海洋地理信息系統數據庫研究

姜雪寧

摘 要：地理信息系統是海洋環境應用研究中不可或缺的工具。本文對海洋地理信息系統中的數據來源進行了詳細分析，研究了各種海洋數據的類型與特征。同時，在關系數據庫ArcGIS的基礎上，設計出了海洋地理信息數據庫的結構。該結構可以有效組織海洋數據的存儲與管理。

關鍵詞：海洋GIS 數據庫結構 類型分析

中圖分類號：P73 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（c）-0024-02

Abstract：Geographic information system has become an indispensable tool in the application of marine environment. A detailed analyze is made of the initial data acquired from various marine measuring instruments and the types and characteristics of various oceanographic data is studied. Based on the geographical data model used in mainstream database software， this article propose a practical marine GIS structure， with which marine data is able to be stored and managed effectively.

Key Words： Marine GIS； Database structure；Type analysis

地理信息系統技術的應用已經深入到社會生產生活的各個方面，在海洋環境應用研究中也發揮著不可替代的作用。隨著技術的發展，海洋測繪領域中各種儀器不斷涌現，海洋數據數量增長異常迅速[1]，對數據存儲技術與方式提出了新的要求。另一方面，海洋環境自身的特性決定了海洋數據具有三維性與動態性。傳統地理信息系統技術已經不能滿足海洋數據存儲、表達和分析的要求，傳統地理信息數據庫也急需做出相應的改變。

為此，國內外學者進行了大量的研究，如早期Li等人[2]提出了如何將各種海洋信息整合到數據庫中問題，蘇奮振等人[3]于2005年對整個海洋GIS技術進行了深入剖析，并從海洋現象的建模表達、儲存模型等方面給出了完備的說明。薛存金等人[4]在海洋時空過程模型的基礎上進一步深入研究，得到了基于點、線、面的面向對象的時空過程模型，并通過原型系統模擬了海洋漩渦的產生與消亡。

1 海洋數據來源及類型分析

不同海洋測量平臺與不同的傳感器導致海洋數據結構和形式的多樣性。要構建海洋信息系統數據庫，首先需要明確海洋數據的類型及其特征。美國地質勘探局根據進行一次普通海洋調查所進行的測量項目將海洋數據來源劃分成以下五類。

（1）側掃聲納，通過裝載在船只上的換能器或“拖魚”向側方發射扇形的聲納波束來探知水體、海底地貌。船只行駛期間同時可得條帶狀后向散射圖像，將不同航線的條帶影像拼接起來即可得到整個區域的海底底質分布圖。

（2）測深裝置，通過激光、聲學等方式測量水深。在海洋調查中，船只以平行方式前進，在航行過程中測深裝置由起重機放入水中并與船只相對固定，向海底發聲射脈沖同時接收反射回來的聲脈沖。

（3）地震剖面儀。由聲源裝置和聲能接受陣列組成。聲源裝置通常由起重機放入水中，聲能接受陣列——通常為水診器，通過電纜拖曳在水中。聲源發射聲脈沖后，水診器通過接收海底不同巖層反射回來的聲能，得到大量一維聲脈沖信號。將大量脈沖信號垂直并行放置，通過聲音往返時間即其在不同介質中速度對并行脈沖信號解譯，在橫向方向尋找關聯的相似的特征得到海底剖面圖。

（4）海底觀測取樣系統。當船只到達指定區域后，由船只放入水中漂浮在海底上方，對指定位置拍照并取樣，樣本冷凍保存，待裝置回收后再取出檢驗。

（5）全自動遠程測量船、遠程遙控船。海洋中的某些區域往往由于過淺或比較危險達不到海洋調查船進入調查的條件，這樣一類的探測裝置就專門為這些區域的海洋測量工作設計的。

在地理信息系統中，地理數據一般以分類的形式存儲。對海洋測量數據來說，根據其來源的不同可做以下分類處理。水深數據根據測深儀器的不同分為矢量數據和柵格數據。矢量水深數據可以采用傳統點特征地理數據模型加上水深屬性存儲。條帶測深儀或側掃聲納得到的柵格影像可直接按照柵格形式存儲。地震剖面儀的初始數據為剖面影像圖，可以直接以柵格形式存入地理信息系統中，也可以等到解譯完成后存儲海底反射體深度的方式存儲，即采矢量“點”加深度屬性的方式存儲。通過海底觀測取樣系統得到的數據，無論是照片還是樣本點數據，都可以用數據嵌套的方式存儲。目前的主流地理信息數據庫軟件都支持在表中嵌套大二進制BLOB或者直接嵌套柵格數據。

2 海洋GIS數據庫構建

海洋調查類數據大多不涉及動態性，只是在傳統地理數據模型的基礎上加入了深度屬性，對傳統的關系型地理信息系統數據庫加以改造就可以建立。ESRI公司的ArcGIS是一種常用的地理信息系統軟件，GeoDataBase是其中的地理信息數據庫。GeoDataBase是一種矢量和柵格數據混合存儲的數據庫類型[5]。以ArcGIS中個人地理信息數據庫為基礎，根據上述分析可以構建如圖1所示的海洋地理信息系統數據庫。

由圖1可知，海洋地理信息數據庫主要分為4個部分，底圖要素數據集為矢量數據集，主要存儲海岸線和陸地等作為參照的陸地要素。海洋要素數據集中存儲的是海洋相關的觀測數據。兩個鑲嵌柵格數據集則分別存儲后向反射影像和條帶測深儀探測所得的條帶水深數據。鑲嵌數據集是ArcGIS新增的柵格數據管理工具，可以對柵格數據進行實時動態處理、無縫拼接，整個處理過程直觀高效。

3 結語

本文對海洋地理信息系統中的數據來源進行了詳細的分類，分析了每種數據的類型、特點及其適宜的存儲數據模型。同時，結合目前主流的關系地理數據庫，設計出海洋地理信息數據庫主要結構。此結構能夠很好的實現多源海洋數據的存儲與管理，但非傳統類型數據的可視化仍是一個急需解決的問題，應在后續工作中給予完善。

參考文獻

[1] 蘇奮振，吳文周，平博，等.海洋地理信息系統研究進展[J].海洋通報，2014（4）：361-370.

[2] Li，R.，N.K.Saxena.Development of an integrated marine geographic information system[J].Marine Geodesy，1993（16）：293-307.

[3] 蘇奮振，周成虎，楊曉梅，等.海洋地理信息系統——原理、技術與應用[M].北京：海洋出版社，2005.

[4] Dawn J.Wright，Michael J. Blongewicz，Patrick N.Halpin and Joe Breman.GIS for a Blue Planet[M].ESRI Press，2007.

[5] 楊春國，金翔龍，高金耀.利用ArcGIS管理和分析海底探測數據[J].海洋測，2007（4）：74-77.endprint