扈利钊
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摘要：海洋地理信息系统( MGIS) 具有时空处理的强大能力，并在应用上具有潜在优势，以提取海洋现象特征为例，对其在海洋科学中的位置和作用进行了剖析，进而比较分析了MGIS不同于陆地地理信息系统的特殊理论技术的需求，从而定义其功能体系结构 ，结合所构建的 MGIS ，详细阐述在本系统创建中主要 的理 论技术关键，由此展示 MGIS 对我国海洋调查、研究、资源开发和保护 以及国防建设等工作具有的重要意义
关键词 ：海洋地理 信息系统( MGIS) ； 技术分析
海洋地理信息学科理论的不断丰富，为世界各国了解海洋地理环境提供了参考信息，确保地理信息相关问题的高效处理。提高对海洋地理信息的采集、分析与处理的正确认识，可以为海洋地理环境研究工作开展提供科学的参考资料。实现这样的发展目标，应构建功能强大的海洋地理信息系统，促使海洋地理环境相关工作中存在的问题得以快速处理，为海洋地 理环境研究工作推进注入活力。同时，地理信息系统(GIS)经过多年的发展，在海洋渔业、资源开发等方面取得了许多重要的成果，也为海洋地理信息系统(MGIS)发展奠定了坚实的基础。
1海洋地理信息系统应用中所面临的问题
1.1 缺乏有效的数据，数据异构性突出
虽然海洋探测技术和相关信息技术飞速发展，环境、生物、地质、地 球物理、地 球化学等数据资料呈指数增长，但是由于海洋面积广阔，这些数据资料往往分布离散，而且由于信息技术更新速度快，以往调查获得的许多数据由于精度不够、存储格式不统一、数据字段不足等种种原因无法使用于MGIS，需要挖掘与提取所需的信息，进一步开展大范围的海洋科学调查，同时注意海洋科考数据精度的进一步提高。与此同时，由于海洋科学考察工作开展中需要多种专业设备、多个部门的协调配合，实际的工作开展中往往存在着数据结构标准、存储格式、空间参考标准等不统一，加上海洋数据采集精度、图像分辨率等有所差异，致使海洋数据异构性对MGIS的实际应用造成了影响。
1.2 数据难以进行有效表达，缺乏专业MGIS软件
海洋环境复杂，与其相关的数据和事物难以进行直观、形象的表达，加深陆地测绘中获取的地理信息数据、比例图等难以应用到海洋研究中，影响着相关研究工作的顺利开展。加上海洋科学在处理实际问题中对其中的要素场未进行合理的组织表达，致使海洋数据表达难以达到预期的效果，同时，当前构建海洋地理信息系统中经常采用的是传统GIS软件处理模式，为充分地考虑海洋数据的离散型，加大了海洋三维甚至四维空间数据处理难度，客观地决定了重视专业MGIS软件开发必要性。
1.3 开放性有待增强
由于海洋调查通常都耗了大量的人力物力，部分数据在军事、国防建设上也具有重要价值和意义，海洋数据通常保密性较高，但是大部分非保密海洋数据由于所在系统开放性不足及不同系统间构建标准不一等原因无法实现数据和服务的共享，影响了实际的研究工作效率，降低了海洋数据利用效率，造成了相关信息资源浪费。这些内容客观地说明了MGIS系统未来建设中开放性有待增强。
2.MGIS 框架及其关键
2.1 时空插值
相对于陆地， 在时一空限定下突出的问题是海洋数据太稀少，特别在次表层 以下。为此要 提供丰富的插值选择，同时要求发展不同于陆地的 GIS 插值功能， 最 为直接的是发展三维插值，另外除了利用三维空间临近点进行插值外,还要发展利用时间临近或时一空临近进行插值， 考虑到海洋在大尺度上有年周期的变化,因此可以利用背景知识或历史平均趋势进行智能 空间插值，利用时间序列和空间分布进行时一空插值。另一方面，相对于陆地 GIS 处理的数据，对海洋数据需要进行线型插值，即对一条线上的系列点及其要素要在这些点的连线缓冲区 内进行等值线绘制，其插值方法可选择两点、三点、多点 一次、两次、多次。
2.2 模式集成
GIS 在将地图与计算模型相连或链接其他平台的程序方面功能强大,在陆地应用较为丰富，比如陆地过程模型：地下水污染模型、气象模型、水土 流 失方程 、 表面水文模型等。针对 MGIS ,对其模型集成要考虑如下要点：(1)在 GIS 理论和技术中对海洋还缺乏研究和理解的情况下， 最为直接的集成是将传统的数值模型与GIS 进行松散的集成 ；利用 GIS 可视化输入模型的初始场和边界数据， 由GIS ChaoXing 26 海洋学报26卷实时可视化输出模型运算结果，并按时间动态显示， 其中参数和数据在 GIS 与模型中的传递采用文件的方式；(2)利用 GIS 生成模型所需网格及初始场 ；(3)将一系列模型利用 GIS 联系为一个科学逻辑过程；(4)对动力系统边界问题的处理，即 MGIS 提供栅格系统处理边界的算法或方式。
2.3 海洋平面场几何特征分析
这里的处理可以分为对离散点的分析和对连续场的分析，目的是对一些可用几何描述的 海洋现象进行时空定位和定量描述。比如跃层、锋面、涡旋和水团等的提取。分析和提取的主要 方法包括梯度判别、模式识别的自动匹配和人机交互方式。对人机交互采用图形化方式，利用 背景知识，通过探索性定位，计算机 自动统计差异性和判别。这里的特征提取涉及三方面的难点 ：首先是弱边界的问题，海洋场是连续场，不同性质的 水边界是一个模糊的过渡区 ；其次是边界的属性变化，即在同一条边界的不同处，其判定的指 标值是不一样的，换言之，特征值相同不意味着处于同一边界上；最后是噪声和数据缺失的问 题，由此在特征提取的过程中要对多种情况进行判定。
2.4三维场分析
首先完成实测数据的时空展布，从而选取研究区域及其数据对象。实测点的属性， 包括时 空位置、施测者、要素值（大小和方向）等，以可定义的色标和符号显示。对数据的读入和选取提供多种方式， 对数字或可视化设定研究区， 三维坐标上显示经纬度 和深度，并显示海底和岸线；在研究区内显示调查点和铅垂线以及测线（测线上标示时间和机 构名称），对测点上要素值按色标显示 ，三维坐标上显示经纬度和深度，对数据构建用于插值的网格， 比如三维 TIN 要实现对数据的时空插值处理，对任意的断 面和大面要进行截面栅格显示,绘制等值线图。对色标可按用户定义，对于地质等类别数据则 在截面上显示分解线。
3 结语
丰富的海洋资源，对世界各国经济的可持续发展产生了深远的影响。在强大的GIS技术支持下，MGIS的发展速度正在加快，逐渐应用于海洋各领域 。与此同时，当前我国在海洋地理信息系统(MGIS)应用方面面临着较大的挑战，需要不断加大对这种先进技术的研究力度，促进海洋科学的持续发展。