海洋地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫研究

姜雪寧

摘 要：地理信息系統(tǒng)是海洋環(huán)境應(yīng)用研究中不可或缺的工具。本文對海洋地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)來源進(jìn)行了詳細(xì)分析，研究了各種海洋數(shù)據(jù)的類型與特征。同時(shí)，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫ArcGIS的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了海洋地理信息數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以有效組織海洋數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。

關(guān)鍵詞：海洋GIS 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 類型分析

中圖分類號(hào)：P73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）09（c）-0024-02

Abstract：Geographic information system has become an indispensable tool in the application of marine environment. A detailed analyze is made of the initial data acquired from various marine measuring instruments and the types and characteristics of various oceanographic data is studied. Based on the geographical data model used in mainstream database software， this article propose a practical marine GIS structure， with which marine data is able to be stored and managed effectively.

Key Words： Marine GIS； Database structure；Type analysis

地理信息系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)深入到社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，在海洋環(huán)境應(yīng)用研究中也發(fā)揮著不可替代的作用。隨著技術(shù)的發(fā)展，海洋測繪領(lǐng)域中各種儀器不斷涌現(xiàn)，海洋數(shù)據(jù)數(shù)量增長異常迅速[1]，對數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)與方式提出了新的要求。另一方面，海洋環(huán)境自身的特性決定了海洋數(shù)據(jù)具有三維性與動(dòng)態(tài)性。傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)不能滿足海洋數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、表達(dá)和分析的要求，傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)庫也急需做出相應(yīng)的改變。

為此，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，如早期Li等人[2]提出了如何將各種海洋信息整合到數(shù)據(jù)庫中問題，蘇奮振等人[3]于2005年對整個(gè)海洋GIS技術(shù)進(jìn)行了深入剖析，并從海洋現(xiàn)象的建模表達(dá)、儲(chǔ)存模型等方面給出了完備的說明。薛存金等人[4]在海洋時(shí)空過程模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入研究，得到了基于點(diǎn)、線、面的面向?qū)ο蟮臅r(shí)空過程模型，并通過原型系統(tǒng)模擬了海洋漩渦的產(chǎn)生與消亡。

1 海洋數(shù)據(jù)來源及類型分析

不同海洋測量平臺(tái)與不同的傳感器導(dǎo)致海洋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和形式的多樣性。要構(gòu)建海洋信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，首先需要明確海洋數(shù)據(jù)的類型及其特征。美國地質(zhì)勘探局根據(jù)進(jìn)行一次普通海洋調(diào)查所進(jìn)行的測量項(xiàng)目將海洋數(shù)據(jù)來源劃分成以下五類。

（1）側(cè)掃聲納，通過裝載在船只上的換能器或“拖魚”向側(cè)方發(fā)射扇形的聲納波束來探知水體、海底地貌。船只行駛期間同時(shí)可得條帶狀后向散射圖像，將不同航線的條帶影像拼接起來即可得到整個(gè)區(qū)域的海底底質(zhì)分布圖。

（2）測深裝置，通過激光、聲學(xué)等方式測量水深。在海洋調(diào)查中，船只以平行方式前進(jìn)，在航行過程中測深裝置由起重機(jī)放入水中并與船只相對固定，向海底發(fā)聲射脈沖同時(shí)接收反射回來的聲脈沖。

（3）地震剖面儀。由聲源裝置和聲能接受陣列組成。聲源裝置通常由起重機(jī)放入水中，聲能接受陣列——通常為水診器，通過電纜拖曳在水中。聲源發(fā)射聲脈沖后，水診器通過接收海底不同巖層反射回來的聲能，得到大量一維聲脈沖信號(hào)。將大量脈沖信號(hào)垂直并行放置，通過聲音往返時(shí)間即其在不同介質(zhì)中速度對并行脈沖信號(hào)解譯，在橫向方向?qū)ふ谊P(guān)聯(lián)的相似的特征得到海底剖面圖。

（4）海底觀測取樣系統(tǒng)。當(dāng)船只到達(dá)指定區(qū)域后，由船只放入水中漂浮在海底上方，對指定位置拍照并取樣，樣本冷凍保存，待裝置回收后再取出檢驗(yàn)。

（5）全自動(dòng)遠(yuǎn)程測量船、遠(yuǎn)程遙控船。海洋中的某些區(qū)域往往由于過淺或比較危險(xiǎn)達(dá)不到海洋調(diào)查船進(jìn)入調(diào)查的條件，這樣一類的探測裝置就專門為這些區(qū)域的海洋測量工作設(shè)計(jì)的。

在地理信息系統(tǒng)中，地理數(shù)據(jù)一般以分類的形式存儲(chǔ)。對海洋測量數(shù)據(jù)來說，根據(jù)其來源的不同可做以下分類處理。水深數(shù)據(jù)根據(jù)測深儀器的不同分為矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)。矢量水深數(shù)據(jù)可以采用傳統(tǒng)點(diǎn)特征地理數(shù)據(jù)模型加上水深屬性存儲(chǔ)。條帶測深儀或側(cè)掃聲納得到的柵格影像可直接按照柵格形式存儲(chǔ)。地震剖面儀的初始數(shù)據(jù)為剖面影像圖，可以直接以柵格形式存入地理信息系統(tǒng)中，也可以等到解譯完成后存儲(chǔ)海底反射體深度的方式存儲(chǔ)，即采矢量“點(diǎn)”加深度屬性的方式存儲(chǔ)。通過海底觀測取樣系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)，無論是照片還是樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)，都可以用數(shù)據(jù)嵌套的方式存儲(chǔ)。目前的主流地理信息數(shù)據(jù)庫軟件都支持在表中嵌套大二進(jìn)制BLOB或者直接嵌套柵格數(shù)據(jù)。

2 海洋GIS數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

海洋調(diào)查類數(shù)據(jù)大多不涉及動(dòng)態(tài)性，只是在傳統(tǒng)地理數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上加入了深度屬性，對傳統(tǒng)的關(guān)系型地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫加以改造就可以建立。ESRI公司的ArcGIS是一種常用的地理信息系統(tǒng)軟件，GeoDataBase是其中的地理信息數(shù)據(jù)庫。GeoDataBase是一種矢量和柵格數(shù)據(jù)混合存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫類型[5]。以ArcGIS中個(gè)人地理信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，根據(jù)上述分析可以構(gòu)建如圖1所示的海洋地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

由圖1可知，海洋地理信息數(shù)據(jù)庫主要分為4個(gè)部分，底圖要素?cái)?shù)據(jù)集為矢量數(shù)據(jù)集，主要存儲(chǔ)海岸線和陸地等作為參照的陸地要素。海洋要素?cái)?shù)據(jù)集中存儲(chǔ)的是海洋相關(guān)的觀測數(shù)據(jù)。兩個(gè)鑲嵌柵格數(shù)據(jù)集則分別存儲(chǔ)后向反射影像和條帶測深儀探測所得的條帶水深數(shù)據(jù)。鑲嵌數(shù)據(jù)集是ArcGIS新增的柵格數(shù)據(jù)管理工具，可以對柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)處理、無縫拼接，整個(gè)處理過程直觀高效。

3 結(jié)語

本文對海洋地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)來源進(jìn)行了詳細(xì)的分類，分析了每種數(shù)據(jù)的類型、特點(diǎn)及其適宜的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)模型。同時(shí)，結(jié)合目前主流的關(guān)系地理數(shù)據(jù)庫，設(shè)計(jì)出海洋地理信息數(shù)據(jù)庫主要結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)能夠很好的實(shí)現(xiàn)多源海洋數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理，但非傳統(tǒng)類型數(shù)據(jù)的可視化仍是一個(gè)急需解決的問題，應(yīng)在后續(xù)工作中給予完善。

參考文獻(xiàn)

[1] 蘇奮振，吳文周，平博，等.海洋地理信息系統(tǒng)研究進(jìn)展[J].海洋通報(bào)，2014（4）：361-370.

[2] Li，R.，N.K.Saxena.Development of an integrated marine geographic information system[J].Marine Geodesy，1993（16）：293-307.

[3] 蘇奮振，周成虎，楊曉梅，等.海洋地理信息系統(tǒng)——原理、技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：海洋出版社，2005.

[4] Dawn J.Wright，Michael J. Blongewicz，Patrick N.Halpin and Joe Breman.GIS for a Blue Planet[M].ESRI Press，2007.

[5] 楊春國，金翔龍，高金耀.利用ArcGIS管理和分析海底探測數(shù)據(jù)[J].海洋測，2007（4）：74-77.endprint