遥感地理信息系统摘要：系统介绍了海洋渔业遥感、海洋地理信息系统（MGIS）的关系、发展和特点。

以及具有自主知识产权、可业务化运行的海洋渔业遥感、地理信息系统技术应用服务系统的研制技术方法和功能特点。

关键词：RS GIS1 引言正当人们提出21世纪将是信息时代,亦是海洋世纪的时候,“数字地球”展现了它非同小可的前景。

为此, 1999年5月14日,由国家科技部主持召开了我国开展“数字地球”工作的专家研讨会。

对会议的中心议题和专家的高见,笔者颇受鼓舞和启发。

无疑,我国将来的“数字海洋”当为“数字中国”主要组成部分之一。

随着“数字海洋”战略的提出, 地理信息系统( GIS) 作为对蕴涵空间位置信息的数据进行采集、存储、管理、分发、分析、显示和应用的通用技术以及处理时空问题的有力工具，愈来愈被海洋领域的专家所关注.海洋信息系统研究理论和技术得以发展。

同时，为了满足渔业部门渔业生产指挥和管理需要，维护国家海洋权益，国家836海洋领域95期间设立专题项目‘海洋渔业遥感信息服务系统技术和示范试验’，研制了具有自主知识产权、可业务化运行的海洋渔业遥感、地理信息系统技术应用服务系统。

2 海洋渔业遥感与海洋地理信息系统的关系、发展和特点2.1 海洋渔业遥感与海洋地理信息系统的关系（1）RS信息在GIS中的运用GIS的建立，首先问题是收集信息。

RS技术具有宏观性、高分辨率、多波谱、多相时、动态性，及时性的特点。

它的数字影像处理又是基于图像数据库的操作与管理，经过计算机图像处理技术所获取的大量图形图像信息数据为GIS提供了丰富的信息源，将RS信息应用于GIS，可以大大降低GIS中数据获取的成本，加快数据更新的步伐。

（2）GIS对RS的有效支持GIS是RS的合理“延伸”，GIS引入到RS图像处理和RS应用分析中，大大提高了RS 图像的可识别性。

例如，在RS图像的分类处理中，将GIS的地形信息与陆地卫星图像处理结合起来，可在很大程度上提高RS数据的自动分类精度及应用价值。

其中，GIS对RS支持的具体内容包括：数据管理、数据支持、功能支持。

2.2 海洋渔业遥感与海洋地理信息系统的发展（1）国外海洋GIS的研究进展20世纪60年代早期美国国家海洋测量局进行的航海自动化制图。

90年代后,海洋数据和信息极为丰富，造成了“数据和信息爆炸”[5]。

美国海洋学家Manley与动态图形软件专家Tallet合作，发表了关于海洋GIS的第一篇文章，不仅深入讨论了GIS的数据管理和显示功能，而且还卓有远见地讨论物理海洋数据和化学海洋数据的真三维建模和可视化。

1992年，美国全球变化计划在美国国家基金的支持下，设立RIDGE计划，Li R和Saxena 系统地阐述了GIS在陆地和海洋应用中的重要差别。

1995年Marine Geodesy杂志出版了海洋GIS研究的专辑。

1996年FAO出版了一本渔业技术论文集，指出了海洋渔业GIS数据库必须考虑3D环境、时空变化、模糊环境、统计变量制图等方法。

1999年Taylor and Francis出版了Marineand Coastal Geographical Information System一书，内容包括海洋数据的表达、分析与可视化等。

（2）国外应用系统商业化软件的发展1987年，MRJ公司将Arc/Info应用于海洋数据分析应用，其后用Arc/ Info，Erdas等软件包定制了多种二次开发方案。

1993年推出了Marine Data Sampler(一个全球海洋影像和数据集的CD2 ROM)，其应用软件基于Arc View开发。

1991年，ESRI Arc/ Info用户大会首次出现了关于海洋GIS的文章日本农林水产、环境模拟实验室(ESL)专门成立了海洋GIS研究组，开发了一套海洋渔业GIS Marine Explorer，其制图功能主要面向海洋领域问题进行优化[4]。

英国综合运用DBMS和GIS开发了渔业生产动态管理系统FISHCAM2000(简称FC)，该系统由船载模块和管理模块二部分组成。

（目前利用商业化GIS软件研究开发海洋应用系统已涉及到海洋领域各方面。

）（3）国内海洋GIS的研究进展二十世纪90年代初，陈述彭院士就极力倡导海岸与海洋GIS的研究与开发，并提出了“以海岸链为基线的全球数据库”的构想。

自80年代中期以来，资源与环境信息系统国家重点实验室就开展GIS和遥感支持下的黄河三角洲的可持续发展研究。

90年代中，又开展了海岸带空间应用系统预研究。

国家海洋信息中心以我国多年积累的海洋数据资料，建立了中国海洋信息基础网，对大量海洋数据进行管理和分发。

“九五”期间,国家863计划海洋领域海洋监测主题设立了“海洋渔业遥感信息服务系统技术和示范试验”专题。

中国科学院地理研究所开发了具有海洋渔业应用特色的桌面GIS，并进行了一系列的研究。

邵全琴、周成虎等研究人员提出了海洋渔业数据建模的扩展E2R 方法，邵全琴博士完成了博士论文“海洋GIS时空数据表达研究”，并带领地理研究所海洋工作组出版了专著《海洋渔业地理信息系统研究与应用》。

（4）国内外遥感的发展历程日本海洋渔业遥感的研究与应用起步早，在1977年日本科学技术厅和水产厅开展了海洋渔业遥感实验，逐步建成包括卫星、专用调查飞机、调查船、捕鱼船、渔业情报服务中心和通讯网络的渔业系统。

情报中心每天以一定的频率定时向本国渔民发布渔海况信息。

为日本保持世界渔业先进国家的地位起到了重要的作用。

20世纪80年代以来，美国等西方临海国家也先后建立了渔业信息系统、利用遥感与GIS为海洋渔业服务[2]。

我国早在20世纪80年代初就进行了海洋渔业遥感应用研究，但并未形成业务化系统。

2.3 海洋渔业遥感与海洋地理信息系统的特点（1）海洋地理信息系统的特点1.具有三维深度或高度甚至四维时间空间数据处理能力。

因为海洋不同于陆地海表面上任意一个“点”，如观测站或任一流动物体，如船只、污染物等的方位除包含和量之外，还应包含一个深度量—若此“点”在海底则是高度量。

海面上一个“面”如海上养殖场、海上油田等方位的表达也是如此。

此外，如海面油膜、赤潮或其他污染物等某一时间在处，过段时间后随海水运动到达处，这类海上流动物体方位的表达除上述三个量外，还包含一个时变量海岸线随时间的动态变化过程亦如此。

目前商用软件均是按二维的空间拓扑结构开发的，不能有效地显示和分析海上物体三维或四维特性。

2.具有多种数据源数据的集成能力和数据同化能力。

沿海台站、浮标、船舶、海洋遥感技术等既是原始数据源，也是数据更新源。

特别是海洋遥感信息源，它可提供大范围的、同步的、连续的实时数据，甚至可提供其他观测手段不能提供的恶劣海况条件下的数据，成为海洋地理信息系统的支撑数据源；因此，具有较强的遥感信息输人和处理能力由于数据源的多样化，不同来源数据标准、精度、分辨率等都不统一。

为了保证输出产品质量、精度和空间尺度的一致，具有较强的数据同化能力。

3.具有模型智能化和多功能性等特征海岸带自然属性的多样性和复杂性，综合管理目表（社会、经济、环境、资源等）的多重性，均要求GGIS具有比常规GIS更强的智能化程度和多功能性[6]；在策略计划制订、多目标优选决策、开发项目方案优化以及管理效果预测等方面，必然要应用分析，评价、预测、决策等多种模型。

4.MGIS提取特征流程图（2）海洋渔业遥感特点RS信息的特点如下图所示：以上特点决定了RS为GIS提供的信息主要是空间信息（数据），这种空间信息的基本特征表现在如下三个方面。

空间分布特征RS的信息涉及到分布于地球表面的自然现象，如有关土地资源的土地类型、土壤类型、土地利用条件（坡度、高度、土壤侵蚀程度等）；有关矿产资源的地层、构造、岩石、矿产的分布特征；有关水资源的水系分布及流域范围、洪水监测及治理、水资源的合理利用（如近年来黄河断流问题）等；也涉及社会、人文经济现象的空间分布特征：如城市地理信息系统中的行政界线、人口结构、工业布局、街区分布等。

以上空间试题不仅具有一定的空间位置，，而且有一定的几何形态，如点矿（矿产、居民点等）、现状（水渠、公路、铁路等）、面妆（行政区、工业区等），这些空间分布特征均可由空间图形表达，即由x、y、z坐标值表示和确定。

属性特征因空间实体间存在着内在的本质差异，因而具有不同的属性，可进一步划分为不同的专题类型，以便进行信息的更新与查询。

确定和认识一种事物或现象，必须依据它区别于其它事物或现象的本质差异，寻找代表它的一组属性，即它的识别标志。

在GIS 中，空间实体的这种属性特征，一般是通过属性码来表示的。

时间特征任何一个位于地球表面的空间实体都处于不断发展变化着的时间序列中，遥感器所收集存储的有关它们的信息都只是某一瞬间或某一时间范围内的特征，不同时相的所反映信息的对比联接又可揭示出它们的动态变化。

在GIS中，空间实体的时间特征是作为一种属性码来表示的。

3 海洋渔业遥感、GIS应用服务系统关键技术3.1 海洋渔业数据的表达和组织（1）一种扩展的空间ER方法信息系统的研究热点和开发关键是建模，ER建模方法是主要方法之一[1]。

ER方法也广泛应用于GIS数据库概念模型的设计。

由于GIS处理空间数据和空间关系，因此，直接用ER方法建立的空间数据概念模型不能清楚地表达现实世界，Calkins于1996年提出了用于空间数据建模的扩展ER方法，称为空间ER方法。

由于海洋环境具有流动性、模糊性和三维的特点。

在海洋渔业遥感地理信息系统应用服务系统的概念建模中，改进扩展了Calkins的空间ER方法，提出了一套用于三维动态数据概念建模的扩展空间ER方法。

该方法不仅成功应用于本系统的开发，而且被应用于厦门市环境管理空间决策支持系统。

（2）基于四级矢量化八叉树层次结构三维数据结构将适合于表达实体内部破碎复杂结构的不规则四面体网和适合于表达表面不规整的点、线、面与线性八叉树结构有机结合起来，形成统一的三维集成数据结构。

该数据结构：继承矢量结构精确表达的优点，不但可在物体表面而且能在其内部进行精确表达；克服栅格结构表达越细致存贮量越大的缺点，在实行精确表达的情况下，同时减少数据量，节省存贮空间；容易与BR和CSG表达方法进行相互转化，这意味着基于这种数据结构的系统易与大量已经存在的基于BR和CSG方法的系统（如CAD/CAM系统[3]）相兼容，这一点克服了传统八叉树不能准确重建BR结构的缺点；保留了栅格结构和传统八叉树在布尔操作和可视算法上的优点，节省时间消耗，提高系统效率和性能；保留了传统八叉树结构中的层次性和结点的有序性，易于进行三维空间分析、布尔操作、空间索引和查询；矢量、栅格数据结构在栅格结构的总框架下实现了统一和简单化，克服了前人混合数据结构的复杂性，便于系统管理和数据集成；面三维与体三维在这一集成数据结构的基础上实现了较为完整有机的统一。