海洋地理信息系统国内外研究进展

海洋地理信息系统国内外研究进展

王红梅朱振海

(中国科学院遥感应用研究所北京 100101)

摘要二十一世纪将是“海洋的世纪”，海洋将成为下世纪国际竞争和开发的重点领域。 海洋地理信息系统可大大提高海洋数据的使用率和工作效率，并改善海洋数据的管理方式。海洋地理信息系统在海洋研究领域所起到的重要作用,日益受到人们的重视。本文在分析了海洋地理信息系统的研究背景后，总结了国内外学者在此领域的研究状况，并对其发展前景作了简单的评述。

关键词海洋领域地理信息系统海洋地理信息系统

1引言

随着社会的发展、环境的破坏和陆地资源的消耗，人类将目光转向了海洋这个自然资源宝库。二十一世纪将是“海洋的世纪”，海洋将成为下世纪国际竞争和开发的重点领域。掌握海洋的活动规律，调查海洋资源及促进海洋合理开发利用，已成为当前高科技发展的迫切任务。

尽管人们对海洋领域有着浓厚的兴趣，但是只有一些互相独立的单位分别进行研究，收集数据的格式只有他们自己能使用。这种研究方式工作效率非常低，造成数据的使用率也很低，从而导致各种信息资源的浪费。海洋地理信息系统( Marine Geographic Information System, 以下简称MGIS )可以为各种来源的数据提供协调坐标、存储和集成信息等工具。MGIS的使用可大大提高海洋数据的使用率和工作效率，并改善海洋数据的管理方式。海洋地理信息系统在海洋研究领域起到越来越重要的作用，因而日益受到人们的重视。

2 海洋地理信息系统研究背景

地理信息系统(Geographic Information System，以下简称GIS)给人们提供了便捷的数据管理工具和友好的人机交互环境，经过三十多年的发展与完善，已广泛应用在众多领域中，发挥着重要的作用。例如，政府机构利用GIS来进行城市规划、农业产量评估、土地利用分析、公共交通管理和环境规划治理等；资源管理部门利用GIS进行国土资源管理、野生动植物管理规划、森林资源管理以及能源及矿产资源的管理等等。GIS对这些领域的运作机制和研究方法有着深刻的影响。“数字地球”(the Digital Earth)经过美国副总统Al. Gore于1998年1月31日提出后，更是将GIS的开发和应用在全球掀起了又一个高潮。GIS的应用领域也得到了扩展，如可扩展到虚拟外交、虚拟旅游、数字农业、数字城市等领域。

尽管GIS已在一些基于陆地的各个领域得到广泛应用，很少应用在占地球面积70%的海洋领域中。原因是多方面的，主要和海洋环境的海量数据、对三维数据数据处理的要求以及海洋数据获取的困难有关(Dr. Rongxing Li et al., 1993)。海洋环境的数据来源很多，例如海洋环境的基本数据、各个海洋专业的数据信息及数字模型分析的结果等等，数据量很大。海洋数据的获取费时费力又费钱，造成海洋数据具有较低的分辨率、不同的采样密度及数据标准。尽管每年有许多海域用很高分辨率的系统进行调查，但其覆盖速度相对整个海洋来说仍是相当慢的。因此，我们还必须使用历史上积累的不同分辨率的数据。历史上积累的数据多是不同海域由不同的采样仪器进行调查的，因而不同海域数据的数据标准、数据采样密度、数据精度和分辨率等都不尽相同。这样的数据给应用分析带来很大困难。例如，某一海域的一部分数据采样密度很高，可以产生均匀的数据体，便于各种处理分析，而海域的另一部分数据采样密度又相当稀疏，以致画不出可信的等值线，给数据分析带来很大困难。当然，对于低分辨率的数据，我们也可以利用相关的高分辨率的数据进行误差分析，提高其使用的精度和效率。另外，在高质量数据的使用中，我们也可以从一种数据推算另一种数据，高质量数据中的一些空缺也可以得到弥补。

与此同时，各高新技术也正在蓬勃发展，给海洋领域的研究又带来各种新的数据源。新老数据的时空多维变化问题，不同数据间的坐标协调问题，以及海量数据存储管理问题等等都给海洋领域的研究带来了困难。建立合理的数据体系，数据管理系统和综合分析工具等将会提高海洋数据的利用率，并改善海洋领域研究的环境和条件，最终提高海洋工作者的工作效率。海洋工作者们越来越认识到这方面的必要性。

3 MGIS的研究概况

随着遥感技术等现代高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、管理体系及综合分析的必要性和重要性。另一方面，GIS技术也正在蓬勃发展，为很多领域带来了友好的工作平台。面对海洋领域越来越多的信息和GIS提供的便利的工具，八十年代末以来，国内外许多学者开始考虑MGIS的概念并陆续着手建立相关的地理信息系统，并取得了一些可喜的成果，引起了海洋领域研究者的瞩目。

3.1 MGIS的概念

最初的一些研究者只是简单的把GIS直接应用海洋环境的管理上，如Hill J.M.研究了GIS 在海岸带管理上的初步应用(Hill J.M.,1985)；Maher R.V.探讨了GIS 在海岸环境中的应用(Maher R.V., 1987)。随着GIS在海洋领域的初步应用，人们开始考虑海洋地理信息系统的概念和内涵。

随着MGIS技术的不断发展，MGIS概念本身也在发展变化。随着遥感技术的迅猛发展，遥感数据和数字模型在海洋研究中拥有越来越重要的位置。Manfred Ehelers指出：一个MGIS可以为遥感数据、GIS和数字模型信息提供协调坐标、存储和集成信息的系统结构( Manfred Ehelers et al., 1990)(见图1)。另外，它也可以提供工具来分析数据、可视化变量之间的关系和模型。

图1：MGIS概念

Fig. 1: MGIS Concept

由此看来，MGIS是一个集成系统的概念，需要集成GIS、数据库和结合实际应用的数字模型，对空间海洋信息进行输入、查询、分析、表达和管理等，给用户提供一个友好的人机交互环境，大大提高了工作效率。

3.2 MGIS应用研究概况

随着MGIS概念的提出和技术的不断发展，人们开始探索MGIS在各个海洋研究领域中的应用。

1)海岸带管理

最初的一些研究者只是简单的把GIS直接应用海洋数据的管理上，如前文提到的的一些研究。随着MGIS技术的发展和研究的深入，其在海岸带管理方面应用也越来越广泛和深入,尤其是在专属经济区(Exclusive Economic Zone)的管理上。

美国的夏威夷大学的太平洋制图中心为开发、管理和发展美国太平洋岛屿的专属经济区而设计和开发了一个集成的海洋信息系统( Rongxing Li et al., 1993)。该系统着重开发了空间海洋数据的处理、GIS 和制图系统的集成、三维数据结构、海洋数据的模拟和动态显示等功能。这里搜集的海洋数据主要有海洋测深数据、重力数据和磁力数据等，数据量很大。该海洋信息系统是以ARC/INFO V7.0为软件平台进