地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用

1地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用

要求：了解海洋GIS系統(tǒng)需求分析掌握海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)了解海洋GIS軟件工程評(píng)價(jià)了解海洋GIS系統(tǒng)的應(yīng)用第十章海洋GIS軟件工程第十章海洋GIS軟件工程12海洋GIS系統(tǒng)需求分析海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)34海洋GIS軟件工程評(píng)價(jià)海洋GIS系統(tǒng)的應(yīng)用§10.1海洋GIS系統(tǒng)的需求分析第十章海洋GIS軟件工程44MGIS需求分析用戶需求分析功能需求分析數(shù)據(jù)功能需求顯示功能需求基本算法需求專業(yè)算法需求多維功能需求模式集成需求§10.1海洋GIS系統(tǒng)的需求分析§10.1海洋GIS系統(tǒng)的需求分析用戶需求

由于海洋信息具有特殊性，因此需要比對(duì)當(dāng)前地理信息系統(tǒng)軟件功能與海洋方面的需求，從而對(duì)海洋地理信息系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的基礎(chǔ)定位，為海洋地理信息系統(tǒng)的研究確定方向。對(duì)目前同類(lèi)軟件技術(shù)和用戶應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)查分析，目的是勾畫(huà)基礎(chǔ)平臺(tái)軟件的核心目標(biāo)和各模塊化功能系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。分別對(duì)COM/ActiveX技術(shù)、ARCGIS8.1、IDRISI和SeaDAS等軟件技術(shù)和具體軟件系統(tǒng)進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)、功能、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)管理等層面上的解析；評(píng)價(jià)目前軟件數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要類(lèi)型及其存在的問(wèn)題,提出新的或改進(jìn)的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。功能需求數(shù)據(jù)需求數(shù)據(jù)輸入：包括海洋測(cè)量數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)查詢與提?。簭牧闵⒌臄?shù)據(jù)中抽取所需特定時(shí)間和空間范圍的數(shù)據(jù)集。對(duì)缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)，并對(duì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。平面運(yùn)算需求空間域需求：對(duì)柵格數(shù)據(jù)的基本運(yùn)算與操作；繪制等值線；繪制要素場(chǎng)得剖線圖。頻率域需求：EOF變換，傅里葉變換，小波分析。專業(yè)運(yùn)算需求：溫鋒，渦旋，水團(tuán)的提取與劃分。§10.1海洋GIS系統(tǒng)的需求分析§10.1海洋GIS系統(tǒng)的需求分析功能需求多維顯示與分析需求將海洋斷面（深度方向）的測(cè)量顯示出來(lái)。從斷面上可選取剖面并顯示要素值（點(diǎn)位與顏色）和等值線。顯示切面的等值線和連續(xù)場(chǎng)。模式集成需求將海洋動(dòng)力模型與GIS集成，利用GIS可視化輸入模型的初始場(chǎng)和邊界數(shù)據(jù)，由GIS輸出模型運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)并按時(shí)間動(dòng)態(tài)顯示。尋找其他模型研究集成思路。數(shù)據(jù)功能需求數(shù)據(jù)格式需求：常用的海洋分析數(shù)據(jù)有三類(lèi)，遙感反演的數(shù)據(jù)、觀測(cè)數(shù)據(jù)和模式計(jì)算結(jié)果。遙感反演數(shù)據(jù)多級(jí)多種。海洋現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)方法比較多，比如臺(tái)站、斷面、船舶報(bào)和多波束等。在需求報(bào)告中應(yīng)詳細(xì)列出各類(lèi)數(shù)據(jù)的格式需求。數(shù)據(jù)的讀取與轉(zhuǎn)換需求：不同的應(yīng)用需要以不同的方式輸入不同數(shù)據(jù)，反之，在數(shù)據(jù)的輸出方式、格式上也有不同需求。數(shù)據(jù)預(yù)處理需求：主要包括數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與評(píng)估和缺失數(shù)據(jù)的插補(bǔ)。根據(jù)用戶的需要，進(jìn)行算法的設(shè)計(jì)。比如海洋上需要利用周期規(guī)律進(jìn)行缺失值的插補(bǔ)等?！?0.1海洋GIS系統(tǒng)的需求分析顯示需求基本顯示要求：包括顏色（目的在于更加有利于人眼的判讀和分辨）和符號(hào)。利用直方圖設(shè)定色標(biāo)。對(duì)有時(shí)間標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示?？煽焖賹⒖臻g位置平移或轉(zhuǎn)換，比如通過(guò)若干對(duì)應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行仿射變換?！?0.1海洋GIS系統(tǒng)的需求分析§10.1海洋GIS系統(tǒng)的需求分析基本算法需求基本算子算術(shù)運(yùn)算：＋－×÷／、取整、取反、取余、取模等布爾運(yùn)算：并AND、或OR、非NOT、異或XOR關(guān)系運(yùn)算：根據(jù)比較的結(jié)果返回1（真）或0（假），若輸入值為NULL，則輸出為NULL位運(yùn)算集合運(yùn)算：CAND、COR、CXOR邏輯運(yùn)算：DIFF、OVER、IN累積運(yùn)算賦值運(yùn)算11232§10.1海洋GIS系統(tǒng)的需求分析基本算法需求基本柵格運(yùn)算局部運(yùn)算：輸出值只取決于輸入柵格的同一位置單元值。主要包括：三角函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)等；重分類(lèi)；邏輯選擇；空間選擇；統(tǒng)計(jì)。焦點(diǎn)運(yùn)算：確定領(lǐng)域范圍和焦點(diǎn)位置，設(shè)定權(quán)重，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)運(yùn)算區(qū)域運(yùn)算：輸入的多區(qū)域，統(tǒng)計(jì)目標(biāo)柵格中位于各區(qū)域中的單元的統(tǒng)計(jì)量全局運(yùn)算：統(tǒng)計(jì)全局單元，然后操作§10.1海洋GIS系統(tǒng)的需求分析基本算法需求等值線繪制普通方法：一次，兩次，…，平滑智能方法：利用背景知識(shí)控制走向和平滑程度，針對(duì)graph軟件的藕狀缺點(diǎn)梯度計(jì)算四領(lǐng)域梯度計(jì)算：輸出結(jié)果是四方向各自梯度，最大梯度及方向八領(lǐng)域梯度計(jì)算：輸出結(jié)果是八方向各自梯度，最大梯度及方向按特定方向組合的梯度計(jì)算時(shí)間序列梯度計(jì)算：與上一時(shí)刻方向相同的梯度才是要計(jì)算的梯度概率梯度計(jì)算：時(shí)間或要素序列梯度，概率滿足時(shí)需要計(jì)算基本算法需求分類(lèi)處理監(jiān)督分類(lèi)非監(jiān)督分類(lèi)按直方圖分類(lèi)粗集方法分類(lèi)：一旦給定訓(xùn)練集，就確定了分類(lèi)的精度智能分類(lèi)：按梯度邊界、人機(jī)交互邊界統(tǒng)計(jì)為依據(jù)空間分析空間自相關(guān)（Geary，Moran）相關(guān)分析多元分析結(jié)構(gòu)分析（變異函數(shù)）空間配置結(jié)構(gòu)相關(guān)多尺度分析§10.1海洋GIS系統(tǒng)的需求分析§10.1海洋GIS系統(tǒng)的需求分析專業(yè)算法鋒面提取梯度判別模式識(shí)別（自動(dòng)匹配）人機(jī)交互（人為劃定，統(tǒng)計(jì)差異性）渦旋提?。核惴ㄍ纤畧F(tuán)劃分梯度判別模式識(shí)別（自動(dòng)匹配）模糊數(shù)學(xué)算法人機(jī)交互（人為劃定，統(tǒng)計(jì)差異性）其他算法§10.1海洋GIS系統(tǒng)的需求分析多功能需求將海洋斷面（深度方向）的測(cè)量顯示出來(lái)。從斷面上可選取剖面并顯示要素值（點(diǎn)位與顏色）和等值線。顯示切面的等值線和連續(xù)場(chǎng)。將地形和海水體部分顯示出來(lái)§10.1海洋GIS系統(tǒng)的需求分析模式集成需求

GIS在將地圖與計(jì)算模型相連或鏈接其他平臺(tái)的程序方面功能強(qiáng)大。比如陸地過(guò)程模型：地下水污染模型，氣象模型，水土流失方程，表面水文模型；社會(huì)經(jīng)濟(jì)模型：模擬商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)影響，模擬疾病和日用品的流行等。而在海洋方面缺乏研究和理解，目前一般的做法是將傳統(tǒng)的數(shù)值模型與GIS進(jìn)行松散的集成。一般是利用GIS可視化輸入模型的初始場(chǎng)和邊界數(shù)據(jù)，由GIS輸出模型運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)并按時(shí)間動(dòng)態(tài)顯示。其中參數(shù)和數(shù)據(jù)在GIS與模型中的傳遞采用文件的方式，進(jìn)而將一系列模型利用GIS聯(lián)系為一個(gè)科學(xué)邏輯過(guò)程。§10.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)第十章海洋GIS軟件工程1818§10.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)海洋GIS系統(tǒng)功能多功能性是MGIS的一大特點(diǎn)。加深對(duì)MGIS基本功能的認(rèn)識(shí)，將有益于MGIS的深度開(kāi)發(fā)及其技術(shù)發(fā)展。海洋地理信息系統(tǒng)的基本功能有：數(shù)據(jù)管理功能決策管理功能分析評(píng)價(jià)功能模擬預(yù)測(cè)功能§10.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理功能主要是指有關(guān)海洋空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的搜集、存儲(chǔ)、檢索、顯示查詢和編輯等功能。就某種意義而言，任何“管理”都是信息流的一種交流形式，特別是海岸帶綜合管理，是多渠道、多層次、多形式信息流定向（單向）或雙向或多向交流形式。MGIS開(kāi)發(fā)了海洋數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)，可為海岸帶綜合管理信息交流提供便利創(chuàng)造條件，從而提高海岸帶綜合管理的效率，提高海洋數(shù)據(jù)（空間的和非空間的）自身的利用價(jià)值?！?0.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)決策管理功能當(dāng)前，沿海地區(qū)出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)多元化發(fā)展趨勢(shì)，管理方式也從單一的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)管理向社會(huì)、資源、環(huán)境、文化等多目標(biāo)管理模式轉(zhuǎn)變。MGIS通過(guò)一般決策模型、多目標(biāo)決策模型、模糊決策模型等不同的決策模型，為海岸帶綜合管理分析自然和社會(huì)各種因素提供多目標(biāo)輔助決策支持，以減少?zèng)Q策的盲目性和片面性，同時(shí)，也為海岸帶管理實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、可視化、計(jì)算機(jī)化的統(tǒng)一管理提供了技術(shù)手段，從而達(dá)到信息資源共享、提高管理效率、節(jié)約管理經(jīng)費(fèi)的目的?！?0.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)分析評(píng)價(jià)功能建立不同的分析模型和輔助決策支持系統(tǒng)，可對(duì)各種開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，如港口建設(shè)、圍海造地、海上油氣開(kāi)采、海水增養(yǎng)殖等，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，提供多種可行方案，供管理部門(mén)決策參考。在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，如發(fā)生海面大范圍溢油、赤潮和風(fēng)暴潮一類(lèi)的自然災(zāi)害時(shí)，管理部門(mén)利用MGIS進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，作出快速應(yīng)急響應(yīng)，可減少損失?！?0.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)模擬預(yù)測(cè)功能

MGIS的模擬預(yù)測(cè)功能主要有兩方面作用。首先，根據(jù)海岸帶資源及開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀、地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)的潛力等各種綜合因素，運(yùn)用不同的預(yù)測(cè)模型,模擬顯示海岸帶地區(qū)發(fā)展前景，為中長(zhǎng)期規(guī)劃和宏觀調(diào)控提供參考依據(jù)。其次，在發(fā)生海難或海面溢油事故時(shí)，向預(yù)測(cè)模型輸入事故海區(qū)現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)速風(fēng)向、流速流向等海況數(shù)據(jù)，模擬事故的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程，以便采取有效的救助打撈或防范措施?！?0.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)海洋GIS的框架及其關(guān)鍵根據(jù)系統(tǒng)功能的需求，可構(gòu)造出海洋GIS的整體框架結(jié)構(gòu)。從總體上說(shuō)，海洋GIS基礎(chǔ)平臺(tái)處理分析海洋數(shù)據(jù)的流程如圖所示，包括：數(shù)據(jù)輸入與抽取，數(shù)據(jù)操作與分析，海洋特征提取，結(jié)果輸出。右圖為MGIS基礎(chǔ)平臺(tái)功能框架。§10.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入、提取與操作數(shù)據(jù)輸入：包括海洋測(cè)量數(shù)據(jù)（表格和文本）、遙感數(shù)據(jù)（柵格）和適量數(shù)據(jù)。輸入方式包括鍵盤(pán)錄入、文件導(dǎo)入、數(shù)據(jù)庫(kù)連接和模式集成?？蓪?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選區(qū)操作（鼠標(biāo)或鍵盤(pán)輸入范圍），可處理單個(gè)或批處理；可生成動(dòng)態(tài)播發(fā)文件。數(shù)據(jù)查詢與提?。簭臄?shù)據(jù)庫(kù)中（零散的）數(shù)據(jù)中抽取所需特定時(shí)間和空間范圍的數(shù)據(jù)集。對(duì)缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)，并對(duì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估?？煽焖賹⒖臻g位置平移或轉(zhuǎn)換，比如通過(guò)若干對(duì)應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行仿射變化。具有精確數(shù)學(xué)意義的投影變換。高程基準(zhǔn)的統(tǒng)一?！?0.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)模式集成

GIS在將地圖與計(jì)算模型相連或鏈接其他平臺(tái)的程序方面功能強(qiáng)大。針對(duì)MGIS，對(duì)其模型集成要考慮如下要點(diǎn)：在GIS理論和技術(shù)中對(duì)海洋還缺乏研究和理解的情況下，最為直接的集成是將傳統(tǒng)的數(shù)值模型與GIS進(jìn)行松散的集成；利用GIS可視化輸入模型的初始場(chǎng)和邊界數(shù)據(jù)，由GIS實(shí)時(shí)可視化輸出模型運(yùn)算結(jié)果，并按時(shí)間動(dòng)態(tài)顯示，其中參數(shù)和數(shù)據(jù)在GIS與模型中的傳遞采用文件的方式。利用GIS生成模型所需網(wǎng)格及初始場(chǎng)。將一系列模型利用GIS聯(lián)系為一個(gè)科學(xué)邏輯過(guò)程。動(dòng)力系統(tǒng)邊界問(wèn)題的處理，即MGIS提供柵格系統(tǒng)處理邊界的算法或方式?！?0.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)插值功能相對(duì)于數(shù)據(jù)的爆炸，在一定時(shí)空范圍內(nèi)海洋數(shù)據(jù)太少，特別是對(duì)次表層一下。那么海洋GIS需要提供豐富的插值選擇，包括：成熟算法：包括距離反比法、趨勢(shì)面法、克里格插值；適合海洋的插值方法：利用背景知識(shí)或歷史平均趨勢(shì)智能進(jìn)行空間插值；利用時(shí)間序列和空間分布進(jìn)行時(shí)空插值。線型插值：即對(duì)一線上系列點(diǎn)及其要素，在這些點(diǎn)的連線緩沖區(qū)內(nèi)，進(jìn)行等值線繪制。其插值方法可選擇：兩點(diǎn)、三點(diǎn)、四點(diǎn)、五點(diǎn)；一次、兩次、多次三維插值。§10.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)探索性數(shù)據(jù)分析海上實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中常見(jiàn)數(shù)據(jù)種類(lèi)有臺(tái)站數(shù)據(jù)（包括河口水文站）、船舶報(bào)數(shù)據(jù)、斷面測(cè)量數(shù)據(jù)、ADCP測(cè)量數(shù)據(jù)和浮標(biāo)數(shù)據(jù)(包括ARGO)等。海洋GIS為此提供的數(shù)據(jù)分析功能包括：質(zhì)量控制和插值：如對(duì)多年同期數(shù)據(jù)可進(jìn)行面上插值等。特定區(qū)域數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和過(guò)程曲線繪制：包括過(guò)程曲線動(dòng)態(tài)，即在各選定區(qū)域上（或站位上）顯示要素值的過(guò)程曲線（靜態(tài)和動(dòng)態(tài)），動(dòng)態(tài)時(shí)間間隔和起止可選。除按空間位置顯示外，可選擇將區(qū)域過(guò)程曲線顯示在同一彈出窗口上，不同區(qū)域過(guò)程曲線用不同顏色表示，且隨時(shí)間畫(huà)出?？紤]到有些時(shí)間序列很長(zhǎng)，且有時(shí)需要分析不同時(shí)間尺度的規(guī)律，故提供過(guò)程線的無(wú)級(jí)縮放，縮放過(guò)程對(duì)數(shù)據(jù)的選取，可選取中數(shù)、平均數(shù)、或極值等?！?0.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)探索性數(shù)據(jù)分析對(duì)多區(qū)域或多點(diǎn)位選定要素項(xiàng)（單項(xiàng)或多項(xiàng)）進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示：如柱狀圖動(dòng)態(tài)，即在各空間位置上顯示要素值的柱狀圖，高度隨時(shí)間變化，時(shí)間間隔和起止可選。除按空間位置顯示外，可選擇將它們顯示在同一彈出窗口上，處于同一水平線上，以便比較。對(duì)有縱深的測(cè)量，比如斷面數(shù)據(jù)，除上面所述外還具備可視化選定空間點(diǎn)，自動(dòng)繪制其要素圖及其密度和聲學(xué)特征曲線，并同步顯示曲線的拐點(diǎn)、駐點(diǎn)和相互間距離(如衡量躍層厚度)及要素值與距離的比值(用于衡量要素變化率，如躍層強(qiáng)度)等特征；選定測(cè)線后則自動(dòng)繪制等值線；選定多條測(cè)線重建三維測(cè)點(diǎn)，任意三維面切割，自動(dòng)插值生成其要素?cái)?shù)據(jù)和圖表?！?0.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)場(chǎng)分析

MGIS是以柵格數(shù)據(jù)或可轉(zhuǎn)換為柵格的數(shù)據(jù)為主要處理對(duì)象的可視化工具或容器，為此需要凸現(xiàn)柵格處理和分析算法及其可視化表達(dá)，現(xiàn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜分列如下：基本算子：主要是對(duì)柵格中的單元算術(shù)運(yùn)算、布爾運(yùn)算、關(guān)系運(yùn)算、位運(yùn)算、集合運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、累積運(yùn)算和賦值運(yùn)算等。局部運(yùn)算：對(duì)多個(gè)要素層運(yùn)算，輸出值只取決于輸入柵格的同一位置單元值。焦點(diǎn)運(yùn)算：對(duì)一個(gè)要素層進(jìn)行運(yùn)算，當(dāng)前位置輸出值取決于周?chē)鷨卧?。區(qū)域運(yùn)算：對(duì)多個(gè)要素層，按不同時(shí)空區(qū)域?qū)鸥駟卧M(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算?！?0.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)場(chǎng)分析全局運(yùn)算：對(duì)整個(gè)要素場(chǎng)全局單元進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和操作。梯度計(jì)算：包括五類(lèi)方式，即四領(lǐng)域梯度計(jì)算、八領(lǐng)域梯度計(jì)算、按特定方向組合的梯度計(jì)算、時(shí)間序列梯度計(jì)算、概率梯度計(jì)算；用于對(duì)場(chǎng)進(jìn)行劃分，如水團(tuán)、鋒區(qū)等的分析。分類(lèi)處理：從要素值類(lèi)的距離進(jìn)行場(chǎng)劃分，主要有(非)監(jiān)督分類(lèi)、直方圖分類(lèi)、聚類(lèi)、粗集分類(lèi)、智能分類(lèi)、梯度邊界、人機(jī)交互邊界統(tǒng)計(jì)依據(jù)等。空間分析：主要是空間自相關(guān)分析、相關(guān)分析、回歸方程及檢驗(yàn)；多元分析及檢驗(yàn)；結(jié)構(gòu)分析，如變異函數(shù)分析及其理論模型擬合；多尺度分析或多分辨率逼近；頻率域方法中強(qiáng)調(diào)小波分析和多尺度分析?！?0.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)海洋平面場(chǎng)幾何特征分析這里的處理可以分為對(duì)離散點(diǎn)的分析和對(duì)連續(xù)場(chǎng)的分析，目的是對(duì)一些可用幾何描述的海洋現(xiàn)象進(jìn)行時(shí)空定位和定量描述，比如躍層、鋒面、渦旋和水團(tuán)等的提取。分析和提取的主要方法包括梯度判別、模式識(shí)別的自動(dòng)匹配和人機(jī)交互方式。人機(jī)交互采用圖形化方式，利用背景知識(shí)，通過(guò)探索性定位，計(jì)算機(jī)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)差異性和判別。這里的特征提取涉及三方面的難點(diǎn)。首先是弱邊界的問(wèn)題，海洋場(chǎng)是連續(xù)場(chǎng)，不同性質(zhì)的水邊界是一個(gè)模糊的過(guò)渡區(qū)；其次是邊界的屬性變化，即在同一條邊界的不同處，其判定的指標(biāo)值是不一樣的，換言之，特征值相同不意味著處于同一邊界上。最后是噪聲和數(shù)據(jù)缺失的問(wèn)題，由此在特征提取的過(guò)程中要對(duì)多種情況進(jìn)行判定?！?0.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)三維場(chǎng)分析首先是完成實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)空展布，從而選取研究區(qū)域及其數(shù)據(jù)對(duì)象。實(shí)測(cè)點(diǎn)的屬性，包括時(shí)空位置、施測(cè)者、要素值(大小和方向)等，以可定義的色標(biāo)和符號(hào)顯示。對(duì)數(shù)據(jù)的讀入和選取提供多種方式，比如設(shè)定研究區(qū)，將數(shù)據(jù)從表格中讀入，三維坐標(biāo)上顯示經(jīng)緯度和深度，并顯示海底和岸線；在研究區(qū)內(nèi)顯示調(diào)查點(diǎn)和鉛垂線以及測(cè)線(測(cè)線上可標(biāo)示時(shí)間和機(jī)構(gòu)名稱)，測(cè)點(diǎn)上要素值按色標(biāo)顯示。三維坐標(biāo)上顯示經(jīng)緯度和深度。對(duì)數(shù)據(jù)構(gòu)建用于插值的網(wǎng)格，比如三維TIN，要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的時(shí)空插值處理，對(duì)任意的斷面和大面要進(jìn)行切面柵格顯示，繪制等值線圖。色標(biāo)可按用戶定義，對(duì)于地質(zhì)等類(lèi)別數(shù)據(jù)則在切面上顯示分解線?！?0.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)時(shí)空?qǐng)龇治鰧?duì)時(shí)空?qǐng)龇治龅闹饕康脑谟谕ㄟ^(guò)對(duì)時(shí)空體的操作和分析，從中獲取時(shí)空體的特征，比如水團(tuán)分布及其模糊邊界、躍層的提取等，并將其對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)以動(dòng)態(tài)變化形成顯示在時(shí)空中，分析其時(shí)空動(dòng)態(tài)的量化描述，比如速度、季節(jié)變異等。傳統(tǒng)的GIS主要處理空間狀態(tài)，而MGIS區(qū)別于傳統(tǒng)的GIS的本質(zhì)特點(diǎn)在于處理的是時(shí)空過(guò)程。由此MGIS時(shí)空?qǐng)龅牟僮骱头治鲆彩瞧浒l(fā)展方向及最大難點(diǎn)。時(shí)空?qǐng)龅牟僮骱头治龅某霭l(fā)點(diǎn)在于如何將時(shí)空過(guò)程在時(shí)間和空間上進(jìn)行離散化，進(jìn)而對(duì)時(shí)空離散的過(guò)程進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)分析，比如時(shí)空過(guò)程的相互關(guān)聯(lián)，時(shí)空過(guò)程緩沖區(qū)操作、疊加分析等。而將時(shí)空四維空間進(jìn)行降維操作，比如主成分、投影等，然后利用傳統(tǒng)GIS的許多二維操作和分析方法,也不失為一個(gè)折中的辦法。§10.2海洋GIS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)顯示顯示的目的在于更加有利于判讀和分辨，故需要對(duì)顯示的顏色和符號(hào)做一些處理，以適應(yīng)人的生理和心理習(xí)慣。另一方面要提供選擇的工具，比如利用其他統(tǒng)計(jì)(概率分布、直方圖等)或背景知識(shí)設(shè)定色標(biāo)。時(shí)間序列的顯示則提供動(dòng)態(tài)顯示的時(shí)空分辨率，以滿足不同現(xiàn)象和規(guī)律的時(shí)空尺度。從可視化的角度，則提供多窗口機(jī)制，可以比較同一時(shí)空范圍的不同要素場(chǎng)，如用于尋找各要素間的關(guān)系；同一要素在不同時(shí)空范圍的分布和變化，如用于尋找不同時(shí)空范圍的遙相關(guān)；同一要素的不同時(shí)空分辨率的分布和變化規(guī)律，如用于尋找現(xiàn)象或規(guī)律的時(shí)空尺度等?！?0.3海洋GIS軟件工程評(píng)價(jià)第十章海洋GIS軟件工程3636§10.3海洋GIS軟件工程評(píng)價(jià)軟件功能評(píng)價(jià)綱要海洋GIS軟件功能評(píng)價(jià)用戶界面數(shù)據(jù)庫(kù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)建立數(shù)據(jù)處理與分析數(shù)據(jù)輸出交互性聯(lián)機(jī)幫助界面友好浮動(dòng)菜單空間數(shù)據(jù)管理屬性數(shù)據(jù)管理數(shù)字化空間數(shù)據(jù)編輯屬性數(shù)據(jù)編輯數(shù)據(jù)檢索數(shù)據(jù)重組數(shù)據(jù)變換數(shù)據(jù)疊加綜合分析統(tǒng)計(jì)分析硬拷貝輸出軟拷貝輸出圖例注記輸出§10.3海洋GIS軟件工程評(píng)價(jià)用戶界面命令驅(qū)動(dòng)界面有提示，應(yīng)答界面有默認(rèn)應(yīng)答有下拉式或上托式菜單功能具有交互式命令語(yǔ)言接口具有聯(lián)機(jī)幫助信息，包括各項(xiàng)命令、命令語(yǔ)法、功能等能夠取消或重新存儲(chǔ)前面的輸入值具有用戶友好的錯(cuò)誤提示信息具有口令存取保護(hù)功能§10.3海洋GIS軟件工程評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)管理海洋GIS軟件中數(shù)據(jù)管理的基本功能是：對(duì)磁盤(pán)數(shù)據(jù)的瀏覽，以及復(fù)制、粘貼剪切等文件管理功能對(duì)柵格、矢量的讀取和格式的轉(zhuǎn)換，對(duì)表格數(shù)據(jù)的讀取和不同表格數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換對(duì)特定文件元數(shù)據(jù)的管理，包括錄入修改和編輯，并可利用元數(shù)據(jù)進(jìn)行查找除了以上基本功能，海洋時(shí)空數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)還包括海洋空間數(shù)據(jù)庫(kù)存取、多源空間數(shù)據(jù)無(wú)縫集成、海量數(shù)據(jù)壓縮存儲(chǔ)與快速轉(zhuǎn)換等功能，開(kāi)發(fā)基于ODBC和DAO技術(shù)的大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)和對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)引擎來(lái)提供海量的、連續(xù)的空間數(shù)據(jù)組織方式，實(shí)現(xiàn)真正的空間數(shù)據(jù)和屬性一體化管理，通過(guò)SQLSERVER等多種數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行海洋時(shí)空數(shù)據(jù)的管理?！?0.3海洋GIS軟件工程評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)建立數(shù)字化：包括手工數(shù)字化和掃描數(shù)字化兩種具有添加注記、建立拓?fù)潢P(guān)系和輸入屬性數(shù)據(jù)等功能可進(jìn)行空間數(shù)據(jù)編輯：如對(duì)拓?fù)溴e(cuò)誤進(jìn)行自動(dòng)檢查，并有人機(jī)交互的糾錯(cuò)功能；以單個(gè)地物或地物群為單位，人機(jī)交互的處理矢量地物或柵格像元等可進(jìn)行屬性數(shù)據(jù)編輯：如人機(jī)交互的插入、刪除、改變和移動(dòng)地物名稱和編碼；利用查詢語(yǔ)言的選擇函數(shù)進(jìn)行更新圖形地物名稱或?qū)傩杂涗浀取?0.3海洋GIS軟件工程評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)處理和分析數(shù)據(jù)檢索：如可通過(guò)不同窗口選擇空間或?qū)傩詳?shù)據(jù)并進(jìn)行重新定義分類(lèi)；可瀏覽空間或?qū)傩詳?shù)據(jù)庫(kù)等數(shù)據(jù)重組：可進(jìn)行柵格矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮、平滑處理等數(shù)據(jù)變換：可進(jìn)行投影變換、近似變換等矢量或柵格數(shù)據(jù)疊加：可進(jìn)行AND、OR、XOR、NOT等疊加分析綜合分析功能：生成緩沖區(qū)，確定最佳路徑等統(tǒng)計(jì)分析功能：對(duì)表格數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算或進(jìn)行相關(guān)分析、回歸分析等§10.3海洋GIS軟件工程評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)輸出可用圖形終端、數(shù)字繪圖儀、噴墨打印機(jī)等設(shè)備顯示圖形可指定位置、大小、比例尺和視圖的定向可用經(jīng)緯線、國(guó)家基準(zhǔn)面或UTM坐標(biāo)參考顯示圖廓線、網(wǎng)格線、暈線等，并具有指定比例尺的注記可從現(xiàn)存的表格中選擇點(diǎn)狀符號(hào)、線劃類(lèi)型、面積填充圖案和字體可生成不同類(lèi)型的專題地圖§10.3海洋GIS軟件工程評(píng)價(jià)海洋GIS軟件的問(wèn)題雖然海洋環(huán)境具有動(dòng)態(tài)、三維、模糊等特點(diǎn)，但目前不管是直接利用商業(yè)化GIS軟件還是獨(dú)立開(kāi)發(fā)的專用軟件，都存在傳統(tǒng)GIS所存在一些共性問(wèn)題。以圖層為處理的基礎(chǔ)，處理能力弱，尤其是大范圍、跨圖幅區(qū)域靈活處理能力較弱。二維的空間數(shù)據(jù)組織與管理，限制了應(yīng)用范圍。靜態(tài)、單時(shí)相空間數(shù)據(jù)組織與管理，限制了分析決策事務(wù)的實(shí)現(xiàn)。空間事務(wù)處理組織能力弱?！?0.3海洋GIS軟件工程評(píng)價(jià)海洋GIS軟件的問(wèn)題空間數(shù)據(jù)尺度割裂，單一比例尺數(shù)據(jù)處理，不同尺度空間數(shù)據(jù)的互動(dòng)關(guān)系弱?；旧弦韵到y(tǒng)為中心，不同系統(tǒng)之間壁壘比較分明，數(shù)據(jù)共享與服務(wù)共享困難。影像數(shù)據(jù)管理與處理能力弱，跟不上大規(guī)?？焖贁?shù)據(jù)獲取技術(shù)的發(fā)展?！?0.4海洋GIS應(yīng)用系統(tǒng)案例第十章海洋GIS軟件工程4545海洋GIS的應(yīng)用目前，海洋GIS的應(yīng)用主要有以下幾方面：海岸帶的開(kāi)發(fā)和管理專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)的管理海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)海洋資源的開(kāi)發(fā)與管理海洋漁業(yè)海洋油氣極端海面風(fēng)速預(yù)測(cè)其他§10.4海洋GIS應(yīng)用系統(tǒng)案例§10.4海洋GIS應(yīng)用系統(tǒng)案例海岸帶的開(kāi)發(fā)與管理最初的一些研究者只是簡(jiǎn)單的把GIS直接應(yīng)用于海洋數(shù)據(jù)的管理上。隨著MGIS技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，其在海岸帶管理方面應(yīng)用也越來(lái)越廣泛和深入,尤其是在專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)(ExclusiveEconomicZone)的管理上。歐洲北海InterregIIc計(jì)劃所支持的SEAGIS工程開(kāi)發(fā)了一個(gè)基本的基于GIS的海洋帶管理和規(guī)劃系統(tǒng)框架,促使GIS逐步成為一個(gè)有用的海岸帶管理決策支持工具。美國(guó)的DeltaDataSystem公司和NeptuneSciences公司曾進(jìn)行了MGIS的設(shè)計(jì)和建立。該系統(tǒng)在GIS的基礎(chǔ)上，集成了數(shù)據(jù)庫(kù)(包括遙感數(shù)據(jù))和各種數(shù)學(xué)模型，用以支持海岸帶管理的合理規(guī)劃、監(jiān)測(cè)和分析任務(wù)。丹麥水力研究所為處理和管理海岸帶數(shù)據(jù)，也開(kāi)發(fā)了MIKEINFOCoast軟件，用以處理海洋測(cè)深數(shù)據(jù)、海岸輪廓數(shù)據(jù)、圖象數(shù)據(jù)、水文地理數(shù)據(jù)和水質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)?！?0.4海洋GIS應(yīng)用系統(tǒng)案例海岸帶的開(kāi)發(fā)與管理海岸帶資源與環(huán)境綜合管理信息系統(tǒng)集成系統(tǒng)（國(guó)家級(jí)、省市級(jí)、縣級(jí)）國(guó)家級(jí)區(qū)域（省、市）級(jí)地方（縣）級(jí)環(huán)境保護(hù)信息資源開(kāi)發(fā)管理信息災(zāi)害信息管理社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息管理功能區(qū)劃信息管理海域使用管理執(zhí)法監(jiān)督管理海岸帶基礎(chǔ)地理信息支持子系統(tǒng)專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)的管理為了有效管理專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)（EEZ），很多國(guó)家建立了專門(mén)的管理系統(tǒng)。例如，美國(guó)的夏威夷大學(xué)的太平洋制圖中心，開(kāi)發(fā)、管理和發(fā)展美國(guó)太平洋島嶼的EEZ,就設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了一個(gè)集成的海洋信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)以ARC/INFOV7.0為平臺(tái)，著重開(kāi)發(fā)了空間海洋數(shù)據(jù)的處理、GIS和制圖系統(tǒng)的集成、三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、海洋數(shù)據(jù)的模擬和動(dòng)態(tài)顯示等功能。EEZ具有極強(qiáng)的政治和經(jīng)濟(jì)意義，我國(guó)政府對(duì)此高度重視，但我國(guó)在此領(lǐng)域的工作才剛剛起步，還沒(méi)有建立專門(mén)的系統(tǒng)，以應(yīng)用在EEZ領(lǐng)域的管理和開(kāi)發(fā)上?！?0.4海洋GIS應(yīng)用系統(tǒng)案例海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)隨著MGIS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其在海洋環(huán)境的污染監(jiān)測(cè)和環(huán)境保護(hù)等方面的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。例如，美國(guó)幾個(gè)部門(mén)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的COMPAS軟件，原來(lái)主要用來(lái)管理海洋數(shù)據(jù)，后來(lái)又發(fā)展到利用其進(jìn)行海域污染監(jiān)測(cè)。又如美國(guó)環(huán)境保護(hù)組織（EPA）對(duì)Massachusetts海灣內(nèi)采礦現(xiàn)場(chǎng)的放射性和危險(xiǎn)廢料進(jìn)行了調(diào)查,在一個(gè)區(qū)域性的相關(guān)海洋GIS數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行處理，從而得出相應(yīng)的規(guī)劃和管理決策。國(guó)內(nèi)，一些單位在此領(lǐng)域也進(jìn)行了初步的研究，如國(guó)家海洋局海洋環(huán)境保護(hù)研究所在大連海域內(nèi)采用GIS技術(shù)，通過(guò)開(kāi)發(fā)和利用海域資源綜合信息，解決了資源與環(huán)境的合理利用與保護(hù)方面的問(wèn)題，對(duì)海域環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)?！?0.4海洋GIS應(yīng)用系統(tǒng)案例§10.4海洋GIS應(yīng)用系統(tǒng)案例海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)河北省海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

§10.4海洋GIS應(yīng)用系統(tǒng)案例海洋資源的開(kāi)發(fā)與管理由于海洋的特殊環(huán)境，海洋油氣的開(kāi)發(fā)和勘探涉及到很多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，要進(jìn)行海洋油氣的勘探必須分析大量的各種各樣的數(shù)據(jù)，這就需要有合適的管理和分析工具。美國(guó)礦產(chǎn)資源管理服務(wù)部門(mén)與ESRI公司合作開(kāi)發(fā)了DeepwaterGIS的軟件系統(tǒng)，中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所在海洋863計(jì)劃820（海洋探查與資源開(kāi)發(fā)技術(shù)主題)專題中，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了面向海洋油氣資源綜合預(yù)測(cè)的海洋地理信息系統(tǒng)。§10.4海洋GIS應(yīng)用系統(tǒng)案例海洋漁業(yè)國(guó)外許多政府部門(mén)和科研機(jī)構(gòu)，都對(duì)MGIS在海洋漁業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了研究和實(shí)踐。例如，西班牙圣地亞哥大學(xué)的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室利用專家知識(shí)建立了有效的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和專家系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了一個(gè)實(shí)用的漁業(yè)信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要借助衛(wèi)星，通過(guò)交通船提供的信息，用以獲取魚(yú)群活動(dòng)信息和環(huán)境變化信息，提出了開(kāi)發(fā)和改善漁業(yè)的策略，從而提高了漁業(yè)的產(chǎn)量。

§10.4海洋GIS應(yīng)用系統(tǒng)案例海洋漁業(yè)目前，國(guó)內(nèi)也有一些研究單位在進(jìn)行嘗試性工作，例如,中科院地理所等單位近年來(lái)在海洋863計(jì)劃818專題中，通過(guò)集成遙感、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、專題分析模型和專家系統(tǒng)，來(lái)為海洋漁業(yè)開(kāi)發(fā)GIS平臺(tái)。蘇奮振結(jié)合我國(guó)國(guó)情,分析了海洋漁業(yè)漁政管理的諸多問(wèn)題，以現(xiàn)代系統(tǒng)工程的思想，在東海漁業(yè)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的平臺(tái)上搭建了東海漁業(yè)漁政綜合管理系統(tǒng)，為東海漁業(yè)生產(chǎn)管理、漁船動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和三證管理提供了技術(shù)路線，系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了漁政管理的生產(chǎn)指揮調(diào)度、資源保護(hù)等幾個(gè)基本要求，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)大漁政的政策提供了技術(shù)方案。§10.4海洋GIS應(yīng)用系統(tǒng)案例海洋油氣海洋油氣方面的工作主要是中科院遙感應(yīng)用研究所在進(jìn)行，在“渤海海洋油氣遙感探測(cè)機(jī)理研究”重點(diǎn)項(xiàng)目（