一种以GIS技术为核心的海岸带信息系统的构建及其应用

1、一种以GIS技术为核心的海岸带信息系统的构建及其应用金保民河海大学交通学院,南京 (210098E-mail:tommthy摘要:本文描述了一种可扩展的以GIS技术为核心的海岸带信息系统的构建和一些具体应用,认为在目前信息技术飞速发展和海岸带资源管理亟待更有效地实现方式和更先进的技术平台的构建的现实基础上,必须以已有的各类海岸带图文资料和数据为基础,依托目前已经成熟的GIS、GPS、RS等技术手段,构建一个可扩展的海岸带信息系统,在这个系统中, GIS技术由于其本身在多数问题的解决中所处的关键位置和其与各种技术较易实现比较好的结合的特性将作整个系统的技术核心,而其他技术将作为其必要的和可预期的

2、扩展实现与之对接或嵌入。GPS技术,RS技术以及相关的地理数据分析软件的系统整合从而构建起的这个海岸带信息系统能够为海岸带资源科学管理和协调发展提供重要现实参考和决策依据,并且带来重大的现实的经济效益和社会效益。关键词:可扩展,海岸带资源管理,地理信息系统,信息化系统1.引言海岸带资源管理信息化的迫切性重要性和其在现实条件目前现状下其与以gis为核心的信息化系统构建的必然性和重要作用。海岸带地区是一个无论在自然生态良性构筑和维护还是人类的各种经济活动都有着极其重要作用和特殊地位的地带,全球60%的人口和60%的大城市都位于近海岸带的沿海地带。这些地带多成为经济最发达,最活跃的区域,全球65%以

3、上的经济产值都由这些地区贡献,我国拥有1.8万多千米的大陆海岸线和1.4万多千米的岛屿海岸线,沿海岸线分布着众多的大中城市,构成了中国社会经济的黄金地带,这里是我国目前经济最发达的区域,而且在显见的未来将是最具潜力与活力的地带。随着海岸带各类数据的大量积累和汇总,数据的科学管理和有效运用以机器为决策服务的重要性日益显现,而目前高效的海岸带信息系统的缺乏于对信息的大量准确的获取存储和管理成为了一个显见的迫切要解决的矛盾。2.系统介绍GIS系统具有强大的管理空间数据和专题数据的能力,在海洋资源环境领域、海洋渔业研究方面获得了越来越多的应用1,在众多其他领域的应用也收到了比较满意的效果,尤其在实现空

4、间区域的管理,分析和可视化数据方面有着无可比拟的优势;然而由于海岸带的各类数据获取的不同手段和数据处理的特殊需要以及更好的整合引入不段涌现的新的采集手段和分析处理软件和应对数据更新的需要,GIS系统还是需要与其他的系统软件的科学组合, GIS与统计软件的结合无疑是实现空间区域管理、处理、分析和可视化数据的一种有效手段8。而本文所采用的GIS系统软件ArcGIS 9.2具有优良的兼容性,完全化使得它能能很好地实现运用主流的如Visual C、Visual Basic 等语言来定制和扩展ArcGIS3,而这个特性恰恰是我们对于系统的更新和新功能的引入所必须的,而基于ArcGIS在空间数据的有效管理

5、和系统的优良的稳定设计和其在整个海岸带管理功能实现中所处的中心位置它自然成为了整个大的系统的核心。2.1系统环境和要实现的功能本系统的核心软件采用美国ESRI公司开发的具全球影响力的GIS软件ArcGIS 9.2:该版本秉承了ESRI公司一贯的严谨而人性化的设计理念和注重通用性和系统稳定性的风格传统,其界面简洁友好,便于非专业人员操作,同时其完全COM化的特性使得其能够方便地实现系统的扩展,系统地专业数据分析软件采用*在数据库的设计上将以*为主,数据的采集录入将采用其他外部设备的接入,这部分数据可实现自动化采集,系统在总的功能评价上,主要要实现对现有的各类图表实现数字化,形成分析所需要的2D、

6、3D电子地图集和与图像对应的数据资料表格和描述说明4,并为所有的数据录入到分类数据库中,实现随时调用查询和分析,外接GPS、RS等数据获取设备实现数据的自动采集录入系统备用,采用VISUAL BASIC语言实现其与其他的优秀的数据分析软件的整合开发,利用ArcGIS本身所带的组件ArcSDE实现数据的提取,进行数据分析,同时根据实际的理论成果和现成的有效经验建立不断更新改进的数据评价和预测模型,为关部门的决策和相应措施的实施提供科学的依据和参考,同时对措施施行后的效果进行后续分析评测,为措施的效果评价,经验参数的获取和模型本身的改进提供必要的参考和依据。2. 2.系统的结构体系和运行流程2.

7、2 .1系统的结构体系本海岸带信息系统的数据结构分为三层,第一层也就是基础层为数据层,是各类数据的集合,主要是海岸带矢量数据集、模型数据集、属性数据集和地形栅格数据集;第二层为功能实现层:主要的是数据存储、编辑、地图浏览,数据查询,数据提取分析,模型分析和评价;第三层也就是最高层为控制层,可以对系统的各类参数进行必要的修改和更正,使得整个系统的分析或模型演示于实际情况更加符合。对于反馈的信息进行必不可少的回馈和必要的参数调整。系统的主框架见图1。 图1 系统的主要构成框架2. 2 .2系统具体功能实现和运行流程本海岸带信息系统的具体功能实现和运行流程基于多数相关系统的成功构建的经验和系统的现实

8、最佳可行性,数据获取和录入采用支持多样目前最具代表性和最具潜力的技术手段,并且系统特别为新的可能的技术预留了相应的借口和友好的连接界面,对于平台的整体兼容性能做了相应的评估和调整,总之基于满足功能实现的前提下最大限度的保证系统的可扩展性和优良的可移植性,功能的实现和系统的运行流程遵循系统主框架的整体设计思路展开,具体的功能实现和流程布设见图2 图2 海岸带信息系统功能实现和流程布设3. 系统的应用和潜力本海岸带信息系统充分利用现有的数据和图片资料实现数字化,同时很好地结合了目前最主要的也是最具潜力的GPS和RS等技术,能够实现强大的空间信息和数据的采集,存储,处理分析和集成等功能,并且为预期的

9、可能的新的数据采集和处理技术预留了比较充分的借口和极为友好的连入界面,其高级的模型分析是在比较成熟的现有成果和经验的基础上构建起来的,能够比较准确地分析数据反映的客观要素6,以及各类要素间的定性或定量相互关系,为决策和控制及措施的采取和措施施行后的效果评价提供相当重要的依据和参考。这里介绍系统的其中一项功能的具体实现,本套系统很好地整合了GPS技术,将系统装载于车辆后(为了便于具体功能的实现,本套系统装载于越野车辆上形成信标计天线外置的车载系统可以很好的实现自动化的海岸线测量和成图:随着车辆沿海岸线的行进,车辆外置的信标计天线将自动接收经过地面基站差分修正的GPS数据,该数据即调整后的车辆在行

10、进路线上的轨迹点的坐标数据,而这个点的数据采集频率由信标计的灵敏度和型号所确定,显示形式为不低于小数点后6位的以度为单位的经纬度坐标值,数据可以有选择性的自动记录并实时显示在已载入卫片底图的ArcGIS9.2的显示窗口,然后在GIS平台对数据进行处理分析整理和成果输出,实现对海岸线的自动测量和成图。具体的测量工作流程如图3所示 图3 GPS 海岸线测量工作流程这里必须补充说明的是,在测区有效控制点的选取之前必须要有地面的基准站的已经建成和正常运行,这是必须的差分校正的基础,否则信标计所接受的数据是有包括实时误差和地理坐标差异在内的较大的数据差值的,在卫片底图中显示将会有较大的误差,而我国沿海的

11、GPS基准站点已经构建完成并全天24小时正常运作,是现成的可用资源,所以不再赘述。将岸线点的坐标自动输入到ArcGIS之后使得点的坐标数据能够直接在完成了坐标和投影的转换之后,直接在卫片底图上以图层显示,从而实现极为便利的地图编辑和调整,从而实现地图的特性的优化5,而针对对成图不同比例尺的要求,可以通过调整设置不同的自动取点步长来满足要求,例如对于1:50000的地图在直线上只要每500米取一点,而在折线上不超过500的折点间直接取点连线即可满足地图的精度要求。当然对于有特殊重要的地物可以进行加密,图形在成图之前所有的优化校正中,控制点的调整是相当关键的,所有的数据点都将于选定的控制点的坐标所

12、确定的坐标一致性,控制点一般根据重要程度和成图要求来选取不同精度和不同数量的控制点7。图4为ArcGIS中所展示的我国沿海某地的海岸线测量图 图4 我国沿海某地的海岸线测量图4. 结论本海岸带信息系统较好地整合了GIS技术、GPS技术、RS技术2并对预期可能的新的技术手段和软件系统做了必要的接口和配置预留,在目前信息化已然成为海岸带管理和开发的基本手段的现实下其对海岸带的管理和开发必然起到巨大的作用,这种以GIS技术为核心的信息系统将有力推动海岸带的信息基础建设加强,其在海岸带的规划、动态监控、资源开发、防灾减灾、工程建设和海岸生态保护等方面都将会有越来越多和越来越重要的应用。5. 致谢本文的

13、前期的资料收集和整理中得到了河海大学图书馆、河海大学交通学院海洋学院和河海大学计算机与信息学院的大力支持,提供了大量的参考资料和必要的设备支持,本文的修改成文得到了河海大学计算机与信息学院许卓明教授的许多宝贵意见,在此表示最衷心的感谢,同时要感谢河海大学交通学院海洋学院蔡辉导师的所有的细致的提示和极具价值的意见。在此再次对他以及所有上述的部门和个人表示诚挚的谢意。参考文献1 王立华,李继龙,葛常水,等0用GIS技术进行海洋环境质量评价的研究_J.海洋环境科学,2003, 22(4:44482 尚春明.3S技术在建设领域的应用J.地理与地理信息科学, 2003.19(244-463 党安荣,贾海

14、峰,易善帧,等.ArcGIS 8 Deskt叩地理信息系统应用指南M.北京:清华大学出版社, 20034 刘明德,陈湘,林杰斌.SPSS 11统计分析实务设计宝典M,北京:铁道出版社,20025 Michael Zeiler.Modeling Our WorldM.Redlands,Califomia,USA:Environmental Systems Research Institute, Inc, 19996 XiaoLing Chen,ZhongZhi Yuan,YokSheung Li,etc.Water Environmental M anagement with the aid o

15、f RemoteSensing and GIS TechnologyA.Mlen M.Larar,MakotO Suzuki,Qingxi Tong.Multispectral and Hyperspectral Remote Senfing Instruments and Applications IIAsia Pacific Symposium on Remote Sensing2004CBelling ham,W A 982270010,United States:International Society for Opucal Engineering, 2005.3333427 Mic

16、hael Minami,Man Hatakeyama,Andy Mitchell,etc.Using ArcMap M.Redlands,Califomia USA: Environmental Systems Research Institute,Inc,20008 Steve Bratt,Bob Booth.Using ArcGIS_3D_AnalystM.Redlands,Califomia,USA:Environmental The construction and application of a information system based on the GIS technol

17、ogy Jin Baomin Communication Department of Hohai University，Nanjing (210098 Abstract This paper describes the design and several application of a extensible coastal zoon information system which with GIS technology as its core, such a extensible system must be built based on all kind of existing coa

18、stal datas and pictures and the ripe GIS、GPSandRS technology etc at the codition that the information technology is swiftly developing and the implement of a more efficient coastal zoon manager and a more advanced technique platform construction become a urging. GIS become the core of the system due to its pivotal position in most of the pro blems resolution and the trait that it would be much more easy to make technologies of all kinds jointed together. The coastal zoon information system which embody GPS, RS and correlative data analys