海洋視圖軟件（ODV）關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

王文芳，李薛，黃雄杰，袁希杭，付東洋，張瑩，欒虹，蔣城飛

（廣東海洋大學(xué)海洋遙感與信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，湛江　524088）

海洋視圖軟件（ODV）關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

王文芳，李薛，黃雄杰，袁希杭，付東洋，張瑩，欒虹，蔣城飛

（廣東海洋大學(xué)海洋遙感與信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，湛江524088）

0　引言

ODV是由德國(guó)Alfred Wegener研究所(AWI)研發(fā)的一款對(duì)海洋數(shù)據(jù)處理、分析和繪圖的專(zhuān)業(yè)免費(fèi)共享軟件?？呻S時(shí)從網(wǎng)站（http://odv.awi.de/）上下載，后續(xù)版本不斷更新中。ODV是可用于交互式勘探以及對(duì)海洋和其他地理參數(shù)剖面、軌跡或時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖的計(jì)算機(jī)軟件?？蛇m用于Windows,Mac OS X,Linux和Unix系統(tǒng)，并且ODV數(shù)據(jù)和設(shè)置文件與平臺(tái)無(wú)關(guān)，可以在所有系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)換[1]。同時(shí)可對(duì)航次數(shù)據(jù)、浮標(biāo)數(shù)據(jù)及Argo數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)（netCDF）等進(jìn)行分析處理，并能夠?qū)⒉煌瑪?shù)據(jù)可視化。ODV可以繪制出高質(zhì)量的站位圖、散點(diǎn)圖、斷面分布圖、大面分布圖、目標(biāo)區(qū)域時(shí)序變化圖等，且具有靈活性高、功能強(qiáng)大、界面便捷、操作簡(jiǎn)單和繪圖精美的特點(diǎn)。因而可以全面地為海洋科學(xué)工作者提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化、分析和繪圖的平臺(tái)，極大地提高了海洋科學(xué)工作者的工作效率。

1　數(shù)據(jù)來(lái)源

（1）來(lái)自太平洋綜合項(xiàng)目，PACIFICA(PACIFic ocean Interior CArbon)是一個(gè)關(guān)于建立海洋內(nèi)部碳交換和太平洋相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)集的國(guó)際合作項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目是由PICES（The North Pacific Marine Science Organization）和S-CC（Section on Carbon and Climate）資助。數(shù)據(jù)集共有306個(gè)站位分布太平洋（http://cdiac.ornl.gov/ oceans/，http://odv.awi.de/）[3]。

（2）本實(shí)驗(yàn)室2013年8月開(kāi)展的珠江口航次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

從NOAA的oceanwatch網(wǎng)站下載2012年全球平均海溫和2010年太平洋區(qū)平均鹽度的netCDF遙感數(shù)據(jù)。http://oceanwatch.pifsc.noaa.gov。

2　ODV的使用操作

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，導(dǎo)入ODV產(chǎn)生數(shù)據(jù)集。ODV具有五種功能模式：Map（地圖）、Station（站點(diǎn)圖）、Scatter（散點(diǎn)圖）、Section（斷面圖）、Surface（平面圖）。根據(jù)自己研究需要進(jìn)行選擇繪圖。

由于不同海洋儀器公司使用的都是各自開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)軟件，其格式不具備統(tǒng)一性；同時(shí)，海上或?qū)嶒?yàn)室的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，其存儲(chǔ)格式往往也不盡相同。因此在將數(shù)據(jù)導(dǎo)入ODV之前，應(yīng)按下面步驟將原數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，才能保證ODV建立正確的數(shù)據(jù)集。

（1）ODV可以自動(dòng)識(shí)別航次、站位、數(shù)據(jù)類(lèi)型、經(jīng)度、緯度（CruiseStationTypeLongitudeLatitude）等固定類(lèi)型數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)可先用電子表格工具 (如Excel)標(biāo)注所在列的數(shù)據(jù)標(biāo)題，可供識(shí)別的固定參數(shù)要和ODV保持一致。

（2）除ODV可識(shí)別的固定參數(shù)外，其它需導(dǎo)入的變量數(shù)據(jù)應(yīng)在每一列參數(shù)前加上一列1（標(biāo)題命名為QF），ODV將自動(dòng)識(shí)別后一列數(shù)據(jù)為變量參數(shù)。

（3）ODV不能直接識(shí)別Excel的數(shù)據(jù)類(lèi)型，因此，在對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)束后，將格式轉(zhuǎn)化為（.txt）文檔格式進(jìn)行保存，再用ODV直接讀取建立數(shù)據(jù)集。

圖1　Map圖示

Map圖可以繪制出高質(zhì)量的站位和航次圖，如（圖1）。如圖1b所示，可以根據(jù)測(cè)站位置設(shè)定經(jīng)緯度范圍進(jìn)行顯示，還可根據(jù)需要添加海岸線(xiàn)和大陸水文信息。Map圖不展示任何的數(shù)據(jù)信息，只顯示站位航次信息，同時(shí)自帶高程和水深數(shù)據(jù)。在屬性（標(biāo)注軟件的英文標(biāo)題）窗口中進(jìn)行基本的設(shè)置，如字體、顏色等。利用投影窗口選擇投影方式a.北極點(diǎn)正射投影、b.赤道正射投影、c.南極點(diǎn)正射投影、d.斜正射投影、e.Mollweide投影和f.Mercator投影（圖2）。使用者可以根據(jù)航次和站位的具體位置，調(diào)整Map圖的投影方式以及投影中心點(diǎn)的位置，使繪圖更加美觀(guān)（如圖1a:采用赤道正射投影，b采用Mercator投影）。

圖2　Map投影變換圖示

Station圖可以根據(jù)使用者的選擇展現(xiàn)地圖和1張或者多張數(shù)據(jù)窗口圖，從300多個(gè)站位中任意選擇7個(gè)站位出來(lái)、并選擇不同參數(shù)繪制出X/Y垂直分布圖如（圖3）。它與Map圖的最大差別在于：它可以一個(gè)或多窗口繪制參數(shù)間關(guān)系圖 （如圖3a、b、c、e、f、g）。同時(shí)該繪圖模式下可以繪制任意站位或單站位不同參數(shù)的X/Y垂直分布圖。當(dāng)帶網(wǎng)格影響數(shù)據(jù)分布時(shí)可以利用屬性窗口中的Draw grid選項(xiàng)進(jìn)行取消；每條分布線(xiàn)顏色等特征可以根據(jù)繪圖需要使用Pick List編輯器進(jìn)行更改設(shè)置。利用Station圖模式可以輕松對(duì)比所需站位各參數(shù)之間的關(guān)系，對(duì)同一站位不同參數(shù)的變化或不同站位同一參數(shù)的改變進(jìn)行觀(guān)察與分析，十分便捷。同時(shí)ODV還可以提供站位統(tǒng)計(jì)分析，可以以經(jīng)度/緯度尺度、年際/日際尺度以及Map圖的站位密集尺度進(jìn)行顯示，對(duì)于不熟悉的航次數(shù)據(jù)或需要對(duì)站位統(tǒng)計(jì)時(shí)可以很好地利用此功能，如圖4所示，a和b以經(jīng)緯度方向上統(tǒng)計(jì)站位的分布，c和d以年日變化上統(tǒng)計(jì)站位分布，e顏色越紅的地方說(shuō)明該區(qū)域站位多而密。

圖3　Station地圖和多張數(shù)據(jù)窗口圖

Scatter圖模式會(huì)在地圖上顯示所有站位當(dāng)前的數(shù)據(jù)參數(shù)，從而對(duì)大數(shù)據(jù)集概觀(guān)提供了可能。Scatter圖對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制尤其有效，像所有后續(xù)處理，除了X和Y參數(shù)還支持Z參數(shù)(或反演參數(shù))繪制點(diǎn)聚圖。Z參數(shù)在一個(gè)給定的X/Y點(diǎn)的實(shí)際值決定了X/Y位置數(shù)據(jù)點(diǎn)的顏色。同Section（斷面圖）和Surface（平面圖）模式一樣，Z參數(shù)顯示有兩種方式：①通過(guò)將彩色點(diǎn)或?qū)嶋H的數(shù)據(jù)值在X/Y位置（默認(rèn)）。②作為連續(xù)區(qū)域網(wǎng)格化(網(wǎng)格差值法)對(duì)基本觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估,網(wǎng)格化區(qū)域可以進(jìn)行彩色填充或繪制等值線(xiàn)。如圖5所示，Scatter圖和Station圖不同的是，Scatter圖在數(shù)據(jù)窗口顯示所有站位當(dāng)前的數(shù)據(jù)參數(shù)且提供了Z參數(shù)顯示，a圖顯示所有站溫鹽深儀 （CTD：Conductance，Temperature，Depth）所測(cè)壓力和深度的關(guān)系，由于該儀器測(cè)深通過(guò)壓力傳感器計(jì)算分析獲得因此該圖顯現(xiàn)出極大的相關(guān)性。b、c、d、f和g圖都是在X/Y數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上添加Z參數(shù)并進(jìn)行彩色填充。c和d（X軸參數(shù)）實(shí)測(cè)的鹽度和溶解氧含量數(shù)據(jù)與b和f（CTD）數(shù)據(jù)分布一致，略有差異，對(duì)比明顯，數(shù)據(jù)有效。在此模式中可以清楚地看出三種參數(shù)分布的關(guān)系，極大地方便了數(shù)據(jù)分析。

圖4　站位統(tǒng)計(jì)分布

Section圖模式是繪制站位參數(shù)斷/剖面圖，支持Z參數(shù)圖示，同時(shí)可以顯示Scatter圖模式中的所有圖形類(lèi)型。在地圖上根據(jù)研究的需要定義斷面（Define section），再根據(jù)所選站位進(jìn)行剖面繪圖。如圖6和7所示，其中b為站位地圖，紅色區(qū)域的就是定義好的斷面，在a和c數(shù)據(jù)窗口中顯示。同時(shí)利用ODV自帶的區(qū)域網(wǎng)格化法 （三種模式：quick gridding、weight-aver-age gridding和DIVA gridding），一般選用默認(rèn)weightaverage gridding法。再添加相應(yīng)的等值線(xiàn)。從圖6c發(fā)現(xiàn)在20oN-50oN海面下1000-3000米處（藍(lán)色橢圓圈）有高營(yíng)養(yǎng)鹽的水團(tuán)，由此可以推測(cè)可能是由于冷暖水團(tuán)交匯或由于艾克曼抽吸使得底層營(yíng)養(yǎng)鹽抬升，同時(shí)可以對(duì)此處溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出正確的結(jié)論。而從圖7a和c發(fā)現(xiàn)珠江口最外部相同區(qū)域同樣發(fā)現(xiàn)溫度和溶解氧高值區(qū)的異常區(qū)，需要進(jìn)一步研究分析。采用Section圖模式利于快速發(fā)現(xiàn)斷面異常區(qū)，從而可以進(jìn)行有針對(duì)性的研究。

圖5　Scatter地圖和多張數(shù)據(jù)窗口圖

圖6　Section地圖和剖面數(shù)據(jù)窗口圖（PACIFICA）

Surface圖模式可以繪制參數(shù)的平面分布圖，同時(shí)ODV支持參數(shù)3D（經(jīng)度/緯度/深度）空間定義分布面(如透明度、溫度等平面),也可在特定參數(shù)分布面上顯示其它給定參數(shù)的分布特征。當(dāng)經(jīng)緯度指定為X/Y軸參數(shù)時(shí)，顯示為Z變量分布的地圖。其他分布圖也可以將X Surface圖對(duì)低值和高值區(qū)。利用Surface圖模式可顯示水層參數(shù)分布的不同，有利于科學(xué)統(tǒng)計(jì)、研究和分析。如圖8a、b、c，珠江口內(nèi)三層水溫度較低，可能受大陸沖淡水影響較大；隨著遠(yuǎn)離珠江口溫度升高。在上層水中和底層水都出現(xiàn)一個(gè)高值水團(tuán)區(qū)。

圖7　Section地圖和剖面數(shù)據(jù)窗口圖（珠江口）

圖8　珠江口航次上中底層水溫Surface分布圖（G:高值區(qū)、D：低值區(qū)）

目前許多網(wǎng)站上的遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品格式都為網(wǎng)絡(luò)通用數(shù)據(jù)格式（即netCDF格式），研究人員經(jīng)常通過(guò)不同的遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行科學(xué)研究，為了清楚地了解數(shù)據(jù)的質(zhì)量和所研究參數(shù)的分布，通常需要進(jìn)行繪制專(zhuān)題圖，而ODV提供了簡(jiǎn)單的繪圖方法，不需要編程也不需要繁瑣的繪圖操作，就可以繪制精美的參數(shù)分布圖，提高了工作效率和效益。利用ODV處理netCDF數(shù)據(jù)文件，分別繪制的遙感SST（圖9a）和鹽度（圖9b）分布圖。

3　結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)豐富的實(shí)例詳細(xì)分析了利用ODV工具繪制Map圖、站位圖（Station）、散點(diǎn)圖（Scatter）、斷面圖（Section）、平面圖（Surface）以及網(wǎng)絡(luò)通用數(shù)據(jù)格式的遙感圖的方法和關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)果表明，ODV能對(duì)各類(lèi)海洋數(shù)據(jù)進(jìn)行廣泛的處理、分析和精美的繪圖，能準(zhǔn)確地顯示觀(guān)測(cè)參數(shù)的時(shí)空分布特征以及時(shí)序性，可對(duì)后續(xù)的研究分析和信息捕捉提供極大的幫助。

圖9　NOAA-oceanwatch遙感海表溫度及鹽度分布圖

[1]Ocean Data View User's GuideVersion 4.7.0.March 13，2015.

[2]周雅靜,林建國(guó).海洋數(shù)據(jù)視圖應(yīng)用軟件—ODV[J].海洋技術(shù),2002,02:41-43.

[3]Suzuki T,Ishii M,Aoyama M,et al.PACIFICA Data Synthesis Project[J].ORNL/CDIAC-159,NDP-092.Carbon Dioxide Information Analysis Center,Oak Ridge National Laboratory,US Department of Energy,Oak Ridge,Tennessee,USA.doi,2013,10:3334.

ODV;Software;Drawing;Marine Data

The Key Technologies and Applications of Ocean View Software（ODV）

WANG Wen-fang，LI Xue，HUANG Xiong-jie，YUAN Xi-hang，F(xiàn)U Dong-yang，ZHANG Ying，LUAN Hong，JIANG Cheng-fei
（Ocean Remote Sensing and Information Technology Laboratory,Guangdong Ocean University,Zhanjiang 524088）

1007-1423（2016）02-0020-06

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.02.005

王文芳（1970-），女，河北徐水人，本科，工程師，研究方向?yàn)楹Ｑ笏b感及信息技術(shù)應(yīng)用

李薛（1991-），男，江蘇徐州人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)楹Ｑ筮b水色感研究

黃雄杰（1993-），男，廣東揭陽(yáng)人，本科在讀，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)

袁希杭（1994-），男，四川劍閣人，在讀本科，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)

付東洋（1969-），男，四川閬中人，教授，研究方向?yàn)楹Ｑ笏b感

張瑩（1982-），女，吉林四平人，講師，研究方向?yàn)楹Ｑ笏b感

欒虹（1990-），女，黑龍江雞西人，在讀研究生，研究方向?yàn)楹Ｑ笏b感

蔣城飛（1990-），男，江蘇鹽城人，在讀研究生，研究方向?yàn)楹Ｑ笏b感

2015-11-20

2015-12-20

海洋數(shù)據(jù)視圖軟件（ODV）是一款具有強(qiáng)大功能的海洋數(shù)據(jù)處理、分析和可視化軟件。介紹ODV軟件的基本功能和特征，并利用太平洋、珠江口近海實(shí)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)以及衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)（netCDF）分析ODV實(shí)現(xiàn)海洋數(shù)據(jù)的處理過(guò)程、剖析散點(diǎn)圖、斷面圖、平面圖等不同類(lèi)圖繪制的關(guān)鍵技術(shù)和方法，以期對(duì)初學(xué)和使用ODV的科研人員提供參考和幫助。

ODV；海洋數(shù)據(jù)；可視化

國(guó)家海洋公益專(zhuān)項(xiàng) （No.201305019）、廣東省自然科學(xué)基金 （No.2014A030313603）、廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（No. 2013B030200002）、浙江省博士后基金（No.BSH1301015）、廣東海洋大學(xué)創(chuàng)新強(qiáng)校項(xiàng)目（No.GDOU2014050226）、廣東省攀登計(jì)劃項(xiàng)目（No.pdjh2015b0249）

Data View Ocean(ODV)is a marine data processing,analyzing and mapping software with powerful functions.Introduces the basic functions and features of ODV software,analyzes the processing and analysis of the data from in-situ data of the Pacific Ocean,the Pearl River Estuary of and the satellite remote sensing data(netCDF),with analyzing the key techniques and methods of the ODV implementation of ocean data processing to draw varies of patterns(Scatter;Section;Surface and so on).In order to provide reference and help to the beginners and the use of ODV's scientific researchers.