海洋地理信息系统的应用现状及其发展趋势研究

张则飞

摘要：经过多年的研究应用发现，如果说地理信息系统（GIS）是在计算机硬件和软件系统支持下对整个或部分地球表面与空间分布的各类空间数据进行采集、存储、管理、检索、分析和可视化表达的技术系统，那么，海洋地理信息系统（MGIS）则不仅仅是GIS在海洋环境中的直接应用，而是适应海洋科学发展趋势和海洋数据环境特征的信息系统。本文就对海洋地理信息系统的应用现状及其发展趋势进行了一些探讨。

关键词：海洋地理信息系统；应用；趋势

中图分类号：C922文献标识码： A

MGIS是在计算机硬件条件和软件系统的支持下，以海底、海面、水体、海岸带及大气的自然环境与人类活动为研究对象，对各种来源的空间数据进行处理、存储、集成、显示和管理，进而作为平台为用户提供综合制图、可视化表达、空间分析、模拟预测及决策辅助等服务，并且结合Web技术可以实现海洋数据和相关MGIS功能的实时共享，其在海洋科学上的使用将改善现有的海洋数据的管理方式，大大提高海洋数据的使用率和工作效率，为海洋科学各领域的研究深化开展提供了有力的技术支持。如图1

一、MGIS的应用现状

（１）海洋渔业

自20世纪80年代起发展至今，国际上已经形成了一些较为成熟的渔业MGIS系统和软件。我国直到20世纪90年代中期才开始相关研究，但是目前已有根据海洋８６３计划需求开发的海洋渔业GIS平台；基于东海渔业数据库搭建的实现生产指挥调度、资源保护的东海渔业渔政综合管理系统；东海经济渔业资源预测预警辅助决策支持系统；还有研究者利用GIS软件相关空间分析功能按年分析1967—2004年间印度洋金枪鱼生产数据，获得捕获种类产量及分布情况；分析单个环境因子对渔场产生的作用，进行渔情预报。虽然我国目前建立的渔业管理和服务系统大都具有地方性特点，但这些都是MGIS在海洋渔业方面的开发和应用进行的有益尝试。MGIS在海洋渔业方面的应用主要涉及渔业资源评估、动态监测与预报、渔业资源分布与环境的关系、水产养殖选址、鱼类栖息地制图与综合分析管理等。

（２）海洋资源开发与管理

海洋中蕴藏丰富的矿产资源，MGIS的空间分析功能和虚拟现实技术能出色完成海洋成矿特点和规律的探索，为海洋资源的开发与管理提供科学依据。美国矿产资源管理服务部门与ESRI公司合作针对墨西哥湾的海洋油气资源勘探和开发，建立了深水GIS系 统；国内也基于MapGIS平台探讨了海洋矿产资源评价中的某些方法的应用方案和实现途径；中科院遥感应用研究所以遥感信息数据位基础建立了海洋数据库，开发了海洋油气评价模型，并实现了其结果的可视化。这项研究在海洋863计划820专题中在南海海域进行了应用，以GIS为中心集成各种技术开发了一整套经济、快速、有效的海洋油气资源预测集成系统，为我国海洋地理信息系统的研究奠定了一定的基础。

（３）海洋环境评价、监测和保护

美国区域海洋观测预报系统将研究区实时的观测资料与GIS结合，快速准确定位灾害影响区，为卡罗莱纳州及周边海域的相关部门提供灾害预防和救助工作辅助。国内则出现了面向管理决策层的可视化环境监测评价动态系统———河北省海洋环境保护信息系统，对海洋环境质量进行评价和监测；以SuperMap为基础平台实现环境分析、三维动态模拟，流场动态显示和查询功能的长海县海域生态环境评估信息系统；还有利用WebGIS技术对海洋环境监测数据进行实时聚类分析整合，实现有害藻类密度快速预测。MGIS利用环境监测统计、水文、气象、化学、地质、地球物理和灾害等数据，实现环境质量监测评价、灾害预测预报及决策辅助，为保护海洋环境、保证海洋资源可持续发展和海上生产安全服务。

（4）区域海洋综合管理

海岸带是地球表面最为活跃的自然区域，而专属经济区则蕴藏有丰富的矿产和生物资源，MGIS就是对这些区域进行全面调查、监测、合理规划和管理的有力工具。欧洲北海四国支持ＳＥ－ＡGIS工程开发了海岸带管理规划系统框架；美国在州一级的海洋管理地理信息系统基础上开发了包括卡罗莱纳州、佐治亚州、佛罗里达州、专属经济区周边的海洋区域以及海洋边界的区域性模式；国内几家单位联合研制出了中国海岸带与近海环境遥感监测与信息系统集成技术体系；也有研究者以SuperMap为基础平台构建了南海分局基础地理信息系统，系统对管辖海域海图和功能区划、海底管缆、石油平台、遥感影像图等数据进行综合管理，为南海分局指挥决策提供准确、及时、全面的信息支撑。

（5）其他领域

除以上介绍的应用领域外，MGIS还广泛应用于海洋划界、海洋工程、海上旅游、海运交通和海洋监察执法等方面。例如，利用MGIS技术，结合虚拟现实和碰撞检测，建立一个实时交互的三维海上溢油可视化信息系统，实现了溢油漂移扩散的动态模拟，为溢油紧急处理提供决策辅助。也有研究者在海洋数据管理和可视化等方面进行了尝试，例如设计开发三维虚拟海洋实现了网格环境下多源海洋环境信息 多维时空特征分析和三维海洋环境场景构建；以及针对海洋调查数据的保密性及安全性需求，设计了基于C/S模式的海洋地质调查数据保密框架等。

二、发展趋势

（1）Web技术与 MGIS的结合目前，我国的MGIS的研究与应用的主要范围集中在一些政府部门和科研机构，社会普及程度不高，无法进行共享，无形之中造成了许多资源和信息的浪费。WebGIS是Internet技术与GIS技术的完美结合，在Web上发布空间数据，用户通过Internet的任意节点就可以浏览WebGIS系统的空间数据、制作地图及进行各种空间检索和分析，甚至提供预测和决策支持。利用Web技术与MGIS平台的完美结合，提高数据的共享与开放程度，让广大科研工作者将有限的数据资料发挥更大作用，减少MGIS重复建设和数据的重复获取，这样不仅提高信息获取的效率，同时也降低了信息服务者的工作强度，可以通过网络方便、快速、及时地提供强大的地理信息服务功能到需要的地方，发挥MGIS在科学研究、政府决策、国防建设和文化教育等行业的应用价值，这对推动海洋科学研究进程是十分必要的。

（2）三维、四维MGIS与虚拟现实技术结合现阶段大部分的MGIS平台都支持点、线、面三类空间物体，是二维分析显示的。但是海洋环境特殊，海洋数据空间属性较强，用二维的形式进行这些三维甚至是四维海洋数据的表达从某种程度上来说是不够完整的。同时，虚拟现实技术与MGIS的结合可以模拟现实中的海洋环境形成虚拟的立体实体，进而改善数据成果表达与输出方式，提高MGIS的人机交互程度和空间数据表达的真实性，甚至可以通过视觉、听觉、触觉等来感知海洋环境。三维和四维MGIS的数据结构，空间对象描述方法，与虚拟现实技术的结合等都是MGIS的一个重要研究方向，也是MGIS发展的必然。

（3）多学科综合GIS技术是多学科交叉派生的综合科学，3S和5S的集成，使得测绘、制图、地理、遥感、管理和决策科学相互融合，成为实时空间分析和决策支持的工具。同样，MGIS的研究和应用也应该不仅仅局限于海洋科学，更多的还要涉及社会科学、自然科学、管理科学和决策科学等诸多领域，是全球性、综合性的，MGIS与诸多学科的集成研究，能满足人们的实际需求，使其发展更贴合现实，是MGIS发展的必由之路。

（4）全球尺度的MGIS随着海洋科学的研究的不断深入，很多研究人员发现，海洋的许多变化并不能与大范围尺度割裂开来，海洋变化是全球范围的，海洋研究也应该逐渐向全球尺度发展，而这些全球性的研究课题并不是单独的某几个国家或学者就能完成的，需要国际性质的合作，全球尺度的技术合作是发展的趋势。全球性的海洋研究必须建立在大量的全球性、实时性、动态性的观测资料基础上，常规方法很难处理而且不易提取专业信息，为了更有效的对全球尺度的海洋科学研究进行数据存储、分析和处理、输出，全球尺度的MGIS已是大势所趋。

结语

广阔的海洋，拥有丰富的各项资源，是现在和未来世界各国经济发展的重点区域和争夺的焦点。MGIS技术作为一个新的研究领域，在很多方面还不够成熟，我国在MGIS领域的工作也才刚刚起步，大力加强MGIS技术的研究力度，深入开展其在海洋各领域的实际应用，将推动我国海洋科学的发展，具有的经济、社会和战略意义。

参考文献：

［1］王芳，朱跃华．海洋地理信息系统研究进展［Ｊ］．科技导报，2007，25(23):69-73．

［2］王兴涛，翟世奎．地理信息系统的发展及其在海洋领域中的应用［Ｊ］．海洋地质与第四纪地质，2003,23(2):123-127．

［3］储征伟，杨娅丽．地理信息系统应用现状及发展趋势［Ｊ］．现代测绘，2011,34(1):19-22．