海洋地理信息系统.ppt

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1、海洋地理信息系统海洋地理信息系统主要参考文献：o1薛存金薛存金,苏奋振苏奋振,杜云艳杜云艳.海洋地理信息系统集成技术分析海洋地理信息系统集成技术分析J.海洋学报海洋学报(中文版中文版),2008,(04)：56-61.o2苏奋振苏奋振;周成虎周成虎;杨晓梅杨晓梅等等.海洋地理信息系统理论基础及其关键技术研究海洋地理信息系统理论基础及其关键技术研究J.海洋学报海洋学报(中文版中文版),2004,(06)：22-28.o3周海燕周海燕,苏奋振苏奋振,艾廷华艾廷华等等.海洋地理信息系统研究进展海洋地理信息系统研究进展J.测绘信息与工测绘信息与工程程,2005,(03)：25-27.o4吴克勤吴克勤.

2、海洋地理信息系统海洋地理信息系统J.海洋信息海洋信息,2000,(03)：1-2.o5张犁张犁.GIS系统集成的理论与实践系统集成的理论与实践J.地理学报地理学报,1996,(04)：306-314.o6杨晓梅杨晓梅,杜云艳杜云艳,苏奋振苏奋振等等.GIS与卫星遥感在中国海岸带应用中的技术与卫星遥感在中国海岸带应用中的技术系统建设系统建设J1高技术通讯高技术通讯,2003(增刊增刊):591.o7石金榜石金榜.对海洋地理信息系统进一步发展的几点建议对海洋地理信息系统进一步发展的几点建议A.2001年测绘学年测绘学组学术研讨会论文集组学术研讨会论文集C,2001:130-131.o8刘宝银刘宝银

3、,张杰张杰.海洋科学的前沿海洋科学的前沿“数字海洋数字海洋”J.地球信息科学地球信息科学,2000,(01):8-11.背景及其前沿正当人们提出正当人们提出21世纪将是信息时代世纪将是信息时代,亦是海洋亦是海洋世纪的时候世纪的时候,“数字地球数字地球”展现了它非同小可的前景。展现了它非同小可的前景。为此为此,1999年年5月月14日日,由国家科技部主持召开由国家科技部主持召开了我国开展了我国开展“数字地球数字地球”工作的专家研讨会。对会议工作的专家研讨会。对会议的中心议题和专家的高见的中心议题和专家的高见,笔者颇受鼓舞和启发。无笔者颇受鼓舞和启发。无疑疑,我国将来的我国将来的“数字海洋数字海洋

4、”当为当为“数字中国数字中国”主要主要组成部分之一。组成部分之一。随着随着“数字海洋数字海洋”战略的提出战略的提出,地理信息系统地理信息系统(GIS)作为对蕴涵空间作为对蕴涵空间位置信息的数据进行采集、存储、管理、分发、分析、显示和应用的通用技术位置信息的数据进行采集、存储、管理、分发、分析、显示和应用的通用技术以及处理时空问题的有力工具以及处理时空问题的有力工具,愈来愈被海洋领域的专家所关注愈来愈被海洋领域的专家所关注.海洋信息系统海洋信息系统研究理论和技术得以发展。研究理论和技术得以发展。地理信息系统的定义地理信息系统地理信息系统：是是由由计计算算机机硬硬件件、软软件件和和不不同同的的方方

5、法法组组成成的的系系统统，该该系系统统设设计计来来支支持持空空间间数数据据的的采采集集、管管理理、处处理理、分分析析、建建模模和和显显示示，以以便解决复杂的规划和管理问题。便解决复杂的规划和管理问题。美美 国国 联联 邦邦 数数 字字 地地 图图 协协 调调 委委 员员 会会（FICCDCFICCDC）海洋地理信息系统(MGIS)的定义地理信息系统地理信息系统(GIS)是海岸带资源和环境综合管理是海岸带资源和环境综合管理的强有力的技术手段。但它应用于海洋必须在数据结构、的强有力的技术手段。但它应用于海洋必须在数据结构、系统组成、软件功能等方面进行一系列改造，使之适应系统组成、软件功能等方面进行

6、一系列改造，使之适应海洋的特点。经改造而适用于海洋的海洋的特点。经改造而适用于海洋的GIS，被称之为海，被称之为海洋地理信息系统洋地理信息系统(MGIS)或海岸带地理信息系统或海岸带地理信息系统(CGIS)。海洋地理信息系统的定位海洋地理信息系统的发展历程2)国外应用系统商业化软件的发展国外应用系统商业化软件的发展o1987年年,MRJ公公司将司将Arc/Info应用于海洋数据分析应用应用于海洋数据分析应用,其后用其后用Arc/Info,Erdas等等软件包定制了多种二次开发方案软件包定制了多种二次开发方案。o1993年推出了年推出了MarineDataSampler(一个全球海洋影像和数据集

7、的一个全球海洋影像和数据集的CD2ROM),其应其应用软件基于用软件基于ArcView开发。开发。o1991年年,ESRIArc/Info用户大会首次出现了关于海洋用户大会首次出现了关于海洋GIS的文章日本农林水产、环境的文章日本农林水产、环境模模拟实验室拟实验室(ESL)专门成立了海洋专门成立了海洋GIS研究组研究组,开发了一套海开发了一套海洋渔业洋渔业GISMarineExplorer,其制图功能主要面向海洋领域其制图功能主要面向海洋领域问题进行优化。问题进行优化。o英国综合运用英国综合运用DBMS和和GIS开发了渔业生开发了渔业生产动态管理系统产动态管理系统FISHCAM2000(简称简

8、称FC),该该系统由船载系统由船载模块和管理模块二部分组成。模块和管理模块二部分组成。目前利用商业化目前利用商业化GIS软件研软件研究开发海洋应用系统已涉及到海洋领域各方面究开发海洋应用系统已涉及到海洋领域各方面海洋地理信息系统的发展历程1)国外海洋国外海洋GIS的研究进展的研究进展o20世纪世纪60年代早期美国国家海洋测量局年代早期美国国家海洋测量局进行的航海自动化制图进行的航海自动化制图o90年代后年代后,海洋数据和信息极为海洋数据和信息极为丰富丰富,造成了造成了“数据和信息爆炸数据和信息爆炸”5。美国海洋学家。美国海洋学家Manley与动态图形软件专家与动态图形软件专家Tallet合作合

9、作,发表了关于海洋发表了关于海洋GIS的第的第一篇文章一篇文章,不仅深入讨不仅深入讨论了论了GIS的数据管理和显示功能的数据管理和显示功能,而而且还卓有远见地讨论物理海洋数据和化学海洋数据的真且还卓有远见地讨论物理海洋数据和化学海洋数据的真三维建模和可视化。三维建模和可视化。o1992年，美国全球变化计划在年，美国全球变化计划在美国国家基金的支持下美国国家基金的支持下,设立设立RIDGE计划计划,LiR和和Saxena系统地阐述系统地阐述了了GIS在陆地和海洋应用中的重要差别在陆地和海洋应用中的重要差别。o1995年年MarineGeodesy杂志出版了海洋杂志出版了海洋GIS研究的专辑。研究

10、的专辑。o1996年年FAO出版了一本渔业技术论文集出版了一本渔业技术论文集,指出了海洋渔业指出了海洋渔业GIS数据库必须考虑数据库必须考虑3D环境、环境、时空变化、时空变化、模糊环境、模糊环境、统计变量制图等方法。统计变量制图等方法。o1999年年TaylorandFrancis出版了出版了MarineandCoastalGeographicalInformationSystem一书一书,内容包括海洋数据的表达、内容包括海洋数据的表达、分析与可视化等。分析与可视化等。海洋地理信息系统的发展历程3)国内海洋国内海洋GIS的研究进展。的研究进展。o二十世纪二十世纪90年代初年代初,陈述彭院士就极

11、力倡导海岸与海洋陈述彭院士就极力倡导海岸与海洋GIS的研究与开发的研究与开发,并提出了并提出了“以海岸链为基线以海岸链为基线的全球数据库的全球数据库”的构想的构想。o自自80年代中期以来，资源与环境信息系统国家重点实验室就开展年代中期以来，资源与环境信息系统国家重点实验室就开展GIS和遥感支持下的黄河三角洲的可和遥感支持下的黄河三角洲的可持续发展研究持续发展研究o90年代中年代中,又开展了海岸带空间应用系统预研究。又开展了海岸带空间应用系统预研究。o国家海洋信息中心以我国多年积累的海洋数据资料国家海洋信息中心以我国多年积累的海洋数据资料,建立了中国海洋信息基础网建立了中国海洋信息基础网,对大量

12、海洋数据进行对大量海洋数据进行管理和分发。管理和分发。o“九五九五”期间期间,国家国家863计划海洋领域海洋监测主题设立了计划海洋领域海洋监测主题设立了“海洋渔业遥感信息服务系统技术和示范海洋渔业遥感信息服务系统技术和示范试验试验”专题。中国科学院地理研究所开发了具有海洋渔业应用特色的桌面专题。中国科学院地理研究所开发了具有海洋渔业应用特色的桌面GIS,并进行了一系列的研究。并进行了一系列的研究。邵全琴、周成虎等提出了海洋渔业数据建模的扩展邵全琴、周成虎等提出了海洋渔业数据建模的扩展E2R方法方法,邵全琴完成了博士论文邵全琴完成了博士论文“海洋海洋GIS时空时空数据表达研究数据表达研究”,并带

13、领地理研究所海洋工作组出版了专著并带领地理研究所海洋工作组出版了专著海洋渔业地理信息系统研究与应用海洋渔业地理信息系统研究与应用。海洋地理信息系统的特点MGIS与与GIS比有以下三个特点：比有以下三个特点：o1具有多维数据处理能力具有多维数据处理能力o2具有多种数据源数据的集成能力和数据同化能力具有多种数据源数据的集成能力和数据同化能力o3具有模型化、智能化和多功能性等特征具有模型化、智能化和多功能性等特征海洋地理信息系统的特点1）具有三维深度或高度甚至四维时间空间数据处具有三维深度或高度甚至四维时间空间数据处理能力理能力。o因为海洋不同于陆地海表面上任意一个因为海洋不同于陆地海表面上任意一个

14、“点点”，如观测站或任一流动物体，如观测站或任一流动物体,如船只如船只、污染物等、污染物等的方位除包含和量之外的方位除包含和量之外,还应包含一个深度量还应包含一个深度量若此若此“点点”在海底则是在海底则是高度量高度量。海面上一个海面上一个“面面”如海上养殖场、海上油如海上养殖场、海上油田等田等方位的表达也是如此方位的表达也是如此。o此外，如海面油膜此外，如海面油膜、赤潮或其他污染物等某一时间在处、赤潮或其他污染物等某一时间在处,过段时间后随海水运动到达过段时间后随海水运动到达处处,这类海上流动物体方位的表达除上述三个量外这类海上流动物体方位的表达除上述三个量外,还包含一个时变量还包含一个时变量

15、海岸线随时间海岸线随时间的动态变化过程亦如此的动态变化过程亦如此o目前商用目前商用软件均是按二维的空间拓扑结构开发的软件均是按二维的空间拓扑结构开发的,不能有效地显示和分析海上物体三不能有效地显示和分析海上物体三维或四维特性维或四维特性。海洋地理信息系统的特点2）具有多种数据源数据的集成能力和数据同化能力。）具有多种数据源数据的集成能力和数据同化能力。o沿海台站沿海台站、浮标、浮标、船舶、海洋遥感技术等既是原始数据源、船舶、海洋遥感技术等既是原始数据源,也是数据更新源。特别也是数据更新源。特别是海洋遥感信息源是海洋遥感信息源,它可提供大范围的、同步的、连续它可提供大范围的、同步的、连续的实时数

16、据的实时数据,甚至可提供其甚至可提供其他观测手段不能提供的恶劣海况条件下的数据他观测手段不能提供的恶劣海况条件下的数据,成为海洋地理信息系统的支撑数据成为海洋地理信息系统的支撑数据源源；o因此因此,具有较强的遥感信息输人和处理能力由于数据源的多样化具有较强的遥感信息输人和处理能力由于数据源的多样化,不同来源数据标不同来源数据标准、精度、分辨率等都不统一。为了保证输出产品质量、精度和空间尺度的一致准、精度、分辨率等都不统一。为了保证输出产品质量、精度和空间尺度的一致,具有较强的数据同化能力。具有较强的数据同化能力。海洋地理信息系统的特点3)具有模型智能化和多功能性等特征具有模型智能化和多功能性等

17、特征o海岸带自然属性的多样性和复杂性，综合管理目表（社会、经济、海岸带自然属性的多样性和复杂性，综合管理目表（社会、经济、环境、资源等）的多重性，均要求环境、资源等）的多重性，均要求GGIS具有比常规更强的具有比常规更强的智能化程度和多功能性智能化程度和多功能性;o在策略计划制订、多目标优选决策、开发项目方案优化以及管理在策略计划制订、多目标优选决策、开发项目方案优化以及管理效果预测等方面，必然要应用分析，评价、预测、决策等多种模效果预测等方面，必然要应用分析，评价、预测、决策等多种模型。型。海洋地理信息系统的需求及定义o(1)数据融合数据融合将各种海洋现场测量数据将各种海洋现场测量数据和遥感

18、数据融合为统一和遥感数据融合为统一标准的数据集标准的数据集,如从大如从大数据集中获取在一定空间范围数据集中获取在一定空间范围内具有统一投影内具有统一投影或高程基准的、具有一定数据质量的或高程基准的、具有一定数据质量的同期或准同期或准同期的分析数据同期的分析数据;海洋地理信息系统的需求及定义(2)插值插值对数据的质量进行评估对数据的质量进行评估,对缺失的数据进行插补对缺失的数据进行插补;这里的插值是特指三维空间这里的插值是特指三维空间插值和时空四维插值插值和时空四维插值;海洋地理信息系统的需求及定义o(3)场运算场运算,空间域的基本运算和操作、等值线和要空间域的基本运算和操作、等值线和要素场剖面

19、线图等的自动绘制素场剖面线图等的自动绘制;频率域频率域的的EOF变换、傅里叶变换、小变换、傅里叶变换、小波分析等波分析等;专业运专业运算的温度锋、涡旋、水团的提取与划分等算的温度锋、涡旋、水团的提取与划分等;海洋地理信息系统的需求及定义o(4)多维显示与分析需求多维显示与分析需求,包括断面可视化、多维时包括断面可视化、多维时-空要素的多元表达和动态显示、结空要素的多元表达和动态显示、结果的多元表达和输果的多元表达和输出等出等.海洋地理信息系统的需求及定义MGIS提取特征流程图海洋地理信息系统的基本功能多功能性是海洋地理信息系统的一大特点多功能性是海洋地理信息系统的一大特点,加深对海洋加深对海洋

20、地理信息系统基本功能的认识地理信息系统基本功能的认识;有益于海洋地理信息系有益于海洋地理信息系统的深度开发及其技术发展。统的深度开发及其技术发展。海洋地理信息系统的基本功能有：海洋地理信息系统的基本功能有：o数据管理功能数据管理功能o决策管理功能决策管理功能o分析评价功能分析评价功能o模拟预测功能模拟预测功能海洋地理信息系统的基本功能o数据管理功能数据管理功能o主要是指有关海洋空间数据和非空间数据的搜集、存储、检索、显示查询和编辑等主要是指有关海洋空间数据和非空间数据的搜集、存储、检索、显示查询和编辑等功能。就某种意义而言功能。就某种意义而言,任何任何“管理管理”都是信息流的一种交流形式都是信

21、息流的一种交流形式,特别是海岸带特别是海岸带综合管理综合管理,是多渠道是多渠道、多层次、多形式信息流定向（单向）或双向或多向交流形式。、多层次、多形式信息流定向（单向）或双向或多向交流形式。MGIS开发了海洋数据管理系统和通信络开发了海洋数据管理系统和通信络,MGIS可为海岸带综合管理信息交流提供可为海岸带综合管理信息交流提供便利创造条件便利创造条件,从而提高海岸带综合管理的效率从而提高海岸带综合管理的效率,提高海洋数据（空间的和非空间）提高海洋数据（空间的和非空间）的自身的利用价值的自身的利用价值。海洋地理信息系统的基本功能o决策管理功能决策管理功能o当前当前,沿海地区出现经济多元化发展趋势

22、沿海地区出现经济多元化发展趋势,管理方式也从单一的经济目标管理向社管理方式也从单一的经济目标管理向社会、资源、环境、文化等多目标管理模式转变会、资源、环境、文化等多目标管理模式转变。MGIS通过一般决策模型通过一般决策模型、多目、多目标决策模型、模糊决策模型等不同的决策模型标决策模型、模糊决策模型等不同的决策模型,为海岸带综合管理分析自然和社会为海岸带综合管理分析自然和社会各种因素提供多目标辅助决策支持各种因素提供多目标辅助决策支持,以减少决策的盲目性和片面性以减少决策的盲目性和片面性,同时同时,也为海岸也为海岸带管理实现标准化、可视化、计算机化的统一管理提供了技术手段带管理实现标准化、可视化

23、、计算机化的统一管理提供了技术手段,从而达到信息从而达到信息资源共享、提高管理效率、节约管理经费的目的。资源共享、提高管理效率、节约管理经费的目的。海洋地理信息系统的基本功能o分析评价功能分析评价功能o建立不同的分析模型和辅助决策支持系统建立不同的分析模型和辅助决策支持系统,可对各种开发项目可对各种开发项目,如港口建设、围海造如港口建设、围海造地、海上油气开采、海水增养殖等地、海上油气开采、海水增养殖等,进行综合评价分析进行综合评价分析,提供多种可行方案提供多种可行方案,供管理供管理部门决策参考。在发生突发事件部门决策参考。在发生突发事件,如发生海面大范围溢油、赤潮和风暴潮一类的自如发生海面大

24、范围溢油、赤潮和风暴潮一类的自然灾害时然灾害时,管理部门利用管理部门利用MGIS进行分析评价进行分析评价,作出快速应急响应作出快速应急响应,可减少损失。可减少损失。海洋地理信息系统的基本功能o模拟预测功能模拟预测功能oMGIS的模拟预测功能主要有两方面作用。首先的模拟预测功能主要有两方面作用。首先,根据海岸带资源及开发根据海岸带资源及开发现状、地区海洋经济发展趋势的潜力等各种综合因素现状、地区海洋经济发展趋势的潜力等各种综合因素,运用不同的预测模运用不同的预测模型型,模拟显示海岸带地区发展前景模拟显示海岸带地区发展前景,为中长期规划和宏观调控提供参考依据。为中长期规划和宏观调控提供参考依据。其

25、次其次,在发生海难或海面溢油事故时在发生海难或海面溢油事故时,向预测模型输人事故海区现场的风速向预测模型输人事故海区现场的风速风向、流速流向等海况数据风向、流速流向等海况数据,模拟事故的发生和发展过程模拟事故的发生和发展过程,以便采取有效的以便采取有效的救助打捞或防范措施。救助打捞或防范措施。海洋地理信息系统的框架及其关键o以下结合我们构建的以下结合我们构建的MGIS通用平台通用平台,论述论述MGIS不同于传统不同于传统GI的框架及其关键问题的框架及其关键问题.总体来说总体来说,MGIS基础平台处理分析海洋数据基础平台处理分析海洋数据的流程如图所示的流程如图所示,包括数据输入和提取、数据操作、

26、融合和分析、包括数据输入和提取、数据操作、融合和分析、海洋特征提取、操作和分析、结果输出海洋特征提取、操作和分析、结果输出,其中每一部分又可细分为其中每一部分又可细分为如图右侧的对应部分如图右侧的对应部分.利用系统进行海洋数据处理分析时工作流程利用系统进行海洋数据处理分析时工作流程并非固定如此并非固定如此,可以跳跃进行可以跳跃进行,同时也可不断反馈回溯同时也可不断反馈回溯.海洋地理信息系统的框架及其关键MGIS基础平台功能构成海洋地理信息系统的框架及其关键o数据输入、提取和操作数据输入、提取和操作o(1)海洋数据类别和种类多海洋数据类别和种类多,格式繁杂格式繁杂,必须定义统一的输入标准必须定义

27、统一的输入标准,并提供格式转换工并提供格式转换工具具,对数据对数据库内数据结构作出严密定义库内数据结构作出严密定义,从而为系统的操作提供便利从而为系统的操作提供便利.o(2)相对于陆地相对于陆地GIS平台平台,应特别注意时间动态的问题应特别注意时间动态的问题.在数据的提取和显示时都在数据的提取和显示时都必须对时间必须对时间进行限定进行限定,所有的提取均是对一定空范围的限定所有的提取均是对一定空范围的限定.o(3)尽管海洋数据量在急剧地增长尽管海洋数据量在急剧地增长,但对一定的时空进行限定时但对一定的时空进行限定时,数据却往往极为稀少数据却往往极为稀少,这凸现出这凸现出插值在插值在MGIS中的重

28、要性中的重要性.o(4)正因为数据相对稀少正因为数据相对稀少,数据的珍贵性得到重视数据的珍贵性得到重视,为此对为此对MGIS必须强调数据质量评估的重要必须强调数据质量评估的重要性性.o(5)相对于陆地应用的相对于陆地应用的GIS,对对MGIS必须重视高程基准的统一必须重视高程基准的统一.投影变换的重要性可以相对投影变换的重要性可以相对下降下降,一般用经纬网作为统一坐标体系一般用经纬网作为统一坐标体系.o(6)陆地上有地物或边界可对位置作标示或参照陆地上有地物或边界可对位置作标示或参照,而对而对MGIS只能用经纬网来标示其位置只能用经纬网来标示其位置,故在故在显示时需要调入经纬背景或标尺显示时需

29、要调入经纬背景或标尺.海洋地理信息系统的框架及其关键o时空插值时空插值o相对于陆地相对于陆地,在时在时-空限定下突出的问题是海洋数据太稀少空限定下突出的问题是海洋数据太稀少,特别在次表层以下特别在次表层以下.为为此要提供丰富的插值选择此要提供丰富的插值选择,同时要求发展不同于陆地的同时要求发展不同于陆地的GIS插值功能插值功能,最为直接的最为直接的是发展三维插是发展三维插值值,另外除了利用三维空间临近点进行插值外另外除了利用三维空间临近点进行插值外,还要发展利用时间临还要发展利用时间临近或时近或时-空临近进行插空临近进行插值值.考虑到海洋在大尺度上有年周期的变化考虑到海洋在大尺度上有年周期的变

30、化,因此可以利用因此可以利用背景知识或历史平均趋势进行智能背景知识或历史平均趋势进行智能空间插值空间插值,利用时间序列和空间分布进行时利用时间序列和空间分布进行时-空空插值插值.另一方面另一方面,相对于陆地相对于陆地GIS处理的数据处理的数据,对海洋数据需要进行线型插值对海洋数据需要进行线型插值,即即对一条线上的对一条线上的系列点及其要素系列点及其要素,要在这些点的连线缓冲区内进行等值线绘制要在这些点的连线缓冲区内进行等值线绘制.其插其插值方法可选择两点、三点、值方法可选择两点、三点、多点多点,一次、两次、多次一次、两次、多次.海洋地理信息系统的框架及其关键o模式集成模式集成oGIS在将地图与

31、计算模型相连或链接其他平台的程序方面功能强大在将地图与计算模型相连或链接其他平台的程序方面功能强大,在陆在陆地应用较为丰富地应用较为丰富,比如陆地过程模型比如陆地过程模型:地下水污染模型、气象模型、水土地下水污染模型、气象模型、水土流失方程、表面水文模型等流失方程、表面水文模型等.针对针对MGIS,对其模型集成要考虑如下要点对其模型集成要考虑如下要点:o(1)在在GIS理论和技术中对海洋还缺乏研究和理解的情况下理论和技术中对海洋还缺乏研究和理解的情况下,最为直接的最为直接的集成将传统的数值模集成将传统的数值模型与型与GIS进行松散的集成进行松散的集成;利用利用GIS可视化输入模型可视化输入模型

32、的初始场和边界数据的初始场和边界数据,由由GIS实时可视化输出模型运算结果实时可视化输出模型运算结果,并按时间动并按时间动态显示态显示,其中参数和数据在其中参数和数据在GIS与模型中的传递与模型中的传递采用文件的方式采用文件的方式;o(2)利用利用GIS生成模型所需网格及初始场生成模型所需网格及初始场;o(3)将一系列模型利用将一系列模型利用GIS联系为一个科学逻辑过程联系为一个科学逻辑过程;o(4)对动力系统边界问题的处理对动力系统边界问题的处理,即即MGIS提供栅格系统处理边界的算法提供栅格系统处理边界的算法或方式或方式.海洋地理信息系统的框架及其关键o测量数据时空探索性分析测量数据时空探

33、索性分析o海上实测数据中常见数据种类有台站数据、船舶报数据、断面测量数海上实测数据中常见数据种类有台站数据、船舶报数据、断面测量数据、据、ADCP测量数据和浮标数据测量数据和浮标数据(包括包括ARGO)等等.MGIS针对各种数据针对各种数据定制其功能定制其功能,其中与陆地其中与陆地GIS不同的数据分不同的数据分析功能析功能,除前面所述外除前面所述外,还包括还包括:o(1)区域数据统计和过程曲线绘制区域数据统计和过程曲线绘制,包括动态过程曲线包括动态过程曲线,即空间上设定即空间上设定时间段和时间间隔静态或动态地显示要素值的过程曲线时间段和时间间隔静态或动态地显示要素值的过程曲线,也可将各区也可将

34、各区域过程曲线静态或动态显示在同一弹出窗域过程曲线静态或动态显示在同一弹出窗口上口上;利用过程线的无级缩利用过程线的无级缩放分析不同时间尺度的规律放分析不同时间尺度的规律;缩放过程中设定数据的选取方式缩放过程中设定数据的选取方式,包括中包括中数平均数或极值等数平均数或极值等;o(2)对多区域或多点位对多区域或多点位,按要素项按要素项(单项或多项单项或多项)动态显示动态显示,比如柱状图比如柱状图动态动态,即在各空间即在各空间位置上显示要素值的柱状图位置上显示要素值的柱状图,高度随时间变化高度随时间变化,时时间间隔和起止时间可选间间隔和起止时间可选;除按空间位置显示除按空间位置显示外外,可选择它们

35、显示在同可选择它们显示在同一弹出窗口上一弹出窗口上,处于同一水平线上处于同一水平线上,以便比较以便比较;海洋地理信息系统的框架及其关键o测量数据时空探索性分析测量数据时空探索性分析o(3)对有纵深的测量对有纵深的测量,比如断面数据比如断面数据,除上面所述外还具备可视化选定空间点除上面所述外还具备可视化选定空间点,自动自动绘制其要素图及其密度和声学特征曲线绘制其要素图及其密度和声学特征曲线,并同步显示曲线的拐点、驻点和相互间距并同步显示曲线的拐点、驻点和相互间距离离(如衡量跃层如衡量跃层厚度厚度)及要素值与距离的比值及要素值与距离的比值(用于衡量要素变化率用于衡量要素变化率,如跃层强度如跃层强度

36、)等特征等特征;选定测线后则自动选定测线后则自动绘制等值线绘制等值线;选定多条测线重建三维测点选定多条测线重建三维测点,任意三维面任意三维面切割切割,自动插值生成其要素数据和图表自动插值生成其要素数据和图表;o(4)矢量分析矢量分析,对于如对于如ADCP,ARGO等数据等数据,除以上数据分析外除以上数据分析外,可对矢量场进可对矢量场进行插值和行插值和绘制、方向概率统计、矢量场时间序列动态显示、单点矢量的时间轴显绘制、方向概率统计、矢量场时间序列动态显示、单点矢量的时间轴显示等示等.海洋地理信息系统的框架及其关键o场基本分析场基本分析o正如上述正如上述,MGIS是以栅格数据或可转换为栅格的数据为

37、主要处理对象的可视化工具是以栅格数据或可转换为栅格的数据为主要处理对象的可视化工具或容器或容器,为此需要凸现栅格处理和分析算法及其可视化表达为此需要凸现栅格处理和分析算法及其可视化表达,现从简单到复杂分列现从简单到复杂分列如下如下:o(1)基本算子基本算子,主要是对栅格中的单元算术运算、布尔运算、关系运算、位运算、主要是对栅格中的单元算术运算、布尔运算、关系运算、位运算、集合运算、逻辑运算、累积运算和赋值运算等集合运算、逻辑运算、累积运算和赋值运算等;o(2)局部运算局部运算,对多个要素层运算对多个要素层运算,输出值只取决于输入栅格的同一位置单元值输出值只取决于输入栅格的同一位置单元值;o(3

38、)焦点运算焦点运算,对一个要素层进行运算对一个要素层进行运算,当前位置输出值取决于周围单元值当前位置输出值取决于周围单元值;o(4)区域运算区域运算,对多个要素层对多个要素层,按不同时空区域对栅格单元进行统计计算按不同时空区域对栅格单元进行统计计算;o(5)全局运算全局运算,对整个要素场全局单元进行统计和操作对整个要素场全局单元进行统计和操作;o(6)梯度计算梯度计算,包括五类方式包括五类方式,即四临域梯度计算、八临域梯度计算、按特定方向组即四临域梯度计算、八临域梯度计算、按特定方向组合的梯度计算、时间序列梯度计算、概率梯度计算合的梯度计算、时间序列梯度计算、概率梯度计算;用于对场进行划分用于

39、对场进行划分,如水团、锋如水团、锋区等的分析区等的分析;o(7)分类处理分类处理,从要素值类的距离进行场划分从要素值类的距离进行场划分,主要有主要有(非非)监督分类、直方图分类、监督分类、直方图分类、聚类、聚类、粗集分类、智能分类、梯度边界、人机交互边界统计依据等粗集分类、智能分类、梯度边界、人机交互边界统计依据等;o(8)空间分析空间分析,主要是空间自相关分析、相关分析、回归方程及检验主要是空间自相关分析、相关分析、回归方程及检验;多元分析及检多元分析及检验验;结结o构分析构分析,如变异函数分析及其理论模型拟合如变异函数分析及其理论模型拟合;多尺度分析或多分辨率逼近多尺度分析或多分辨率逼近;

40、频率域方频率域方法中强调法中强调小波分析和多尺度分析小波分析和多尺度分析.海洋地理信息系统的框架及其关键o海洋平面场几何特征分析海洋平面场几何特征分析o这里的特征提取涉及三方面的难点这里的特征提取涉及三方面的难点:o首先是弱边界的问题首先是弱边界的问题,海洋场是连续场海洋场是连续场,不同性质的水边界是一个不同性质的水边界是一个模糊的过渡区模糊的过渡区;o其次是边界的属性变化其次是边界的属性变化,即在同一条边界的不同处即在同一条边界的不同处,其判定的指标其判定的指标值是不一样的值是不一样的,换言之换言之,特征值相同不意味着处于同一边界上特征值相同不意味着处于同一边界上;o最后是噪声和数据缺失的问

41、题最后是噪声和数据缺失的问题,由此在特征提取的过程中要对多种由此在特征提取的过程中要对多种情况进行判定情况进行判定.海洋地理信息系统的框架及其关键o三维场分析三维场分析o首先完成实测数据的时空展布首先完成实测数据的时空展布,从而选取研究区域及其数据对象从而选取研究区域及其数据对象.实测点的属性实测点的属性,包括时空位置、施测者、要素值包括时空位置、施测者、要素值(大小和方向大小和方向)等等,以可定义的色标和符号显示以可定义的色标和符号显示.o对数据的读入和选取提供多种方式对数据的读入和选取提供多种方式,对数字或可视化设定研究区对数字或可视化设定研究区,三维坐标上显示经纬度和深度三维坐标上显示经

42、纬度和深度,并显示海底和岸线并显示海底和岸线;在研究区内在研究区内显示调查点和铅垂线以及测线显示调查点和铅垂线以及测线(测线上标示时间和机构名称测线上标示时间和机构名称),对测点上要素值按色标显示对测点上要素值按色标显示.o三维坐标上显示经纬度和深度三维坐标上显示经纬度和深度.对数据构建用于插值的网格对数据构建用于插值的网格,比比如三维如三维TIN,要实现对数据的时空插值处理要实现对数据的时空插值处理,对任意的断面和大对任意的断面和大面要进行截面栅格显示面要进行截面栅格显示,绘制等值线图绘制等值线图.对色标可按用户定义对色标可按用户定义,对对于地质等类别数据则在截面上显示分解线于地质等类别数据

43、则在截面上显示分解线.海洋地理信息系统的框架及其关键o时空场分析时空场分析o对时空场分析的主要目的在于通过对时空体的操作和分析对时空场分析的主要目的在于通过对时空体的操作和分析,从中获取时空体的特征从中获取时空体的特征,比如比如水团水团分布及其模糊边界、跃层的提取等分布及其模糊边界、跃层的提取等,并将其对时间序列数据以动态变化形成显示在时空并将其对时间序列数据以动态变化形成显示在时空中中,分分析其时空动态的量化描述析其时空动态的量化描述,比如速度、季节变异等比如速度、季节变异等.o传统的传统的GIS主要处理空间状态主要处理空间状态,而而MGIS区别于传统的区别于传统的GIS的本质特点在于处理的

44、是时的本质特点在于处理的是时空过空过程程,因此对因此对MGIS时空场的操作和分析也是其发展方向及最大难点时空场的操作和分析也是其发展方向及最大难点.时时-空场的操作和分空场的操作和分析的析的出发点在于如何将时出发点在于如何将时-空过程在时间和空间上进行离散化空过程在时间和空间上进行离散化,进而对时空离散的过程进行进而对时空离散的过程进行各种统各种统计分析计分析,比如时比如时-空过程的相互关联空过程的相互关联8、时、时-空过程缓冲区操作、叠加分析等空过程缓冲区操作、叠加分析等.o将时将时-空四维空间进行降维操作空四维空间进行降维操作,比如主成分、投影等比如主成分、投影等,然而利用传统的然而利用传

45、统的GIS处理许多二处理许多二维维操作和分析方法操作和分析方法,也不适为一个折中的办法也不适为一个折中的办法.海洋地理信息系统的框架及其关键o显示和制图显示和制图o显示有利于判读和分辨显示有利于判读和分辨,从人认知的角度设定颜色和符号从人认知的角度设定颜色和符号,以适应人的生以适应人的生理和心理习惯理和心理习惯.o另一方面要提供选择的工具另一方面要提供选择的工具,比如利用其他统计比如利用其他统计(概率分布、直方图等概率分布、直方图等)或或背景知识设定色标背景知识设定色标.时间序列的显示提供动态显示的时空分辨率时间序列的显示提供动态显示的时空分辨率,以满足以满足不同现象和规律的时空尺度不同现象和

46、规律的时空尺度.从可视化的从可视化的角度提供多窗口机制角度提供多窗口机制,可以比较可以比较同一时空范围的不同要素场同一时空范围的不同要素场,如用于寻找各要素间的关系如用于寻找各要素间的关系;同同一要素在不一要素在不同时空范围的分布和变化同时空范围的分布和变化,如用于寻找不同时空范围的遥相关如用于寻找不同时空范围的遥相关;同一要素同一要素的不同时的不同时空分辨率的分布和变化规律空分辨率的分布和变化规律,如用于寻找现象或规律的时空尺如用于寻找现象或规律的时空尺度等度等.海洋地理信息系统的应用o目前目前,海洋海洋GIS主要有以下几个方面的应用：主要有以下几个方面的应用：o1)海岸带开发和管理。海岸带

47、开发和管理。o2)海洋渔业。海洋渔业。o3)海洋环境监测评价海洋环境监测评价o4)海洋资源的开发与管理。海洋资源的开发与管理。o5)其他。其他。海洋地理信息系统的应用o1)海岸带开发和管理海岸带开发和管理o利用利用MGIS决策管理、分析评价和模拟预测等多项功能，可以为决策管理、分析评价和模拟预测等多项功能，可以为我国海岸带综合管理制订中长期发展规划、行业规划、土地利用我国海岸带综合管理制订中长期发展规划、行业规划、土地利用规划、功能区划、海域划界等奠定了科学基础规划、功能区划、海域划界等奠定了科学基础海洋地理信息系统的应用o2)海洋渔业海洋渔业o通过集成遥感、数据库管理系统、专题分析模型和专家

48、系统通过集成遥感、数据库管理系统、专题分析模型和专家系统,为海洋渔业为海洋渔业开发开发GIS平台。结合我国国情平台。结合我国国情,分析了海洋渔业渔政管理的诸多问题分析了海洋渔业渔政管理的诸多问题,以以现代系统工程的思想现代系统工程的思想,在东海渔业数据仓库的平台上搭建了东海渔业渔政在东海渔业数据仓库的平台上搭建了东海渔业渔政综合管理系统综合管理系统,为东海渔业生产管理、渔船动态监测和三证管理提供了技为东海渔业生产管理、渔船动态监测和三证管理提供了技术路线术路线,系统基本上实现了渔政管理的生产指挥调度、资源保护等几个基系统基本上实现了渔政管理的生产指挥调度、资源保护等几个基本要求本要求,为我国实

49、现大渔政的政策提供了技术方案为我国实现大渔政的政策提供了技术方案海洋地理信息系统的应用o3)海洋环境监测评价海洋环境监测评价o海洋环境管理主要是利用海洋环境管理主要是利用MGIS分析评价功能和模拟预测功能，分析评价功能和模拟预测功能，开展海岸带开发项目对社会、经济、生态环境和自然资源所产生开展海岸带开发项目对社会、经济、生态环境和自然资源所产生的正面和负面影响进行定性和定量分析，从而对环境质量进行动的正面和负面影响进行定性和定量分析，从而对环境质量进行动态跟踪态跟踪海洋地理信息系统的应用o4)海洋资源的开发与管理海洋资源的开发与管理o利用利用MGIS的制图功能，可以制作海岸带各类资源分布图和开

50、发利用图，的制图功能，可以制作海岸带各类资源分布图和开发利用图，若利用不同时期的资源开发利用图进行拓扑叠加，可以制作资源动态变化若利用不同时期的资源开发利用图进行拓扑叠加，可以制作资源动态变化图。有了这些基本图件以及资源、环境数据，人们就掌握了某一地区海岸图。有了这些基本图件以及资源、环境数据，人们就掌握了某一地区海岸带各类海洋资源的分布、数量、质量、开发利用现状等全面信息，为制订带各类海洋资源的分布、数量、质量、开发利用现状等全面信息，为制订海岸带资源合理开发规划提供可靠的依据海岸带资源合理开发规划提供可靠的依据海洋地理信息系统的应用o5)其他其他o海洋海洋GIS技术还和许多具体海洋学科结合