海洋GIS技術(shù)研究進(jìn)展

【摘 要】地理信息系統(tǒng)（GIS）作為成熟的數(shù)據(jù)管理體系在陸地應(yīng)用上已經(jīng)取得了成功。將GIS系統(tǒng)應(yīng)用于海洋，為海洋學(xué)研究提供了一個(gè)全新的視角。本位將對(duì)海洋GIS系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行概述。

【關(guān)鍵詞】海洋；GIS

一、概述

地理信息系統(tǒng)（GIS）是集計(jì)算機(jī)、地理、遙感、測(cè)繪、環(huán)境等于一體的交叉學(xué)科，它以具有位置、屬性等的空間數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，通過建立空間數(shù)據(jù)庫，利用空間建模和分析方法，提供多種環(huán)境、資源等的時(shí)空變化信息，從而為科研、管理與決策服務(wù)。GIS系統(tǒng)在陸地上應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，在海洋學(xué)中的應(yīng)用需求也日益廣泛。

海洋學(xué)研究數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)具有多源、多時(shí)相，多尺度的特點(diǎn)，且不同海洋學(xué)科間數(shù)據(jù)表示與存儲(chǔ)方式差異很大。通過開發(fā)海洋GIS系統(tǒng)，可以對(duì)海洋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的組織管理，從多個(gè)層次上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析描述，使海洋時(shí)空數(shù)據(jù)的組織過程更加詳盡、清晰.本文將對(duì)海洋GIS系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況做一概述。

二、國(guó)外研究進(jìn)展

海洋GIS的產(chǎn)生最早可追溯至上世紀(jì)60年代早期美國(guó)國(guó)家海洋測(cè)量局進(jìn)行的航海圖自動(dòng)化制圖。20世紀(jì)70與80年代海洋數(shù)據(jù)采集技術(shù)飛速發(fā)展，到90年代獲取的數(shù)據(jù)量爆炸性增長(zhǎng)，這促使了海洋GIS研究的深入發(fā)展。1990年Manley 和 Tallet發(fā)表論文，闡述了海洋GIS在海洋數(shù)據(jù)的管理、分析與可視化方面的重要作用。1992年Caswell討論了應(yīng)用GIS技術(shù)進(jìn)行海底沉船等搜索和發(fā)現(xiàn)。90年代初期，美國(guó)全球變化計(jì)劃（U.S.Global Change Program）下設(shè)立RIDGE計(jì)劃對(duì)全球大洋中脊的多種關(guān)鍵過程進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，包括：海底熱液；水下火山微地貌；洋底地震的量級(jí)與深度等。1994年Mason等遙感數(shù)據(jù)和in-situ數(shù)據(jù)（海洋場(chǎng)實(shí)驗(yàn)調(diào)查數(shù)據(jù)）結(jié)合起來解釋中尺度海洋特征，并進(jìn)行氣候變化預(yù)測(cè)。1995年Wright等主要討論東太平洋洋中脊的地質(zhì)解釋，其中一部分內(nèi)容是關(guān)于使用GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析和制圖。1996年FAO出版漁業(yè)技術(shù)論文集回顧了GIS在海洋漁業(yè)中的應(yīng)用，同時(shí)指出了海洋漁業(yè)GIS數(shù)據(jù)庫構(gòu)建時(shí)的必須考慮的幾個(gè)方法問題：3D環(huán)境，時(shí)空變化，模糊環(huán)境，以及統(tǒng)計(jì)變量制圖。

三、國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

90年代初陳述彭提出了“以海岸鏈為基線的全球數(shù)據(jù)庫”的構(gòu)想。陳述彭、劉高煥、勵(lì)惠國(guó)等開展了GIS和遙感支持下的黃河三角洲的可持續(xù)發(fā)展研究，內(nèi)容涉及濕地保護(hù)、土地鹽堿化、海岸帶土地管理與遙感監(jiān)測(cè)等，但主要側(cè)重于陸上部分。90年代中海岸帶空間應(yīng)用系統(tǒng)研究開始出現(xiàn)。林琿和閭國(guó)年等將潮流模型與GIS結(jié)合起來研究中國(guó)海的潮波系統(tǒng)。裴相斌等將動(dòng)力模型與GIS 結(jié)合起來研究渤海灣的污染擴(kuò)散。王紅梅等開發(fā)了海洋油氣資源綜合預(yù)測(cè)系統(tǒng)，推動(dòng)了海洋油氣資源綜合預(yù)測(cè)地理信息系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，為我國(guó)海洋GIS研究奠定了一定的基礎(chǔ)。邵全琴、周成虎等提出了海洋漁業(yè)數(shù)據(jù)建模的擴(kuò)展E2R 方法?！熬盼濉逼陂g以東海為示范區(qū)，開發(fā)我國(guó)開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可業(yè)務(wù)化運(yùn)行的海洋漁業(yè)遙感、地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，重點(diǎn)研究東海三種經(jīng)濟(jì)魚類：帶魚、馬面魨與鯧魚。

四、海洋GIS應(yīng)用軟件發(fā)展概況

1987年，MRJ公司將ARC/INFO應(yīng)用于海洋數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，在1980年后期至90年代初，用ARC/INFO，Genamap和Erdas軟件包定制了多種二次開發(fā)方案，并于1993年推出了全球海洋影像和數(shù)據(jù)集（Marine data sampler）。美國(guó)夏威夷大學(xué)的太平洋制圖中心為開發(fā)、管理和發(fā)展美國(guó)太平洋島嶼的專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)而設(shè)計(jì)和開發(fā)了一個(gè)集成的海洋信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)著重開發(fā)了空間海洋數(shù)據(jù)的處理、GIS和制圖系統(tǒng)的集成、三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、海洋數(shù)據(jù)的模擬和動(dòng)態(tài)顯示等功能。美國(guó)礦產(chǎn)資源管理服務(wù)部門與ESRI 公司合作開發(fā)了Deepwater GIS 的軟件系統(tǒng)。在我國(guó)，蘇奮振結(jié)合我國(guó)國(guó)情，分析了海洋漁業(yè)漁政管理的諸多問題，以現(xiàn)代系統(tǒng)工程的思想，在東海漁業(yè)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫的平臺(tái)上搭建了東海漁業(yè)漁政綜合管理系統(tǒng)，為東海漁業(yè)生產(chǎn)管理、漁船動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和三證管理提供了技術(shù)路線，系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了漁政管理的生產(chǎn)指揮調(diào)度、資源保護(hù)等幾個(gè)基本要求，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)大漁政的政策提供了技術(shù)方案。中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所在海洋863 計(jì)劃820（海洋探查與資源開發(fā)技術(shù)主題）專題中，開發(fā)了面向海洋油氣資源綜合預(yù)測(cè)的海洋地理信息系統(tǒng)。

五、海洋GIS發(fā)展面臨的問題

由于海洋數(shù)據(jù)的獨(dú)特性，以及海洋與陸地在GIS研究方法上的差異，目前海洋GIS應(yīng)用中還存在一些問題。

1）“基本表達(dá)”問題。陸地表面提供了一個(gè)完整的牛頓框架、剛性的二維系統(tǒng)，可用于特征定位。海洋缺乏剛性框架，在海洋環(huán)境中幾乎沒有靜態(tài)特征可用于制圖。

2）數(shù)據(jù)缺乏問題。海洋常規(guī)觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)在時(shí)空上不連續(xù)，數(shù)據(jù)量非常有限。雖然衛(wèi)星數(shù)據(jù)的廣泛使用在一定程度上彌補(bǔ)了常規(guī)觀測(cè)的不足，但是衛(wèi)星觀測(cè)僅限于海洋表面，無法進(jìn)行深層次觀測(cè)。

3）不確定性問題。GIS的對(duì)象和實(shí)體為中心的研究思路難以應(yīng)用于海洋學(xué)問題。海洋科學(xué)在處理問題時(shí)通常以要素“場(chǎng)”作為研究中心。由于海洋現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)性等原因，海洋現(xiàn)象一直沒有統(tǒng)一的定義，某些時(shí)候還需要海洋專家的專門定義和確認(rèn)。

4）海洋GIS軟件問題。海洋GIS系統(tǒng)開發(fā)仍然存在傳統(tǒng)GIS的一些共性問題。如以圖層為處理的基礎(chǔ)，處理能力弱。二維的空間數(shù)據(jù)組織與管理，限制了應(yīng)用范圍。靜態(tài)、單時(shí)相空間數(shù)據(jù)組織與管理，限制了分析決策事務(wù)的實(shí)現(xiàn)。

六、小結(jié)

海洋GIS經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)滲透到海洋學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域，在海洋研究、開發(fā)、利用與保護(hù)等方面正發(fā)揮著越來越重要的作用。由于海洋學(xué)研究的問題與數(shù)據(jù)的特殊性，在GIS技術(shù)的應(yīng)用方面還存在很多問題。但隨著海洋學(xué)的發(fā)展以及GIS技術(shù)的進(jìn)步，這些問題將逐步得到解決。海洋GIS必將成為海洋學(xué)研究中的一項(xiàng)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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