海洋视图软件（ODV）关键技术及应用

王文芳，李薛，黄雄杰，袁希杭，付东洋，张莹，栾虹，蒋城飞

（广东海洋大学海洋遥感与信息技术实验室，湛江　524088）

海洋视图软件（ODV）关键技术及应用

王文芳，李薛，黄雄杰，袁希杭，付东洋，张莹，栾虹，蒋城飞

（广东海洋大学海洋遥感与信息技术实验室，湛江524088）

0　引言

ODV是由德国Alfred Wegener研究所(AWI)研发的一款对海洋数据处理、分析和绘图的专业免费共享软件。可随时从网站（http://odv.awi.de/）上下载，后续版本不断更新中。ODV是可用于交互式勘探以及对海洋和其他地理参数剖面、轨迹或时间序列数据进行绘图的计算机软件。可适用于Windows,Mac OS X,Linux和Unix系统，并且ODV数据和设置文件与平台无关，可以在所有系统之间转换[1]。同时可对航次数据、浮标数据及Argo数据、卫星遥感数据（netCDF）等进行分析处理，并能够将不同数据可视化。ODV可以绘制出高质量的站位图、散点图、断面分布图、大面分布图、目标区域时序变化图等，且具有灵活性高、功能强大、界面便捷、操作简单和绘图精美的特点。因而可以全面地为海洋科学工作者提供强大的数据可视化、分析和绘图的平台，极大地提高了海洋科学工作者的工作效率。

1　数据来源

（1）来自太平洋综合项目，PACIFICA(PACIFic ocean Interior CArbon)是一个关于建立海洋内部碳交换和太平洋相关参数数据集的国际合作项目，这个项目是由PICES（The North Pacific Marine Science Organization）和S-CC（Section on Carbon and Climate）资助。数据集共有306个站位分布太平洋（http://cdiac.ornl.gov/ oceans/，http://odv.awi.de/）[3]。

（2）本实验室2013年8月开展的珠江口航次实测数据。

从NOAA的oceanwatch网站下载2012年全球平均海温和2010年太平洋区平均盐度的netCDF遥感数据。http://oceanwatch.pifsc.noaa.gov。

2　ODV的使用操作

对数据进行预处理后，导入ODV产生数据集。ODV具有五种功能模式：Map（地图）、Station（站点图）、Scatter（散点图）、Section（断面图）、Surface（平面图）。根据自己研究需要进行选择绘图。

由于不同海洋仪器公司使用的都是各自开发的数据存储软件，其格式不具备统一性；同时，海上或实验室的观测数据，其存储格式往往也不尽相同。因此在将数据导入ODV之前，应按下面步骤将原数据进行预处理，才能保证ODV建立正确的数据集。

（1）ODV可以自动识别航次、站位、数据类型、经度、纬度（CruiseStationTypeLongitudeLatitude）等固定类型数据，对数据预处理时可先用电子表格工具 (如Excel)标注所在列的数据标题，可供识别的固定参数要和ODV保持一致。

（2）除ODV可识别的固定参数外，其它需导入的变量数据应在每一列参数前加上一列1（标题命名为QF），ODV将自动识别后一列数据为变量参数。

（3）ODV不能直接识别Excel的数据类型，因此，在对数据预处理结束后，将格式转化为（.txt）文档格式进行保存，再用ODV直接读取建立数据集。

图1　Map图示

Map图可以绘制出高质量的站位和航次图，如（图1）。如图1b所示，可以根据测站位置设定经纬度范围进行显示，还可根据需要添加海岸线和大陆水文信息。Map图不展示任何的数据信息，只显示站位航次信息，同时自带高程和水深数据。在属性（标注软件的英文标题）窗口中进行基本的设置，如字体、颜色等。利用投影窗口选择投影方式a.北极点正射投影、b.赤道正射投影、c.南极点正射投影、d.斜正射投影、e.Mollweide投影和f.Mercator投影（图2）。使用者可以根据航次和站位的具体位置，调整Map图的投影方式以及投影中心点的位置，使绘图更加美观（如图1a:采用赤道正射投影，b采用Mercator投影）。

图2　Map投影变换图示

Station图可以根据使用者的选择展现地图和1张或者多张数据窗口图，从300多个站位中任意选择7个站位出来、并选择不同参数绘制出X/Y垂直分布图如（图3）。它与Map图的最大差别在于：它可以一个或多窗口绘制参数间关系图 （如图3a、b、c、e、f、g）。同时该绘图模式下可以绘制任意站位或单站位不同参数的X/Y垂直分布图。当带网格影响数据分布时可以利用属性窗口中的Draw grid选项进行取消；每条分布线颜色等特征可以根据绘图需要使用Pick List编辑器进行更改设置。利用Station图模式可以轻松对比所需站位各参数之间的关系，对同一站位不同参数的变化或不同站位同一参数的改变进行观察与分析，十分便捷。同时ODV还可以提供站位统计分析，可以以经度/纬度尺度、年际/日际尺度以及Map图的站位密集尺度进行显示，对于不熟悉的航次数据或需要对站位统计时可以很好地利用此功能，如图4所示，a和b以经纬度方向上统计站位的分布，c和d以年日变化上统计站位分布，e颜色越红的地方说明该区域站位多而密。

图3　Station地图和多张数据窗口图

Scatter图模式会在地图上显示所有站位当前的数据参数，从而对大数据集概观提供了可能。Scatter图对数据质量控制尤其有效，像所有后续处理，除了X和Y参数还支持Z参数(或反演参数)绘制点聚图。Z参数在一个给定的X/Y点的实际值决定了X/Y位置数据点的颜色。同Section（断面图）和Surface（平面图）模式一样，Z参数显示有两种方式：①通过将彩色点或实际的数据值在X/Y位置（默认）。②作为连续区域网格化(网格差值法)对基本观测数据进行评估,网格化区域可以进行彩色填充或绘制等值线。如图5所示，Scatter图和Station图不同的是，Scatter图在数据窗口显示所有站位当前的数据参数且提供了Z参数显示，a图显示所有站温盐深仪 （CTD：Conductance，Temperature，Depth）所测压力和深度的关系，由于该仪器测深通过压力传感器计算分析获得因此该图显现出极大的相关性。b、c、d、f和g图都是在X/Y数据基础上添加Z参数并进行彩色填充。c和d（X轴参数）实测的盐度和溶解氧含量数据与b和f（CTD）数据分布一致，略有差异，对比明显，数据有效。在此模式中可以清楚地看出三种参数分布的关系，极大地方便了数据分析。

图4　站位统计分布

Section图模式是绘制站位参数断/剖面图，支持Z参数图示，同时可以显示Scatter图模式中的所有图形类型。在地图上根据研究的需要定义断面（Define section），再根据所选站位进行剖面绘图。如图6和7所示，其中b为站位地图，红色区域的就是定义好的断面，在a和c数据窗口中显示。同时利用ODV自带的区域网格化法 （三种模式：quick gridding、weight-aver-age gridding和DIVA gridding），一般选用默认weightaverage gridding法。再添加相应的等值线。从图6c发现在20oN-50oN海面下1000-3000米处（蓝色椭圆圈）有高营养盐的水团，由此可以推测可能是由于冷暖水团交汇或由于艾克曼抽吸使得底层营养盐抬升，同时可以对此处温度数据进行分析，得出正确的结论。而从图7a和c发现珠江口最外部相同区域同样发现温度和溶解氧高值区的异常区，需要进一步研究分析。采用Section图模式利于快速发现断面异常区，从而可以进行有针对性的研究。

图5　Scatter地图和多张数据窗口图

图6　Section地图和剖面数据窗口图（PACIFICA）

Surface图模式可以绘制参数的平面分布图，同时ODV支持参数3D（经度/纬度/深度）空间定义分布面(如透明度、温度等平面),也可在特定参数分布面上显示其它给定参数的分布特征。当经纬度指定为X/Y轴参数时，显示为Z变量分布的地图。其他分布图也可以将X Surface图对低值和高值区。利用Surface图模式可显示水层参数分布的不同，有利于科学统计、研究和分析。如图8a、b、c，珠江口内三层水温度较低，可能受大陆冲淡水影响较大；随着远离珠江口温度升高。在上层水中和底层水都出现一个高值水团区。

图7　Section地图和剖面数据窗口图（珠江口）

图8　珠江口航次上中底层水温Surface分布图（G:高值区、D：低值区）

目前许多网站上的遥感数据产品格式都为网络通用数据格式（即netCDF格式），研究人员经常通过不同的遥感数据产品来进行科学研究，为了清楚地了解数据的质量和所研究参数的分布，通常需要进行绘制专题图，而ODV提供了简单的绘图方法，不需要编程也不需要繁琐的绘图操作，就可以绘制精美的参数分布图，提高了工作效率和效益。利用ODV处理netCDF数据文件，分别绘制的遥感SST（图9a）和盐度（图9b）分布图。

3　结语

本文通过丰富的实例详细分析了利用ODV工具绘制Map图、站位图（Station）、散点图（Scatter）、断面图（Section）、平面图（Surface）以及网络通用数据格式的遥感图的方法和关键技术，结果表明，ODV能对各类海洋数据进行广泛的处理、分析和精美的绘图，能准确地显示观测参数的时空分布特征以及时序性，可对后续的研究分析和信息捕捉提供极大的帮助。

图9　NOAA-oceanwatch遥感海表温度及盐度分布图

[1]Ocean Data View User's GuideVersion 4.7.0.March 13，2015.

[2]周雅静,林建国.海洋数据视图应用软件—ODV[J].海洋技术,2002,02:41-43.

[3]Suzuki T,Ishii M,Aoyama M,et al.PACIFICA Data Synthesis Project[J].ORNL/CDIAC-159,NDP-092.Carbon Dioxide Information Analysis Center,Oak Ridge National Laboratory,US Department of Energy,Oak Ridge,Tennessee,USA.doi,2013,10:3334.

ODV;Software;Drawing;Marine Data

The Key Technologies and Applications of Ocean View Software（ODV）

WANG Wen-fang，LI Xue，HUANG Xiong-jie，YUAN Xi-hang，FU Dong-yang，ZHANG Ying，LUAN Hong，JIANG Cheng-fei
（Ocean Remote Sensing and Information Technology Laboratory,Guangdong Ocean University,Zhanjiang 524088）

1007-1423（2016）02-0020-06

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.02.005

王文芳（1970-），女，河北徐水人，本科，工程师，研究方向为海洋水色遥感及信息技术应用

李薛（1991-），男，江苏徐州人，在读硕士研究生，研究方向为海洋遥水色感研究

黄雄杰（1993-），男，广东揭阳人，本科在读，研究方向为计算机软件开发

袁希杭（1994-），男，四川剑阁人，在读本科，研究方向为计算机软件开发

付东洋（1969-），男，四川阆中人，教授，研究方向为海洋水色遥感

张莹（1982-），女，吉林四平人，讲师，研究方向为海洋水色遥感

栾虹（1990-），女，黑龙江鸡西人，在读研究生，研究方向为海洋水色遥感

蒋城飞（1990-），男，江苏盐城人，在读研究生，研究方向为海洋水色遥感

2015-11-20

2015-12-20

海洋数据视图软件（ODV）是一款具有强大功能的海洋数据处理、分析和可视化软件。介绍ODV软件的基本功能和特征，并利用太平洋、珠江口近海实测站点数据以及卫星遥感数据（netCDF）分析ODV实现海洋数据的处理过程、剖析散点图、断面图、平面图等不同类图绘制的关键技术和方法，以期对初学和使用ODV的科研人员提供参考和帮助。

ODV；海洋数据；可视化

国家海洋公益专项 （No.201305019）、广东省自然科学基金 （No.2014A030313603）、广东省科技计划项目（No. 2013B030200002）、浙江省博士后基金（No.BSH1301015）、广东海洋大学创新强校项目（No.GDOU2014050226）、广东省攀登计划项目（No.pdjh2015b0249）

Data View Ocean(ODV)is a marine data processing,analyzing and mapping software with powerful functions.Introduces the basic functions and features of ODV software,analyzes the processing and analysis of the data from in-situ data of the Pacific Ocean,the Pearl River Estuary of and the satellite remote sensing data(netCDF),with analyzing the key techniques and methods of the ODV implementation of ocean data processing to draw varies of patterns(Scatter;Section;Surface and so on).In order to provide reference and help to the beginners and the use of ODV's scientific researchers.