基于GIS的南海环境管理信息系统的研究

基于GIS的南海环境管理信息系统的研究目录0前言1概述 1.1 GIS的基本概念及其应用 1.1.1 GIS简介 1.1.2 GIS发展技术阶段 1.1.3 GIS在海洋环境管理信息系统中的应用 1.2国内外研究状况和发展趋势 1.2.1国外研究状况 1.2.2国内研究状况 1.2.3 GIS在海洋领域未来的发展方向2基于GIS的南海环境管理信息系统2.1环境管理需求分析 2.1.1在南海海洋领域主要的系统集成需求 2.1.2祸合南海海洋环境模型需求 2.1.3南海海洋公开化环境信息共享需求 2.1.4南海海洋环境管理功能需求2.2环境管理GIS总体设计 2.2.1系统的软、硬件环境 2.2.2环境管理地理信息系统的基本组成 2.2.3系统目标 2.2.4系统功能需求 2.2.5拟解决的技术难点 2.2.6系统结构设计 2.2.7环境管理系统开发的流程 2.2.8海洋环境管理信息系统的业务过程2.2.9需要注意的一些问题2.2.10主要技术问题的解决3在海域管理信息系统课题中的设计应用实例 3.1总体思路和预期目标 3.1.1总体思路 3.1.2预期目标 3.2主要设计内容和实现方法 3.2.1开发平台的选择 3.2.2海域使用管理信息数据库的构建 3.2.3系统功能模块的设计 3.2.4界面设计4结论和建议 随着计算机及其网络技术的发展，GIS的应用已遍及环境保护、资源保护、灾害预测、投资评价、城市规划、军事战略、政府管理等众多领域。近年来，随我国经济建设的迅速发展，加速了地理信息系统应用的进程，在城市规划管理、交通运输、测绘、环保、农业、制图等领域发挥了革命性的重要作用，取得了良好的经济效益和社会效益。在海洋环境科学上的应用前景同样是光明的，“数字海洋”将是一个可及的未来。因此，利用成熟的 GIS手段管理海洋环境信息，实现海洋环境管理的科学化、数字化，美好前景是可以预期的。建立南海近岸海域环境海洋环境地理信息系统，对于该区域的海洋环境保护、海域使用管理、防灾减灾等的现代化建设是必不可少的，也是势在必行的。.南海独特的地理环境地位 南海是我国最大的海域，水深、浪大，我国大部分的台风均在此登陆，自然灾害较为频繁。同时，南海的沿海地区是我国经济比较发达，人口密集、工业化及城市化步伐比较快的区域，经济的发展必然带来的环境问题和“人为灾害”。大量的工农业和生活污水向环境释放，最终向海洋排放，致使近岸海域水质不断恶化、赤潮发生频率上升，海洋成为我们发展经济的纳污对象和“代价”，环境的承受压力与日俱增，严重地威胁和制约着日益增长的海洋经济。第二次全国海洋污染基线调查资料显示:1998年我国沿海地区企业排入近岸海域工业废水39.8亿吨，其中广东约占21%，达8.35亿吨，为全国之最。据2006年中国海洋环境质量公报，由工农业生产带来的污染物随珠江水入海总量达251.18万吨，其中重金属8,457吨，COD 2,140,000吨，石油类70,900吨。同时，与发达经济共存的繁忙的海洋运输业不但带来了严重的船舶污染问题，而且船舶的意外事故引起的海洋环境污染时常造成严重的经济损失。2006年我国沿海石油运输达到4.31亿吨，其中运输原油1.87亿吨。石油进口量的迅速增加，使港口和沿海油轮密度增加。2006年航行于我国沿海水域的各类油轮达到162,949艘次，平均每天446艘次。南海海域覆盖了我国1/3以上海岸线，是我国最重要的石油输送口岸之一，船舶溢油污染风险尤其需要引起重视。1999年3月下旬，在珠江口发生海难，造成溢油事故，据报道，该事故对珠海水产养殖和渔业资源的直接经济损失达4,000万元，清污成本725万元。对于如此严峻而复杂的污染情形和潜在的环境污染恶化的可能性，加强对南海近岸海域的海洋环境管理，利用现代的计算机手段和3S (GIS, GPS, RS)技术，建立科学、快速、准确的监测、监督管理系统就显得尤其必要了。基于GIS的南海环境管理信息系统的研究.提高管理效率，适应现代化社会需求 目前，我们的海洋环境管理和决策中，所依赖的技术手段还是相当有限的，面对大量(甚至是海量)的坏境信息却难以做到快速、准确、科学地做出管理决策。 近20年来，随着计算机技术的发展，各种环境资源的探测手段不断改进，卫星、航空遥感、自动站等所组成的立体探测网络，基于计算机系统的各种探测仪器，为我们收集了大量的环境资源数据。然而，这些环境资源信息与空间的关系非常密切，是交叉、多维的，在处理空间的多重属性关系上，一般的表型关系数据库已不能满足我们要直观、快速了解环境现状的要求，这不但造成了信息资源的极大浪费，而且也使我们的海洋环境管理和决策工作远远地落后于社会需求。 南海的近岸地区的社会发展与经济建设突飞猛进，海洋经济更是一日千里，直观、快速、及时地展现南海近岸海域的海洋环境现状，不但是形势对管理手段的要求，而且也是海洋管理为周边地区经济建设保驾护航的必备条件，因此，建立珠江口及其邻近海域的海洋环境地理信息系统是很有必要的。提供准确的实时资料和直观的预测结果，切实为防灾减灾服务南海环境管理信息系统将主要利用大量现有的环境信息建立南海环境管理空间数据库、背景数据库和属性数据库(环境质量、环境统计、环境污染、环境标准等)，结合现成的水动力数值模型，以及卫星、航空遥感和GPS等技术，生产更高层次的空间数据(如污染趋势、环境评价数模结果等)，实现对海洋环境、地理、资源及功能区划等信息作科学管理和分析，以及对多种海洋环境要素(比如，潮流、热带气旋、海流、污染物扩散、溢油漂移等等)进行预测。因此，不但可以通过该系统快速、直观和准确地了解该海域的实时的环境和资源的资料，而且还可以快速、直观地获得有关要素的预测结果，为污染事故、赤潮、风暴潮等灾害的处理提供科学的决策依据，从而达到防灾减灾的目的。1概述1.1GIS的基本概念及其应用1.1.1GIS简介 地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)是计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合的技术，是为了解决各种复杂的规划与管理问题而设计的用于支持对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示的计算机硬件、软件系统和处理过程，是一种管理和决策支持工具。GIS的功能主要包括地理数据的输入、存储、处理和输出等几个方面。地理数据的来源包括地图矢量化(手扶跟踪矢量化和扫描矢量化)、遥感数据、GPS等。地理数据存储采用分层技术，将地理特征和属性数据根据需要分成若干层，在数据操作中只处理涉及的层以提高效率。数据操作是指对数据的修改、增删及各种运算等，使用户可以从可知的地理数据中得出隐含的重要结论。用户查询或数据分析的结果可以输入其他应用程序或数据库，在计算机屏幕上显示或通过绘图仪输出 地理信息系统技术的创立和发展与地理空间信息的表示、处理、分析和应用手段的不断发展紧密相连。20世纪60年代初，计算机技术开始用于地图量算、分析和制作，计算机辅助制图由于具有快速、灵活、易于更新、质量可靠、便于存贮、量测、分类、合并和覆盖分析等优点而迅速发展起来。到60年代中期，由于大量空间环境数据存贮、分析和显示技术方法的改进，及计算机技术在自然资源和环境数据处理中应用的迅速发展，使计算机辅助制图和空间数据分析在数据自动采集、数据分析和显示技术等几个相互联系的领域内得到极大的发展。而这些分支领域都倾向于发展有效的手段，用以从现实世界中按特殊的应用目的采集、存贮、检索、分析、传输可显示的空间数据，最终导致了地理信息系统技术的产生。 地理信息系统是对空间数据的管理系统，它是以地理空间数据库为基础，在提供多种空间和动态的地理信息上，为数据的分析提供新的手段，主要有如下特占 (1)强大的空间数据管理系统。现实世界经过模型处理后各种数据(包括空间数据和属性数据)输入到系统中，系统可有机地组织、管理并显示这些数据。 (2)形象直观的应用界面。系统用电子地图和用户交互，使用者可依靠人类固有的对自然界的认识和逻辑操作数据。 (3)强大的空间分析能力。数据是空间对象的一种属性，并可通过地理对象的相关性进行连接、分割、总计等操作，使空间问题的处理简单迅速。 GIS技术是环境管理领域广泛得到应用的信息技术。在环境管理信息系统中，利用GIS的数据可视化优点，直观地表达环境管理要素，能够为环境管理与决策提供良好服务 Internet/Intranet技术的迅猛发展，给GIS技术的普及和信息社会化共享提供了可能。环境信息的科学化、系统化是实现环境管理科学化的前提和基础;开发利用环境信息的程度，直接影响环境保护部门的办事效率和决策能力。环境管理信息系统是以GIS和现代数据库技术为核心，将环境信息存贮于电子计算机中，在计算机软硬件的支持下，能够实.现对环境信息的管理、查询、统计、优化处理和输出，或者能够结合各种模型和模式进行预测、规划、评价和决策，为环境管理和决策服务的技术过程系统6-9。建立环境管理信息系统最主要的目的之一，是提高环境管理的效率，直接提供环境信息服务和辅助决策支持。用于环境管理的信息大体来自污染源情况，环境质量，与环境质量相关的自然环境，政策法规和标准，以及社会、经济信息等。环境管理信息系统负责将这些信息组织、整理、更新，同时利用各种数学方法或环境模型来分析信息与信息之间联系和区别，挖掘蕴藏在环境事件和现象中的内涵和规律，为环境管理和决策服务10,川。环境问题与地理因素紧密相关，通常带有很强的地理或地理分布特征。地理信息系统是在过去30多年内发展起来的一个基于计算机系统的用于查询、输出、管理、分析、操作与表达地理信息的系统。它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析，把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能同一般的数据库操作集成在一起，强调空间实体及其关系，注重空间分析与模拟。 海洋地理信息系统(MGIS )是GIS在海洋领域中的应用，在计算机软硬件平台支持下，将一定海域内的信息输入、存储、检索、运算、显示、更新和综合分析的应用技术系统。其强大的空间分析能力使其有别于电子海图及海洋数据库，它以海洋地理信息为基础，能够对海洋资源进行管理与分析，在水产养殖、生态平衡、海域管理、灾情预报、污染治理等方面发挥重大作用。近年来，海洋经济、海洋政治、海洋科学等新问题的出现，促使政府、管理部门及学术界尽快地、系统地掌握海洋信息，在客观上促进了MGIS的发展。由于海洋地理信息的上述特点，MGIS亦有其特殊性(1)对全球定位系统(GPS)的依赖性更强，以便更精确地定位; (2)与遥感(RS)配合更加紧密，通过RS全天候、大范围、长周期的观测，及时更新系统数据，了解海洋动态变化; (3)是一种时序的信息系统，具有很强的动态模拟功能，通过观测海水的动态变化，来反映信息的时空变化。 伴随计算机以及GIS技术的不断发展和完善，刺激着地理信息系统在海洋环境领域中的广泛应用，包括海洋环境管理、环境影响评价、面源污染分析、污染监测、环境制图等l4,lso 1995年，世界银行B-1项目(即建立中国27个省、自治区级环境信息系统)选用Are/Info作为GIS的开发平台，促使了GIS在，我国海洋环境领域中的应用和发展。在此后建立的海洋环境信息系统或管理系统中，或多或少都涉及到了GIS。这些实践和经验为GIS引进到海洋环境信息系统中进行了有益的探索 21世纪是一个信息的时代，互联网己经渗透到各行各业，信息高速公路上奔跑着越来越多的信息。随着Internet