GIS在海洋环境信息管理系统中的应用
. ~( X; f. z1 w摘要；- w4 T* [, w" t- x4 e
在海洋环境检测中，往往离不开海洋地理信息系统。海洋环境较陆地更为多变，复杂和难以管理。基于GIS技术搭建的海洋地理信息系统具有较强的智能化程度和丰富的功能，在海洋功能区划分，海岸线规划，海洋资源的开发与管理，海洋环境的检测与保护等方面发挥着重要的作用。6 _9 z; @" j: d. P; J! W# b
关键字： GIS 海洋环境科学
. Q3 B- r' w4 D1 k1 h/ C" l# P地理信息系统0 ~ C x7 m/ `+ C; [: `, P9 {* Q
1.地理信息系统
; f' z6 \) ~& U# N% n地理信息系统（Geographic Information System,GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它以地理空间数据为基础，采用地理模型分析方法，适时地提供多种空间的和动态的地理信息，并在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述，为地理研究和地理决策服务的系统。8 h. ~; I# V4 m* ?/ e
2.海洋地理信息系统
, H% K2 T# k0 p3 N1 ]地理信息系统(GIS)是海岸带资源和环境综合管理的强有力的技术手段。但它应用于海洋必须在数据结构、系统组成、软件功能等方面进行一系列改造，使之适应海洋的特点。经改造而适用于海洋的GIS，被称之为海洋地理信息系统(MGIS)或海岸带地理信息系统(CGIS)。
0 t; e- K8 Y# {' C- t+ O3 WMGIS 与GIS比有以下三个特点：
" c6 `) g1 P5 R+ I& V" @9 D9 @7 S1 具有三维深度或高度甚至四维时间空间数据处理能力。因为海洋不同于陆地，海洋表面上任意一点的方位除包含陆地上的方位量之外，还应包含深度量或相对于海底的高度量。在海上流动的点，如海面油膜和海岸线的方位，还应包含时间量。这对系统的数据处理能力提出了更高的要求。, P# u) u0 U( O) {! ?% z0 t
2具有多种数据源数据的集成能力和数据同化能力。沿海观测站、船舶和浮标以及海洋遥感技术即是MGIS的原始数据源，也是数据更新源。特别是海洋遥感技术，可以大范围，长时间，同步地提供数据更新，甚至是在其他观测手段无法工作的恶劣海况下。因此，由于数据的多样化，各类数据在数据标准，精度，分辨率等方面难以统一。所以这需要有较强的数据同化能力。$ A2 R. i+ j; k
3具有模型化、智能化和多功能性等特征。海洋环境的复杂性和多样性，综合管理表目（社会，经济，环境，资源等）的多重性，这要求MGIS具有比常规GIS更强的智能化程度和多功能性。以方便各种决策的制定和实施。
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由海洋信息的特点可知，海洋环境研究的关键是要及时准确的获取、分析大量的海洋环境信息。因此，GIS技术应用于海洋环境科学是十分必要的。GIS技术可以为海洋资源评估、海洋环境规划与管理、海洋环境保护、海岸带防灾、海洋污染防治等提供有力的观测、描述和分析工具，其在海洋环境科学领域中，主要应用在海洋功能区划、海岸带规划、海洋环境管、海洋资源的开发管理与保护，及海洋环境的监测、评价与预报方面。4 _/ a3 e! t" P |* F& Y
1.海洋功能区划分5 N! k+ ~; J" u& I
海洋功能区划是根据海域的地理位置、自然资源状况、自然环境条件和社会需求等因素而划分的不同的海洋功能类型区，用来指导和约束海洋开发利用实践活动，保证海上开发的经济、环境和社会效益。同时，海洋功能区划又是海洋管理的基础。其基本含义是根据海域的地理区位、地理条件、自然资源与环境等自然属性，并适当兼顾海洋开发利用的现状和区域经济、社会发展的要求，划定或划分具有特定的主导功能的海洋区域，制定科学合理的海洋开发利用方式。
6 C" P+ E& X" ], t1 LGIS技术通常应用于海洋功能区划管理信息系统的建立，GIS数据库大量的空间数据和非空间数据以及分析决策模型，可为海洋功能区划、海洋资源开发利用和保护提供快速、可靠的信息服务。该类系统即是面向海洋管理层，提供可供业务化的系统，具有操作方便、界面友好以及数据多样化等特点，集成多源空间数据管理、应用模型开发和辅助决策支持，实现海洋功能区划数据的管理与辅助分析功能；又是面向社会，建立基于WebGIS服务器软件的空间数据的Web发布系统，提供海洋功能区划空间数据和属性数据的网上浏览、查询和检索等功能，实现海洋功能区划信息资源共享和信息服务。利用GIS 技术决策管理、分析评价和模拟预测等多项功能，也可为海岸带综合管理制定长中期发展规划、行业规划、土地利用规划、功能区划、海域划界等提供信息服务。. i2 `5 N8 o; G
2.海洋环境管理与保护0 [5 V- e! [' H5 u
海洋环境管理是以海洋环境自然平衡和持续利用为目的，运用法律、经济、科学技术、经济行为、工程技术和国际合作等等多种诱导干预、约束及协调的手段，通过预期目标管理和宏观控制管理方式，维持海洋环境的良好状况，防止、减轻和控制海洋环境破坏、损害或退化的行政行为。通过预期目标管理和宏观控制管理方式协调海洋的开发
' p" k# z) \& Z3 Q, l 利用和环境、资源、生态间的矛盾，达到合理开发海洋资源，维护生态平衡，促进海洋事业正常发展的管理行为。海洋环境管理主要利用GIS的分析评价功能和模拟预测功能，开展海岸带开发项目对。
4 B _) C; U# ^# y1 z- W3 `社会、经济、生态环境和自然资源所产生的正面和负面影响进行定性和定量分析，对环境质量进行动态跟踪。例如，在海洋自然灾害的预防中，利用灾害模拟进行空间域和时间域上的预测，能及时地掌握海洋自然灾害的范围、程度，以及造成的损失大小，并提出有效的抢险救灾方案以及灾后环境恢复措施。GIS在沿海工程项目环境影响评价中也发挥着显著的作用。
% u& B6 C! y7 H. P3.海洋资源开发
; ^, \+ h; W2 a! P8 j海洋资源主要包括生物资源和矿物资源。在海洋生物资源的开发过程中，GIS技术主要用以建立海洋渔业信息系统，该系统可为渔业生产管理、渔船动态监测、鱼群分布分析等提供数据管理的高效工具，实现渔业资源开发与海洋环境的协调发展。海洋资源开发，特别是油气的开发和勘探过程涉及很多学科领域的知识，必须分析大量来源与格式不一的数据，这就需要有合适的管理和分析工具。利用GIS的制图功能可以制作海岸带资源分布图、开发利用图等专题图件，获取海岸带各类海洋资源的分布、数量、质量、开发利用现状等信息，为制定海岸带资源合理开发规划提供可靠的依据。利用GIS技术也可进行海岸线长度、沿海不同类型土地利用面积和河口港湾面积的提取与计算，为实现海域有偿使用管理提供依据。
" j0 ?0 h% ~& }" v" L# B5 [5 s在海洋资源开发与管理中，需要利用GIS技术建立海洋资源信息库，该信息库包括海洋自然保护区、海洋生物多样性、海洋渔业资源、海洋矿产资源、海洋滩涂资源、海洋能资源、海岛资源、海洋自然地理资源等信息。建立完善高效的海洋地理信息系统，利用先进的数据库技术统筹管理各方面信息，更有利于海洋资源的合理开发。
/ ~/ I2 J4 B& A. x3 @; S6 D7 M4.海洋环境的监测、评估和预报
, w: N+ X, K% X, W在海洋环境保护、海洋资源利用、海上航行管理和生产安全服务中，需要监测海洋环境变化，评价海洋环境质量，进行海洋灾害预报。利用GIS技术可以建立海洋环境和灾害信息库，进行灾害性海况监测、环境质量评价与变化趋势预报。海洋环境和灾害信息库包括海洋环境质量监测数据、海洋环境统计数据、海洋水文数据（包括温度、盐度、海浪、海流、潮汐潮流等要素）、海洋气象数据、海洋化学污染数据、海洋地质数据、地球物理数据和海洋灾害（风暴潮、溢油、赤潮和海冰）数据。GIS技术可以为海洋环境监测提供数据基础及操作平台，为海洋环境质量评价和海洋灾害预报提供科学的模型方法；
" S. |' g. d6 Y) x0 E 同时对全面、及时、准确掌握人类活动对海洋环境的影响，进行科学、合理、准确地预测海洋环境变化趋势具有重要意义。
x! T6 C* f; j9 f目前，在海洋环境的监测、评价与预报方面，GIS的应用已经非常广泛。在建立区域性海洋GIS数据库的基础上，长期监测特定地区各种环境变量，对相关信息进行处理，从而得到相应的规划和管理决策。例如，我国国家海洋局环境保护研究所在大连海域内采用GIS技术，通过开发和利用海域资源综合信息，对海域环境质量进行了评价，解决了资源与环境的合理利用和保护方面的问题。
& v, J+ t: Y" ~5 [8 g1 y& ^CIS未来的发展趋势
" o+ B( J6 q" L% p" F0 n3 m3 O随着社会需求的与日俱增，GIS将会有着长足的未来。近年来，GIS技术在我国愈发得到重视，由于全球环境变化研究及海洋资源和环境管理的需求，其应用从传统的城市规划、土地利用、测绘、环境保护、电力、电信、减灾防灾等陆地领域，逐步渗透到海洋资源调查与管理、矿产资源调查等方面。众所周知，21世纪是海洋的世纪，开发海洋资源、保护海洋环境和维护海洋权益已引起世界各沿海国家的广泛关注和高度重视。“数字海洋”是“数字地球”必不可少的重要组成部分。海洋为GIS的发展提供了广阔的发展空间，是GIS发挥优势、施展才华的地方。将GIS技术引进海洋领域，使海洋信息数据的建库和管理向科学化、可视化、便捷化方向发展，实现海洋信息数据的自动化成图和成果资料的网络发布、共享，符合未来“数字地球”、“数字海洋”的发展趋势。而随着技术和社会的进步，未来的地理信息系统将向着数据标准化(Interoperable GIS )、空间多维化(3D&4D GIS )、结构部件化(Component GIS )、民用微型化(Distributed GIS ).系统智能化(Cyber GIS )、平台网络化(Web GIS )、应用社会化(Digital Earth)等方面发展。% W7 n d( E- j- \/ l
参考文献& v M! R9 t8 p4 }1 J! |' \% s7 L ?
[1]邬群勇，王钦敏，肖桂荣.海洋功能区划管理信息系统.地球信息科学,2003(1):45-48% [2 R9 s* a: [ V6 H* ?
[2]裴相斌,赵冬至.基于GIS-SD的大连湾水污染时空模拟与调控策略研究.遥感学! G! x. ] S" t+ Z
报,2000,4(2):118-124
2 [5 O. s: }6 m3 b, K8 b[2]论文基于GIS的南海环境管理信息系统的研究 |
