海洋地理信息系统数据库研究

姜雪宁

摘 要：地理信息系统是海洋环境应用研究中不可或缺的工具。本文对海洋地理信息系统中的数据来源进行了详细分析，研究了各种海洋数据的类型与特征。同时，在关系数据库ArcGIS的基础上，设计出了海洋地理信息数据库的结构。该结构可以有效组织海洋数据的存储与管理。

关键词：海洋GIS 数据库结构 类型分析

中图分类号：P73 文献标识码：A 文章编号：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

地理信息系統技术的应用已经深入到社会生产生活的各个方面，在海洋环境应用研究中也发挥着不可替代的作用。随着技术的发展，海洋测绘领域中各种仪器不断涌现，海洋数据数量增长异常迅速[1]，对数据存储技术与方式提出了新的要求。另一方面，海洋环境自身的特性决定了海洋数据具有三维性与动态性。传统地理信息系统技术已经不能满足海洋数据存储、表达和分析的要求，传统地理信息数据库也急需做出相应的改变。

为此，国内外学者进行了大量的研究，如早期Li等人[2]提出了如何将各种海洋信息整合到数据库中问题，苏奋振等人[3]于2005年对整个海洋GIS技术进行了深入剖析，并从海洋现象的建模表达、储存模型等方面给出了完备的说明。薛存金等人[4]在海洋时空过程模型的基础上进一步深入研究，得到了基于点、线、面的面向对象的时空过程模型，并通过原型系统模拟了海洋漩涡的产生与消亡。

1 海洋数据来源及类型分析

不同海洋测量平台与不同的传感器导致海洋数据结构和形式的多样性。要构建海洋信息系统数据库，首先需要明确海洋数据的类型及其特征。美国地质勘探局根据进行一次普通海洋调查所进行的测量项目将海洋数据来源划分成以下五类。

（1）侧扫声纳，通过装载在船只上的换能器或“拖鱼”向侧方发射扇形的声纳波束来探知水体、海底地貌。船只行驶期间同时可得条带状后向散射图像，将不同航线的条带影像拼接起来即可得到整个区域的海底底质分布图。

（2）测深装置，通过激光、声学等方式测量水深。在海洋调查中，船只以平行方式前进，在航行过程中测深装置由起重机放入水中并与船只相对固定，向海底发声射脉冲同时接收反射回来的声脉冲。

（3）地震剖面仪。由声源装置和声能接受阵列组成。声源装置通常由起重机放入水中，声能接受阵列——通常为水诊器，通过电缆拖曳在水中。声源发射声脉冲后，水诊器通过接收海底不同岩层反射回来的声能，得到大量一维声脉冲信号。将大量脉冲信号垂直并行放置，通过声音往返时间即其在不同介质中速度对并行脉冲信号解译，在横向方向寻找关联的相似的特征得到海底剖面图。

（4）海底观测取样系统。当船只到达指定区域后，由船只放入水中漂浮在海底上方，对指定位置拍照并取样，样本冷冻保存，待装置回收后再取出检验。

（5）全自动远程测量船、远程遥控船。海洋中的某些区域往往由于过浅或比较危险达不到海洋调查船进入调查的条件，这样一类的探测装置就专门为这些区域的海洋测量工作设计的。

在地理信息系统中，地理数据一般以分类的形式存储。对海洋测量数据来说，根据其来源的不同可做以下分类处理。水深数据根据测深仪器的不同分为矢量数据和栅格数据。矢量水深数据可以采用传统点特征地理数据模型加上水深属性存储。条带测深仪或侧扫声纳得到的栅格影像可直接按照栅格形式存储。地震剖面仪的初始数据为剖面影像图，可以直接以栅格形式存入地理信息系统中，也可以等到解译完成后存储海底反射体深度的方式存储，即采矢量“点”加深度属性的方式存储。通过海底观测取样系统得到的数据，无论是照片还是样本点数据，都可以用数据嵌套的方式存储。目前的主流地理信息数据库软件都支持在表中嵌套大二进制BLOB或者直接嵌套栅格数据。

2 海洋GIS数据库构建

海洋调查类数据大多不涉及动态性，只是在传统地理数据模型的基础上加入了深度属性，对传统的关系型地理信息系统数据库加以改造就可以建立。ESRI公司的ArcGIS是一种常用的地理信息系统软件，GeoDataBase是其中的地理信息数据库。GeoDataBase是一种矢量和栅格数据混合存储的数据库类型[5]。以ArcGIS中个人地理信息数据库为基础，根据上述分析可以构建如图1所示的海洋地理信息系统数据库。

由图1可知，海洋地理信息数据库主要分为4个部分，底图要素数据集为矢量数据集，主要存储海岸线和陆地等作为参照的陆地要素。海洋要素数据集中存储的是海洋相关的观测数据。两个镶嵌栅格数据集则分别存储后向反射影像和条带测深仪探测所得的条带水深数据。镶嵌数据集是ArcGIS新增的栅格数据管理工具，可以对栅格数据进行实时动态处理、无缝拼接，整个处理过程直观高效。

3 结语

本文对海洋地理信息系统中的数据来源进行了详细的分类，分析了每种数据的类型、特点及其适宜的存储数据模型。同时，结合目前主流的关系地理数据库，设计出海洋地理信息数据库主要结构。此结构能够很好的实现多源海洋数据的存储与管理，但非传统类型数据的可视化仍是一个急需解决的问题，应在后续工作中给予完善。

参考文献

[1] 苏奋振，吴文周，平博，等.海洋地理信息系统研究进展[J].海洋通报，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] 苏奋振，周成虎，杨晓梅，等.海洋地理信息系统——原理、技术与应用[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] 杨春国，金翔龙，高金耀.利用ArcGIS管理和分析海底探测数据[J].海洋测，2007（4）：74-77.endprint