地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用課件

1第二章海洋GIS數(shù)據(jù)柳林測繪科學(xué)與工程學(xué)院1第二章海洋GIS數(shù)據(jù)柳林海洋地理信息系統(tǒng)2

要求：掌握海洋數(shù)據(jù)的類型、特點理解海洋空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)。第二章海洋GIS數(shù)據(jù)海洋地理信息系統(tǒng)2要求：第二章海洋GIS數(shù)據(jù)海洋地理信息系統(tǒng)3第二章海洋GIS數(shù)據(jù)12海洋地理空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)

海洋數(shù)據(jù)類型和特點3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)3第二章海洋GIS數(shù)據(jù)12海洋地理空間及其海洋地理信息系統(tǒng)4§2.1海洋地理空間及其

數(shù)據(jù)表達(dá)第二章海洋GIS數(shù)據(jù)海洋地理信息系統(tǒng)4§2.1海洋地理空間及其

數(shù)據(jù)表達(dá)第二章海洋地理信息系統(tǒng)5空間表達(dá)陸地GIS一般處理二維平面或曲面上的問題，而海洋水體的溫鹽密等物理要素及其形成的梯度等都是三維分布且相互關(guān)聯(lián)的，同時還與其他三維分布的生物和化學(xué)等要素密切相關(guān)。當(dāng)我們試圖表現(xiàn)它們的分布時，往往無法用現(xiàn)有二維的GIS表達(dá)這種真三維現(xiàn)象，因為二維GIS并不能表達(dá)水體內(nèi)部現(xiàn)象。對于這種問題，一種處理方法是忽略垂直維的變化，對整個深度上的數(shù)據(jù)進(jìn)行求和或者求平均，此方法在不需要考慮垂直變化時是行之有效的，比如了解海洋生物種群區(qū)域性屬性分布等；§2.1海洋地理空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)海洋地理信息系統(tǒng)5空間表達(dá)§2.1海洋地理空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)海洋地理信息系統(tǒng)6空間表達(dá)

第二種方法是將水體分成不同深度大面和不同斷面進(jìn)行二維GIS分布研究；第三種方法是建立3-D體模型，即三維體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究（Raper2000），但目前主要應(yīng)用在礦產(chǎn)、石油、水文方面，而海洋領(lǐng)域?qū)@方面的研究才開始（Harding，MacNab）。Varma基于HH編碼，通過對空間的等分，從而索引空間對象（Varma2000）。Meaden則提出了一種通用層次3D數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，任何海洋空間用這種網(wǎng)狀瓦片切分都有六種分解，其索引采用Magnitude碼，不同應(yīng)用使用不同分辨率（Meaden2000）。§2.1海洋地理空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)海洋地理信息系統(tǒng)6空間表達(dá)§2.1海洋地理空間及其數(shù)海洋地理信息系統(tǒng)7時空數(shù)據(jù)表達(dá)

時空數(shù)據(jù)表達(dá)是相對于空間靜態(tài)表達(dá)而言，屬于過程研究的范疇。通常海洋GIS中對于時間處理往往是忽略時間的連續(xù)變化，將時間分段或取某時刻代替，即假設(shè)時間為靜態(tài)，以表達(dá)現(xiàn)象在二維或三維空間上的特征與屬性。比如Meaille等（Meaille，Wald1990）用不同時段的地圖形成一張綜合圖。這種方法是將GIS陸上方法直接套用到海洋中來，忽略時間屬性，其分析結(jié)果及其科學(xué)性值得討論?！?.1海洋地理空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)海洋地理信息系統(tǒng)7時空數(shù)據(jù)表達(dá)§2.1海洋地理空間及海洋地理信息系統(tǒng)8時空數(shù)據(jù)表達(dá)

時空數(shù)據(jù)表達(dá)的研究還有很多工作要做，其解決途徑主要有兩方面。一是沿用陸上GIS許多較為典型的時空模型。然而，這些模型在表達(dá)海洋GIS中均有不可彌補的缺點，因此需要尋找新的模型的出現(xiàn)。二是從海洋的實際情況出發(fā)，針對其研究對象的特征，運用新的信息技術(shù)和理論，構(gòu)造新的數(shù)據(jù)模型。例如，仉天宇發(fā)掘了適用于海洋連續(xù)場的海洋GIS模型數(shù)據(jù)和概念模型，通過對海洋地理信息系統(tǒng)的要求和設(shè)計原則的概括和總結(jié)，創(chuàng)新性地提出了海洋場模型理論的構(gòu)思和基本內(nèi)容。§2.1海洋地理空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)海洋地理信息系統(tǒng)8時空數(shù)據(jù)表達(dá)§2.1海洋地理空間及海洋地理信息系統(tǒng)9§2.1海洋地理空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)海洋GIS時空數(shù)據(jù)表達(dá)（據(jù)仉天宇2002）海洋地理信息系統(tǒng)9§2.1海洋地理空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)海洋GI海洋地理信息系統(tǒng)10§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點第二章海洋GIS數(shù)據(jù)海洋地理信息系統(tǒng)10§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點第二章海洋海洋地理信息系統(tǒng)11海洋數(shù)據(jù)類型隨著海洋科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，海洋數(shù)據(jù)采集技術(shù)也日新月異，所能獲取的海洋數(shù)據(jù)類型也更加多樣化。在這些海洋數(shù)據(jù)中，既包括傳統(tǒng)的斷面、船舶報、站點等海洋觀測數(shù)據(jù)，也包括ADCP，ARGO、航天遙感器、多波束回聲儀等先進(jìn)設(shè)備所獲取的數(shù)據(jù)。相對于通過直接測量的方式獲取海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，航空和航天遙感越來越多介入到數(shù)據(jù)獲取中。這些先進(jìn)手段對于海洋數(shù)據(jù)獲取，無論從數(shù)量、質(zhì)量、分辨率以及精度來講都帶來了革命性的變化。要將類型紛繁復(fù)雜的海洋數(shù)據(jù)投入實際的應(yīng)用當(dāng)中，首要工作就是對其進(jìn)行相應(yīng)的分類工作。海洋數(shù)據(jù)的分類標(biāo)準(zhǔn)有很多種，每一種分類標(biāo)準(zhǔn)都針對一定的目的，由此也就造成了不同的分類結(jié)果。§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)11海洋數(shù)據(jù)類型§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)12

海洋數(shù)據(jù)類型按照學(xué)科劃分，可以將海洋數(shù)據(jù)類型分為海洋物理、化學(xué)、地質(zhì)、生物、漁業(yè)、氣象等數(shù)據(jù)。按照海洋數(shù)據(jù)的時空形態(tài)來劃分，則可以劃分為海洋場數(shù)據(jù)和海洋點數(shù)據(jù)。在物理海洋學(xué)中為了研究的方便，一般將海洋數(shù)據(jù)類型分為海洋要素數(shù)據(jù)和海洋現(xiàn)象數(shù)據(jù)。按照數(shù)據(jù)源可以分為遙感數(shù)據(jù)、站點數(shù)據(jù)、海上測量數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)以及數(shù)值數(shù)據(jù)?！?.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)12海洋數(shù)據(jù)類型§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特海洋地理信息系統(tǒng)13

海洋數(shù)據(jù)類型

下面對海洋數(shù)據(jù)從獲取數(shù)據(jù)源的不同，分別對五類數(shù)據(jù)進(jìn)行說明：遙感數(shù)據(jù)，主要包括航空飛機(jī)航拍數(shù)據(jù)；HY衛(wèi)星數(shù)據(jù)、SeaWiFS數(shù)據(jù)、NOAA衛(wèi)星數(shù)據(jù)、MODIS數(shù)據(jù)以及其他可購買的衛(wèi)星數(shù)據(jù)；雷達(dá)數(shù)據(jù)；單（多）波束數(shù)據(jù)等。特點，數(shù)據(jù)量非常巨大，成像周期短，有利于對一些突發(fā)問題進(jìn)行研究?！?.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)13海洋數(shù)據(jù)類型§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特海洋地理信息系統(tǒng)14

海洋數(shù)據(jù)類型站點數(shù)據(jù)，在我國海洋站共有72個，長期驗潮站有上百個，此外還有其他非日常觀測站，在遼東灣海域內(nèi)也包括大量的海洋站點。海上測量數(shù)據(jù)，主要包括各種大面和斷面數(shù)據(jù)、浮標(biāo)數(shù)據(jù)和船舶報數(shù)據(jù)。其中規(guī)模較大的專項調(diào)查數(shù)據(jù)包括國家海洋局和日本科技廳合作的中日黑潮合作調(diào)查、中美海-氣相互作用調(diào)查、大陸架臨近海域勘查、南沙群島及其臨近海區(qū)綜合考察、中國海岸帶、海涂、海島資源綜合調(diào)查（國家海洋局1980）以及大陸架調(diào)查等。通過這種方式獲得了大量的實測數(shù)據(jù)。§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)14海洋數(shù)據(jù)類型§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特海洋地理信息系統(tǒng)15

海洋數(shù)據(jù)類型

基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)，主要是由國家測繪局完成的1:100萬、1:50萬、1:25萬、1:5萬基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；地方1:1萬到1:5000；各城市1:1000萬到1:500基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。海洋數(shù)據(jù)中還包括海洋數(shù)值產(chǎn)品，這類數(shù)據(jù)主要是指從各種數(shù)據(jù)集中導(dǎo)出的數(shù)據(jù)，可以提供全球覆蓋的鹽度、溫度和其他海洋變量等，如Levitus

Levitus1982版、1994版和1998版?！?.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)15海洋數(shù)據(jù)類型§2.2海洋數(shù)海洋地理信息系統(tǒng)16海洋數(shù)據(jù)類型（數(shù)據(jù)內(nèi)容）地貌數(shù)據(jù)海岸線、高程、流域范圍、水深；沉積物和泥沙、沿海土壤；海洋與海岸地質(zhì)；含水層資料。動力因素潮汐、水流、波浪能；海水溫度；氣象；季節(jié)性影響。生物地理潮間帶生境；水化學(xué)；漁業(yè)；鳥類（包括候鳥遷移路線、繁殖場、海岸鳥類、潛水鳥類）；哺乳動物（海洋哺乳動物、海岸哺乳動物）；海洋無脊椎動物和植被。政治地理管轄邊界、行政邊界、立法邊界、地藉邊界?！?.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)16海洋數(shù)據(jù)類型（數(shù)據(jù)內(nèi)容）§2.2海洋數(shù)16海洋地理信息系統(tǒng)17海洋數(shù)據(jù)類型經(jīng)濟(jì)地理陸地、海岸及近海開發(fā)利用（包括商業(yè)捕撈、水產(chǎn)養(yǎng)殖、漁業(yè)加工、廢物處理）；土地覆蓋；建筑許可證；區(qū)域規(guī)劃；突發(fā)事件；廢物排放和廢物處理設(shè)施；運動漁業(yè)和其它旅游體養(yǎng)業(yè)；海港及小型游艇碼頭。運輸系統(tǒng)輪渡及其它海洋運輸業(yè)；機(jī)場；道路網(wǎng)；通航河道。專用區(qū)域考古遺址；野生動物禁獵區(qū)；生態(tài)保護(hù)區(qū)；國家級、省級、地方公園；民族專用保留地。§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)17海洋數(shù)據(jù)類型§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點17海洋地理信息系統(tǒng)18海洋數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)原始層原始層包含了整個數(shù)據(jù)體系的數(shù)據(jù)源，類型多樣，各類型數(shù)據(jù)源特征顯著，主要由分布在各個服務(wù)器上的原始文件組成。這些原始文件包括文本數(shù)據(jù)文件、二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件、描述兒數(shù)據(jù)的XML文件以及其他應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件?；A(chǔ)層基礎(chǔ)層包含有數(shù)據(jù)集庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫以及基礎(chǔ)元數(shù)據(jù)庫。其中數(shù)據(jù)集庫是以文件為單位對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔管理；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)集文件的關(guān)系化存儲形式；元數(shù)據(jù)庫保存XML數(shù)據(jù)、代碼數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、裝載日志、訪問日志等?！?.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)18海洋數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和18海洋地理信息系統(tǒng)19海洋數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)集成層集成層保存了經(jīng)過清洗、轉(zhuǎn)換等處理后的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為高層的數(shù)據(jù)分析和決策(如OLAP和數(shù)據(jù)挖掘)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。產(chǎn)品層產(chǎn)品層保存只讀的、用戶定制的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。包含中間產(chǎn)品庫、最終產(chǎn)品庫和產(chǎn)品兒數(shù)據(jù)，存放由以上各個數(shù)據(jù)層次產(chǎn)生的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，如對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果OLAP后產(chǎn)生的相關(guān)圖形結(jié)果等數(shù)據(jù)產(chǎn)品的保存。專題層海洋令題信息數(shù)據(jù)庫是在海洋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，通過綜合分析、融合處理等多種技術(shù)手段，ICI向?qū)嶋H應(yīng)用需求建立的若干令題數(shù)據(jù)庫。§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)19海洋數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和19海洋地理信息系統(tǒng)20§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋數(shù)據(jù)體系海洋地理信息系統(tǒng)20§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋數(shù)據(jù)體系20海洋地理信息系統(tǒng)21§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點國家海洋數(shù)據(jù)體系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)海洋地理信息系統(tǒng)21§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點國家21海洋地理信息系統(tǒng)22§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋數(shù)據(jù)體系的數(shù)據(jù)源海洋地理信息系統(tǒng)22§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋22海洋地理信息系統(tǒng)23海洋數(shù)據(jù)有很多存儲形式和標(biāo)準(zhǔn)格式二進(jìn)制文件ASCll文件netCDF、HDF文件二進(jìn)制通用氣象數(shù)據(jù)表示格式BUFR格網(wǎng)化的二進(jìn)制文件GRID等?！?.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)23海洋數(shù)據(jù)有很多存儲形式和標(biāo)準(zhǔn)格式§2.223海洋地理信息系統(tǒng)24

海洋數(shù)據(jù)特點

海洋數(shù)據(jù)由于測量方式以及自身因素等方面的原因，使其具有不同于陸上數(shù)據(jù)的獨特之處。動態(tài)性

海洋無時無刻不處于動態(tài)變化之中，海洋數(shù)據(jù)也不可避免的具有動態(tài)性的特征。海洋數(shù)據(jù)的動態(tài)性特征表現(xiàn)最明顯的是海洋現(xiàn)象的動態(tài)性。海洋現(xiàn)象的動態(tài)性不同于陸上的動態(tài)，陸上的動態(tài)一般不涉及全域的動態(tài)，往往是局部的，只是一小區(qū)域或其邊界的變化，而且已經(jīng)變化將持續(xù)較長一段時間。但是海洋現(xiàn)象每時每刻都是變化的，而且都是全局性的變化。

§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)24海洋數(shù)據(jù)特點§2.2海洋數(shù)據(jù)海洋地理信息系統(tǒng)25

海洋數(shù)據(jù)特點

模糊性

海洋數(shù)據(jù)的模糊性主要表現(xiàn)在概念和邊界界定上，由于海洋是動態(tài)的，所以有些定義不像陸地上那么精確，由此從概念上就產(chǎn)生了模糊性。海洋中的邊界往往是模糊地，如其一海區(qū)的溫度變化，其區(qū)域邊界是模糊的，若認(rèn)為劃分出變化區(qū)域的邊界，似乎是精確的區(qū)域邊界，實質(zhì)上是損失了信息，確切地說是給出了不精確的描述。

§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)25海洋數(shù)據(jù)特點§2.2海洋數(shù)據(jù)海洋地理信息系統(tǒng)26

海洋數(shù)據(jù)特點

時空過程性

海洋數(shù)據(jù)的時空過程性主要體現(xiàn)在海洋現(xiàn)象方面。海洋現(xiàn)象都具有時空過程性，不但存在于一定的空間范圍內(nèi)，還在時間上具有一定的持續(xù)性，也就是具有過程性。在海洋現(xiàn)象中，上一個時態(tài)的特點與下一個時態(tài)的特點是不同的，有一些特征發(fā)生了變化；以渦旋為例，上一時刻與下一時刻其渦旋中心、渦旋邊界、渦旋面積等都可能會發(fā)生變化，而每個要素的變化對于研究渦旋來講都很重要。由此可以看出，海洋數(shù)據(jù)的時空過程性在海洋研究中占據(jù)著非常重要的地位。§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)26海洋數(shù)據(jù)特點§2.2海洋數(shù)據(jù)海洋地理信息系統(tǒng)27

海洋數(shù)據(jù)特點

時空粒度

海洋數(shù)據(jù)粒度不一，從許多海洋相關(guān)部門所獲的數(shù)據(jù)來看，數(shù)據(jù)的粗細(xì)差別很大，有些是時空上或?qū)傩陨鲜歉邔哟蔚?，也就是概括的，大粒度；有些是時空上或?qū)傩陨鲜堑蛯哟蔚?，也就是詳?xì)的，細(xì)粒度的。時間粒度是指記錄數(shù)據(jù)的時間間隔，比如有以秒記錄的數(shù)據(jù)，也有按天統(tǒng)計的數(shù)據(jù)?！?.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)27海洋數(shù)據(jù)特點§2.2海洋數(shù)據(jù)海洋地理信息系統(tǒng)28§2.3海洋數(shù)據(jù)模型第二章海洋GIS數(shù)據(jù)海洋地理信息系統(tǒng)28§2.3海洋數(shù)據(jù)模型第二章海洋GIS海洋地理信息系統(tǒng)29

傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型

通過對海洋數(shù)據(jù)類型和特點進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)海洋數(shù)據(jù)具有時空多維性，為了更好的對其研究，就需要建立適合其特點的數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型是定義數(shù)據(jù)對象類型、對象關(guān)系、操作和規(guī)則以維護(hù)數(shù)據(jù)庫完整性的模型(Codd，1980)。時空數(shù)據(jù)模型可以有效地表達(dá)地理信息的空間三維和時態(tài)性，這方面的研究已經(jīng)成為前沿領(lǐng)域和國際熱點。近年來，國內(nèi)外許多研究者（Clangran1992）都致力于對其進(jìn)行研究，在很多方面進(jìn)行了十分有益的探索。§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)29傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋數(shù)據(jù)海洋地理信息系統(tǒng)30傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型（1）時空立方體(Space-timeCube)（2）時空快照序列(SequentSnapshots)（3）基態(tài)修正模型(BaseStatewithAmendments)（4）時空復(fù)合模型(Space-timeComposite)（5）時空三域模型(SpatialTemporalDomain)（6）基于特征的時空模型(Feature-based

Spatio-temporalDataModel)§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)30傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)31傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型

（1）時空立方體(Space-timeCube)時空立方體也被稱為三維立方體（Szego1987，Samtaney1994）是用一個立方體表示二維空間和一維時間的一種時空數(shù)據(jù)模型。該概念模型的思路簡單明了，容易理解，但并不能反映目標(biāo)間的時空聯(lián)結(jié)和時空拓?fù)潢P(guān)系；另外也沒有提出新的時空邏輯和數(shù)學(xué)算法，目前僅停留在最基本的思想階段?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)31傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋數(shù)據(jù)模海洋地理信息系統(tǒng)32傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型

（2）時空快照序列(SequentSnapshots)時空快照模型是由一系列不同時間內(nèi)的空間數(shù)據(jù)層所組成，該模型用一個時刻的空間數(shù)據(jù)層記錄地理現(xiàn)象的狀態(tài)，通過一系列不同時間內(nèi)空間數(shù)據(jù)層的集合便可以反映地理現(xiàn)象的時空演化過程。這種模型起源于傳統(tǒng)制圖，并具有Video慢動作的特點，可以在傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)中使用。該模型在某種意義上可以認(rèn)為是時空立方體的時間離散化形式，因此繼承了時空立方體的良好思想，并在一定程度上解決了數(shù)據(jù)集的時間屬性問題，具有良好的應(yīng)用前景。該模型雖然可以描述某一時刻目標(biāo)的空間拓?fù)潢P(guān)系，但僅僅用模型卻不能反映一個狀態(tài)到另外一個狀態(tài)變化的事件，也無法反映時空拓?fù)涞臅r空關(guān)系，而且如果每一時刻都記錄所有變化了和沒變化的內(nèi)容，數(shù)據(jù)冗余度大?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)32傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋數(shù)據(jù)模海洋地理信息系統(tǒng)33傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型

（3）基態(tài)修正模型(BaseStatewithAmendments)該模型是在時間序列變化的基礎(chǔ)上，記錄基本狀態(tài)和地理現(xiàn)象的空間變化?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型t時刻狀態(tài)擾動區(qū)域未受影響部分海洋地理信息系統(tǒng)33傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋數(shù)據(jù)模海洋地理信息系統(tǒng)34傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型

（3）基態(tài)修正模型(BaseStatewithAmendments)為了避免連續(xù)快照模型將每張未發(fā)生變化部分的快照特征重復(fù)進(jìn)行記錄，基態(tài)修正模型按事先設(shè)定的時間間隔采樣，只存儲某個時間的數(shù)據(jù)狀態(tài)（稱基態(tài)）和相對于基態(tài)的變化量。同快照模型相比較，節(jié)省大量存儲空間，減少了數(shù)據(jù)冗余量。Peuquest（1995）將其應(yīng)用于建立地籍管理、土地空間變化查詢并設(shè)計了TGIS原型系統(tǒng)。但該模型較難處理給定時刻的時空對象間的空間關(guān)系。§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)34傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋數(shù)據(jù)模海洋地理信息系統(tǒng)35傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型

（4）時空復(fù)合模型(Space-timeComposite)時空復(fù)合模型是時空一體化模型（Langran1988），該模型是對不同時間段的地理現(xiàn)象疊加的結(jié)果，其實質(zhì)上是對基于狀態(tài)修正模型的發(fā)展。時空復(fù)合模型將時空組合成為一個具體的時空集，把三維的時空體變?yōu)橐粋€二維的空間，通過非空間屬性來說明時間序列產(chǎn)生的時空組合。但是由于該模型把所有變化放在同一層上并建立拓?fù)潢P(guān)系，將空間目標(biāo)分成許多小的弧段，并且必須為空間目標(biāo)中每一個新的弧段分配標(biāo)志碼，分割了空間目標(biāo)的完整性?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)35傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋數(shù)據(jù)模海洋地理信息系統(tǒng)36傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型

（4）時空復(fù)合模型(Space-timeComposite)時空復(fù)合模型使得按照地理目標(biāo)進(jìn)行查詢十分困難。該模型在理解和時間上都存在比較多的困難，而最大的問題是時空復(fù)合模型不能使用現(xiàn)有的GIS系統(tǒng)實現(xiàn)，現(xiàn)有GIS系統(tǒng)在數(shù)據(jù)錄入、顯示和分析功能上都不支持將空間目標(biāo)的多個版本放在同一數(shù)據(jù)層上，所以該模型很難實現(xiàn)。§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)36傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋數(shù)據(jù)模海洋地理信息系統(tǒng)37傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型

（5）時空三域模型(SpatialTemporalDomain)時空三域模型

最早是由Peuquet（1995）提出來的，最近幾年國內(nèi)外一些學(xué)者都在深入探討時空三域模型的建立問題。時空三域是指空間域、時間域和專題域。在一般的時空模型中，通常忽略了專題信息，因此時空三域集成后比簡單的時空模型更能反映地理現(xiàn)象的時空體。時空三域模型，作為一個概念模型是一個進(jìn)步。但是，由于專題域所涉及的領(lǐng)域非常廣泛，包括自然、社會、經(jīng)濟(jì)等諸多方面，因此專題具有一定的不確定性。在這一概念模型下，如果脫離實際情況，想實現(xiàn)進(jìn)一步的物理結(jié)構(gòu)的設(shè)計是不可能的?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)37傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋數(shù)據(jù)模海洋地理信息系統(tǒng)38傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型

在這種數(shù)據(jù)模型中，時間位置成為用于記錄變化的組織基礎(chǔ)，時間維上的時間順序，表達(dá)了地理現(xiàn)象的時空過程，時空軸（time-line）用事件表（eventslist）表達(dá)。事件表記錄了地理現(xiàn)象已知變化的順序變化過程，每個時間位置與地理現(xiàn)象已發(fā)生變化（已被觀測到發(fā)生變化）的一組位置或特征相關(guān)聯(lián)。在給定的時間分辨率下，只記錄發(fā)生變化的時刻，在時間的組織上可以看作是時間游程編碼，類似于記錄空間變化的柵格游程編碼。事件表達(dá)了狀態(tài)的變化，事件表存儲了與時間有關(guān)的變化，而且僅僅是變化。除了災(zāi)難性事件引起的突然變化外，變化也可以是漸變的。對于逐漸變化，記錄的變化事件可以是從上次記錄以來的累積變化量或按照特定的領(lǐng)域規(guī)則，關(guān)鍵問題是如何決定連續(xù)變化的時間位置。在基于事件的方法中，與每個變化相關(guān)的時間按升序或降序排列、存儲，可以是任意時間分辨率。時間三域模型將時空關(guān)系進(jìn)一步提煉，并提出了一些方法，對實際應(yīng)用遇有很大的指導(dǎo)意義?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)38傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋數(shù)據(jù)模海洋地理信息系統(tǒng)39傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型

（6）基于特征的時空模型(Feature-based

Spatio-temporalDataModel)

基于特征的時空模型（MJEgenhofer1999）是一種面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，對空間對象以類和實例對象兩個層次來表達(dá)，近年來已成為研究熱點之一。在該模型中，類是指與有共同特征的地理現(xiàn)象，如河流、道路、耕地等；對象則指具體的地理目標(biāo)，如京滬高速、候機(jī)大樓等?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)39傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋數(shù)據(jù)模海洋地理信息系統(tǒng)40傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型

以上傳統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)模型由陸地GIS發(fā)展而來，不能滿足海洋環(huán)境數(shù)據(jù)動態(tài)、連續(xù)、邊界模糊等特點的特殊要求，而且現(xiàn)有模型的時間性不強，只能記錄某個或某幾個時刻的狀態(tài)，時間上不連續(xù)，基本上局限于TGIS的研究范疇。目前多數(shù)海洋時空數(shù)據(jù)模型也都是在陸地GIS時空數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡單的擴(kuò)充，對復(fù)雜海洋現(xiàn)象的描述與表達(dá)能力尚有欠缺。因此設(shè)計面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型，是海洋環(huán)境領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容之一。§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)40傳統(tǒng)時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋數(shù)據(jù)模海洋地理信息系統(tǒng)41面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型（1）基于特征的時空過程數(shù)據(jù)模型地理實體或現(xiàn)象在時空域具有動態(tài)變化特性，其空間、時間和屬性是過程的統(tǒng)一體，傳統(tǒng)的GIS時空數(shù)據(jù)模型在描述、表達(dá)、組織與分析這類數(shù)據(jù)時面臨許多挑戰(zhàn)。然而，基于特征的數(shù)據(jù)模型和以過程為對象的時空數(shù)據(jù)組織在動態(tài)數(shù)據(jù)的描述與表達(dá)的方面具有優(yōu)勢。基于特征的時空模型(Egenhoferetal.，1999)是一種面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，對空間對象以類和實例對象兩個層次來表達(dá)。基于特征的時空數(shù)據(jù)模型的基本思想是把特征看作基本單元，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)設(shè)計特征的空間、時間和時空的屬性、功能和關(guān)系及其實例間的關(guān)聯(lián)。如下圖所示。§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)41面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋海洋地理信息系統(tǒng)42面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型（1）基于特征的時空過程數(shù)據(jù)模型§2.3海洋數(shù)據(jù)模型基于特征的時空數(shù)據(jù)模型框架海洋地理信息系統(tǒng)42面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋海洋地理信息系統(tǒng)43面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)43面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋海洋地理信息系統(tǒng)44面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型（1）基于特征的時空過程數(shù)據(jù)模型蘇奮振等人將過程作為屬性、功能和關(guān)系在空間、時間和時空上的統(tǒng)一體提出了基于特征的海洋時空過程數(shù)據(jù)模型(蘇奮振等，2006)，該模型將海洋時空過程現(xiàn)象作為研究對象，進(jìn)一步抽象為地理特征，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)對類時空過程數(shù)據(jù)(點、線、面、體)進(jìn)行描述、表達(dá)、組織與存儲，并以UML構(gòu)建了特征對象邏輯關(guān)系。§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)44面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋海洋地理信息系統(tǒng)45面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型（1）基于特征的時空過程數(shù)據(jù)模型薛存金等人(薛存金等，2007)探討了基于特征的線過程時空數(shù)據(jù)模型組的六元組框架體系，實現(xiàn)空間、時間和屬性的一體化存儲和地理實體的動態(tài)分析。在分析線時空過程特性的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)出三大類十二個類別的線過程，進(jìn)一步提出了基于特征的線過程時空數(shù)據(jù)模型的概念;利用文件層次分塊結(jié)構(gòu)對時空線過程數(shù)據(jù)進(jìn)行了組織與存儲，最后以海洋鋒為實例進(jìn)行了實現(xiàn)。該模型在時空數(shù)據(jù)組織、時空查詢、時空過程提取和時空過程可視化等方面具有一定的實用性?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)45面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋海洋地理信息系統(tǒng)46面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型（2）基于場的時空快照格網(wǎng)模型基于場的時空快照格網(wǎng)模型是將陸地GIS的時空數(shù)據(jù)快照模型與海洋場的時空格網(wǎng)模型相集成的一類時空數(shù)據(jù)模型?；趫龅臅r空格網(wǎng)模型是一種多級格網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，它需要對海洋數(shù)據(jù)或海洋現(xiàn)象數(shù)據(jù)進(jìn)行三個層次的剖分?？臻g柵格離散化時間離散分段屬性分層?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)46面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋海洋地理信息系統(tǒng)47面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型（2）基于場的時空快照格網(wǎng)模型蘇奮振等人(蘇奮振等，2006)就空間柵格離散化問題提出了等角格網(wǎng)化方案和等面積格網(wǎng)化方案，并指出時間離散分段和屬性分層需要根據(jù)研究對象、實際數(shù)據(jù)和現(xiàn)象進(jìn)行具體劃分。時空數(shù)據(jù)快照模型是由一系列不同時間內(nèi)的空間數(shù)據(jù)層所組成，分別記錄地理現(xiàn)象在不同時刻的狀態(tài)，通過這一系列空間數(shù)據(jù)基于層的集合反映地理現(xiàn)象的時空演化過程?？煺崭窬W(wǎng)模型在一定程度上解決了數(shù)據(jù)集的時間屬性問題(仉天宇，2002)。如下圖所示?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)47面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋海洋地理信息系統(tǒng)48面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型（2）基于場的時空快照格網(wǎng)模型§2.3海洋數(shù)據(jù)模型連續(xù)快照模型示例海洋地理信息系統(tǒng)48面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋海洋地理信息系統(tǒng)49面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型（2）基于場的時空快照格網(wǎng)模型基于場的時空快照網(wǎng)格模型適用于全球范圍也適用于近海區(qū)域。對于海洋數(shù)據(jù)采用基于場的時空快照格網(wǎng)模型具有以下優(yōu)勢(仉天宇，2002;季民，2004;蘇奮振等，2006):(l)符合海洋環(huán)境數(shù)據(jù)獲取及存儲規(guī)律;(2)格網(wǎng)形式簡單直觀、高效靈活，主要表現(xiàn)在圖形運算處理、間變化等方面;(3)可充分利用現(xiàn)有技術(shù)條件，滿足海洋主題的實用化需求。§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)49面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋海洋地理信息系統(tǒng)50面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型（2）基于場的時空快照格網(wǎng)模型但是基于場的時空快照格網(wǎng)模型在數(shù)據(jù)冗余和時空查詢方面有一定的缺陷。從空間數(shù)據(jù)模型角度而言，格網(wǎng)形式同矢量形式相比，缺少了矢量構(gòu)圖的精確性。理論上，格網(wǎng)大小可以無限細(xì)分，但是在實際中是不可能的。一般來講應(yīng)該在能夠保證一定精度的情況下，來確定網(wǎng)格的大小。反之，如果對格網(wǎng)進(jìn)行細(xì)分，需要的存儲空間會非常大，當(dāng)格網(wǎng)細(xì)分到一定程度以后，該問題將更加突出?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)50面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋海洋地理信息系統(tǒng)51面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型（3）快照格網(wǎng)的基態(tài)修正模型快照格網(wǎng)基態(tài)修正模型的提出是為了解決時空快照格網(wǎng)模型的數(shù)據(jù)冗余和時空查詢問題。1990年，Langran(Langran，1990)提出的修正格網(wǎng)模型在一定程度上克服了快照格網(wǎng)模型的以上兩點缺陷。該模型將格網(wǎng)單元及其變化以變長列表形式存儲，列表中的每個內(nèi)容記錄了該特定位置的變化，這種變化由新值和發(fā)生變化的時間來標(biāo)識。因此，格網(wǎng)單元的列表存儲了對應(yīng)于該單元位置的真實世界狀態(tài)的完整序列。該模型僅存儲與特定位置相關(guān)的變化，解決了快照模型的數(shù)據(jù)冗余問題。對于整個區(qū)域的當(dāng)前狀態(tài)也容易獲取，還可以通過變化的累加，恢復(fù)變化過程。如下圖所示?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)51面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋海洋地理信息系統(tǒng)52面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型（3）快照格網(wǎng)的基態(tài)修正模型§2.3海洋數(shù)據(jù)模型快照格網(wǎng)基態(tài)修正模型海洋地理信息系統(tǒng)52面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋海洋地理信息系統(tǒng)53面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型（3）快照格網(wǎng)的基態(tài)修正模型通過快照格網(wǎng)的基態(tài)修正模型，可以將海洋要素或現(xiàn)象動態(tài)變化的過程直觀的體現(xiàn)在差文件中，為海洋要素或現(xiàn)象的特征的迅速識別或提取提供方便。關(guān)于快照格網(wǎng)中的時間間隔不定問題，由于建模的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)來源于原始采樣間隔的海洋數(shù)據(jù)，通過建立海洋實測數(shù)據(jù)與模型快照格網(wǎng)的一一對應(yīng)關(guān)系，一可極大方便原始數(shù)據(jù)的存儲、更新和原始海洋場景的恢復(fù)。§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)53面向海洋環(huán)境的時空數(shù)據(jù)模型§2.3海洋海洋地理信息系統(tǒng)54以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例1.基于特征的時空過程數(shù)據(jù)模型(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型基于特征的數(shù)據(jù)包括兩大部分。一部分是海洋中實際觀測的數(shù)據(jù)，它分為兩類：離散點觀測數(shù)據(jù)和連續(xù)掃描觀測數(shù)據(jù)。對于連續(xù)掃描的數(shù)據(jù)，可以用柵格進(jìn)行組織；而航線或漂流浮標(biāo)進(jìn)行的“線”測量，也可以認(rèn)為是由系列點構(gòu)成?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)54以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)55以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例1.基于特征的時空過程數(shù)據(jù)模型(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型另外一部分是從海洋現(xiàn)象等數(shù)據(jù)中提取出來的一些點、線、面、體的過程特征數(shù)據(jù)，這些現(xiàn)象或?qū)ο?，具有時間、空間、形態(tài)、屬性動態(tài)的特征，這類數(shù)據(jù)模型是海洋地理信息系統(tǒng)與常規(guī)GIS數(shù)據(jù)模型的根本區(qū)別。根據(jù)特征數(shù)據(jù)的形狀將其分為點、線、面、體四類。下面分別對這四類特征數(shù)據(jù)進(jìn)行說明?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)55以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)56以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例1.基于特征的時空過程數(shù)據(jù)模型(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型

點在點特征中，可以將其分為兩大類，一類是點觀測數(shù)據(jù)；另一類是點過程數(shù)據(jù)。點觀測數(shù)據(jù)主要指那些可離散成電的觀測，對于這些數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步根據(jù)有無縱深和時間序列劃分為以下四類觀測點：無縱深、無時間序列的測點（Fixed-point）；無縱深、有時間序列測點（TimeSeriesPoints）；§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)56以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)57以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例1.基于特征的時空過程數(shù)據(jù)模型(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型

點有縱深、無時間序列測點（InstantaneousPoint）；有縱深、有時間序列測點（TimeDurationPoints）§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)57以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)58以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例1.基于特征的時空過程數(shù)據(jù)模型(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型

點海洋點過程數(shù)據(jù)，主要是指海洋現(xiàn)象中提取出來的一些特征點數(shù)據(jù)，如渦旋的中心點，對于這種海洋過程數(shù)據(jù)有時候可以用一些特征點來標(biāo)識，這些點的數(shù)值和空間位置是隨時間的變化而變化（DerivePoints）。§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)58以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)59以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例1.基于特征的時空過程數(shù)據(jù)模型(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型

線（Marineline）將線數(shù)據(jù)同樣分為兩大類。一類是線觀測數(shù)據(jù)，另一類是線過程數(shù)據(jù)。線觀測數(shù)據(jù)是指由點觀測數(shù)據(jù)聚合而成的數(shù)據(jù)，例如一條水深的測線數(shù)據(jù)。對于線過程數(shù)據(jù)，可根據(jù)線上各點屬性值是否相同再進(jìn)一步分為兩類：§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)59以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)60以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例1.基于特征的時空過程數(shù)據(jù)模型(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型

線（Marineline）一類是線上屬性一致的海洋過程的線描述數(shù)據(jù)，在這類數(shù)據(jù)中，線的屬性值和空間位置是隨著時間的變化而變化的（Derivelines）；另外一類是線上每點的屬性不一致的海洋過程的線描述數(shù)據(jù)，在這類數(shù)據(jù)中，線上點的屬性值和空間位置是隨時間的變化而變化（DeriveGridLines）§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)60以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)61以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例1.基于特征的時空過程數(shù)據(jù)模型(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型

面（MarineArea）對于海洋中的面狀數(shù)據(jù)相對來講比較復(fù)雜，一方面面狀數(shù)據(jù)可看做是由一系列觀測點數(shù)據(jù)聚合而成；另外，也可以把面狀數(shù)據(jù)看做是面狀的過程數(shù)據(jù)；此外這些數(shù)據(jù)還可能是一些掃描數(shù)據(jù)如聲吶、照片、衛(wèi)星材料等。海洋面狀的過程數(shù)據(jù)可進(jìn)一步細(xì)分為面上屬性一致的海洋過程數(shù)據(jù)和以及面上沒電的屬性不一致的海洋過程數(shù)據(jù)；即面上的屬性值和空間位置是隨時間的變化而變化的數(shù)據(jù)（DerivePloys）和面上點的屬性值和整個面的空間位置是隨時間的變化而變化的數(shù)據(jù)（DeriveGridPloy）§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)61以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)62以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例1.基于特征的時空過程數(shù)據(jù)模型(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型

體（MarineArea）按照與海洋點、線、面同樣的分類方案，可以將體數(shù)據(jù)分為兩大類。首先可認(rèn)為海洋體數(shù)據(jù)即立體觀測數(shù)據(jù)是由點觀測，線觀測和面觀測構(gòu)成，是它們組成的一個整體；另外也可將體狀數(shù)據(jù)看成是體狀的過程數(shù)據(jù)。對于海洋過程的體數(shù)據(jù)，也可根據(jù)體上屬性是否一致再詳細(xì)的劃分為兩類：§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)62以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)63以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例1.基于特征的時空過程數(shù)據(jù)模型(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型

體（MarineArea）一類是體上的屬性值和空間位置是隨時間的變化而變化的數(shù)據(jù)（Derivevolumes）；另外一類是體上點的屬性值和整個體的空間位置是隨時間的變化而變化的數(shù)據(jù)（DeriveGridvolumes）。前者體上屬性一致，而后者體上屬性不一致?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)63以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)64以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例1.基于特征的時空過程數(shù)據(jù)模型(2)特征對象邏輯

可以將上述的點、線、面、體等概念用UML構(gòu)建關(guān)系。包括：特征-對象關(guān)系；

對象表關(guān)系。（可查閱《海洋地理信息系統(tǒng)——原理、技術(shù)與應(yīng)用》）§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)64以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)65以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型

基于場的時空格網(wǎng)模型，它是一種多級格網(wǎng)數(shù)據(jù)模型。在基于場的時空格網(wǎng)模型中，需要對海洋數(shù)據(jù)或海洋現(xiàn)象數(shù)據(jù)進(jìn)行三方面的剖分：在空間上采用柵格進(jìn)行離散化，具體柵格大小根據(jù)研究區(qū)范圍以及研究的問題來確定；在時間上進(jìn)行離散分段，時間間隔大小也需要根據(jù)研究對象來確定；在屬性上要進(jìn)行分層，具體的分層方法需要根據(jù)實際數(shù)據(jù)和現(xiàn)象進(jìn)行劃分?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)65以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)66以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型

海洋中的場數(shù)據(jù)可以分為兩大類：一種類型是標(biāo)量場數(shù)據(jù)。標(biāo)量場數(shù)據(jù)只有大小，而沒有方向，例如溫度、鹽度，只需要一個量值就可完成表達(dá)；另外一種類型是矢量場數(shù)據(jù)。矢量場數(shù)據(jù)既有大小，也有方向，對其表達(dá)就需要分為兩個部分，一部分來表達(dá)其方向，另一部分表達(dá)其量值?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)66以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)67以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (1)格網(wǎng)化方案

不管是全球范圍，還是近海區(qū)域，都可使用這種基于場的時空格網(wǎng)模型來進(jìn)行描述。在此模型中，首先要對空間進(jìn)行離散柵格化，具體柵格的大小要根據(jù)研究對象本身的特征以及要求來確定，對于范圍大的區(qū)域，所取的網(wǎng)格要大一些，反之亦然。在這里，僅以全球的格網(wǎng)化方案為例，對離散柵格化的方法進(jìn)行探討?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)67以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)68以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (1)格網(wǎng)化方案

格網(wǎng)化的全球解決方案包括兩種，一種是等角的格網(wǎng)系統(tǒng)，另一種是等面積的格網(wǎng)系統(tǒng)。第一種方案是標(biāo)準(zhǔn)情況使用的數(shù)據(jù)模型，適用于各種場數(shù)據(jù)，有時也可用于海洋現(xiàn)象數(shù)據(jù)集；另外一種是針對特殊應(yīng)用需要而提出的，主要針對高緯度地區(qū)和對格網(wǎng)的面積、形狀要求特別高的使用情況而制定的?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)68以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)69以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (1)格網(wǎng)化方案

當(dāng)然，這兩種方案都是以數(shù)據(jù)的存儲和處理分析為目的的，在進(jìn)行后期制圖的時候，仍可采用其他合適的投影方案，例如采用我國陸地地圖經(jīng)常使用的高斯-克呂格投影等，采用適合大陸地形的埃爾伯投影等，這種制圖形式的投影方式之間可以相互轉(zhuǎn)換，以利于視覺感受的形式輸出?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)69以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)70以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (1)格網(wǎng)化方案

等角格網(wǎng)化方案

等角格網(wǎng)化方案是以全球經(jīng)緯度作為基本格網(wǎng)來構(gòu)建全球的格網(wǎng)系統(tǒng)，空間范圍最大可以達(dá)到全球尺度，也可以小到非常狹小的研究海域，每個格網(wǎng)的大小根據(jù)具體問題而定。等角格網(wǎng)化方案實際上是一種地球投影方法，目前在實際中已經(jīng)得到大量應(yīng)用。在這種投影變換中，經(jīng)線和緯線之間永遠(yuǎn)保持垂直。赤道、子午線的長短都不發(fā)生變化；但是其他的特點則會發(fā)生變化，例如，除赤道外的緯線長度都會發(fā)生很大變化，特別是在高緯度地區(qū)，變§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)70以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)71以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (1)格網(wǎng)化方案

等角格網(wǎng)化方案

化尤為劇烈，這樣就是的格網(wǎng)的面積和形狀等都發(fā)生非常大的變化。這種投影形式在衛(wèi)星遙感領(lǐng)域經(jīng)常被用到，而在陸地應(yīng)用領(lǐng)域卻甚少涉及，這是因為一般陸地研究區(qū)域比較小，經(jīng)常是采用某種變化較小的投影方式，使研究區(qū)域接近于真實的形狀和面積等?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)71以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)72以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (1)格網(wǎng)化方案

等角格網(wǎng)化方案

但是在海洋研究中，特別是海洋遙感的研究中，經(jīng)常需要面對海盆尺度甚至全球尺度的海洋現(xiàn)象，因此，使用這種投影形式就更加符合實際需要。即使是研究中、低緯度的較小海域，使用這種投影方式仍然是一個比較不錯的選擇?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)72以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)73以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (1)格網(wǎng)化方案

等角格網(wǎng)化方案

這一投影方法在解決大尺度問題以及中、低緯度問題時就已經(jīng)能夠滿足要求，但是研究某些高緯度海域的問題仍然不能滿足要求，但是研究某些高緯度海域的問題仍然不能滿足要求。這是因為在高緯度地區(qū)變形實在是太大了，完全失去了直觀和易于使用的原則。當(dāng)對格網(wǎng)面積和形狀的視覺要求非常嚴(yán)格以及對中、低緯度海域表達(dá)不近人意等特殊情況下，一般會選用第二種投影方案，也就是等面積的格網(wǎng)系統(tǒng)?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)73以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)74以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (1)格網(wǎng)化方案

等角格網(wǎng)化方案

等角格網(wǎng)化方案一般采用9km格網(wǎng)系統(tǒng)，這種方法在忽略橢球效應(yīng)的前提下，將子午線分成等距離的2048份，將赤道和緯線等分為4096份。由此，生成了一個以精度和緯度為格網(wǎng)系統(tǒng)的坐標(biāo)系，在這個坐標(biāo)系內(nèi)，經(jīng)線和緯線形成邊長“相等”的小格子。在9km格網(wǎng)系統(tǒng)中，經(jīng)常會用到位圖坐標(biāo)與經(jīng)緯度坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換計算。§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)74以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)75§2.3海洋數(shù)據(jù)模型全球等角化格網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖海洋地理信息系統(tǒng)75§2.3海洋數(shù)據(jù)模型全球等角化格網(wǎng)結(jié)構(gòu)海洋地理信息系統(tǒng)76以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (1)格網(wǎng)化方案

等面積格網(wǎng)化方案

等面積格網(wǎng)化方案的重要特點在于不但可以形成具有基本排列規(guī)律的矩形格網(wǎng)體系，并且兼顧到以后數(shù)據(jù)處理和存儲能力的結(jié)合，它一方面需要考慮到潛在空間海洋數(shù)據(jù)的應(yīng)用，另一方面還需要設(shè)定常用的最小空間分辨率?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)76以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)77§2.3海洋數(shù)據(jù)模型全球等面積格網(wǎng)示意圖海洋地理信息系統(tǒng)77§2.3海洋數(shù)據(jù)模型全球等面積格網(wǎng)示意海洋地理信息系統(tǒng)78以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (1)格網(wǎng)化方案

等面積格網(wǎng)化方案

假設(shè)大中尺度海洋問題中常用的海洋最小空間分辨率大約為8~10km,設(shè)定每個格網(wǎng)的邊長大約是9.28km。該數(shù)值一是常用海洋數(shù)據(jù)的最小空間分辨率之一,是一些大氣和海洋環(huán)流模型中經(jīng)常采用的輸出分辨率(其大約相當(dāng)于1/12經(jīng)緯度格網(wǎng))。二是若將地球考慮為球型,且將子午線等分為1080段*9.28km,1080是個能夠被很多整數(shù)整除的常數(shù)(包括2,3,4,5,6)等,很容易構(gòu)建新的分辨率格網(wǎng)。有效防止了在海洋數(shù)據(jù)分析中,科氏力參數(shù)為零的情況。§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)78以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)79以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (1)格網(wǎng)化方案

等面積格網(wǎng)化方案

全球所有9.28km格網(wǎng)的數(shù)目是5940422,這些格網(wǎng)按照行的形式排列,即按照緯線排列,每一行的格網(wǎng)的數(shù)目是不同的。設(shè)定在赤道的兩側(cè)最靠近赤道的行的格網(wǎng)數(shù)目是4320,這個數(shù)目實際上是對赤道周長的一個等分的結(jié)果,即2PiRe/9.28。其中,Re地球赤道半徑,取為Re=6378.145km。這樣每一行中格網(wǎng)的數(shù)目是隨著緯度的絕對值變化的,這種變化是一種余弦函數(shù)的變化。如下圖所示。§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)79以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)80§2.3海洋數(shù)據(jù)模型每行中格網(wǎng)數(shù)目隨緯度的變化海洋地理信息系統(tǒng)80§2.3海洋數(shù)據(jù)模型每行中格網(wǎng)數(shù)目隨緯海洋地理信息系統(tǒng)81以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (1)格網(wǎng)化方案

等面積格網(wǎng)化方案

為了保證每一行中的格網(wǎng)數(shù)目必須是整數(shù),每一行格網(wǎng)的沿緯線的長度應(yīng)該是有微小變化的。而我們已經(jīng)假定在經(jīng)線方向(即y方向)的長度是恒定的,即9.28km,這樣一來,在每一行中所有格網(wǎng)的緯線方向(即x方向)長度是需要微調(diào)的。確定每一行中格網(wǎng)的數(shù)目可以采用如下方式。即初步估算在緯度L所處的行中所需的格網(wǎng)數(shù)目(Np):Np=2Pir/X。其中,X是赤道上的x方向上的距離,即9.28km,r是緯度L處的小圓半徑,r的計算公式:r=Recos(L)。§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)81以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)82以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (1)格網(wǎng)化方案

等面積格網(wǎng)化方案

Re是地球的赤道平面的半徑。如果Np的小數(shù)部分小于或等于0.5,則直接取Np的整數(shù)部分,反的整數(shù)部分,反之,則取Np=Np+1。Np確定以后,這一行中的格網(wǎng)的大小也就確定了,對于每一行來說,這個值是有所不同的。考慮最壞的情況,假設(shè)某一行被9.28除以后恰好是n+0.5,n是自然數(shù),即最后1個格網(wǎng)恰好被終點線平分,如果該行有100個格網(wǎng),即從極點開始是第16行,或者距離極點為148km。由于半個格網(wǎng)的距離被大約100個格網(wǎng)所分擔(dān),因此這里的誤差大約是0.5%?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)82以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)83以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (1)格網(wǎng)化方案

等面積格網(wǎng)化方案

對于1個大約9km見方的格網(wǎng)來說,0.5%對應(yīng)著實際距離45m左右。通過這樣類似的計算,距離極點80km的行具有50個格網(wǎng),其相對標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)的單邊距離誤差及面積誤差都是1%。在地球的兩個極點處,形成一個圓形區(qū)域,并且被3個格網(wǎng)平均分配成3個扇形,子午線的長度仍然是9.28km,而經(jīng)線的長度則較大一些。忽略地球的橢球特征,則這個圓形面積是PiX2,其中X=9.28km。如果我們將區(qū)域面積都除以不變的X,則其面積可以表達(dá)為PiX,再將它平均分為3個格網(wǎng),§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)83以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)84以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (1)格網(wǎng)化方案

等面積格網(wǎng)化方案

則每個格網(wǎng)的面積由其x方向的格網(wǎng)邊長決定,即PiX/3(大約1.05X).極點附近的格網(wǎng)要比赤道附近的格網(wǎng)大5%左右。NOAA的PathfinderSSTAVHRR數(shù)據(jù)就是采用這種數(shù)據(jù)格網(wǎng)化方法,在掃描式遙感數(shù)據(jù)儲存方面具有相當(dāng)良好的效果并且適宜向其他數(shù)據(jù)類型推廣?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)84以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)85以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (2)時空格網(wǎng)數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點

符合數(shù)據(jù)獲取及存儲規(guī)律

海洋數(shù)據(jù)中各種遙感觀測數(shù)據(jù)以及通過數(shù)值模擬獲得的數(shù)據(jù)，都是以柵格形式獲取和存儲的。遙感觀測所獲取的數(shù)據(jù)是比較標(biāo)準(zhǔn)的格網(wǎng)數(shù)據(jù)，每一個觀測值都代表了某一個瞬時視場的平均狀況，例如MODIS、AVHRR等遙感數(shù)據(jù)的觀測原理、數(shù)據(jù)獲取存儲等都是以柵格為基礎(chǔ)的?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)85以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)86以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (2)時空格網(wǎng)數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點

符合數(shù)據(jù)獲取及存儲規(guī)律

由數(shù)值模擬獲得的數(shù)據(jù)一般也是柵格形式，這是因為在數(shù)值模擬初期就必須進(jìn)行對計算網(wǎng)格的剖分，而且需要給出一定的時間步長，在此基礎(chǔ)上完成各個要素的位置分配，通過不斷的循環(huán)迭代計算后，給出一個代表網(wǎng)格平均結(jié)果的數(shù)值。根據(jù)目前的計算結(jié)果來看，無論這個要素值是定義在網(wǎng)格的什么位置，是在中心或者頂角等等，都可以歸納為網(wǎng)格的平均狀況?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)86以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)87以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (2)時空格網(wǎng)數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點

符合數(shù)據(jù)獲取及存儲規(guī)律

對于現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)通常是離散點形式，具有一定的規(guī)律性，即采用大面或者斷面調(diào)查的方式，時間（準(zhǔn)）同步，一般是三維立體結(jié)構(gòu)。嚴(yán)格地說，不具有格網(wǎng)特點。但是在處理很多研究和應(yīng)用問題過程中，離散采樣實際代表的是斷面或者大面等的平均狀況，也就是說，對實測數(shù)據(jù)的處理通常有一步操作，是從采樣數(shù)據(jù)推斷未知數(shù)據(jù)的過程?？臻g統(tǒng)計學(xué)的研究分支。通過處理以后的數(shù)這個過程最常用的仍然是統(tǒng)計學(xué)，并發(fā)展了據(jù)，也能符合這種柵格存儲模型?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)87以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)88以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (2)時空格網(wǎng)數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點

符合數(shù)據(jù)獲取及存儲規(guī)律

對于非成像式遙感觀測數(shù)據(jù)可以看做是二維的實測數(shù)據(jù)，是散點狀的平面（海表面）數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的存儲規(guī)律可以參考實測數(shù)據(jù)的形式。對于時間上的分段，則更能反映海洋數(shù)據(jù)的過程性特征，符合海洋的時變性特征，而且可以通過對多時間數(shù)據(jù)的疊加來研究其變化規(guī)律?！?.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)88以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)89以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (2)時空格網(wǎng)數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點

格網(wǎng)形式簡單直觀、高效靈活

時空格網(wǎng)模型中的格網(wǎng)形式直觀、簡單、實用，但仍然保持了嚴(yán)密性和各種可擴(kuò)展功能，可以靈活的運用，滿足當(dāng)前的各種需要。格網(wǎng)形式除了形式比較簡單以外，在圖形運算處理方面算法更容易實現(xiàn)，便于疊加及其多要素的綜合分析；格網(wǎng)形式拓?fù)潢P(guān)系簡單，更容易實現(xiàn)拓?fù)浞治龉δ埽⒕哂斜容^強的并行處理能力，此外還具有很強的表達(dá)空間變換的能力。因此，格網(wǎng)形式在空間分析、圖形運算處理等方面也都更容易實現(xiàn)，功能也更加強大。格網(wǎng)形式的這些特點是§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)89以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例海洋地理信息系統(tǒng)90以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例2.基于場的時空格網(wǎng)模型 (2)時空格網(wǎng)數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點

格網(wǎng)形式簡單直觀、高效靈活

矢量形式數(shù)據(jù)所不容易實現(xiàn)的，由此也更受到使用者的青睞。格網(wǎng)形式同矢量形式相比，缺少了矢量構(gòu)圖的精確性。理論上，格網(wǎng)大小可以無限細(xì)分，但是在實際中是不可能的。一般來講應(yīng)該在能夠保證一定精度的情況下，來確定網(wǎng)格的大小。反之，如果對格網(wǎng)進(jìn)行細(xì)分，需要的存儲空間會非常巨大，當(dāng)格網(wǎng)細(xì)分到一定程度以后，這個問題就更加突出。§2.3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)90以蘇奮振等人對海洋時空數(shù)據(jù)模型的觀點為例91第二章海洋GIS數(shù)據(jù)柳林測繪科學(xué)與工程學(xué)院1第二章海洋GIS數(shù)據(jù)柳林海洋地理信息系統(tǒng)92

要求：掌握海洋數(shù)據(jù)的類型、特點理解海洋空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)。第二章海洋GIS數(shù)據(jù)海洋地理信息系統(tǒng)2要求：第二章海洋GIS數(shù)據(jù)海洋地理信息系統(tǒng)93第二章海洋GIS數(shù)據(jù)12海洋地理空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)

海洋數(shù)據(jù)類型和特點3海洋數(shù)據(jù)模型海洋地理信息系統(tǒng)3第二章海洋GIS數(shù)據(jù)12海洋地理空間及其海洋地理信息系統(tǒng)94§2.1海洋地理空間及其

數(shù)據(jù)表達(dá)第二章海洋GIS數(shù)據(jù)海洋地理信息系統(tǒng)4§2.1海洋地理空間及其

數(shù)據(jù)表達(dá)第二章海洋地理信息系統(tǒng)95空間表達(dá)陸地GIS一般處理二維平面或曲面上的問題，而海洋水體的溫鹽密等物理要素及其形成的梯度等都是三維分布且相互關(guān)聯(lián)的，同時還與其他三維分布的生物和化學(xué)等要素密切相關(guān)。當(dāng)我們試圖表現(xiàn)它們的分布時，往往無法用現(xiàn)有二維的GIS表達(dá)這種真三維現(xiàn)象，因為二維GIS并不能表達(dá)水體內(nèi)部現(xiàn)象。對于這種問題，一種處理方法是忽略垂直維的變化，對整個深度上的數(shù)據(jù)進(jìn)行求和或者求平均，此方法在不需要考慮垂直變化時是行之有效的，比如了解海洋生物種群區(qū)域性屬性分布等；§2.1海洋地理空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)海洋地理信息系統(tǒng)5空間表達(dá)§2.1海洋地理空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)海洋地理信息系統(tǒng)96空間表達(dá)

第二種方法是將水體分成不同深度大面和不同斷面進(jìn)行二維GIS分布研究；第三種方法是建立3-D體模型，即三維體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究（Raper2000），但目前主要應(yīng)用在礦產(chǎn)、石油、水文方面，而海洋領(lǐng)域?qū)@方面的研究才開始（Harding，MacNab）。Varma基于HH編碼，通過對空間的等分，從而索引空間對象（Varma2000）。Meaden則提出了一種通用層次3D數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，任何海洋空間用這種網(wǎng)狀瓦片切分都有六種分解，其索引采用Magnitude碼，不同應(yīng)用使用不同分辨率（Meaden2000）?！?.1海洋地理空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)海洋地理信息系統(tǒng)6空間表達(dá)§2.1海洋地理空間及其數(shù)海洋地理信息系統(tǒng)97時空數(shù)據(jù)表達(dá)

時空數(shù)據(jù)表達(dá)是相對于空間靜態(tài)表達(dá)而言，屬于過程研究的范疇。通常海洋GIS中對于時間處理往往是忽略時間的連續(xù)變化，將時間分段或取某時刻代替，即假設(shè)時間為靜態(tài)，以表達(dá)現(xiàn)象在二維或三維空間上的特征與屬性。比如Meaille等（Meaille，Wald1990）用不同時段的地圖形成一張綜合圖。這種方法是將GIS陸上方法直接套用到海洋中來，忽略時間屬性，其分析結(jié)果及其科學(xué)性值得討論?！?.1海洋地理空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)海洋地理信息系統(tǒng)7時空數(shù)據(jù)表達(dá)§2.1海洋地理空間及海洋地理信息系統(tǒng)98時空數(shù)據(jù)表達(dá)

時空數(shù)據(jù)表達(dá)的研究還有很多工作要做，其解決途徑主要有兩方面。一是沿用陸上GIS許多較為典型的時空模型。然而，這些模型在表達(dá)海洋GIS中均有不可彌補的缺點，因此需要尋找新的模型的出現(xiàn)。二是從海洋的實際情況出發(fā)，針對其研究對象的特征，運用新的信息技術(shù)和理論，構(gòu)造新的數(shù)據(jù)模型。例如，仉天宇發(fā)掘了適用于海洋連續(xù)場的海洋GIS模型數(shù)據(jù)和概念模型，通過對海洋地理信息系統(tǒng)的要求和設(shè)計原則的概括和總結(jié)，創(chuàng)新性地提出了海洋場模型理論的構(gòu)思和基本內(nèi)容?！?.1海洋地理空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)海洋地理信息系統(tǒng)8時空數(shù)據(jù)表達(dá)§2.1海洋地理空間及海洋地理信息系統(tǒng)99§2.1海洋地理空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)海洋GIS時空數(shù)據(jù)表達(dá)（據(jù)仉天宇2002）海洋地理信息系統(tǒng)9§2.1海洋地理空間及其數(shù)據(jù)表達(dá)海洋GI海洋地理信息系統(tǒng)100§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點第二章海洋GIS數(shù)據(jù)海洋地理信息系統(tǒng)10§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點第二章海洋海洋地理信息系統(tǒng)101海洋數(shù)據(jù)類型隨著海洋科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，海洋數(shù)據(jù)采集技術(shù)也日新月異，所能獲取的海洋數(shù)據(jù)類型也更加多樣化。在這些海洋數(shù)據(jù)中，既包括傳統(tǒng)的斷面、船舶報、站點等海洋觀測數(shù)據(jù)，也包括ADCP，ARGO、航天遙感器、多波束回聲儀等先進(jìn)設(shè)備所獲取的數(shù)據(jù)。相對于通過直接測量的方式獲取海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，航空和航天遙感越來越多介入到數(shù)據(jù)獲取中。這些先進(jìn)手段對于海洋數(shù)據(jù)獲取，無論從數(shù)量、質(zhì)量、分辨率以及精度來講都帶來了革命性的變化。要將類型紛繁復(fù)雜的海洋數(shù)據(jù)投入實際的應(yīng)用當(dāng)中，首要工作就是對其進(jìn)行相應(yīng)的分類工作。海洋數(shù)據(jù)的分類標(biāo)準(zhǔn)有很多種，每一種分類標(biāo)準(zhǔn)都針對一定的目的，由此也就造成了不同的分類結(jié)果?！?.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)11海洋數(shù)據(jù)類型§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)102

海洋數(shù)據(jù)類型按照學(xué)科劃分，可以將海洋數(shù)據(jù)類型分為海洋物理、化學(xué)、地質(zhì)、生物、漁業(yè)、氣象等數(shù)據(jù)。按照海洋數(shù)據(jù)的時空形態(tài)來劃分，則可以劃分為海洋場數(shù)據(jù)和海洋點數(shù)據(jù)。在物理海洋學(xué)中為了研究的方便，一般將海洋數(shù)據(jù)類型分為海洋要素數(shù)據(jù)和海洋現(xiàn)象數(shù)據(jù)。按照數(shù)據(jù)源可以分為遙感數(shù)據(jù)、站點數(shù)據(jù)、海上測量數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)以及數(shù)值數(shù)據(jù)?！?.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)12海洋數(shù)據(jù)類型§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特海洋地理信息系統(tǒng)103

海洋數(shù)據(jù)類型

下面對海洋數(shù)據(jù)從獲取數(shù)據(jù)源的不同，分別對五類數(shù)據(jù)進(jìn)行說明：遙感數(shù)據(jù)，主要包括航空飛機(jī)航拍數(shù)據(jù)；HY衛(wèi)星數(shù)據(jù)、SeaWiFS數(shù)據(jù)、NOAA衛(wèi)星數(shù)據(jù)、MODIS數(shù)據(jù)以及其他可購買的衛(wèi)星數(shù)據(jù)；雷達(dá)數(shù)據(jù)；單（多）波束數(shù)據(jù)等。特點，數(shù)據(jù)量非常巨大，成像周期短，有利于對一些突發(fā)問題進(jìn)行研究?！?.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)13海洋數(shù)據(jù)類型§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特海洋地理信息系統(tǒng)104

海洋數(shù)據(jù)類型站點數(shù)據(jù)，在我國海洋站共有72個，長期驗潮站有上百個，此外還有其他非日常觀測站，在遼東灣海域內(nèi)也包括大量的海洋站點。海上測量數(shù)據(jù)，主要包括各種大面和斷面數(shù)據(jù)、浮標(biāo)數(shù)據(jù)和船舶報數(shù)據(jù)。其中規(guī)模較大的專項調(diào)查數(shù)據(jù)包括國家海洋局和日本科技廳合作的中日黑潮合作調(diào)查、中美海-氣相互作用調(diào)查、大陸架臨近海域勘查、南沙群島及其臨近海區(qū)綜合考察、中國海岸帶、海涂、海島資源綜合調(diào)查（國家海洋局1980）以及大陸架調(diào)查等。通過這種方式獲得了大量的實測數(shù)據(jù)。§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)14海洋數(shù)據(jù)類型§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特海洋地理信息系統(tǒng)105

海洋數(shù)據(jù)類型

基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)，主要是由國家測繪局完成的1:100萬、1:50萬、1:25萬、1:5萬基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；地方1:1萬到1:5000；各城市1:1000萬到1:500基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。海洋數(shù)據(jù)中還包括海洋數(shù)值產(chǎn)品，這類數(shù)據(jù)主要是指從各種數(shù)據(jù)集中導(dǎo)出的數(shù)據(jù)，可以提供全球覆蓋的鹽度、溫度和其他海洋變量等，如Levitus

Levitus1982版、1994版和1998版?！?.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)15海洋數(shù)據(jù)類型§2.2海洋數(shù)海洋地理信息系統(tǒng)106海洋數(shù)據(jù)類型（數(shù)據(jù)內(nèi)容）地貌數(shù)據(jù)海岸線、高程、流域范圍、水深；沉積物和泥沙、沿海土壤；海洋與海岸地質(zhì)；含水層資料。動力因素潮汐、水流、波浪能；海水溫度；氣象；季節(jié)性影響。生物地理潮間帶生境；水化學(xué)；漁業(yè)；鳥類（包括候鳥遷移路線、繁殖場、海岸鳥類、潛水鳥類）；哺乳動物（海洋哺乳動物、海岸哺乳動物）；海洋無脊椎動物和植被。政治地理管轄邊界、行政邊界、立法邊界、地藉邊界?！?.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)16海洋數(shù)據(jù)類型（數(shù)據(jù)內(nèi)容）§2.2海洋數(shù)106海洋地理信息系統(tǒng)107海洋數(shù)據(jù)類型經(jīng)濟(jì)地理陸地、海岸及近海開發(fā)利用（包括商業(yè)捕撈、水產(chǎn)養(yǎng)殖、漁業(yè)加工、廢物處理）；土地覆蓋；建筑許可證；區(qū)域規(guī)劃；突發(fā)事件；廢物排放和廢物處理設(shè)施；運動漁業(yè)和其它旅游體養(yǎng)業(yè)；海港及小型游艇碼頭。運輸系統(tǒng)輪渡及其它海洋運輸業(yè)；機(jī)場；道路網(wǎng)；通航河道。專用區(qū)域考古遺址；野生動物禁獵區(qū)；生態(tài)保護(hù)區(qū)；國家級、省級、地方公園；民族專用保留地。§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)17海洋數(shù)據(jù)類型§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點107海洋地理信息系統(tǒng)108海洋數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)原始層原始層包含了整個數(shù)據(jù)體系的數(shù)據(jù)源，類型多樣，各類型數(shù)據(jù)源特征顯著，主要由分布在各個服務(wù)器上的原始文件組成。這些原始文件包括文本數(shù)據(jù)文件、二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件、描述兒數(shù)據(jù)的XML文件以及其他應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件?；A(chǔ)層基礎(chǔ)層包含有數(shù)據(jù)集庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫以及基礎(chǔ)元數(shù)據(jù)庫。其中數(shù)據(jù)集庫是以文件為單位對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔管理；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)集文件的關(guān)系化存儲形式；元數(shù)據(jù)庫保存XML數(shù)據(jù)、代碼數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、裝載日志、訪問日志等?！?.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)18海洋數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和108海洋地理信息系統(tǒng)109海洋數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)集成層集成層保存了經(jīng)過清洗、轉(zhuǎn)換等處理后的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為高層的數(shù)據(jù)分析和決策(如OLAP和數(shù)據(jù)挖掘)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。產(chǎn)品層產(chǎn)品層保存只讀的、用戶定制的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。包含中間產(chǎn)品庫、最終產(chǎn)品庫和產(chǎn)品兒數(shù)據(jù)，存放由以上各個數(shù)據(jù)層次產(chǎn)生的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，如對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果OLAP后產(chǎn)生的相關(guān)圖形結(jié)果等數(shù)據(jù)產(chǎn)品的保存。專題層海洋令題信息數(shù)據(jù)庫是在海洋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，通過綜合分析、融合處理等多種技術(shù)手段，ICI向?qū)嶋H應(yīng)用需求建立的若干令題數(shù)據(jù)庫?！?.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)19海洋數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和109海洋地理信息系統(tǒng)110§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋數(shù)據(jù)體系海洋地理信息系統(tǒng)20§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋數(shù)據(jù)體系110海洋地理信息系統(tǒng)111§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點國家海洋數(shù)據(jù)體系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)海洋地理信息系統(tǒng)21§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點國家111海洋地理信息系統(tǒng)112§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋數(shù)據(jù)體系的數(shù)據(jù)源海洋地理信息系統(tǒng)22§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋112海洋地理信息系統(tǒng)113海洋數(shù)據(jù)有很多存儲形式和標(biāo)準(zhǔn)格式二進(jìn)制文件ASCll文件netCDF、HDF文件二進(jìn)制通用氣象數(shù)據(jù)表示格式BUFR格網(wǎng)化的二進(jìn)制文件GRID等?！?.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)23海洋數(shù)據(jù)有很多存儲形式和標(biāo)準(zhǔn)格式§2.2113海洋地理信息系統(tǒng)114

海洋數(shù)據(jù)特點

海洋數(shù)據(jù)由于測量方式以及自身因素等方面的原因，使其具有不同于陸上數(shù)據(jù)的獨特之處。動態(tài)性

海洋無時無刻不處于動態(tài)變化之中，海洋數(shù)據(jù)也不可避免的具有動態(tài)性的特征。海洋數(shù)據(jù)的動態(tài)性特征表現(xiàn)最明顯的是海洋現(xiàn)象的動態(tài)性。海洋現(xiàn)象的動態(tài)性不同于陸上的動態(tài)，陸上的動態(tài)一般不涉及全域的動態(tài)，往往是局部的，只是一小區(qū)域或其邊界的變化，而且已經(jīng)變化將持續(xù)較長一段時間。但是海洋現(xiàn)象每時每刻都是變化的，而且都是全局性的變化。

§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)24海洋數(shù)據(jù)特點§2.2海洋數(shù)據(jù)海洋地理信息系統(tǒng)115

海洋數(shù)據(jù)特點

模糊性

海洋數(shù)據(jù)的模糊性主要表現(xiàn)在概念和邊界界定上，由于海洋是動態(tài)的，所以有些定義不像陸地上那么精確，由此從概念上就產(chǎn)生了模糊性。海洋中的邊界往往是模糊地，如其一海區(qū)的溫度變化，其區(qū)域邊界是模糊的，若認(rèn)為劃分出變化區(qū)域的邊界，似乎是精確的區(qū)域邊界，實質(zhì)上是損失了信息，確切地說是給出了不精確的描述。

§2.2海洋數(shù)據(jù)類型和特點海洋地理信息系統(tǒng)25海洋數(shù)據(jù)特點§2.2海洋數(shù)據(jù)海洋地理信息系統(tǒng)116

海洋數(shù)據(jù)特點