一種以GIS技術為核心的海岸帶信息系統(tǒng)的構建及其應用

1、一種以GIS技術為核心的海岸帶信息系統(tǒng)的構建及其應用金保民河海大學交通學院,南京 (210098E-mail:tommthy摘要:本文描述了一種可擴展的以GIS技術為核心的海岸帶信息系統(tǒng)的構建和一些具體應用,認為在目前信息技術飛速發(fā)展和海岸帶資源管理亟待更有效地實現(xiàn)方式和更先進的技術平臺的構建的現(xiàn)實基礎上,必須以已有的各類海岸帶圖文資料和數(shù)據(jù)為基礎,依托目前已經(jīng)成熟的GIS、GPS、RS等技術手段,構建一個可擴展的海岸帶信息系統(tǒng),在這個系統(tǒng)中, GIS技術由于其本身在多數(shù)問題的解決中所處的關鍵位置和其與各種技術較易實現(xiàn)比較好的結合的特性將作整個系統(tǒng)的技術核心,而其他技術將作為其必要的和可預期的

2、擴展實現(xiàn)與之對接或嵌入。GPS技術,RS技術以及相關的地理數(shù)據(jù)分析軟件的系統(tǒng)整合從而構建起的這個海岸帶信息系統(tǒng)能夠為海岸帶資源科學管理和協(xié)調發(fā)展提供重要現(xiàn)實參考和決策依據(jù),并且?guī)碇卮蟮默F(xiàn)實的經(jīng)濟效益和社會效益。關鍵詞:可擴展,海岸帶資源管理,地理信息系統(tǒng),信息化系統(tǒng)1.引言海岸帶資源管理信息化的迫切性重要性和其在現(xiàn)實條件目前現(xiàn)狀下其與以gis為核心的信息化系統(tǒng)構建的必然性和重要作用。海岸帶地區(qū)是一個無論在自然生態(tài)良性構筑和維護還是人類的各種經(jīng)濟活動都有著極其重要作用和特殊地位的地帶,全球60%的人口和60%的大城市都位于近海岸帶的沿海地帶。這些地帶多成為經(jīng)濟最發(fā)達,最活躍的區(qū)域,全球65%以

3、上的經(jīng)濟產(chǎn)值都由這些地區(qū)貢獻,我國擁有1.8萬多千米的大陸海岸線和1.4萬多千米的島嶼海岸線,沿海岸線分布著眾多的大中城市,構成了中國社會經(jīng)濟的黃金地帶,這里是我國目前經(jīng)濟最發(fā)達的區(qū)域,而且在顯見的未來將是最具潛力與活力的地帶。隨著海岸帶各類數(shù)據(jù)的大量積累和匯總,數(shù)據(jù)的科學管理和有效運用以機器為決策服務的重要性日益顯現(xiàn),而目前高效的海岸帶信息系統(tǒng)的缺乏于對信息的大量準確的獲取存儲和管理成為了一個顯見的迫切要解決的矛盾。2.系統(tǒng)介紹GIS系統(tǒng)具有強大的管理空間數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)的能力,在海洋資源環(huán)境領域、海洋漁業(yè)研究方面獲得了越來越多的應用1,在眾多其他領域的應用也收到了比較滿意的效果,尤其在實現(xiàn)空

4、間區(qū)域的管理,分析和可視化數(shù)據(jù)方面有著無可比擬的優(yōu)勢;然而由于海岸帶的各類數(shù)據(jù)獲取的不同手段和數(shù)據(jù)處理的特殊需要以及更好的整合引入不段涌現(xiàn)的新的采集手段和分析處理軟件和應對數(shù)據(jù)更新的需要,GIS系統(tǒng)還是需要與其他的系統(tǒng)軟件的科學組合, GIS與統(tǒng)計軟件的結合無疑是實現(xiàn)空間區(qū)域管理、處理、分析和可視化數(shù)據(jù)的一種有效手段8。而本文所采用的GIS系統(tǒng)軟件ArcGIS 9.2具有優(yōu)良的兼容性,完全化使得它能能很好地實現(xiàn)運用主流的如Visual C、Visual Basic 等語言來定制和擴展ArcGIS3,而這個特性恰恰是我們對于系統(tǒng)的更新和新功能的引入所必須的,而基于ArcGIS在空間數(shù)據(jù)的有效管理

5、和系統(tǒng)的優(yōu)良的穩(wěn)定設計和其在整個海岸帶管理功能實現(xiàn)中所處的中心位置它自然成為了整個大的系統(tǒng)的核心。2.1系統(tǒng)環(huán)境和要實現(xiàn)的功能本系統(tǒng)的核心軟件采用美國ESRI公司開發(fā)的具全球影響力的GIS軟件ArcGIS 9.2:該版本秉承了ESRI公司一貫的嚴謹而人性化的設計理念和注重通用性和系統(tǒng)穩(wěn)定性的風格傳統(tǒng),其界面簡潔友好,便于非專業(yè)人員操作,同時其完全COM化的特性使得其能夠方便地實現(xiàn)系統(tǒng)的擴展,系統(tǒng)地專業(yè)數(shù)據(jù)分析軟件采用*在數(shù)據(jù)庫的設計上將以*為主,數(shù)據(jù)的采集錄入將采用其他外部設備的接入,這部分數(shù)據(jù)可實現(xiàn)自動化采集,系統(tǒng)在總的功能評價上,主要要實現(xiàn)對現(xiàn)有的各類圖表實現(xiàn)數(shù)字化,形成分析所需要的2D、

6、3D電子地圖集和與圖像對應的數(shù)據(jù)資料表格和描述說明4,并為所有的數(shù)據(jù)錄入到分類數(shù)據(jù)庫中,實現(xiàn)隨時調用查詢和分析,外接GPS、RS等數(shù)據(jù)獲取設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集錄入系統(tǒng)備用,采用VISUAL BASIC語言實現(xiàn)其與其他的優(yōu)秀的數(shù)據(jù)分析軟件的整合開發(fā),利用ArcGIS本身所帶的組件ArcSDE實現(xiàn)數(shù)據(jù)的提取,進行數(shù)據(jù)分析,同時根據(jù)實際的理論成果和現(xiàn)成的有效經(jīng)驗建立不斷更新改進的數(shù)據(jù)評價和預測模型,為關部門的決策和相應措施的實施提供科學的依據(jù)和參考,同時對措施施行后的效果進行后續(xù)分析評測,為措施的效果評價,經(jīng)驗參數(shù)的獲取和模型本身的改進提供必要的參考和依據(jù)。2. 2.系統(tǒng)的結構體系和運行流程2.

7、2 .1系統(tǒng)的結構體系本海岸帶信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結構分為三層,第一層也就是基礎層為數(shù)據(jù)層,是各類數(shù)據(jù)的集合,主要是海岸帶矢量數(shù)據(jù)集、模型數(shù)據(jù)集、屬性數(shù)據(jù)集和地形柵格數(shù)據(jù)集;第二層為功能實現(xiàn)層:主要的是數(shù)據(jù)存儲、編輯、地圖瀏覽,數(shù)據(jù)查詢,數(shù)據(jù)提取分析,模型分析和評價;第三層也就是最高層為控制層,可以對系統(tǒng)的各類參數(shù)進行必要的修改和更正,使得整個系統(tǒng)的分析或模型演示于實際情況更加符合。對于反饋的信息進行必不可少的回饋和必要的參數(shù)調整。系統(tǒng)的主框架見圖1。 圖1 系統(tǒng)的主要構成框架2. 2 .2系統(tǒng)具體功能實現(xiàn)和運行流程本海岸帶信息系統(tǒng)的具體功能實現(xiàn)和運行流程基于多數(shù)相關系統(tǒng)的成功構建的經(jīng)驗和系統(tǒng)的現(xiàn)實

8、最佳可行性,數(shù)據(jù)獲取和錄入采用支持多樣目前最具代表性和最具潛力的技術手段,并且系統(tǒng)特別為新的可能的技術預留了相應的借口和友好的連接界面,對于平臺的整體兼容性能做了相應的評估和調整,總之基于滿足功能實現(xiàn)的前提下最大限度的保證系統(tǒng)的可擴展性和優(yōu)良的可移植性,功能的實現(xiàn)和系統(tǒng)的運行流程遵循系統(tǒng)主框架的整體設計思路展開,具體的功能實現(xiàn)和流程布設見圖2 圖2 海岸帶信息系統(tǒng)功能實現(xiàn)和流程布設3. 系統(tǒng)的應用和潛力本海岸帶信息系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)和圖片資料實現(xiàn)數(shù)字化,同時很好地結合了目前最主要的也是最具潛力的GPS和RS等技術,能夠實現(xiàn)強大的空間信息和數(shù)據(jù)的采集,存儲,處理分析和集成等功能,并且為預期的

9、可能的新的數(shù)據(jù)采集和處理技術預留了比較充分的借口和極為友好的連入界面,其高級的模型分析是在比較成熟的現(xiàn)有成果和經(jīng)驗的基礎上構建起來的,能夠比較準確地分析數(shù)據(jù)反映的客觀要素6,以及各類要素間的定性或定量相互關系,為決策和控制及措施的采取和措施施行后的效果評價提供相當重要的依據(jù)和參考。這里介紹系統(tǒng)的其中一項功能的具體實現(xiàn),本套系統(tǒng)很好地整合了GPS技術,將系統(tǒng)裝載于車輛后(為了便于具體功能的實現(xiàn),本套系統(tǒng)裝載于越野車輛上形成信標計天線外置的車載系統(tǒng)可以很好的實現(xiàn)自動化的海岸線測量和成圖:隨著車輛沿海岸線的行進,車輛外置的信標計天線將自動接收經(jīng)過地面基站差分修正的GPS數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)即調整后的車輛在行

10、進路線上的軌跡點的坐標數(shù)據(jù),而這個點的數(shù)據(jù)采集頻率由信標計的靈敏度和型號所確定,顯示形式為不低于小數(shù)點后6位的以度為單位的經(jīng)緯度坐標值,數(shù)據(jù)可以有選擇性的自動記錄并實時顯示在已載入衛(wèi)片底圖的ArcGIS9.2的顯示窗口,然后在GIS平臺對數(shù)據(jù)進行處理分析整理和成果輸出,實現(xiàn)對海岸線的自動測量和成圖。具體的測量工作流程如圖3所示 圖3 GPS 海岸線測量工作流程這里必須補充說明的是,在測區(qū)有效控制點的選取之前必須要有地面的基準站的已經(jīng)建成和正常運行,這是必須的差分校正的基礎,否則信標計所接受的數(shù)據(jù)是有包括實時誤差和地理坐標差異在內的較大的數(shù)據(jù)差值的,在衛(wèi)片底圖中顯示將會有較大的誤差,而我國沿海的

11、GPS基準站點已經(jīng)構建完成并全天24小時正常運作,是現(xiàn)成的可用資源,所以不再贅述。將岸線點的坐標自動輸入到ArcGIS之后使得點的坐標數(shù)據(jù)能夠直接在完成了坐標和投影的轉換之后,直接在衛(wèi)片底圖上以圖層顯示,從而實現(xiàn)極為便利的地圖編輯和調整,從而實現(xiàn)地圖的特性的優(yōu)化5,而針對對成圖不同比例尺的要求,可以通過調整設置不同的自動取點步長來滿足要求,例如對于1:50000的地圖在直線上只要每500米取一點,而在折線上不超過500的折點間直接取點連線即可滿足地圖的精度要求。當然對于有特殊重要的地物可以進行加密,圖形在成圖之前所有的優(yōu)化校正中,控制點的調整是相當關鍵的,所有的數(shù)據(jù)點都將于選定的控制點的坐標所

12、確定的坐標一致性,控制點一般根據(jù)重要程度和成圖要求來選取不同精度和不同數(shù)量的控制點7。圖4為ArcGIS中所展示的我國沿海某地的海岸線測量圖 圖4 我國沿海某地的海岸線測量圖4. 結論本海岸帶信息系統(tǒng)較好地整合了GIS技術、GPS技術、RS技術2并對預期可能的新的技術手段和軟件系統(tǒng)做了必要的接口和配置預留,在目前信息化已然成為海岸帶管理和開發(fā)的基本手段的現(xiàn)實下其對海岸帶的管理和開發(fā)必然起到巨大的作用,這種以GIS技術為核心的信息系統(tǒng)將有力推動海岸帶的信息基礎建設加強,其在海岸帶的規(guī)劃、動態(tài)監(jiān)控、資源開發(fā)、防災減災、工程建設和海岸生態(tài)保護等方面都將會有越來越多和越來越重要的應用。5. 致謝本文的

13、前期的資料收集和整理中得到了河海大學圖書館、河海大學交通學院海洋學院和河海大學計算機與信息學院的大力支持,提供了大量的參考資料和必要的設備支持,本文的修改成文得到了河海大學計算機與信息學院許卓明教授的許多寶貴意見,在此表示最衷心的感謝,同時要感謝河海大學交通學院海洋學院蔡輝導師的所有的細致的提示和極具價值的意見。在此再次對他以及所有上述的部門和個人表示誠摯的謝意。參考文獻1 王立華,李繼龍,葛常水,等0用GIS技術進行海洋環(huán)境質量評價的研究_J.海洋環(huán)境科學,2003, 22(4:44482 尚春明.3S技術在建設領域的應用J.地理與地理信息科學, 2003.19(244-463 黨安榮,賈海

14、峰,易善幀,等.ArcGIS 8 Deskt叩地理信息系統(tǒng)應用指南M.北京:清華大學出版社, 20034 劉明德,陳湘,林杰斌.SPSS 11統(tǒng)計分析實務設計寶典M,北京:鐵道出版社,20025 Michael Zeiler.Modeling Our WorldM.Redlands,Califomia,USA:Environmental Systems Research Institute, Inc, 19996 XiaoLing Chen,ZhongZhi Yuan,YokSheung Li,etc.Water Environmental M anagement with the aid o

15、f RemoteSensing and GIS TechnologyA.Mlen M.Larar,MakotO Suzuki,Qingxi Tong.Multispectral and Hyperspectral Remote Senfing Instruments and Applications IIAsia Pacific Symposium on Remote Sensing2004CBelling ham,W A 982270010,United States:International Society for Opucal Engineering, 2005.3333427 Mic

16、hael Minami,Man Hatakeyama,Andy Mitchell,etc.Using ArcMap M.Redlands,Califomia USA: Environmental Systems Research Institute,Inc,20008 Steve Bratt,Bob Booth.Using ArcGIS_3D_AnalystM.Redlands,Califomia,USA:Environmental The construction and application of a information system based on the GIS technol

17、ogy Jin Baomin Communication Department of Hohai University，Nanjing (210098 Abstract This paper describes the design and several application of a extensible coastal zoon information system which with GIS technology as its core, such a extensible system must be built based on all kind of existing coa

18、stal datas and pictures and the ripe GIS、GPSandRS technology etc at the codition that the information technology is swiftly developing and the implement of a more efficient coastal zoon manager and a more advanced technique platform construction become a urging. GIS become the core of the system due to its pivotal position in most of the pro blems resolution and the trait that it would be much more easy to make technologies of all kinds jointed together. The coastal zoon information system which embody GPS, RS and correlative data analys