0 引　言

随着海洋意识的提高，以美国为代表的发达国家非常重视海洋环境信息的收集，这些国家从19世纪就开始着手对海洋环境各种信息进行调查，然后不断积累完善海洋环境数据信息。采用现代高科技技术，广泛利用计算机、网络等技术连续地采集、处理和利用海洋环境数据。但是由于数据存储格式造成数据使用不便，所以如何搭建一个高效的海洋环境信息数据共享系统，提供数据存储技术、快速查询技术、数据修改集成技术、数据信息可视化技术是关键技术问题。

欧洲Escience研究计划的GODIVA研究项目在英国国家环境研究中心建立，对海洋盐度温度等数据进行了处理分析和可视化服务^[1]。美国的加州大学圣地亚哥分校建立了海洋监测数据整合知识网络^[2]。MIT主持的Poseidon项目集成了建模、可视化和参数计算方法等，通过Web界面方便海洋科学者实现对海洋数据的使用^[3]。中国科学院开发的科学数据网基于科学数据库的海量数据资源，采用先进的数据网络技术，建立了一个面向大规模分布式异构数据库的共享平台，通过连接分散在全国范围内的40多家研究机构，在海洋数据方面提供了海洋化学数据子系统、波浪波谱数据子系统、ARGO数据子系统、表层流数据子系统等的访问服务^[4]。

总的来说，国内外在海洋环境信息方面做了大量的工作，本文将通过收集国内外的研究数据资料，并进行统一的格式化处理，采用Qt与Oracle相结合的技术建立海洋环境信息数据库，并采用可视化技术，使用户可以通过海图点取相应的海域位置对海洋信息进行查询，从而能够高效直观得到相关信息。为船舶航行预报或其他科学研究提供帮助。

1 海洋环境数据

因为有很多种海洋数据信息，数据的来源也不一样，目前主要的数据来源和可借鉴的网站如下：中国海事服务网，航运在线网，地球系统科学数据共享平台，中国气象科学数据共享服务网，中国天气台风网，台风路径实时发布系统，European Centre for Medium-Range Weather Forecasts（ECMWF）官方网站，International Research Institute for Climate and Society，中国Argo实时资料中心。

由于数据来源渠道不一，为了实现数据的高效管理，必须对数据进行整理归纳。其中大多数数据例如平均波方向、波周期等主要来源于ECMWF；洋流等来源于国际气候与社会研究所与中国Argo实时资料中心；台风风暴等数据主要来自于中国气象的相关网站^{[5 – 6]}。收集资料时综合参考了以上网站公布的可以利用的资料，有的网站资料并不全面，必须经过整理去除不必要数据、分析数据的正确与否。

数据采集过程如图1和图2所示。

在数据采集过程中，数据是零散或无法直接利用的，如风分为u风和v风，海流分为经向海流与纬向海流，这些数据均是向量形式的，在建立数据库之前需要对数据进行合成处理得出风的大小与方向以及海流的大小与方向。

与此同时，由于所收集的原始数据来源不同，时间跨度较长，标准不一，而且数据量很大，数据记录难免有一些错误。所以在对数据的处理上，应该排除不合常理的数据，对于重复数据与异常数据也应该给予排除。

2 海洋环境信息数据库 2.1 数据库整体设计

数据库的建立一般包括系统设计、实施和维护过程，以实际应用为导向，对数据进行系统分析以便对数据需求进行了解然后建立数据库。

本文所建立的海洋环境数据库系统从开发的角度出发，可将整个系统分为3个部分：根据电子海图显示平台，使其成为基本界面；后台数据库用Oracle；以显示为上层客户端；从使用的角度出发，数据库要给用户提供大量详实可靠的数据以便用户进行分析与决策。本文所建立的数据库主要包括以下模块：海洋环境信息查询、气象环境信息查询、沿岸地理信息查询、海洋环境对船舶影响如图3所示。

2.2 数据库开发环境

本文运用Oracle^[7]数据库自身所携带的Procedural Language/Structured Query Language（简称PL/SQL）进行数据的查询和程序的设计。使用Qt软件为数据库的程序开发工具。具体的数据库的开发环境与工具如表1所示。

为了充分利用Qt的优势与功能，达到建立Oracle数据库的目的，使用Qt与数据库连接。在Qt中运行代码使得两者相连接，并实现在Qt中对数据库进行一定的操作。

2.3 数据表结构设计

本文建立数据库表的原则：为了达到高效的数据库功能系统，表设计时应该遵照一定的原则对数据信息进行系统分类，与此同时还要确保表设计的合理性。此外为了消除表中存在的冗余现象，还要对表进行规范化设计以确保一个表只能围绕一个标题，便于对表进行维护^[8]。

根据系统需求，详细设计各数据库对象，包括数据表和视图等。海洋环境信息表（OCEAN_EVIR）如表2所示。

2.4 水文环境信息查询

海洋环境信息主要分为2个部分，一个是点查询一个是区域查询。点查询主要查询某一经纬度点的相关水深、水表温度、洋流、波高以及波的流向等信息。可以按照天来查询也可以按照年来查询。年查询的查询结果为曲线图。区域查询是针对某一经纬度区域内的信息查询。查询结果可以用2种方式显示：一种为文本形式，显示出表格：另一种是可视化的形式，也就是显示出该地区的海图，通过等高线等来显示，以更直观的形式来展示数据。区域查询方式的主要程序流程如图4所示。

2.5 界面可视化功能

可视化是人机交互的一种形式，具有人机对话的功能。可视化功能可以为数据库的用户提供一个直观、美化与人性化的界面用以数据库的操作。通过可视化界面，用户不必面对枯燥的代码，也不用花费大量时间用以在数据库中查找数据。用户只要在可视化界面上进行相应的操作就可以查询到对应的数据信息，从而获得所需的数据资料^[9]。该模块的主界面设计如图5所示。在经纬度的获取上，有2种方式：一种为手动输入，直接在输入框内输入具体的经纬度；另一种为从地图上获取，点击获取经纬度按钮，打开地图（图6），在地图上双击所要查询的点，位置坐标自动保存到输入框内。

按天查询和按年查询的功能，不同的选择点击查询按钮出来的结果不一样。以波高为例，选择按年查询并且勾选波高要素选项，可以直接给出一年的波高变化图，如图7所示。

进行区域查询时，首先选择查询区域的经纬度范围，然后选择日期。最后选择海洋水文要素。可以选择可视化方式显示区域信息，也可以直接将数据以excel的形式进行导出以方便数据的查看和整理。图8显示的就是海洋洋流的可视化结果。

3 结　语

本文设计的海洋环境数据库除了传统数据库数据查询功能外，还注重对数据进行分类处理。建立该数据库就是依托于现如今高速发展的信息产业技术建立起有关海洋环境的数据集合，通过该数据库，可以快速准确地查找到所需海域的海洋环境与气象环境数据，可视化的点查询是区域查询相比传统的数据查询更加直观与方便，能够为船舶航行预报或其他科学研究提供帮助。