（地图学与地理信息系统专业论文）海域使用现状数据整合关键技术研究.pdf

南京师范大学硕士学位论文 摘要 摘要 2 0 世纪9 0 年代，海洋的发展得到国内外广泛关注。随着社会对海洋信息的需求日益增 加，海域使用信息共享己成为一种必然要求。由于海域使用现状数据的管理平台有多种，数 据缺乏统一、完善的标准，所以现有的海域使用现状数据形式多样，质量参差。对这些数据 进行集中管理时，存在多源数据难以整合的问题，这些问题成为“数字海洋”建设的严重障 碍。 海域使用现状数据整合的关键技术主要有不同精度空间数据整合、数据格式转换、空间 数据坐标转换、属性信息整合和面向对象数据管理。海域使用现状数据整合的难点主要集中 在： l 、海域使用现状数据没有完善统一的标准； 2 、海域图形更新频繁，不同部门的数据进行整合时，不同精度的空间数据存在差异； 3 、海域范围宽广，缺乏准确的坐标转换参数。 本文以“我国近海海洋综合调查与评价”专项( 简称“9 0 8 专项”) 的江苏省海域使用 现状调查子项目为支撑，对多源海域使用现状空间和属性数据整合的技术和方法进行了全 面、细致的研究。主要包括：本文对多时间尺度和不同精度的海域使用现状数据在时间界定 和空间位置整合上提出解决方案；在对海域数据相关标准和规范的研究的基础上，本文提出 了海域使用现状数据的属性标准和属性整合方法；针对海域数据的特点，研究海域空间数据 坐标转换的方法并在海域信息管理平台的基础上进行了设计实现，包括创建g e o d a t a b a s e 个 人数据库并加载d w g 、s h p 数据的功能、四参数计算及坐标转换功能、基于坐标文本文件 和属性文件编绘海域现状图的功能、结合海域使用业务的图形属性文档同步管理功能等。 本研究根据江苏省9 0 个已知控制点，计算出江苏省沿海连云港、盐城和南通的1 9 5 4 年北京平面坐标系和w g s 8 4 的高斯平面坐标系之间的转换4 参数，解决了海域使用现状 数据整合中坐标系统不统一的问题。在江苏省海域使用现状调查中，本研究通过对江苏省海 域使用现状数据的整合，为江苏“数字海洋”的建设提供了高质量海域使用现状数据3 0 0 0 多宗。 关键词：海域使用现状数据；数据整合：多源；四参数模型；a t c e n g i n e 南京师范大学硕士学位论文 摘要 a b s t r a c t s i n c et h e19 9 0 s ，t h ed e v e l o p m e n to f m a r i n ei n d u s t r yh a sb e e nf o c u s e do nb o t ha th o m ea n d a b r o a d i ti sn e c e s s a r yt os h a r et h em a r i n ed a t af o r t h ei n c r e a s i n gd e m a n d so ft h em a r i n e i n f o r m a t i o n d a t ai st h em o s tb a s i ca n dc o m p r e h e n s i v ef a c t o ri nm a r i n em a n a g e m e n t d u et ot h e p r e s e n tm a r i n eu t i l i z a t i o nd a t ap l a n t e do nd i f f e r e n tp l a t f o r m sw i t h o u tag o o du n i f i c a t i o n ，i ti so f d i v e r s ef o r m a t sa n do fd i f f e r e n tq u a l i t y w h e nt h ed a t aw a sp r o c e s s e du n i f o r m l ym a n a g e m e n tn o t b e i n ga b l et oi n t e g r a t ef o ri t sm u l t i s o u r c ep r o b l e m sp r o v e da no b s t a c l et ot h e “d i g i t a lm a r i n e ” c o n s t r u c t i o n t h ek e yt e c h n o l o g i e so ft h ep r e s e n tm a r i n eu t i l i z a t i o ni n t e g r a t i o nm a i n l yi n c l u d et h ed a t a p r e c i s i o na d j u s t i n g , d a t af o r m a tt r a n s f o r m a t i o n , c o o r d i n a t et r a n s f o r m a t i o n ，a t t r i b u t ei n t e g r a t i o n a n do b j e c t - o r i e n t e dd a t am a n a g e m e n tt e c h n o l o g y t h ed i f f i c u l t i e so fp r e s e n tm a r i n eu t i l i z a t i o n i n t e g r a t i o nm a i n l yc o n c e n t r a t ei n ： 1 、l a c ko fu n i f i e da n dc o n s u m m a t i o ns t a n d a r df o rp r e s e n tm a r i n eu t i l i z a t i o nd a t a ； 2 、m u l t i s o u r c el e a dt os p a t i a ll o c a t i o nu n c e r t a i n t y 3 、t h eo c e a ni sb r o a da n dd o n th a v ee x a c tc o o r d i n a t et r a n s f o r m a t i o np a r a m e t e r s w i t l lt h es u p p o r to ft h ep r o j e c to f “m a r i n e9 0 8 ”i nj i a n g s up r o v i n c e t h ep a p e rt a k e st h e p r e s e n tm a r i n eu t i l i z a t i o nd a t ai n t e g r a t i o ni nj i a n g s up r o v i n c ea sa ne x a m p l et os t u d yi n t e g r a t i o n t e c h n o l o g i e sa n dm e t h o d sf o ra t t r i b u t e sa n ds p a t i a ld a t a m a i n l yi n c l u d e ：f i r s t l y , p r o p o s i n ga f e a s i b l em e t h o do fd e c i d i n gt i m ed i v i d ea n dc o r r e s p o n d i n gs p a t i a lp r e c i s i o nf o rm u l t i - s c a l e p r e s e n tm a r i n eu t i l i z a t i o nd a t a ；s e c o n d l y , p u t t i n gf o r w a r das e r i e so fr e l a t i v e l yf e a s i b l es t a n d a r d s f o ra t t r i b u t ed a t ab a s e do nt h e s t u d yo fe x i s t i n gr e l a t e dc r i t e r i a ；t h i r d l y ，o r i e n t e dt ot h e c h a r a c t e r i s t i c so fm a r i n ed a t a ，w es t u d yt h em e t h o do fc o o r d i n a t et r a n s f o r m a t i o no fm a r i n e u t i l i z a t i o ns p a t i a ld a t aa n dr e a l i z ei to nt h ep l a t f o r mo fm a r i n em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ； f o u r t h l y , r e a l i z i n gas e r i o u so f r e l a t e df u n c t i o n ss u c ha st h ec r e a t i o no fp e r s o n a ld a t a b a s e so f g e o d a t a b a s ea n dl o a d i n gd w g s h pf i l e s ，m a k i n gm a r i n eg r a p h i cd a t au s i n gc o o r d i n a t et e x tf i l e s a n da t t r i b u t ef i l e sa n dd o c u m e n tm a n a g e m e n tb a s e do ng e o d a t a b s ea n ds oo n b a s e do n9 0c o n t r o lp o i n t si nj i a n g s up r o v i n c e ，t h i sp a p e rc a l c u l a t e st h ef o u rp a r a m e t e r sf o r t h et r a n s f o r m a t i o nf o r m19 5 4b e i j i n gp l a n ec o o r d i n a t e s y s t e m t ow g s 一8 4g a u s s i a np l a n e c o o r d i n a t es y s t e mi nl i a n y u n g a n g , y a n c h e n ga n dn a n t o n g , w h i c hs o l v e st h e p r o b l e mi n i l 南京师范大学硕士学位论文 摘要 c o o r d i n a t eu n i f i c a t i o n i nt h ei n v e s t i g a t i o no fm a r i n eu t i l i z a t i o ni nj i a n g s up r o v i n c e ，b ya p p l i e d d a t ai n t e g r a t i o nt e c h n o l y g i e s ，t h i sp a p e rp r o v i d e sr e l i a b l em a r i n eu t i l i z a t i o nd a t af o rc o n s t r u c t i o n k e yw o r d s ：p r e s e n tm a r i n eu t i l i z a t i o nd a t a ；d a t ai n t e g r a t i o n ；m u l t i s o u r c e ；f o u r - p a r a m e t e r m o d e l ；a r c e n g i n e i l l 南京师范大学硕士学位论文海域使用现状数据整合关键技术研究 图目录 图卜1 技术路线图7 图2 1 海域使用数据主要组成9 图3 一l 基础地理数据整合的内容1 6 图3 2 海域使用现状数据整合方案1 7 图3 3 盐城东台市2 0 0 6 年用海( 灰色) 与2 0 0 7 年用海( 黄色) 对比1 8 图3 4 不同部门测取的岸线存在偏差。1 9 图3 5 实测岸线和已有岸线的吻合情况( 叠加) 。2 1 图3 6 北京5 4 、西安8 0 与w g s 8 4 的差异2 l 图3 7 坐标转换流程2 2 图3 8 不同平面坐标系。2 4 图3 9 连云港市3 0 个控制点分布情况2 7 图3 1 0a u t o c a d 图形组织方式3 0 图3 1 1d w g 转换为s h a p e f i l e 格式一3l 图3 1 2a r c g i s 直接读取m a p i n f o 的t a b 格式的数据3 2 图3 1 3 标准属性文本文件3 6 图4 1 海域信息管理系统界面。3 9 图4 2 基于e r 模型的海域数据的四种抽象1 5 射4 0 图4 3 基于g e o d a t a b a s e 的海域使用现状数据库4 2 图4 4 图形清理。4 3 图4 5 拓扑重建4 3 图4 6 程序计算四参数界面4 4 图4 7 用于成图的文本文件4 4 图4 8 图形编绘界面4 4 图4 9 属性导入界面。4 5 图4 1 0s h p 导入m d b 界面。4 5 图4 n 连云区紫菜养殖的d w g 数据一4 5 图4 1 2 根据属性选择要素界面4 6 图4 1 3 四参数坐标转换界面4 6 图4 14s h p 导入m d b 界面4 6 图4 1 5 效果图4 7 图4 16d w g 导出为s h p 4 7 图4 1 7 连云港海域使用现状数据整合成果图4 7 南京师范大学硕士学位论文 海域使用现状数据整合关键技术研究 表目录 表2 1 我国海域使用分类体系1 4 射1 0 表2 2 界址点测量记录表1 2 表3 - l 海域使用现状调查中数据的坐标基准参数。2 2 表3 - 2 四参数精化前坐标转换点位中误差2 7 表3 - 3 四参数精化后坐标转换点位中误差2 7 表3 4 点位中误差统计比较2 8 表3 - 5 四参数精化前后点坐标转换中误差对比2 8 表3 6 海域使用现状数据分层标准及图层代码3 3 表3 7 海域使用属性数据标准3 5 果。 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以“求实、创新一的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他入或其它机构已 经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了 谢意。 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 南京师范大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 2 1 世纪，随着计算机技术、网络技术和地理信息系统技术的发展，海洋信息的数字化 表示和分析得到很大的推动和发展。“数字海洋”成为国内外备受关注的课题。“数字海洋” 是“数字地球”的重要组成部分i 。“数字海洋”是由海量、多分辨率、多时相、多类型空 间海洋监测、观测数据及其分析算法和模型构建而成的虚拟海洋世界，是海洋资源、环境在 计算机中的缩影f 2 1 。 建设“数字海洋”，实现对海洋信息和资源的科学管理和分析，为国民经济发展，海洋 综合管理，海洋环境保护和海洋科学研究提供全面的、多层次的海洋信息共享服务是十分必 要的 2 1 。目前，许多海域管理部门已经开始应用海域信息管理系统对海域使用现状数据进行 管理。由于海域使用数据没有统一的标准和规划，海域使用现状数据存在于多种软件平台中， 造成了数据的多源异构性，表现为多空间尺度、多时间尺度、数据格式多样、坐标系统多样、 属性信息各有侧重等。 本文以“我国近海海洋综合调查与评价”项目( 简称“9 0 8 专项”) 的江苏省海域使用 现状调查子项目为支撑，以研究多源异构海域使用现状数据整合的关键技术和技术路线为目 的，在研发海域使用现状数据管理系统的基础上，针对现有数据整合中存在的问题提出解决 方案并加以实现和验证。 1 2 研究背景及意义 近几年我国海洋事业发展迅速，海洋资源的合理充分利用是海洋事业稳定发展的前提。 为了保障海洋资源与环境的合理利用，保持海洋经济协调发展，我国提出了“数字海洋”的 建设目标。近海海洋的使用现状是海洋调查的主要内容，也是近海海洋综合评价的基础。所 以无论是海洋综合调查还是综合评价都需要及时准确的近海海洋地理信息的支持。海域使用 现状数据是近海海洋地理信息的主要组成部分。数据的质量严重影响海域信息管理的效率和 应用。 根据国家海洋9 0 8 专项的海域使用现状调查技术规程，我国海域使用分为9 个一级类， 2 5 个二级类。江苏省的近海海域位于北纬3 l 。3 7 3 5 。0 8 之间的东海大陆架中部，最近 南京师范大学硕士学位论文 第一章绪论 的一次全国海域使用调查是8 0 年代，根据8 0 年代海岸带调查数据，江苏海岸线为9 5 4 千米， 江苏海域面积为1 8 8 5 万平方千米【3 1 。2 1 世纪，海域使用发生了很大变化，对于繁多的用海 类型，宽广的用海海域，海域数据整合是一项艰巨而又很有实用价值的工作。海域使用现状 数据整合的意义主要体现在：为“数字海洋”的建设提供现势、可靠的基础海域使用现状数 据；整合后的数据可以在各部门间流通、使用，达到了数据共享的目的，节省了重复工作； 整合后，可以把各部门的数据进行集成，有利于海域使用部门对海域使用的整体把握和调度， 从而减少了地方上不必要的冲突和矛盾；整合后的数据可以用于进行各种空间分析，为海洋 部门提供技术支持和决策服务。 海域使用现状数据是我国海洋事业的关键。海域使用现状数据整合的含义不仅仅是是实 现海域使用现状数据的格式转换、坐标转换，还要实现海域使用的历史数据和现状数据的同 步管理、空间数据和属性数据的一体化管理，将海域使用现状数据与海域管理的业务流程挂 钩，与文档管理进行关联，做到图形属性文档一体化管理。 根据国家海洋局9 0 8 专项工作的总体部署和江苏省海洋开发与海洋管理工作的实际需 要，本人在导师的指导和项目组成员的支持下，结合“江苏省近海海洋综合调查与评价”专 项( 简称江苏9 0 8 专项) 的海域使用现状调查子项，在研发海域使用管理信息系统的基础上， 对多源异构海域使用现状数据整合的关键技术和技术路线进行了详细的研究。 1 3 国内外研究现状 海域使用现状数据的主要内容包括海域使用空间数据和海域使用的统计数据( 属性信 息) 基于g i s 技术平台管理的海域使用现状数据的整合，可以借鉴空间地理数据整合的技 术和方法。空间地理数据整合涵盖的内容比较多，包括空间数据精度方面的整合、空间数据 坐标基准整合、数据格式的转换等。在国内外研究中，数据整合的提法不多，其研究进展研 究主要体现于数据集成、数据共享和数据互操作几个方面。 本文根据海洋9 0 8 专项对海域使用现状成果的要求和海域使用数据的现状及管理模式 的特点，侧重于从数据集成角度进行海域使用现状数据整合的探讨研究。国内外关于数据集 成的研究为本文的研究提供了丰富的方法理论基础。 本文主要从空间数据集成和海域数据管理两方面对国内外研究的情况进行了总结。 2 南京师范大学硕士学位论文第一章绪论 1 3 1 国外主要研究现状 l 、国外空间数据整合进展 国外空间数据交换标准主要有美国地质测量局自行制定的数字线划图矢量数据格式标 准d l g 、美国国家标准空间数据交换格式( f i p s l 7 3 ：s d t s ) 以及其他有关标准；美国 联邦地理数据委员会( f g d c ) 的空间数据转换标准f g d c s t d - 0 0 2 、地理空间定位精 度标准等相关标准；国际标准化组织o p e ng e o s p a t i a lc o n s o r t i u m 制定了关于空间数据共享 的x m l 标准等；国际标准化组织i s o 制定的i s o1 9 1 0 7 空间模式，i s o1 9 1 0 8 时间纲要， i s o1 9 1 0 9 地理信息应用模式规则，i s o1 9 1 1 l 坐标空间参考，i s o1 9 1 1 3 一质量原则和i s o 1 9 1 1 8 空间编码等一系列标准。 9 0 年代，s h e p h e r di d h 对空间数据集成进行如下分类 4 1 ：g i s 功能观点认为数据集成 是地理信息系统的基本功能，主要指由原数据层经过缓冲、叠加、获取、添加等操作获得新 数据集的过程；简单组织转化观点认为数据集成是数据层的简单再组织，即在同一软件环境 中栅格和矢量数据之间的内部转化或在同一简单系统中把不同来源的地理数据( 如：地图、 摄影测量数据、实地勘测数据、遥感数据等) 组织到一起；过程观点认为空间数据集成是在 一致的拓扑空间框架中地球表面描述的建立或使同一个地理信息系统中的不同数据集彼此 之间兼容的过程；关联观点认为数据集成是属性数据和空间数据的关联，如1 9 9 0 年e s r i 认为数据集成是在数据表达或模型中空间和属性数据的内部关联。1 9 9 3 年d a v i dm a r t i n 认 为数据集成不是简单地把不同来源的空间数据合并到一起，还应该包括普通数据集的重建模 过程，以提高集成的理论价值5 1 。 在数据组织上，运用数据库技术对空间数据进行集成。1 9 9 5 年p i o t rj a n k o ws k i 讨论了 系统集成中基于公共数据库或中间件技术的多源数据转换【们。1 9 9 6 年h t u i t e r m a r k 等人论 述了以o p e n g i s 和超图等为载体实现不同数据库中数据的动态调用方法1 7 1 ； 在数据集成的基础研究上，国外许多专家学者进行了关于误差形式、传递、消减方法及 不确定性的描述表达，并形成了适于某些应用领域的方法1 8 , 9 , 1 0 , 1 1 , 1 2 l 。 在数据格式转换的方式上，主要研究集中于矢量数据格式间的转换方法和栅格数据与矢 量数据的转换。1 9 9 0 年j o s e p hm 等人就集成中特征边界的提取、平滑及数据处理后的拓扑 重建提供了理论研究及具体方法【1 3 1 。1 9 9 5 年n m m a t t i k a l l i 等人讨论了一种栅格数据到矢 量数据的转换方法，其做法是先将栅格影像图转成l a t t i c e 文件，该文件中以对应网格的中 心点的值来表示网格的值，然后再转成g r i d 格式，最后转换成矢量数据1 1 4 l ；2 0 0 3 年v i l l i e 3 南京师范大学硕士学位论文第一章绪论 m o r o c h o 等人提出了一个采用联邦架构的多源数据语义集成的原型系统，使用比率模型 ( r a t i o m o d e l ) 来评估语义之间的相似度【1 5 1 ；2 0 0 6 年l b u d a k a r p i n a r 等人对地球空间信息本 体的发展和语义进行了分析，并提出专题本体、空间本体、时空本体相结合来研究数据集成 的方法1 1 6 j 。 从g i s 软件角度，主要是多源数据直接读取的功能实现。i n t e r g r a p h 的g e o m e d i a 可以 同时读取多种格式的空间数据，包括m g e 、a r c i n f o 、f r a m e 、o r a c l es p a t i a l 等。b e n t l e y 公 司的m i c r o s t a t i o n 可以读取d w g d x f 、s h a p e f i l e 、d g n 等数据格式。加拿大s a f e s o f t w a r e 公司推出的空间数据转换处理系统f m e ( f e a t u r em a n i p u l a t ee n g i n e ) s u i t e 通过提供在转换过 程中重新构造数据的功能，实现了超过1 0 0 种不同空间数据格式之间的相互转换脚本【1 7 l 。 g p s 数据与地球空间数据的集成主要是用g p s 修正已有的地球空间数据，其原理和方 法相对较简单。1 9 9 6 年，w o l f g a n gl r s e n 讨论了用g p s 更新地球空间数据的方、法【1 s l 。 2 、国外海域信息管理进展 地理信息系统作为新时期海洋渔业可持续发展的重要信息技术，其应用于海洋渔业领域 始于8 0 年代中后期，进入9 0 年代以后，海洋数据的不断积累和海洋信息的极大丰富，有效地 刺激了海洋用户对海洋g i s 的需求，使得海洋g i s 成为重要的和优先发展的领域之一。 自2 0 世纪9 0 年代中期，美国国家海洋与大气管理局( n o a a ) 海岸服务中心就联合许多 企业及研究机构开始进行广泛的海洋信息系统建设工作。1 9 9 9 年，美国海洋研究咨询委员会 ( o p a p ) 和美国全球海洋观测系统( g o o s ) 指导委员会共同提出长期综合海洋观测系统 ( 1 0 0 s ) 计划，旨在将美国各地不同部门、不同产业和不同科研机构技术水平不一的分散 海洋观测系统统一起来，按统一标准和规程进行长期连续海洋观测，以现有投资强度，获取 最大量的海洋数据和信息h 9 1 。2 0 0 3 年n o a a 与其他组织和机构合作，开始改善作为太平洋海 岸观测系统( p a c o s ) 组成部分的西海岸数百个现有观测系统的协调和综合，拟定的观测 系统将对所有属联邦管辖的国家水域物种及其生态系统的管理给予支持1 2 0 1 。 1 3 2 国内主要研究现状 1 、国内空间数据集成研究进展 在标准规范上，国家技术监督局1 9 9 9 年8 月发布了“中华人民共和国国家标准地球空 间数据交换格式( c n s d t f ) ”。 在理论上，2 0 0 0 年李军、费云川详细的分析了地球空间数据集成研究状况及其存在的 4 南京师范大学硕士学位论文第一章绪论 问题，概括了地球空间数据集成的发展方向1 2 ，同年，李军、周成虎又开展了地球空间数 据集成多尺度问题的基础研究，在分析应用项目对数据尺度需求的基础上，就空问和时间两 种多尺度数据集成的传统和数据意义上的集成方法进行了详细的探讨【2 2 l 。何建邦、间国年 等对共享标准、共享政策和共享法等方面进行了详细的研究【2 3 2 4 1 。 在实现多源空间数据无缝集成的技术手段上，2 0 0 0 年钟耳顺、宋关福等人提出了s m i s 技术【2 5 1 ；2 0 0 2 年马照亭等提出了基于通用空间数据引擎( u s d e ) 的空间数据共享与集成模 式【2 6 1 。2 0 0 2 年李军怀、艾海滨等分别提出了基于x m l 的异构数据集成的思想和实现框架2 7 ，2 鄹。 2 0 0 3 年宋杨、陈爱军等在分析了o p e n g i s 规范和g m l1 0 规范之后，开展了基于g m l x m l 的多源异构空间数据互操作引擎研究【2 9 t 3 们。 从软件角度，s u p e r m a p2 0 提供了存取s q ls e r v e r 、o r a c l es p a t i a l 、a r c s d e 、m d b 、 s u p e r m a ps d b 文件的能力，在以后的版本中还将逐步支持对a r c i n f o 的c o v e r a g e 、a u t o c a d 的d w g 、m i c r o s t a t i o n 的d g n 等数据格式的直接访问。 2 、国内海域信息管理进展 二十世纪9 0 年代初，陈述彭院士就极力倡导海岸与海洋g i s 的研究与开发，并提出了 “以海岸链为基线的全球数据库”的构想【3 n 。“九五”期间，国家8 6 3 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g i s ，并进行了一系列的研究【3 2 l 。林珲、阊国年等将潮 流模型与g i s 结合起来研究中国海的潮波系统1 3 3 , 3 4 。裴相斌等将动力模型与g i s 结合起来 研究渤海湾的污染扩散【3 5 1 。 为贯彻实施中华人民共和国海域使用管理法关于“国家建立海域使用管理信息系统， 对海域使用状况实施监视、监测”的规定，加强海域管理信息系统的建设，提高各级海洋管理 部门科学决策和办公自动化水平，国家海洋局自2 0 0 2 年按照“统一标准、统一规划、统一设 计、统一推广”的原则，组织有关单位开发全国海域使用管理信息系统。经过多年的努力， 目前海域管理信息系统已经成功开发了多个版本，包括国家海洋局海域管理信息系统、地方 网络版海域管理信息系统和全国单机版海域管理信息系统。此外，还有一些地方如江苏省、 福建省、广州市、海口市、厦门市、青岛市、宁波市等都自行研发了海域管理信息系统 3 6 , 3 7 娜, 3 9 1 。这些系统皆采用了地理信息系统作为开发平台，在地方海域管理的自动化管理方 面发挥了一定的功能1 4 0 1 。2 0 0 6 年我国启动了国家海域动态监视检测系统项目。2 0 0 7 年国家 海洋局“数字海洋”专项( 9 0 8 0 3 ) 全面开展，任务之一是建立海域管理信息系统。 5 南京师范大学硕士学位论文 第一章绪论 1 3 3 现有研究的局限性 通过学习和分析国内外学者在数据整合方面的研究成果，总结现有数据整合的局限性主 要体现在以下三方面： 1 、常用地理信息系统软件，如a r c g i s 在数据格式表达和世界坐标基准转换等方面的 功能比较强大，但对于我国海域空间基准的转换参数及参数的计算功能相对薄弱； 2 、对陆地空间数据的标准和规范的研究比较多，由于海域使用现状数据起步晚，所以 海域使用数据的规范和标准相对不够完善，可以通过借鉴陆地空间数据标准的方法进行完善 和补充； 3 、我国国家海域管理信息系统尚处于研发探索阶段，面向的是海域管理部门，功能主 要是海域信息的分析、管理，其对多源异构数据的整合功能有待加强。 国内外的学者对空间地理数据整合进行了大量的研究与探索，取得了许多的理论成果， 这些成果在工作中得到了一定的应用，解决了一些实际问题。但是对于海域使用现状数据的 整合，还缺乏比较具体的解决方案。因此，本人在前人工作的基础上，以海域使用现状数据 为研究对象，以海域使用管理和应用为服务目标，对江苏沿海各区县的多源异构海域使用现 状数据整合的关键技术、标准进行了系统的研究。 1 4 研究目标、内容和技术路线 1 4 1 研究目标 在分析现有海域数据管理模式的基础上，总结海域使用现状数据和海域管理的特点，结 合江苏省海洋9 0 8 海域使用现状调查专项，在整合江苏省海域使用现状数据的过程中，探讨 适合于海域使用现状数据的组织和管理模式，在现有软件、数据整合理论和方法的基础上， 研究适合于海域使用现状数据整合的技术路线，并对海域使用现状数据整合中数据的标准 化、坐标转换参数的计算和数据整合的精度评价等问题提出切实可行的解决办法，并加以实 现和验证。 1 4 2 研究内容 论文研究的主要内容从海域使用现状数据整合的关键技术及其实现中的重点问题的解 6 南京师范大学硕士学位论文 第一章绪论 决着手进行研究。主要包括以下几个方面： 1 、分析海域使用现状数据的特点及组织方式，对其多源异构性进行总结，并在此基础 上提出数据整合的合理高效的技术路线： 2 、熟悉海域使用数据的行业标准和规范，结合海域使用的现状特点，探讨海域使用现 状数据的属性信息的标准化； 3 、掌握空间数据坐标转换的原理，根据我国海域的特点，研究海域空间数据坐标基准 的统一方法和坐标转换对精度的影响； 4 、根据多源数据在数据格式、数据组织形式方面的差异性分析，探讨数据整合中多格 式数据集成的解决办法； 5 、探讨海域使用的属性数据整合的方法，通过调查、规范化、录入几个过程将不规范 的属性数据按照统一的数据模型导入到数据库中； 6 、分析图形属性文档一体化管理的模式特点，研究基于要素的海籍信息管理模式。 1 4 3 研究技术路线 本文研究的技术路线图如下： i 提出问题：海域使用现状数据整合 f i i 搜集相关资料：牢间数据整合现状、丰要技 l 术；海域使用现状数据分析：海域使用现状数 i据整合可行性分析； 提出海域使用现状数据整合技术路线： 海域使用现状数据整合关键技术研究及实现 l 海域信息管理系统实现 i l 总结 l 图1 1 技术路线图 l 、准备工作 搜集国内外文献，并进行分析整理，掌握现有空间数据整合的方法。熟悉现有g i s 软 件的数据组织和整合功能。分析海域使用现状数据的特点和现状，总结海域使用现状数据的 7 南京师范大学硕士学位论文第一章绪论 主要组织形式和属性模型。学习a r c e n g i n e 开发平台的主要功能类库的应用。掌握c 捍开发 语言和n e t 开发环境。 2 、关键技术的研究 分析海域使用数据的管理模式和海域使用管理的流程，根据海域使用现状调查的项目需 求，结合g i s 软件的框架模式和数据结构，在a r c e n g i n e 开发平台上设计研发海域信息管理 系统。在数据整合中，设计符合海域使用现状数据的组织与表达的模式；对海域使用现状数 据整合中多时间尺度、多空间精度、海域使用非空间数据的标准化、坐标转换参数的选择和 解算、数据集成方法和属性整合方法提出了解决方案，使海域数据的整合形成系统化，标准 化的技术路线。 3 、关键技术的实现 结合现有的g i s 技术和海域信息管理系统平台，实现坐标系统转换和4 参数计算，海 域使用现状图的编绘、多格式海域使用现状数据集成于g e o d a t a b a s e 个人库、基于要素的海 域信息管理等功能。并用海域使用现状调查中获得的江苏省海域使用现状数据进行验证。 1 5 论文结构 论文共分为五个章节，各章节内容如下： 第一章：绪论。主要包括论文选题的背景及意义，国内外空间数据整合和海域信息管理 的研究进展及局限性，论文的主要研究内容，研究的技术路线，论文的组织结构。 第二章：海域使用现状数据概况。对海域使用现状数据进行分析，总结海域使用限制数 据的特点；了解海域使用现状数据的获取和存储，分析海域使用现状数据的多源异构性。 第三章：海域使用现状数据整合关键技术研究。主要包括海域使用空间位置不确定性的 解决研究、基于四参数模型的坐标系统转换及精度分析研究、海域使用现状数据格式转换研 究、海域使用属性数据标准研究和属性整合方法研究、基于要素的海籍信息管理研究等。 第四章：基于海域信息管理系统平台的各功能实现。包括海域信息管理系统平台功能划 分，以江苏省海域使用现状数据整合为例进行验证等。 第五章：结论与展望。主要是论文研究结论与成果，论文研究中的展望。 8 南京师范大学硕士学位论文第二章海域使用现状数据分析 第二章海域使用现状数据分析 2 1 海域使用现状数据的组成及分类 2 1 1 海域使用现状数据的组成 对应于宗地地籍的观念，在海洋环境领域有宗海海籍的概念。海籍是指国家为实行海域 使用权登记制度、海域使用统计制度和海域有偿使用制度，记载各项目用海的位置、界址、 权属、面积、用途、使用期限、海域等级、海域使用金征收标准等基本情况的簿册和图件f 4 l 】。 海籍图是以宗海为单元的。海域使用数据的主体部分是宗海海籍图。海域使用数据的主要组 成数据如图2 1 所示。 图2 1 海域使用数据主要组成 海域使用数据组成包括宗海海籍数据、海域功能区划数据和基础地理数据。基础地理空 间数据划分为9 大类1 4 2 1 包括测量控制点、居民地和垣栅、道路、水系等，这里不再详述。 宗海海籍数据是近海海域的所有用海现状包括养殖用海、工程用海等各种用海，海域功能区 域规划数据描述的是海域管理部门对海域使用的规划情况。海域使用现状调查主要是为了获 得具有现势性的宗海海籍数据。本文以海域使用现状数据为主要研究对象，对海域使用现状 数据整合的关键技术及其实现进行了研究。 9 一一一一一一一一一一一一一一栎璐馘 一 一广l 广l 据 数 区 数 籍 能 理 海 功据 地 海 域数 础 宗据 海划 基 一 一 一 据数用使域海 南京师范大学硕士学位论文第二章海域使用现状数据分析 2 1 2 海域使用现状数据的分类 根据海域使用现状调查技术规程，我国海籍的分类以海域用途为主要依据。依据海域用 途的差异，海域使用分为9 个一级类，2 5 个二级类( 表2 1 ) 1 4 3 l 。海域使用的分类主要用于 海域使用数据的分层和编码。海域使用的分类是实现海域使用数据的标准化和规范化的关键 依据。由于长期以来，海域使用数据没有很好的统一规划，海域使用现状数据的分类在地区 间或部门问存在差异，例如第一大类渔业用海，大类下分为6 个小类：渔港、渔船修造、工 厂化养殖、围海养殖、设施养殖和底播养殖，如表2 1 ，而现有的一些海域使用现状数据一 般把工厂化养殖、围海养殖、设施养殖和底播养殖全部归为养殖用海，将养殖用海作为二级 类，在养殖用海下再分为具体养殖类型。从表2 1 的含义看底播养殖是用于增殖养殖的用海， 而有些海域使用现状数据将底播养殖称作是贝类养殖。海域使用现状数据的图形分层和编码 比较乱，大部分海域数据未进行编码。分类、分层的混乱是现有海域使用现状数据无法整合 的重要原因之一。 表2 1 我国海域使用分类体烈4 3 】 一级类 二级类 代名称含义代码名称含义 码 l 渔业为开发利用渔 1 1 渔港渔船停靠、进行装卸作业和避风所使用的区域 用海业资源、开展1 2渔船修造渔船修造业所使用的区域 海洋渔业生产 1 3 工厂化养殖采用现代技术，在半自动或全自动系统中高密度养殖( 包 所使用的海 括苗种繁殖) 优质海产品所使用的区域 域 1 4嗣海养殖 通过围海筑堤进行养殖所使用的区域 1 5 设施养殖筏式养殖、网箱养殖所使用的区域 1 6底播养殖 人工投苗或自然增殖海洋底栖生物所使用的区域 2 交通为满足港口、 2 1 港口工程大中型港口突堤、弓i 堤、防波堤等工程所使用的区域 运输航运、路桥等2 2港池 由防波堤( 外堤) 或防浪板等设施围成的港口用海 用海文通需要所 2 3 航道在沿海水域中，供一定标准尺度的船舶在不同水位期通航 使用的海域 航行的水域通道 2 4 锚地船舶候潮、待泊、联检、避风或者进行水上装卸作业所使 用的海域 2 5 路桥用海建设跨海桥梁、公路及以交通为主要目的的堤坝、栈桥等 所使用的海域 3工矿开展工业生产3 1盐业用海盐田及其取水口所使用的海域 用海及勘探开采矿 3 2 临海工业用修造船厂、临海而建的电站( 厂) 、加工厂、化工厂等为 产资源所使用 海 满足生产需要所使用的不改变海域属性海域，其中包含所 的海域 属取水口和温排水用海等 l o 南京师范大学硕士学位论文第二章海域使用现状数据分析 3 3固体矿产开 开采固体矿产所使用的海域 采用海 3 4油气开采用开采油气资源所使用的海域，如石油平台用海等 海 4 旅游开发利用滨 4 1 旅游基础设用于建设景观建筑、宾馆饭店、旅游下台等旅游设施的海 娱乐 海和海上旅施用海域 用海游资源， 4 2海水浴场专供游人游泳、嬉水的海域 4