，海洋空间数据基础设施作为各类业务的重要支撑，是承担海事信息系统建设的基础，其能够提供多元化、定制化的数据服务，海事管理部门、船舶公司、社会公众等用户也将因为享受到更好的航海保障服务而提升生产、管理能力，从而促进中国整体海事事业的发展。

二、MSDI总体技术架构

MSDI建设的主要目标是建立起相应的组织和标准，以加快海洋空间数据的生产，减少海洋空间数据的重复采集，维护海洋空间数据的现势性、有效性和权威性，加速海洋GIS的发展[2]。

MSDI的建设包括以下4个方面的内容[3]：

（1）组织机构和数据管理及其发布体系;

（2）空间数据标准;

（3）空间数据交换网站，包括大型服务器和高速通信网络、空间数据库管理系统等;

（4）空间数据集。

三、国际MSDI开展现状

1、合作组织

（1）开放地理空间信息组织（OGC MDWG）

OGC作为全球领先的综合位置信息专家组织，一直致力于提供地理信息行业软件和数据及服务的标准化工作，引领着空间地理信息标准及定位基本服务的发展。IHO与OGC组织的合作将成为推动MSDI工作的一个新的发展方向。其开展的IHO-OGC FMSDI Pilot（联合海洋SDI示范试点）项目，有助于在各国的陆地和海洋SDI内以及在各国管辖范围内改进数据的发现和共享，可对现有的IHO和OGC标准进行实际测试并提出改进建议。

（2）联合国全球地理空间信息管理专家委员（UN-GGIM）

联合国全球地理空间信息管理专家委员（UN-GGIM）是协调全球地理空间信息团体的机构，该委员会致力于协调有关空间数据结构的国际间对话，并就如何建立和加强各国家在地理空间信息上的能力和建立空间数据结构而努力。目前，其对UN-GGIM 标准指南3.0版本、SDI 2.0版本和C-17等相关标准指南进行了及时修订，以推动促进和改进用于决策的地理空间信息的共享、集成和应用。

（3）地图行动

《国际海上人命安全公约》（SOLAS）规定，向海员提供海图是以国际海事组织采用的开放标准为基础的，目的是“确保尽可能统一”。自2006年以来，MapAction在各大洲开展业务，在灾区提供经常更新的情况地图，显示最迫切需要救援的地方。MapAction是一个非政府组织，在源码开放和软件产品许可之间交换来自不同来源的多种地理空间信息。MapAction和类似的组织可以为危机局势带来价值，因为他们的多个软件平台均是基于开放的地理空间标准。没有这些开放标准，MapAction就不可能以及时的、高成本效益的方式运转。

2、主要国家

巴西：2014-2020年，巴西国家空间数据基础设施（INDE）发布了181项元数据，2020-2021年增加了7个空间数据图层，为地理空间信息的生产者和用户提供可视化服务，近年来数据访问量显著上升。

丹麦：丹麦MSDI有11个涉海机构参与，允许用户查看和使用来自丹麦海洋局的海洋数据，共有84个海洋数据集可供利用，提供WMS服务、数据下载服务和MSDI元数据，其中海图等数据是收费的。

加拿大：加拿大海道测量机构（CHS）开发建设了NONNA系统，提供基于Web的访问主要用于非导航目的（NON-Navigational）应用，发布了100m和10m分辨率的S-102数据。

新加坡：新加坡海陆空一体化（GeoSpace-Sea）系统可访问各类海洋和海岸空间数据，该系统已被纳入了新加坡地理空间规划，助力新加坡建设地理智慧（GeoSmart）政府，促进地理产业发展。

挪威：挪威测绘局编制了国家空间数据基础设施系统建设的技术标准、数据关键元素和合作项目，实施挪威2025年国家地理空间战略，包括构建国家地理空间信息知识库，形成公共和私营行为者在管理、分享、发展和创新方面的良好互动;建成可预测的框架系统，以适应数字化社会挑战。

美国：美国MSDI系统可对政府权威可信数据集进行直接访问、为美国海洋规划提供数据、工具和技术支持、27+数据供应商贡献超过280个数据层、国家数据查看器和美国区域海洋数据目相关门户网站可下载并启用相关服务。

韩国：韩国MSDI的主要工作：一是实施新的海道测量和海洋数据使用的规章，将重点从海图转变到以海洋信息服务为主;二是基于S-100数据模型来提供基于要素的服务;三是以MSDI为基础制作多种新形式的基础海图;四是帮助IHO建立e-Learning中心。

西班牙：西班牙MSDI方面开展的主要工作：一是发布空间数据集和服务，提供国家空间数据集官方目录并建立相关门户网站;二是通过API提供潮汐预报数据等服务;三是公布对外数据政策文件，按许可分配各种数据信息。

日本：日本的MSIL是一个WebGIS系统，能够从13个不同的组织收集200多个海洋信息项目，并在一个屏幕上显示全球实时数据。它使使用者有机会根据自己的目的，从政府和有关机构掌握的各种海洋信息中选择必要的信息，并在屏幕上显示地图数据。MSIL有三个特性：首先，MSIL允许用户选择将多种数据叠加在地图上。MSIL的水库中储存了200多条数据和信息，如天气和海洋信息、地震相关信息和海底地质图;其次，MSIL被设计成具有用户友好的功能。只要用户想查看海洋休闲或渔业等场景，MSIL上的一键操作就可以让用户在准备好的选项的顶部页面上显示任何必要的地图。此外，MSIL还具有将使用MSIL绘制的地图导入私人网站的功能;第三，MSIL采用分布式数据库结构，能够向不同组织的其他系统引用和提供各种实时信息，可以可视化各种海洋相关数据，包括静态和实时数据，且使用MSIL可以有效地从其他数据持有者的数据库收集数据。

四、国内MSDI现状

我国MSDI建设一直与我国海事信息化建设相伴而行，各种海上空间数据从采集到应用基本已形成规范化的流程体系;海事航保业务的信息化建设，有效的支撑了航道测量、海图绘制、海上通信等航海保障工作，为航运安全、海洋资源开发等提供了全方位、更专业的服务;各涉海机构，如国家海洋局、中科院等对于海上数据也有了一定的积累，形成了以下公开的海洋数据共享数据库。

1、中国海洋科学数据库

中国海洋科学数据库是依托中国科学院相关研究所的海洋科学数据收集、处理等方面的优势资源，建成的数据种类齐全、时空覆盖面广、质量可靠的数据资源，包括中国近海定点观测平台数据库、中国近海开放航次观测数据库和中国近海遥感数据库[4]。

（1）中国近海定点观测平台数据库

中国近海定点观测平台数据库来源于黄海和东海定点观测研究站的观测数据。包括浮标数据（气象数据：风、气温、能见度等;水文数据：波浪、水温、剖面海流等;水质数据：叶绿素、溶解氧）、断面调查数据（水文数据：波浪、水温、盐度、海流等;水质数据：叶绿素、溶解氧、营养盐等;生物相关数据：浮游生物量等;沉积物相关数据）、潜标数据（水文数据如：剖面海流、水温、潮位等;应急保障观测数据有水文数据：水温、盐度等;水质数据：叶绿素、溶解氧、营养盐）等。

（2）中国近海开放航次观测数据库

中国近海开放航次观测数据库是基于“中国近海海洋科学考察开放航次”所获取的观测数据建立的完全开放共享的数据资源。包括基本航行数据（GPS 数据、电罗经数据、测深仪数据、风向风速仪数据、计程仪数据、Altalas测深仪数据）、基本调查数据（CTD 数据）、专项数据（HR2000、LISST、YSI、XBT、LADCP、极区潜标、太阳光度计、PCO2、WTW DO）等。

（3）中国近海遥感数据库

中国近海遥感数据库提供的信息服务包括海洋基础遥感影像信息、海洋专题遥感信息和海洋突发事件遥感信息。其中的主要信息来自于MODIS 原始数据的处理与信息提取，包含海洋表面温度信息和叶绿素信息。在提取过程中，原始影像数据经过了几何校正、云检测、海陆分割的预处理，最后进行影像镶嵌。

2、中国海洋信息网

中国海洋信息网由国家海洋信息中心创办，主要管理国家海洋信息 资源，指导、协调全国海洋馆信息化业务工作，为海洋经济、海洋管理、公益服务和海洋安全提供海洋信息的业务保障、技术支撑与服务。

中国海洋信息网的数据资料主要是海洋基础数据和海洋信息产品。海洋基础数据包括水文数据、海洋生物数据、Near-Goos气象数据、海洋台站数据、海绵气象数据、海洋化学数据、modis数据、中巴资源卫星元数据。海洋信息产品包括海洋环境基本场产品、海洋环境统计分析产品、海洋要素数据同化产品、海洋环境遥感产品、海洋气象资料、西太平洋水深网格图。

3、中科院海洋信息服务中心

中科院海洋信息服务中心主要承担国家、科学院和广东省有关海洋数据库研究与开发，正在建设的海南海洋数据共享系统已经形成由“南海海洋数据中心”、“南海海洋科学数据库”（中国科学院信息化重大专项支持）、“海南及其邻近海区科学数据共享平台（国家科技基础条件平台支持）”构成“管理-储存-服务”三级结构的数据管理与共享服务的业务化运行体系，提供国家海洋研究亟需的数据服务，根据用户权限实现7*24小时网上服务。

五、推动国内MSDI建设的主要因素

1、管理需求不断增长，客户日益多样化

一方面，蓝色经济的可持续发展、海洋环境的保护修复、防止或减轻海洋灾害或气候变化的后果等海洋管理内容，使得广泛的相关海洋数据的获取对重要决策的正确制定至关重要，迫切需要基于海洋大数据的基础性资料，管理部门对海洋空间数据的需求与日俱增。

另一方面，无论是出于航海要求的变化，还是对海洋环境的治理，全球对海道测量数据的需求日益多样化：许多国家的港口变化以及新的航海路线的出现，给航行安全带来了新挑战;航运在全球化中的核心作用给航运效率构成了巨大的压力，迫切需要通过一个新的、可靠的数字化和自动化服务来化解;与此同时，现有技术的复杂性也引起了人们对盗用技术的新关注。

2、技术进步

从传感器到数字服务，技术创新的步伐正在加快，这些技术使得处理海洋“大数据”和增强团队的能力成为可能。技术培训和标准的内容需要不断调整，这就需要海道测量组织在投资和培训方面作出巨大努力，这对于传感器承载设备的自动化以及人工智能领域的新处理技术尤为重要。

3、数据推动了水文生态的转变

虽然对海道测量数据的需求在增加，但可获得的海洋数据资产或资源却没有以同样的速度增加。日渐显露的供需矛盾，使得在传统海道测量方法之外，催生出众多易于操作执行的工具和技术（众包测深），为许多参与者提供了收集有价值的海洋空间数据的机会，收集到的海洋空间数据可用于多种用途，包括改进导航。

基于海洋空间数据和信息在我们社会中所起的关键作用—对公共政策（如开放数据）、整个价值链的数据保障需求（包括网络安全）以及私营部门的参与产生了重要影响，海洋空间数据可能会对如何维持对水文学的投资以及如何制定标准产生影响。

4、对海洋关注度提高

海洋在我们社会和全球地球系统中的作用越来越得到理解和认可，逐渐产生了全球性或区域性的倡议，例如《2030年议程》、《联合国海洋科学十年（2021-2030）》的后续决定、关于国家管辖范围以外地区海洋生物多样性的谈判、日本GEBCO海底2030项目等等，这些倡议为海洋科学提供前瞻性的指导意见，并专门为海洋知识和资源的描述提供框架。

六、制约国内MSDI发展的主要障碍

1、行业重视程度不够，缺少系统的考量设计

海上空间数据做为涉海行业部门的重要数据，是日常工作的重要成果，需要对数据进行不断的更新完善。在涉海行业中，海上空间数据是以海图数据、航标数据、通信设备等海洋数据为核心的数据，在对社会和各类行业提供航海保障的时候，发挥着极其重要的作用。但是目前，我国对海上空间数据进行统筹考虑较少，并且缺少对数据内容整合、数据整合方式方法等方面的顶层设计。

2、系统建设相对孤立，信息孤岛现象明显

受行业管理部门条块化信息管理机制的制约，纵向的信息交互与沟通相对顺畅，而横向的信息共享与协调水平并不高，缺乏统一的协调共享机制和交换渠道，信息化建设各自为阵，信息流通壁垒较大，大量的原信息无法通过交换层面实现共享，应用服务主要局限于行业的核心业务体系和政务服务体系，整体应用效果不够突出。

3、技术标准研究缺失，数据难以共享交换

各涉海行业的专业数据由于所属行业领域不同，导致关注的数据类型、数据维度等均不相同，即使是相同的数据类型，因数据分类、数据规范相关的技术标准要求的缺乏，且采集手段、使用的信息化系统的不同，也造成了数据格式迥异的结果;除此之外，因数据存储环境不同，系统间难以实现数据集的对接，导致大量海事相关数据无法交换和共享，为行业管理并为公众提供服务带来了一定阻碍。

4、技术队伍缺乏保障，先进技术有待研究

对于海上空间数据基础设施的相关研究，国内还只是刚刚起步，虽然陆上SDI的研究有了一定的技术和人员储备，但是在涉海行业内的“梯队建设”并不完善，有关MSDI方面专业化的技术支撑和相关业务人员队伍的建设缺口较大，另外针对MSDI先进技术的研究和应用距离国际上还有一定的差距。

七、完善国内MSDI的意见建议

海事信息化建设，经过漫长的历程，已经进入信息化建设的关键转型期，着眼于未来海事信息化建设，迫切需要更新发展理念，以MSDI建设为基点，坚持以信息化建设的科学发展观，方能破解发展难题，建议从以下几个方面加以完善：

1、转变开发理念，面向数据而非应用进行开发建设

传统的开发方式是将数据和应用紧密绑定在一起进行开发，一般都是针对特定的用户需求，按照报表建库，一旦应用发生变化，就要修改库结构并重新编写程序。因此，可考虑依托对现有海上空间数据的分析，将数据与应用分开，搭建统一的数据接口与标准数据库，实现不同系统、不同库表数据的关联，推动海事信息资源的深度融合。

2、加强沟通交流，执行国际通用、成熟的数据标准

“地理空间信息是支持地球共同努力解决全球问题的最基本工具。通过地理位置数据将自然灾害、贫困和环境的信息相互联系起来，可以有效地处理可持续发展和消除贫困等全球性问题[5]。”

为了有效地利用地理空间信息的价值，这些信息必须易于获取和使用。标准在这方面起着关键作用，对于提供符合广大用户群体要求的权威地理空间服务和产品至关重要。标准和合规性为社会和政府提供了重要的价值，对不断扩大的国民经济、工业和国家的全球竞争力至关重要[6]。

地理空间信息、技术和标准有助于促进和改进地理空间信息的共享、集成和应用，以供决策之用。然而，即使有了这些工具，各组织和政府之间有效分享信息的决定往往取决于积极主动的政策。这些政策选择必须在所有管辖区和企业的许多层面上作出，特别是在国家政府一级。多国应对疫情灾害就是一个典型例子，在这方面，就地理空间信息的共享制定明确的政策至关重要。

因此，中国的MSDI建设可由国家出台相关政策，要求统一采用目前国际通用、成熟的数据标准，如S-100系列标准。S-100是MSDI 的基本标准，也是海洋地理空间数据编码的通用标准，其源自ISO19100标准，一是具有较强的可互操作性，二是具有开放性，免费供所有人使用和实施，三是具有可扩展性，所有海洋领域（包括 MSDI） 都可以用他们的数据表示。

3、保护数据完整性，采用国际先进保密标准

MSDI的核心概念是在SOLAS导向的传统用途之外，在更广泛的活动范围内对海洋地理空间数据再利用。有些数据集的性质可能是很敏感的，但这并不是因为它们是机密的，而是因为它们出错的影响成本会很高。如果MSDI提供者错误地将数据集归为某个特定的官方机构，或者错误地复制数据集，那么就会造成很大的影响。举例来说，《联合国海洋法公约》的一个基本数据集：海洋界限和边界。《联合国海洋法公约》的官方限制和边界是一个基础数据集，通常用于进一步说明其他官方限制和边界，如海洋保护区、渔区等，其定义了协调海洋地籍系统的部分权利和责任。与构成ENC的复杂地理空间数据相比，这些数据集很简单，但由于它们代表的是长期存在的政治协定和条约的结果，所以它们在经济和政治上的分量可能很大，所以在MSDI环境中不正确地复制这些数据会产生令人担忧的影响。

因此，提供必要的手段和机制以保护数据的完整性，并保护最终用户所接收数据的来源就显得尤为重要。在处理数据完整性时，建议采用国际通用保密标准，即S-63。S-63定义了一个特定的全球网络机构，以数字签名形式将数据分发给每个ENC最终用户，以保障数据完整性。

4、整合数据及标准，搭建统一的MSDI管理平台

为促进海洋空间基础设施数据的治理、管理、发现、共享和重用，从而使海洋空间基础设施数据充分发挥出其应有的社会、经济价值，建议在现有数据库、行业标准的框架内，搭建一套统一的海上空间数据基础设施管理平台：

（1）基于OGC标准，搭建统一的图形化搜索、查询以及数据下载平台，实现对海上空间数据资源的数据存储、数据分析、数据下载、数据交换等功能;

（2）基于海道测量生产数据库（HPD）和ARCGIS等数据管理平台，结合海事现有其他海上空间数据资源，构建多源、多平台的空间地理数据库，形成开放的海上空间数据资源共享中心;

（3）在遵循国家和交通运输部标准的基础上，建立海上空间基础设施（MSDI）数据分类、数据类型等的标准、编制数据字典，构建多源数据的交流、共享的接口及存储机制;

（4）建设高可靠、高伸缩、高稳定、高性能的大型分布式数据库系统，建设以海上空间基础设施数据为核心的海上信息服务与共享体系，整合现有数据资源，形成统一标准的海上空间数据库。

参考文献：

[1]《海洋数据管理空间数据基础架构的开发》开放地理空间联盟编辑：罗伯特·托马斯http：//www.opengis.net/doc/per/marine-sdi

[2] 龚健雅.空间数据基础设施建设中的GIS.计算机世界网

[3] 王平.海洋空间数据基础设施（MSDI）建设思路

[4] 首页>>资源体系>>科学数据库 .中国科学院数据应用环境[引用日期2012-08-11]

[5]  http：//ggim.un.org/forum1.html

[6] ISO，“ISO/IEC标准化经济和社会效益研究清单”，2013 http：//www.standardsinfo.net/info/benefits/benefits_s1.html