GIS在海洋技术的应用 gis在海洋技术的应用研究

举例说明地理信息技术在地貌学中的应用？

从 20 世纪80 年代起国内外科学家开始探索利用 RS/ GIS 技术来提取海岸带地貌特征和解译它的理论和方法，并且成功地进行了河口三角洲、海岸滩涂、潟湖沙坝、珊瑚礁等地貌类型的监测和制图。20 世纪在 90 年代利用 GIS 技术研究海岸地貌进入了新的阶段，这一时期海岸科学家注意到 GIS 技术在海洋和陆地应用中的差别，提出了海岸带本身的地形数学模型，如 Liet al.提出了海底地形概念数据模型，Hatcher提出专业的海洋网格系统，并把它应用到美国的纳拉甘西特(Narragansett)湾海岸带地质数据的处理和制图；近年来利用 GIS 技术研究海岸海洋地貌向着更高层次的三维可视化、虚拟现实和复杂地形数据建模方面发展；应用GIS技术集成多源数据建立从陆地到海洋的综合地理信息平台，研究海岸带地貌空间分布、演变机理，为海岸带开发、管理和规划提供决策支持。

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gis对海洋热浪的作用

污染观测。gis在使用过程当中，对于海洋热浪的作用是污染观测，防止因高温爆发赤潮现象。GIS系统又称地理信息系统，是一种特定的十分重要的空间信息系统。

海洋多源时空数据组织与管理

随着计算机技术的发展，海洋数据的组织与管理也经历了几个不同的阶段，对应着几种不同的组织与管理方式，主要有五种方式。

2.2.2.1 文件的组织与管理方式

海洋时空特征数据和海洋专题特征属性数据都以文件的形式表达，而文件是由操作系统负责在计算机外存储器上进行组织管理的。在地理信息系统技术形成和发展的初期，空间数据管理研究的重点大都在于如何实现空间图形数据的存储、空间图形数据和属性数据的关联查询等一些问题。这个时期设计研制的系统在空间数据管理模式上大多数采用数据文件来存储和管理空间数据(谢玳英等，2007)。海洋时空数据组织管理系统也不例外。

2.2.2.2 数据库与文件混合的组织与管理方式

在该方式下，海洋时空特征数据仍以文件的形式管理，而海洋属性数据采用数据库管理系统进行管理。

2.2.2.3 空间数据库一体化的组织与管理方式

随着空间数据库的发展，对海洋一体化数据库管理方式又包括如下三个阶段:

(1)全关系型空间数据库组织与管理:全关系型空间数据库管理系统是指图形和属性数据都用现有的关系数据库管理系统管理，关系数据库管理系统的软件厂商不作任何扩展，由GIS软件商在此基础上进行开发，使之不仅能管理结构化的树型数据，而且能管理非结构化的图形数据(谢玳英等，2007)。

(2)对象—关系数据库组织与管理:由于直接采用通用的关系数据库管理系统的效率不高，而非结构化的空间数据又十分重要，所以许多数据库管理系统的软件商纷纷在关系数据库管理系统中进行扩展，使之能直接存储和管理非结构化的空间数据(谢玳英等，2007)。

(3)面向对象空间数据库组织与管理: 传统 GIS 的数据组织思想是把空间信息与属性信息结合起来，很少考虑时态信息。因而，在此基础上产生的数据库系统主要是基于关系理论的关系数据库。由于在海洋现象的分析过程中，海洋现象的时态信息至关重要，因而，底层的数据库系统必须引入海洋现象的时态信息。在传统的关系数据库中引入时态信息，不仅使数据库系统变得更加复杂，而且使时空信息的检索变得几乎不可能，尤其是对时刻都在发生变化的海洋现象。面向对象技术的发展及在 GIS 领域中的应用，使得运用该技术的相关理论和方法对时空一体的海洋现象进行 GIS 的组织与表达成为可能。面向对象模型最适用于空间数据的表达和管理，它不仅支持变长记录，而且支持对象的嵌套、信息的继承和集聚。面向对象的空间数据库管理系统允许用户定义对象和对象的数据结构以及它的操作。但是当前面向对象数据库管理系统还不够成熟，目前主流的仍然是数据库引擎加关系型数据库以及基于对象-关系的空间数据库管理系统。

2.2.2.4 基于 XML 的海洋时空数据的组织与管理方式

大量海洋时空数据资料被越来越多的机构和不同研究目的的科学家所收集，国际上对建立区域和全球数据库，实现数据资源共享的呼声越来越高。联合国教科文组织(UNESCO)的国际海洋资料交换委员会(IODE)一直致力于海洋数据格式标准化研究，旨在简化数据交换，推动全球海洋技术的发展，但由于种种原因未能取得成功(朱光文，2001; 毕强等，2004)。自 1998 年 2 月万维网联盟 W3C(World Wide Web Consortium)推出可扩展标记语言 XML(Extensible Markup Language)以来，国际上一些海洋强国及研究机构逐渐意识到 XML 技术在处理多种格式的海洋数据、简化数据交换方面存在的巨大潜力(毕强等，2004)。2000 年 5 月，OGC 推出了基于 XML DTD(Document Type Defini-tions，文档类型定义)和 RDF(Resource Description Frameworks，资源描述框架)的 GML1.0 版。2001 年 2 月，OGC 又推出了完全基于 XML Schema 的 GML 2.0 版。XML 具有自我描述数据的功能。XML 与平台无关，可以完成异质系统间的通信，XML 的这些特点使它很快成为一个直接处理全球数据的通用方法以及基于 Web 应用的描述数据和交换数据的有效手段。

对于海洋时空数据集成与交换来说，最重要的是进行数据交换的双方要对数据格式达成统一的认识，只有采用统一的数据格式，才能实现数据的自动流转、处理等功能(龚健雅，2001，苏奋振等，2004)。而基于 XML 技术可以很好地解决这一问题，为海洋时空数据的组织管理与集成提供统一的数据格式描述。

2.2.2.5 网格环境下海洋时空数据的组织与管理方式

网格技术的出现是为了解决科学与工程中所面临的基本原理问题。国际上对数据网格进行了比较深入研究(Chervenak et al.，2000; 2002; Stockinger et al.，2002)，提出和建立基于文件的数据网格和基于数据库数据网格。基于文件的数据网格，其代表性研究项目有欧盟的数据网格计划 Data Grid。旨在访问隶属于不同机构的地域上分布的计算能力和存储工具，将为不同学科的科学实验的海量数据处理提供所需的资源，该计划包括三个数据密集型计算应用领域: 高能物理、生物和医学图像处理和地球观测。

Data Grid 是一个为 e-Science 提供数据解决方案的系统框架。对数据库相关的网格研究代表性项目有: 欧盟的数据网格 Work Package 2 和全球网格论坛(GGF)下属的 DAIS研究组。数据网格 work package2 是数据网格(Data Grid)的后续工作，主要目标是为关系型 DBMS 提供包括数据发现、副本管理、工作流优化在内的网格应用服务接口，将其并入数据网格。空间数据网格是利用网格技术、空间信息基础设施、空间信息网络协议规范，形成一个虚拟的空间信息管理与处理环境，将地理上分布、异构的各种设备与系统进行集成，是实现空间信息和资源共享，为用户提供一体化的空间信息服务的智能化信息平台(陈广学等，2005)。它是实现空间数据资源有机集聚与全面连通的核心与基础。空间数据网格与 “分布式空间数据库”不是一个概念，空间数据网格的数据库虽然也具有地理上分布以及跨平台等特点，但它们要么具有一致的开放结构(语义、数据结构与存储格式)，要么具有标准的网格接口。不像传统的分布式数据库，具有异构、异态、自封闭甚至异质等致命缺点，必须经过面向网格的改造与整合，建立标准的网格接口才能成为空间数据网格的结点。空间数据网格为 GIS 所需要的海量数据的存储、管理、共享与应用提供了方便与可能。网格环境下空间数据组织管理与集成的研究重点不在于如何解决 GIS 空间数据本身的问题，而是基于现有模式，如何将空间数据并入网格计算环境，形成空间数据网格，使其能够被网格应用有序地访问和协调地调用。空间数据网格是利用网格技术、空间信息基础设施、空间信息网络协议规范，形成一个虚拟的空间信息管理与处理环境，将地理上分布、异构的各种设备与系统进行集成，是实现空间信息和资源共享，为用户提供一体化的空间信息服务的智能化信息平台。国内外都对网格环境下空间数据的组织管理与集成技术进行研究。目前 ISO 和 OGC对于如何提供地理信息服务有了相应的抽象规范，OGC 已经开始制定相应的实现规范。国际对地观测卫星联合会(CEOS)于 2001 年开始了在 GRID 框架下，如何实现卫星数据和地理空间数据全球范围内的共享和原型研究。国际对地观测卫星联合会的 Bill Johnston提出了基于 OGC Web Services 的 GRID 架构。

图 2.3 OGC 提出的网格架构

如图 2.3 所示，OGC 提出的网格架构主要特点是把 OGC Web 服务与 GRID 结合起来，是指 OGC 所规定的组件同时就是 GRID 的界面组件。GRID 对用户是透明的，用户可以利用网络上的各类信息资源实现综合制图。可以认为 GRID 在 Internet 环境下主要提供计算和数据管理服务，Web 服务主要提供描述、传输、管理、应用服务。Web 服务与 GRID 的结合能提供动态和强有力的计算和数据环境。

网格环境下海洋时空数据的组织管理是随着空间数据网格技术的发展而不断发展的，网格环境下基于 Web 服务体系结构进行海洋时空数据的组织管理与传统的海洋时空数据组织管理方式相比有很多优点，其中最重要的一点就是，网格环境下海洋时空数据的组织管理是基于现有模式，研究如何将海洋时空数据或数据库系统并入网格环境，形成海洋时空数据网格，使其能够被网格应用有序地访问和协调调用，进而可以很好地解决海洋时空数据互操作和共享的问题，为用户提供一体化、完全透明的应用。

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