（地球化学专业论文）黄河三角洲海洋地理信息系统研究与关键技术实现.pdf

黄河三角洲海洋地理信息系统研究与关键技术实现摘要本文结合困家“9 7 3 ”项目“中崮典型河口一近海陆海相互作用及其环境效应”第网子课题“黄河三角洲冲淤转换机制及趋势预测”的课题研究所取得的调查数据，初步构建了黄河三衔湔海洋地理信息系统。该系统主要包括数据库建设、海洋地理信息系统常秀l 功熊实现、系统特色模块研究三部分。i ) 数握库总体设诗及孝句建。透过分析黄河三角渊海洋调查数据的类型秘特点，针对当日茸调查所涉及的数据具有多来源、多数据格式、标准不统一的现状，探讨了数据融合的方法，并利用当前流行的a r c s d e 空间数据引擎技术和关系型数据库系统s q ls e i v e t - 对空间数据进行存储和管理，从而形成能够存储文字、数字、矢量网形、栅格图形、空闻模型等多元数据的数据库结构，为构建海洋地理信息系统提供了很好的数据支撑平台。2 ) 系统常用功能实现。这一部分包括系统与宅闯数据库及属性数据库链接实现、栅格图像配接、圆形绽辍、空间数越查询祁分板、投影坐标系统统一化等，使系统具备綦本的地理数据融合、分析等功能，从而为科学考察研究提供了一个( ；i s 数据显示平台和管理平台。在实际应用上可以为制定陆上或海上的考察观测点位、路线和方案服务；也可以对观测后的获取数据的时空问分布作初步可视化分析。3 ) 系统关键模块研究与实现。该郝分怒系统的重点，其内容包括数字水下地形模型d t m 的建模和基于数据挖掘理念的数据分析方法研究与实现。前者包括不蠼圳三角形t i n 购网方式和握则格嬲g r i d 构嬲方式、基于规则格鄹构网模型的等深线绘制、基于规则格网的表面积幂体积计算、基于规则格网方式的坡度和坡向汁算等；后者则包括e o f 预测分析方法预测黄河三角洲水下地形、小波变换方法自动提取岸线等适用于黄河三角洲科研工作的实用数学模型。另外该部分还提出了海洋污染物平均浓度的计算方法；利用多时相遥感数据和多年黄河水沙数谁研究黄河三角洲海岸线变迁及机制分析等。总之，本文在应用g s 、遥感和编程t 县来规划和管理黄河三角测海洋逸理信息系统方蘸做了有益的尝试，并进丽指出了系统的发腥兹景和进一步研究发展的方向。关键词：黄河三三角洲；海洋地理信息系统；空间数据库；小波变换2s t u d ya n da p p l i c a t i o no fy e l l o wr i v e rd e l t am a r i n ea b s t r a c tg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e mb a s e do nt h es u r v e yd a t a f r o mt h es u b i t e my e l l o wr i v e rd e t ae r o s i o n d e p o s i t i o nc o n v e r s i o nm e c h a n i s ma n dt h et r e n de s t i m a t e s o ft h en a t i o n a l9 7 3p r o j e c t ss u p p o r t e db yo c e a nu n i v e r s it yo fc h i n a ，w eh a v ec o n s t r u e t e dy e l l o wr i v e rd e l t am a r l n eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e mw h i c hc a np r o v i d eag o o dp l a t f o r mf o rs c i e n cr e s e a r c h e r st om a n a g ea n da n a l y s ed a t aa n de x t e n dt h ef u r t h e rr e s e a r c hi nt h er e g i o no fy e l l o wr i v e rd e l t a t h iss y s t e mi n c l u d e sc o n s t r u c t i o no fd a t a b a s e ，t h eg e n e r a lf u n c t i o n so fm a r i n eg i s ，t h ek e ym o d u ler e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t 1 ) d a t a b a s ed e s i g na n dc o n sl r u cg i o n b ya n a l y z et h et y p e sa n df e a t u r e so fy e l l o wr i v e r d e l t as u r v e yd a t a ，t h i ss y s t e mu t i l i z e dt h ep r e v a i l i n ga r c s d es a p t i a ld a t ae n g i n ea n dr d b m ss q ls e r v e rd a t a b a s et e c h n i q u et os t o r g et h es p a t i t a la n da tl r i b u t ed a t as ot h a tw ec a ns t o r g em u l t i s o u r c ed a t at y p e sl i k et e x t ，n u m e r i c ，v e c t o rf i g u r e sa n dr a s t o rf i g u r e si n t ot h ed a t a b a s eo ft h i ss y s t e m a f t e rt h e s eh a v eb e e nd o n e ，t h i sm a r i n eg i ss y s t e mc a np r o v i d ea ne f f e c t i v ep l a t f o r mf o rd a t am a n a g e m e n ta n da n a ly s i s 2 )g e n e r a lf u n c t i o n sr e a l i z a t i o n t h i sp a r ti n c l u d e st h ec o n n e c t i o no ft h es y s t e ma n dt h ed a t a b a s e ，i m a g er e g i s t r a t i o n ，i m a g ee d i t i o n ，a n a l y s i so fs p a t i a ld a t a ，u n i f i c a t i o no fp r o j e c t i o na n dc o o r d i n a t e ss y s t e ma n ds oo n t h e s eg e n e r a f u n c t i o n sc a nb eu s e df o rt h eg i sd a t ad i s p a ya n da n a l y s i so ft h et i m ea n ds p a c ed i s t r i b u t i n gf e a t u r e so ft h ed a t aw eg o tf r o mt h es u r v e y 3 ) t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fk e ym o d u l e s t h i si st h em o s t3s i g n i f i c a n tp a rlo ft h i ss y s t e mw h i c hc o n t a i n st h em o d e l i n go fd i g i t a ls e a f l o o rt e r r a i nm o d e la n dt h ed a t am i n i n gb a s e dm e t h o d so fd a t aa n a l y s i s 7 h em o d e ljn go fd i g i t a ls e a f l o o rt e r r a i nm o d e l ( d t m ) i n c l u d e st i na n dg r i dm o d e s ：t h eis o b a t hp a i n t i n gb a s e do nr e g u l a rg r i d ：t h ev o l u m ea n ds u r f a c ea r e ac o m p u t i n gf o rt h es e l e c t e db o u n db a s e do nr e g u l a rg r i d t h ed a t am i n i n gm e t h o d si n c l u d e ss o m ep r a c i c a tm a t h e m a t i c sm o d e l s1 i k ee o ft r e n de s t i m a t e sm e t h o dt of o r e c a s tt h et r e n d ，w a v e l e tt r a n s f o r mm e t h o dt oe x t r a c tt h ec o a s t l i n ea u t o m a t i c a l l y b yt h ea p p l y i n go fu p w a r d sf u n c t i o n sw ec a nc a l c u l a t et h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fo c e a np o l l u t e de l e m e n t s ：a l s ob ya p p l y i n gt h ew a v e l e tt r a n s f o r mm e t h o da n d t h em u l t i t e m p o r a lr e m o t es e n s i n gd a t aa n dh y d r o l o g i c a ld a t at os t u d yt h ec h a n g eo ft h ey e l l o wr i v e rc o a s t l i n ea n da n y l y z ei t sm e c h a n i s me t c i naw o r d ，t h i sp a p e rh a sd o n es o m eh e l p f u la n dm e a n i n gt r i e sa n dh a ss o m ec r e a t i v i t yo fa n a l y s i so fe s t u a r ya n dc o a s t a ls t u d i e so nm o d e r ng i sa n dr st e c h n o l o g y ，i ta l s op o i n t e do u tt h ef u r t h e rd e v e l o p i n go r i e n t a t i o na n dt h ep o t e n t i a lp r o s p e c t k e yw o r d s ：y e l l o wr i v e rd e l t a ；m a r i n eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e ms p a t i a ld a t a b a s e ：w a v e l e tt r a n s f o r m4i 绪论地理信息系统( o e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称0 1 s ) 的应用领域不断拓展，现已成为河口海岸带资源环境规划、管理、开发、研究的得力工具。传统的01 s 擅氏空问数据管理和图形表达，而科学考察研究在数据处理与分析方面有更多的要求。本文主要探讨研究与开发基于河口海岸带考察观测数据存储与分析的海洋g i s ，并以黄河三角洲为应用实例对象。黄河三角洲是我国河口海岸带中的典型区域，该地区人类活动频繁、动植物资源丰富、油气开采量大、城市化程度较高，承担着我国重要的泄洪任务，在国民经济中占有举足轻重的地位。黄河三角洲的演变受到地质、地貌、水文、气象等多个因素的影响。近年来，黄河中上游的水土流失严重，断流情况经常发生、断流的天数和河段长度呈增长趋势，小浪底水利枢纽工程的兴建和上游水土保持工程的实施使黄河的入海水沙量逐步减少，这些对黄河三角洲的发育产生巨大的影响，也是黄河三角洲研究过程中不容忽视的问题。采用各种现代的手段和方法对黄河三角洲发育和演变的各种信息进行动态的编辑，查询，分析，可视化，为黄河三角洲开发、利用、规划和管理提供科学依据无疑具有重要的研究意义。i 1 黄河口海岸带概况近代黄河三角洲是1 8 5 5 年黄河改道山东以后，以宁海为顶点，在北起套尔河口、南至支脉沟口、向东撒开的扇状地形，海拔高程低于1 5 米，面积达5 4 5 0平方公里，在套尔河与支脉沟之间形成的相互叠置的复杂的三角洲沉积体系。黄河三角洲是我国三大河口三角洲之一，也是世界上陆地资源生长最快的地区之一。黄河三角洲蕴藏丰富的油气，盐卤，地热及其它自然资源，具有很高的开采价值，位于三角洲上的胜利油田是我国第二大油田。黄河三角洲湿地资源广阔，海洋资源丰富，生物种类繁多，水土资源丰沛，气候条件良好，地理位置优越，处于环渤海经济圈和东北亚经济圈内，具有很大综合开发和持续发展的潜力。近年来，黄河三角洲的可持续发展引起了国内外的广泛关注。1 9 8 8 年，山东省政府批准黄河三角洲综合国土规划。1 9 9 4 年，黄河三角洲资源开发与环境保护列入“中国2 1 世纪议程优先项目计划”。1 9 9 3 年，国务院批准东营市为开放城市。2 0 0 0 年，我国政府将“发展黄河三角洲高效生态经济”列入国家“十五”计划。本文选择的大螅硬究区域为东经1 1 8 。1 572 l ”一l1 9 。2 272 4 ”，j 终3 7 。2 7 ，2 9 ”- - 3 8 。1 3 ，0 0 ”；为磷究黄河入海蜀热鲍冲淤骧凌薅选择酌小区域为东经i 1 9 。镪，2 78 - - 1 1 9 。2 2 2 4 ”，j t 纬3 7 。2 7 2 9 ”- - 3 8 。1 3 0 0 ”，帮近代黄河三角溯的大部分区域及近海沿岸滩涂。翔图卜l 所示：1 。1 。l 地形她貌撅况图1 - t ：研究区域位置闰黄河三角洲的物质组成基本上是黄河输送至此的细颗粒泥沙。黄河三角洲平原区域的地形从总体上看是河道附近地势较高，并以此为骨架向两侧墨扇贝形展开。现行清水沟流路黄河亚三角洲以河道为轴呈鸟嘴状突向海中。岸滩发商宽阔，坡度奁l + o x l f f 4 l 。5 t 0 1 之间，河口附近由于径滤挟沙迅逮落淤，坡度较大。粉沙淤溅震海岸瓣稳定黪坡坡度炎t o l o 一，故黄湾海日括水则淤积，傅隶剃受冲镄，冲淤凌辱乏剃烈。承下地形煲g 是离岸越迓竣凌越太，摄多区竣存在底2坡不稳现象；水深越大，则坡度趋于平缓，直至过渡到渤海浅海平原。黄河三角洲的冲淤变化直是众多研究者关注的一个课题。黄河三角洲发育有多利t 冲积、海积地貌类型，主要地貌类型有故河道高地、河问洼地、泛滥平原、决口扇、潮滩、潮沟、滑塌体等。1 1 2 气象概况黄河三角洲突入半封闭的渤海海域，属于暖温带季风气候区。年均气温1 1 5 “1 2 4 0 c ；月平均气温7 月最高，为2 6 6 0 c ，1 月最低，为一4 1 0 c 。历年的年最高气温均在3 6 2 0 c 以上，历年的年最低气温均在- 1 0 3 。c 以下。冬季时有流凌和海面封冻这种灾害性现象发生。黄河三角洲处于半干旱地带，累年年平均降水量5 9 0 9 m m 。月平均降水量以7 月份最大，为2 2 7 m m ：1 月份最小，为1 7 m m 。雨季般在6 月底至7 月开始，结束期在9 月上旬，而洪季要滞后雨季l 到2 个月。黄河三角洲季风盛行，年平均以南风为主，其次是东北偏东向风。波向变化基本上与风向一致，即冬季以偏北浪向占优，夏季以偏南浪向占优，春季常浪向为偏东向。本区东北向对应着渤海的长轴，海面宽阔，风区较长，起东北风时风浪发育最充分，故全年内本区以东北向浪出现频率最高，为1 0 3 ，强浪向也是东北向。本区总体上属弱潮区，以m 。分潮为主导，五号桩附近有1 个无潮点。从无潮点向西潮时顺时针递减，潮差逐渐增大：莱州湾的潮时由东向西顺时针递减。潮流属于不规则半日潮，在神仙沟外和清水沟河口外各有一个高潮流流速区。1 1 3 径流与输沙黄河是世界上含沙量最高的一条河流。有资料表明，黄河经利滓站输入渤海的泥沙占汇入渤海的入海泥沙总量的9 0 以2 ”，对渤海海岸的塑造起到重要的作用“。黄河径流量输沙量受到降雨强度、径流组成、洪水过程以及人类活动等多种因素的影响，年际变化大。近年来受人类活动的影响，黄河水沙特征改变，断流天数明显多于往年，其中1 9 9 7 年利津水文站的断流天数达到了2 2 6 天。五、六十年代，入海泥沙量年平均约1 2 亿吨，1 9 6 8 年l o 月刘家峡水库建成后，黄河经利津站入海泥沙缝减少半之多，平均约8 亿吨；1 9 8 5 年1 0 月龙羊峡水库的建成，使输沙量再度减少，大约4 亿吨，下跌至五、六一卜年代的3 2 左右。1 9 9 9 年小浓底本利枢鳃的建立镀黄淫来东寒沙攫静进一步减少，这些对黄溽三角渊翡发震将产生不乖j 静影穗。图卜2 、卜3 为黄滔荦j 津水文菇的东沙资料：图1 - 2 ：1 9 5 0 年至2 0 0 3 年黄河经利津站年径流量随时间变化图( 单位：亿立方米)阔卜3 ；1 9 5 0 年至2 0 0 3 年黄河经利津站输沙量随时间变化图( 单位：亿吨)1 2 阂内外研究现状4在国家攻关项目、自然科学基金和重大基金项目、中外合作项目以及地方委托项目中，对黄河三角洲及其临近海域进行了环境、水文、气象、泥沙、冲淤和海底不稳定性等有关内容的观测和调查研究，对黄河三角洲及其邻近地区已有了较好的认识和了解，积累了大量的资料和宝贵的经验。近年来，海洋观测、调查和分析的方法和手段不断发展进步。地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统，它作为传统学科( 地理学、地图学和测量学等) 与现代科学技术( 遥感技术、全球定位技术、计算机科学等) 结合的产物，正在逐步发展为一门处理空间信息的现代综合性学科。遥感( r e m o t es e n s i n g ，r s ) 技术作为在远离目标物体条件下通过传感器获取地表事物的电磁波信息，并进行分析处理来测量和判定目标地物的技术，是一种新兴的观测方法。当今g i s与r s 技术正处于一个飞速发展的时期，新概念、新技术和新产品层出不穷。组件式g i s 、w e b g i s 、3 d g i s 、o p e n g i s 、r s 计算机解译与识别、r s 数据融合、微波遥感、数字地球、数字海洋等技术的发展如火如荼。g i s 和r s 作为有效管理空间信息的工具，已经广泛应用于各个海洋科学研究中。多年以来，国内外许多国家和地区利用g i s 和r s 来在海洋方面进行了大量的科学研究，取得了一系列令人瞩目的成果。在美国，地理信息系统已列入美国政府制定的“信息高速公路”计划，副总统戈尔提出的“数字地球”战略更加强调了地理信息系统的重要之处。美国5 0个州中，有至少4 5 个州正在使用各类g i s 以支持有关土地、水、自然资源、海洋渔业、规划管理等方面的政策制定和环境评价与检测，至少有3 8 个州具有使用g i s 进行自然资源和土地利用与管理的能力。美国地质调查局( u s g s ) 和环境保护署( e p a ) 联合将6 0 多种科学和自然资源数据整合到一起，进行环境影响评价，污染评价，洪水制图，土壤保护研究，应用于伊丽莎自河流域。另外俄勒冈州立大学专门开展了海洋资源管理信息系统专题工作，进行海底高分辨率声纳图像研究、海洋湿地恢复与识别工作。加利福尼亚大学伯克利分校利用g i s 开展海洋环境保护计划( o c e a ni n i t i a t i v e ) ，成功地实现了海浪援救工程和海礁保护工程。弗吉尼亚海洋研究所利用g i s 和r s 进行海洋生态与遥感项目研究及弗吉尼亚州c h e s a p e a k e 湾海岸带调查( c b n e r r v a ) 工作。美国夏威夷大学的太平洋制图中心为开发、管理和发展美图太平洋岛屿的专属经济区丽设汁和开发了一个集成的海洋信息系统。该系统以a r c i n f ov 7 。0 为软件平台羲重开发了空间海洋数据的处理、g 1 s 和划图系绞的集成、三维数掘终_ ； 、海洋数据的模拟和动态最示等功能。这墨搜集的海洋数据主要有海洋测深数据、霪力数撼和磁力数据等，数据量缀大。美国三角渊数据系统公蠲( d e l t ad a t as y s t e mt n c ) 相海王蓬科技公司( n e p t u n es c i e n c e si n c ) 送行了海洋魂淫信息系统的设计粕建立。该系统在g i s的基础上，集成了数据库( 包括遥感数据) 和各种数字模疆，用以支持岸上后勤管理( l o t s ) 的合理规划、可运行的监测和分析任务。我国g i s 和r s 应用于在海洋和海岸带管理与开发方面起步较晚，但发展迅速。随羞现代离新技术在海洋领域的应用，人们越来越认识到建立合理的海洋数据体系、管理体系的必簧，陵和墼要性。另一方嚣，g i s 技术的蓬勃发展，梵很多领域荣寒了友好的工佟平台。嚣对海洋镶域越来越多静信怠鞠g i s 掇供的矮测赘工其，弱年代末戳来，謦肉许多学者开始考虑海牟带管理( c o a s t a lz o n em a n a g e m e n t ) ，海洋逾理信息系统( m a r i n eg i s ，m g i s ) 的概念并陆续着手建立相关的地理信恿系统，并取得了一些可喜的成果，引起了海洋领域研究者的瞩目。国家海洋局海洋环境保护研究所的赵玲等人( 赵玲等，1 9 9 8 ) 在大连海域内采用采用a r c v i e w 和a r c i n f o 为g i s 软件平台，通过开发和利用海域资源综合信息，解决了资源与环境的合理刹用与保护方匿的问题，实现了海洋环境谬价工传蛉可视化瓤海湾水动力过毯的动强模拟。刘振乾等剿题3 s 技术综合应蹋予三受渊及滨海澄遽资源煞调奁磷究，选攥黄泻三翅潞程辽溺三角渊两个典有獒鍪代表性的北方两大三角渊氇区，经过资料收集、野外探奄、光谱实验、室内计算机处理、野外抽样定位验证等阶段的工作，建立了合理的技术流程。王宪礼等曾嗣用遥感影像对辽河三角训进行过紧观生态学分析，张树清等曾利用遥感技术对三江平原湿地分类进行过有益探讨，张柏等曾利用1 9 9 0 年的t m 卫片进行过辽河三角洲土地利用的研究。赵庚星等以遥感和地理信息系统技术研究了黄河口1 9 8 6 年5 月至1 9 9 6 年l o 月淤积与侵蚀珏积的变化及其空闼动态变化。贾建军、王义剐利蹋地理楼患科学期3 s 技术在海岸环境调囊与动态监溅、海岸与运海动力模拟、水下施形三维鬟示与演避模羧、海露带邋理信患系统建设、海岸带开发与管理等6方面作出探讨。此外，我国在海洋渔业资源管理、海洋功能区划、海洋溢油应急系统、海洋划界等方面也有许多的研究工作。随着我国遥感与地理信息系统在海洋力面的研究的深入，海洋科学不断向纵深发展，黄河三角洲区域已经获得了从海洋信息元数据、数据、卫星图象、航空照片、地理基础图和专题图等数以亿兆计的海洋信息。我国相继建立了各类大中型海洋数据库以及多种比例尺的数字化海洋基础地理图、专题图等。但目前相当一部分海洋数据标准不一致，兼容性、可比性差，利用率低，造成了海洋信息资源的极大浪费，对今后海洋信息的共享及海岸带管理极为不利，同时也对海洋科学的技术与方法提出了新的挑战，这迫切需要有效的管理手段和工具来对海洋信息进行管理，而以软件工程与数据标准化为依据，地理信息系统为平台，结合遥感技术来管理海洋信息正是解决这一问题的有效手段和途径。1 3 研究思路与内容作为“9 7 3 ”项目一一中国典型河口一近海陆海相互作用及其环境效应的子课题，中国海洋大学河口海岸带研究所组织了“夏季黄河河口及附近海域多学科联合海洋环境调查”，同年9 月下旬组织了“洪季黄河河口附近海域多学科联合海洋环境调查”，取得了大量样本和同步实测数据。作者参与了这两次黄河河口调查的从前期准备、现场调查到室内分析、数据整理的整个过程，在这个过程中作者对黄河三角洲海洋地理信息数据采集的手段、过程以及期间可能出现的问题有了较为深入的认识。采用g i s 、i s 和面向对象的编程工具来建立黄河三角洲地理信息系统，以数据可视化作为基本要求，以软件工程与数据标准化作为基本准则，以多元信息作为数据源，建立可以动态进行数据可视化提取、查询、编辑和显示的具有自主平台的海岸带信息系统，为黄河三角洲的开发、利用、规划和管理提供科学依据是本文的研究思路。规划、设计、开发黄河三角洲地理信息系统是一项复杂而庞大的系统工程，牵涉到海洋、水文、气象、地质、生物、化学多个学科，需要考虑的问题众多。本文基于以上研究思路，结合当前黄河三角洲的重点问题，研究内容主要涉及以下几个方面。72 系统总体框架设计2 1g t s 系统流程扶壤理穗憨系统麓度，数攥流黎避覆懿下。多静数据滚经过选择，获取，进行羰处淫，然后焦急格式标凇讫，接饕避行数字住秘数爨输入，建立空婚数爨簿，最嚣进行数撬的楚瑷分析和应丽，用于凌询、服务、决策与分祈。 塞! 茎墨h ! ! ：! 妻：! ! |j 、。一，1 竺竺竺垫曼：竺要竺竺里!r 1 飞1煎臣圃匦亟翠瞳i 画副囹_ ? l 1 苎兰竺妻些兰篓竺篓|蓬2 - i ：她瑾燕患袭统麴数鬻疯稷( 摆边馥苓，1 9 9 9 )依据g i s 的数据流程，从软件工程的角度规划g i s 的各个阶段。酋先进彳亍问蘧黪定义，鄂“要鼹凌懿溺瑟是嚣么”；然蜃遗孬可行淫磺究，瑟“瓣予上一个8阶段的问题是否有行的通的办法解决”，把系统进行一次大的压缩和简化，在比较抽象的层次上分析和设计。第三则进行需求分析，即为了解决问题，系统必须做什么”，第四进行总体i 5 计，即“如何解决这个问题”，第五进行详细设i , - t - ，第六进行编码和单元测试，最后进行软件维护。o i s 从软件工程的角度其实施过程如下。圈图2 2 ：g i s 的实施过程( 据宫鹏，1 9 9 9 )92 2 技术体系黄河三角洲地理信息系统的技术体系包括空问数据库和属性数据库建设、地理信息系统建设与邂感应用等方面；黄河三趋测海洋地理信息系统开发的技术支撑方嚣包含数学统计方法编程送用、v c + + 6 0 结合m a p o b j e c t s2 2 毫级语言缡程、a r c s d e 空润数据库gl 擎、m ss q ls e r v e r 数据瘁管理软件赘综合运蠲。舞矫作者还参考了稀学珂褫纯软件s u r f e r 系列，参照并改遴了它们的菜些功能。3 数据库建设3 1 数据收集在黄河三角洲海域的科学调查活动中，使用了多种先进仪器和工具，有能同时测得水深、温度、电导率、盐度、溶解氧、荧光度、浊度、密度、声速9 种参数的c t d ( 温盐深仪) 和y s i ( 多参数水质监测仪) ，有能同时分层观测不同深度的水流的流速和流向参数的a d c p ( 声学多普勒流速剖面仪) ，信标差分g p s 接收机系统和超声波测深仪组成的水深测量系统，数字式手持流速计等，也有部分工程钻探数据、浅地层剖面数据和底质属性数据。各类海洋调查数据可按图3 一l 进行分类。图3 1 ：黄河三角洲地理信息系统数据库结构3 2 数据特点1 ) 数据分散凌乱经过多年麓黄河霜谲瓷，袄累了丰富的海洋永下麓形、海洋求文、海洋环境、海洋工程地痰等备炎糯关炎籽鞠基褥数摇。这些资料鞠数糕分布分澈，丽虽桶当部分是以纸介质的形式保存，大多对啦个项魁有利霸价值，丽相互潮的利用率不裔，绘数攒麓综合成用带泰较大的爨难。2 ) 数据橱溅不统一驮嚣嚣蕊集懿浚糕猿撼袋看，黄溺三建测调鸯数耀拣缕不绞，数据采嶷秘存锉一般遵循不越殴孳亍盟橼漆，魏海洋溅绘数攥羲；潍、海洋臻凌诿粪柩准。墓露纛，绝大多数懿海洋谖疆瀣精密予设备稽霹藩蠢，获褥袋莱哭麓袭逑为人工解释缀告秘瑟俸，靛乏藏始数据记秉。筵羚，惑于盛淄需求不黼囊羧学基醚器辩，瑰青数据的坐标系统、基准面、投影方式、空间数据的表达方式蒈也各不褶阐。3 ) 数据类鍪 及文捧掺式复杂黄河三角洲工程她质数据； 孛类繁多，结构复杂，涉及到多莓中数攥类型，俄摆字簿整、数毽整、弱簸鍪嘲大薅象数援淡类型等。藤基，存簇数攮黪文件穆式瞧眈较复杂，包捶删揍数据支传、矢篷数据文譬 、文本文穆殴及攘关调焱纹嚣产嶷豹将殊格式数据文传。4 ) 数据量穗大随着计算视技术、定位技术、声学技术、信息工程技术等现代按米在海洋调查领域静艨蔫，出现了一撤离精度、离效率、离集艘、多参数、多翔逡的海洋搽测设备，黄河三建洲区域的数据信息爨也迅速增大，如何使海鬃数掇在本数攥痒中蠢效存爨j | 醅管理残为一令魄较关键蕊翔题。3 。3 数撼瘁总体设嗣“数据簿总体设诗翳必须掇据黄溺蜀三楚测近海送赝采蔟戆数字憋点，劳壤合对褥户懿求和数糖甏求的详细分板，数掇霹毖体结梅见粼3 + 2 。幽3 - 2 ：贡问三角洲地理信息系统数据库总体结构g i s 数据主要包括空间数据和属性数据，空间数据指用多维数据描述物体的地理位置等物理特征，地理信息系统中信息的核心是空间数据。非空间数据即属性数据，属性数据是依托地理分布信息而存在的。那么怎样对空间数据和属性数据进行存储和管理呢? 且随着g i s 应用向分布式管理系统领域的转移，空间数据的文件管理模式在实现数据共享、网络通信、并发控制及数据的安全回复机制等方面出现了难以解决的问题。于是各大g i s 厂商和数据库公司同时发展了最新的空间数据和属性数据的全惯性型数据库管理方式，利用关系型数据库来存储和处理空间数据，实现了空间数据和属性数据的无缝集成和一体化存储管理。空间数据库的内容按所存储的数据产品的类型进行划分，空间数据库包括矢量数据、栅格数据、数字高程模型，以及对这些数据进行说明的元数据，最后还包括专题数据。黄河三角洲海洋调查资料设计专业广，内容丰富，包括水深测量、工程钻探、海洋水文环境和底质属性等专业的调查数据。各类调查数据包含空间信息和属性信息。存储管理空间数据的存储管理以及与属性数据的有效集成一直是空问信息系统的难点，因此，数据库设计主要钳对空间要素的分层和空间数据库与属性数据库的融合两方面进行研究，提出可行的技术方案，实现空间数据和属性数据的有效集成，使用户能够全面快捷的进行信息浏览和查询。3 3 i 空间要素分层参照相关的海图编绘规范，将黄河三角洲海上调查涉及到的空间数据进行分类分层管理，各空间要素根据其空间结构特征分成点、线、面、注记和栅格影像等几种图层类型，并采用不同的组织结构进行存储管理。如表3 1 所示：表3 - i ：黄河口三角洲空问地理要素分层袭类剃层缀名要素空间特征分类点状线状面状注记底图要索类区域图层陆地地貌水系迭赛线海岸线、，高程点航行测线水深点及数值水深等傻线帮覆线海底遣貌0地貌特征定性描述、，标注专题要素类平台工摆地质链孔人王岛3 。3 2 空间库与羼魏库融合常规的数据源往往有默认的空间库与属性库设置，在数据源建立时，系统根握默认的字段和存健方式自动链接，用户无震嶷己设置。例如a r c v i e w 的s h p凰爆数据螅“链孔”图层，其对应链孑1 s h p 、钛孔d b f 、键孑l 。s b n 、钻孔s b x 、钻孔s h x 五个数搭文件，葵中镭孔+ s h p 秀主要静奎阉数据文件，装对应敬属镁信息自动存储在铬孔s h p 中。当采孀m a p o b j e c t s 缀件赧载数猫时，自动提取数据相应的文件。1 4而对于大型和超大型数据库的实现方法，常规的编程采用s q ls e r v e r 数据库来实现，e s r i 公司对g s 大型数据库的管理采用a r c s d e 来实现。1 ) a r c s d e 及其体系结构a r c s d e ( s p a t i a ld a t a b a s ee n g i h e ) 即空间数据引擎，从空问数据管理的角度可以将其看成是一个连续的空间数据模型，借助这一模型，我们可将空间数据加入到关系数据库管理系统( r d b m s ) 中去。a r c s d e 溶入r d b m s 后，提供了对空间、非空间数据进行高效率的数据库接e l 。由于a r c s d e 采用的是客户机服务器( c l i e n t s e r v e r ) 体系结构，大量用户可同时针对同一数据进行操作。体系结构如图3 3 所示：图3 3 ：a r c s d e 的体系结构上图中，客户端应用是终端用户运行的软件，本系统即为建立在m a p o b j e c t s上的g i s 应用程序。与客户端结合的是a r c s d e 客户库，这是一个程序设计接口，用于处理客户端提出应用的请求。在服务器端，由a r c s d e 服务器处理程序、关系数据库管理系统和实际的数据。服务器在本地执行所有的空间搜索和数据提取工作，它仅将满足搜索条件的数据在服务器端缓冲存放并发回到客户端。缓冲处理收集大块的数据，然后将整个缓冲区的数据发往客户端应用，而不是一次只发一条记录。在服务器端处理著缓冲因此大大提高了效率，并使网上负载大大降低，这在提高数握库查询检索遵度方直具有十分重要的懑义。2 ) a r c s d e 的地理要素的组织和存锉a r c s d e 中豹选理要素横据英震偻帮凡何形状分为点、线、丽。a r c s d e 也允许包含“空( n i l ) s h a p e ”，都没商几何形状，但有属性数箍。a r c s d e 图层：a r c s d e 中将具有麸同属性项的地理要素归为一个圈层。例如，可以将不同图层的等深线存放在个线状要素层中，每个数据库记录对应一条等深线，这样有利于地理疑素的存储和管理。逻辑上，一个图层包食描述包含空间和属性债息的表。缺卷馕况下，a r c s d e 锼用压缩救二进割格式来存糍要素戆凡嚣墨形，麸两可以有效提高存链秘检索空阕数据静效率。一个篷缩静二进锱要素类由三个数据表缀成：盈务表、要素表、空阉索弓l 表。要素表与韭务表之问通过空闯列和f e a t u r e i d 莉发生关系。图3 - 4 所示为通过a r c s d e 将空间要素数据存储在业务表、要素特征表、空间索引表中的示意图。业务表仝l u j l 衣f a t u r ei o属性af e a t u r e _ i d tg x g ￥pb如1 p1 pc矗一2 0主一ib l 一1 一要素特征表b 一1 2 一f e a t u r ei dp o i n t sb 一2 01 一ax y ，x ye pl pt p转x ￥，x yc oi p2 -cx y , v| 一、空间信息坐标序列( 二遴割存姥)、一。1 6图3 - 4 ：矢量数据在a r c s d e 中的组织结构：j ) a r c s d e 刘栅格数据的管理a r c s d e 提供对大范围、高分辨率栅格数据的支持，a r c s d e 支持包括g r i d 、t i f f 、e r d a s m a g i n w e 、b m p 、j p e g 、g i f 、m r s i d 、a d r g 等多种格式的栅格数据。a r c s d e 对栅格数据的管理方式与对矢量数据的管理方式很相近，也是在属性表中增加一个r a s t e r 类型的字段，然后通过这个字段建立栅格数据表的联系。在g e o d a t a b a s e 中，a r c s d e 自动将大型的栅格数据集分割成若干块，并对其进行压缩，以提高访问和存储的效率。a r c s d e 支持影像金字塔结构。通常，这会增加2 0 左右的存储空间，但却可获得非常客观的显示效率回报。特别是当影像数据在几百兆字节以上时，显示效率提高十分明显。3 3 3 数据编码与分类黄河三角洲数据种类繁多，数据格式各不相同，为避免海洋数据的标准不一、兼容性与可比性差，利用率低的弊端，保证系统平台的总体一致性和数据存贮、交换格式的统一，系统编码与分类采用或参照了表3 2 所示标准和规范。表3 2 ：参考的标准与规范：_ 母准魄规蔼一堤盟一- j 毒_ 罐、i 囊j !g b1 7 1 0 81 9 9 7海洋功能区划技术导则g b1 3 9 2 3 9 2国土基础信息分类与代码g b7 0 2 7 - 8 6信息分类编码的基本原则和方法g b t1 3 0 1 6 - 9 1标准体系表编制原则和要求g 1 39 6 4 9 8 8地质矿产术语分类代码g b t1 2 4 6 2 9 0世界海洋名称代码g b9 5 8 8 9区域地质图例g b 【2 3 1 9 1 9 9 8中国海图图式g b2 2 6 0 1 9 9 5中华人民共和国行政区划代码g b1 3 9 0 9 9 2海洋调查规范一海洋地质地球物理调查d z t0 1 2 3 9 4石油钻井地质数据文件格式1 7【d z t0 1 2 6 9 4固体矿产钻孔地质数据文件格式。d z t0 1 9 7 一1 9 9 7数字化地质图图层及属性文件格式省污算规划图拣准山东省区域地质魁汁算枧到闺标准地球空阀数据交换格式霆标缝球空阀数据交换格式海洋信息分类与代码海洋信息分类与代码( 草案)g b1 5 9 6 8 - 1 9 9 5遥感影像平面图制作规范i s ( ) t c2 1 1i s o 地理信息地球信息科学标准o p e n g i so p e n g i ss i m p l ef e a t u r e ss p e c i f i c a t i o ns d t s美国空间数据转换标凑数据缀码对，装舂国家标凇或行业标准毂，严格按照括准，保 燕编鼹拆分后鸯秘与国栋码嚣配；若没有标榷可羰铱耀豁，按照套关标准释学科毽论分类并编制，葡时兼颥系统需求。4 地理信息系统集成与开发技术4 1v c + + 6 0 与们2 2 集成当前g i s 的开发主要有以下3 种形式：第一种是采用高级编程语言自主完成系统研究、规划和开发，一般只有专业g i s 开发团体采用这种开发方式，其特点是掌握核心技术、拥有知识产权、独立性强，但研发周期长、开发费用高；第二种是利用已有的成熟的通用型g i s 软件提供的二次开发功能，对通用型g i s 软件进行改造，增加人机交互界面和功能模块，这种方法能充分利用大型g i s 软件本身的功能，开发速度快，节省人力物力，但是成果软件对母体有依赖性，可移植性差，且软件价格昂贵，总体成本仍非常高昂；第三种采用可视化编程语言结合g i s 组件( g i sc o m p o n e n t s ) 进行开发，g i s 组件提供了基础制图功能，这种方法基于标准的组件式技术，具有标准界面和接口，便于封装和发布且具有明显的价格优势。黄河三角洲海洋地理信息系统采用了第三种g i s 开发方式，即使用可视化编程语言v i s u a lc 6 0 结合g i s 组件m a p o b j e c t s2 2 。v is u a lc + + 6 0 ( 简称v c + + 6 0 或v c 6 ) 是美国m jc r o s o f t 公司推出的c + +语言编泽程序，作为一个功能非常强大的可视化应用程序开发工具，是计算机界公认的最优秀的应用程序开发：c 具之一。使用m i c r o s o f t 的基础类库( m i c r o s o f tf o u n d a t i o nc l a s s e s ，简称m f c ) 使得开发w i n d o w s 应用程序更方便，结构更清晰，扩展更容易。4 1 1m a p o b j e c t s2 2 简介m a p o b j e c t s ( 简称m o ) 是一组供应用程序开发人员使用的制图与g i s 功能组件，是美国e s r ii n c 公司的g i s 系列产品之一，m a p o b j e c t s2 2 是它的最新w i n d o w s 版本。它由一个o l e 控件和一系列可编程o l e 对象组成。利用m a p o b j e c t s开发人员可以在应用程序中添加制图# n g i s 功能。它不是为最终用户而是专门为9开发人员提供的，开发人员可在熟悉和喜欢的开发环境中利用m a p o b j e c t s 开发出系统开销小的g i s 应用，或在现有的应用中添力i g i s 功能。m a p o b j e c t s2 。2 具有以下特点：1 、支持多秘接式g i s 数据m a p o b j e c t s2 2 支持多耱矢量、橱格帮鼙层格式趣理数据文件，冀中矢量文件有：a u t o c a dr 1 3 和r 1 4 及a u t o c a d2 0 0 0 的d x f 和d w g 格式数据、美阔军用矢量产品格式v p f 数据、a r c l n f oc o v e r a g e 、形文件( e s r is h a p ef i l e s )等；栅格图像格式如b m p 、g r i d ( a r c l n f og r i d ) 、a d r g ( a r cd i g i t z e dr a s t e rg r a p h i c s ) 、a s r p ( u s r p ) ( a r cs t a n d a r dr a s t e rp r o d u c t ) 、c a d r g ( c o m p r