【文章內(nèi)容簡介】 54]。2001年3月5日在第九屆全國人民代表大會第四次會議上，我國發(fā)布的《關(guān)于國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十個五年計劃綱要的報告》中，也明確提出要加快國民經(jīng)濟和社會信息化的步伐作為“數(shù)字地球”的關(guān)鍵技術(shù)。我國WebGIS發(fā)展時間短，但勢頭比較猛，對我國未來的信息化建設(shè)，尤其是空間信息化建設(shè)有積極的意義。目前國內(nèi)的幾大公司都競相研制WebGIS產(chǎn)品。已開發(fā)出的產(chǎn)品，主要以武漢中地信息工程有限公司的MapGIS、北京中遙地網(wǎng)信息技術(shù)有限公司的GeoBeans、北京超圖地理信息技術(shù)有限公司的SuperMap IS、武漢吉奧信息工程技術(shù)有限公司的GeOSurf等較有代表性 GIS在海洋領(lǐng)域未來的發(fā)展方向 美國前副總統(tǒng)戈爾曾提出“數(shù)字地球”戰(zhàn)略，我國的“21世紀(jì)議程”和“數(shù)字城市”工程均包括地理信息系統(tǒng)方面的內(nèi)容。地理信息科學(xué)的主要內(nèi)容與“數(shù)字地球”系統(tǒng)是一致的[[571。而地理信息科學(xué)與地球信息科學(xué)也是緊密相關(guān)的。衛(wèi)星遙感、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、數(shù)字光纜通訊等現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展以及“信息高速公路”與“數(shù)字地球”等發(fā)展成果的推動對地球信息科學(xué)的產(chǎn)生起到了極大的促進作用。這些都說明:地球信息科學(xué)將對全球性問題與可持續(xù)發(fā)展研究提供新的理論依據(jù)與技術(shù)方法的支持 近年來，GIS技術(shù)在我國愈發(fā)得到重視，由于全球環(huán)境變化研究及海洋資源和環(huán)境管理的需求，其應(yīng)用從傳統(tǒng)的城市規(guī)劃、土地利用、測繪、環(huán)境保護、電力、電信、減災(zāi)防災(zāi)等陸地領(lǐng)域，逐步滲透到海洋資源調(diào)查與管理、礦產(chǎn)資源調(diào)查等方面。眾所周知，21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，開發(fā)海洋資源、保護海洋環(huán)境和維護海洋權(quán)益已引起世界各沿海國家的廣泛關(guān)注和高度重視?！皵?shù)字海洋”是“數(shù)字地球”必不可少的重要組成部分。海洋為GIS的發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間，是GIS發(fā)揮優(yōu)勢、施展才華的地方。將GIS技術(shù)引進海洋領(lǐng)域，使海洋信息數(shù)據(jù)的建庫和管理向科學(xué)化、可視化、便捷化方向發(fā)展，實現(xiàn)海洋信息數(shù)據(jù)的自動化成圖和成果資料的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、共享，符合未來“數(shù)字地球”、“數(shù)字海洋”的發(fā)展趨勢 根據(jù)地理信息系統(tǒng)存在的問題和現(xiàn)代信息社會的特征，如何獲取海量數(shù)據(jù)并進行集成和分析，在不同系統(tǒng)中操作并獲取所需的數(shù)據(jù)信息變得異常重要。專家預(yù)測，未來的地理信息系統(tǒng)將向著數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化(Interoperable GIS )、空間多維化(3Damp。4D GIS )、結(jié)構(gòu)部件化(Component GIS )、民用微型化(Distributed GIS ).系統(tǒng)智能化(Cyber GIS )、平臺網(wǎng)絡(luò)化(Web GIS )、應(yīng)用社會化(Digital Earth)等方面發(fā)展。各種新的IT技術(shù)為GIS的發(fā)展提供了新的機遇，可以對GIS的體系結(jié)構(gòu)(如組件化)、應(yīng)用方式(如Web)帶來革命性的變化。當(dāng)然，充分利用這些技術(shù)，將它們與GIS技術(shù)有機結(jié)合還需要做大量的工作。具體技術(shù)包括:開放式GIS、時態(tài)GIS、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、GIS集成技術(shù)(3S集成、與CAD, Internet,MIS、多媒體/動畫、虛擬現(xiàn)實、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)集成)(1)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的互操作(Interoperable) GIS地理數(shù)據(jù)的繼承與共享、地理操作的分布與共享、GIS的社會化和大眾化等客觀需求使得盡可能降低采集、處理地理數(shù)據(jù)的成本，實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的共享和互操作成為共識?；ゲ僮鱃IS ( Interoperable GIS)的出現(xiàn)就是為了解決傳統(tǒng)GIS開發(fā)方式帶來的數(shù)據(jù)語義表達上不可調(diào)和的矛盾，這是一個新的GIS系統(tǒng)集成平臺，它實現(xiàn)了在異構(gòu)環(huán)境下多個GIS或其應(yīng)用系統(tǒng)之間的互相通信和協(xié)作，可以完成某一特定任務(wù)。這一過程對于實現(xiàn)語言、執(zhí)行環(huán)境和建立模型是透明的。(2)空間多維化的3D和4DGIS GIS處理的空間數(shù)據(jù)，從本質(zhì)上說是三維連續(xù)分布的。另一方面，GIS所描述的地理對象往往具有時間屬性，即時態(tài)。因此，如何設(shè)計并運用3D和4DGIS來描述、處理地理對象的空間和時態(tài)特征也是一個重要的研究領(lǐng)域。涉及的關(guān)鍵技術(shù)是:3Damp。4D的建模技術(shù)，數(shù)據(jù)模型的研究，海量數(shù)據(jù)的存貯、管理、訪問、顯示，空間索引技術(shù)，三維顯示技術(shù)與科學(xué)計算可視化技術(shù)的集成，面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)庫的研究，面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)庫與三維實時顯示技術(shù)的集成。(3)結(jié)構(gòu)部件化的組件式GIS (Component GIS ) Component GIS的基本思想是把GIS的功能模塊劃分為多個控件，每個控件完成不同的功能。各個GIS控件之間，以及GIS控件與其它非GIS控件之間，可以方便地通過可視化的軟件開發(fā)工具集成起來，形成最終的GIS應(yīng)用。控件如同一堆各式各樣的積木，它們分別實現(xiàn)不同的功能(包括GIS和非GIS功能)，根據(jù)需要把實現(xiàn)各種功能的“積木”搭建起來，構(gòu)成地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺和應(yīng)用系統(tǒng)。組件軟件為GIS最終用戶提供了方便的二次開發(fā)手段，因此ComponentGIS將在很大程度上推動GIS軟件的系統(tǒng)集成化和應(yīng)用大眾化，同時也很好地適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，是一種Web GIS的解決方案。(4)民用微型化(Distributed GIS ) 移動電話GIS (Wag GIS)就是民用微型化的典型例子。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，移動電話上網(wǎng)已成為現(xiàn)實，移動電話與掌上電腦集成構(gòu)成一個小型“移動辦公室”，人們使用移動電話在網(wǎng)上查詢資料，收發(fā)郵件等。因此使用移動電話在網(wǎng)上查詢與空間位置有關(guān)的信息(如旅游地圖、交通線路)的時代將很快到來。很多廠商已在能運行Windows CE的掌上電腦上開始研制GIS，可以預(yù)計移動電話GIS年代即將到來。(5)平臺網(wǎng)絡(luò)化的互聯(lián)網(wǎng)GZS (Web GIS )飛速發(fā)展的Internet/Intranet已經(jīng)成為GIS新的系統(tǒng)平臺。利用Internet技術(shù)在Web上發(fā)布空間數(shù)據(jù)供用戶瀏覽Web GIS站點中的空間數(shù)據(jù)。制作專題圖、進行各種空間檢索和空間分析，這就是基于的地理信息系統(tǒng)(Web GIS) Internet/Intranet標(biāo)準(zhǔn)具有分布式應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，它可以被看作是由多主機、多數(shù)據(jù)庫與多臺終端通過Internet/Intranet組成的網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)Client端為GIS功能層和數(shù)據(jù)管理層，用以獲得信息和各種應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)Server端為數(shù)據(jù)維護層，提供數(shù)據(jù)信息和系統(tǒng)服務(wù)。(6)應(yīng)用社會化的數(shù)字地球(Digital Earth)數(shù)字地球一詞近來風(fēng)靡全球。從哲學(xué)上說，數(shù)字地球是對真實地球及其相關(guān)現(xiàn)象統(tǒng)一性的數(shù)字化重現(xiàn)與認識。從技術(shù)上說，是它在全球范圍內(nèi)建立的一個以空間為主線，將信息組織起來的復(fù)雜系統(tǒng)，也就是全球范圍的以地理位置及其相互關(guān)系為基礎(chǔ)而組成的信息框架，并在該框架內(nèi)嵌人我們所能獲得的信息的總稱。作為新的凝聚全人類夢想的目標(biāo)，數(shù)字地球提供了一種前所未有的認識地球的方式，它將對人類與自然的協(xié)調(diào)和平衡帶來不可估量的推進作用基于GIS的南海環(huán)境管理信息系統(tǒng)的研究2基于GIS的南海環(huán)境管理信息系統(tǒng)2. 1環(huán)境管理需求分析 南海海洋污染數(shù)據(jù)既包括各種污染物排放的數(shù)量，還包括污染源的地理位置數(shù)據(jù)，因為同樣的污染物排放量，由于其所在地理位置不同，在不同海洋條件影響下，其污染程度與范圍將有所不同。這也是所有海洋污染源的空間特性。這一特性決定了海洋污染源監(jiān)測和污染物排放總量控制適宜于采用定量與空間分析相結(jié)合的GIS技術(shù)。海洋污染物監(jiān)測與排放總量控制不僅要進行污染源的定量分析，如計算排放量大小，而且要進行空間分析，如計算排放量與環(huán)境濃度關(guān)系E239。 o GIS將以數(shù)據(jù)表示的空間分布，數(shù)字和圖形融為一體，支持數(shù)字思維與空間思維同時進行，因而比傳統(tǒng)的地圖分析和僅僅對統(tǒng)計數(shù)據(jù)的定量分析方法有質(zhì)的改進。定量分析、空間分析和系統(tǒng)分析相結(jié)合的海洋污染監(jiān)測和排放總量控制系統(tǒng)是實現(xiàn)海洋環(huán)境科學(xué)管理和決策的關(guān)鍵。 南海海洋環(huán)境地理信息系統(tǒng)應(yīng)該是一個空間型信息系統(tǒng)，具有控制管理功能，輸入、輸出功能，空間分析功能以及多信息支持下的輔助決策與模擬功能。具體功能應(yīng)包括信息錄入、信息查詢、屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、空間數(shù)據(jù)分析和決策支持等幾個部分。其中信息錄入包括屬性數(shù)據(jù)、空間(地圖)信息、圖像信息和其他多媒體信息的錄入。信息查詢是將屬性信息、地圖信息、圖像信息和其他多媒體信息結(jié)合起來，包括由文查圖和由圖查文兩個方面，其中由文查圖是指按文字形式輸入查詢條件，系統(tǒng)以特定顏色將滿足條件的空間信息及其他相關(guān)信息顯示出來。由圖查文是指取空間信息，系統(tǒng)將以亮色把與之相關(guān)的屬性信息顯示出來。統(tǒng)計分析功能將按要求生成各種統(tǒng)計報表并以統(tǒng)計圖表的方式顯示查詢結(jié)果?？臻g數(shù)據(jù)分析是進行圖形之間的復(fù)合運算，研究污染程度和其他環(huán)境要素的關(guān)系，為海洋環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)。南海海洋環(huán)境管理決策支持系統(tǒng)能夠為各級環(huán)境保護管理決策部門提供基于GIS和模型方法的海洋環(huán)境回顧分析、現(xiàn)狀評價、影響預(yù)測和環(huán)境規(guī)劃等方面的決策支持，通用海洋環(huán)境管理決策支持系統(tǒng)還提供基本空間數(shù)據(jù)管理、模型管理和對公共數(shù)據(jù)調(diào)用的框架，為用戶二次開發(fā)提供一個開放環(huán)境。南海海洋環(huán)境管理決策支持系統(tǒng)的最終用戶是南海分局環(huán)保處、南海環(huán)境監(jiān)測中心以及下屬各級海區(qū)環(huán)保部門的管理決策層。他們所關(guān)心的問題不局限于某一側(cè)面，而是具有綜合性特點。例如，海洋環(huán)境問題與地方政府的經(jīng)濟發(fā)展策略的關(guān)系、污染源和環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系、污染物排放、海洋環(huán)境質(zhì)量與國家和地方有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的比較、區(qū)域性宏觀污染控制策略等。為此需要在GIS系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)管理、指令功能、圖形界面和應(yīng)用開發(fā)工具的環(huán)境下，實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)庫、內(nèi)部屬性庫和外部公共數(shù)據(jù)庫的管理、連接的操作、模型的管理和計算、用戶選擇、情景分析、事件處理和決策輸出等功能。所以決策支持功能應(yīng)該在模型知識庫的支持下，進行以各專業(yè)領(lǐng)域問題為驅(qū)動的決策模擬應(yīng)用，包括海洋環(huán)境規(guī)劃、海洋環(huán)境評價、海洋環(huán)境動態(tài)監(jiān)測、海洋環(huán)境預(yù)警等功能。 海洋環(huán)境模型是進行環(huán)境評價、環(huán)境預(yù)測和環(huán)境決策支持的強有力的工具，也是環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域中比較成熟的一個領(lǐng)域。目前以及將來南海海洋所應(yīng)用的海洋環(huán)境模型需要對各種海洋環(huán)境問題和各種明顯具有空間分布的海洋環(huán)境要素的運動和互相作用過程進行較為準(zhǔn)確的描述、精練的算法。但這些模型一般缺少足夠靈活的類似GIS的空間分析環(huán)境，而在解決海洋環(huán)境問題，模型的空間表達非常重要，因而難以被缺少足夠?qū)I(yè)知識的用戶所接受，在操作空間數(shù)據(jù)尤其是顯示結(jié)果方面比較困難，特別是難于得到良好的視覺效果。GIS可以為環(huán)境模型提供一整套基于GIS邏輯原理的空間操作規(guī)范，用于反應(yīng)具有空間特性的環(huán)境模型研究對象的移動、擴散、動態(tài)變化和相互作用。但目前GIS技術(shù)在直接解決復(fù)雜的環(huán)境問題、模擬復(fù)雜的、動態(tài)的環(huán)境變化過程，遇到了難題。即現(xiàn)有的GIS軟件缺乏解決復(fù)雜預(yù)測問題的能力和其它相關(guān)的分析能力。環(huán)境模型在這方面可以較為簡潔地處理，使GIS避免算法的困擾，從而充分發(fā)揮空間數(shù)據(jù)管理、分析和顯示的能力。GIS和環(huán)境分析模型在功能上是互補的，兩者的結(jié)合能使雙方的功能變得更加強大。因此，南海環(huán)境管理信息系統(tǒng)將考慮GIS與環(huán)境模型的深入結(jié)合上，環(huán)境模型與GIS結(jié)合將產(chǎn)生新形式的環(huán)境模型，在解決具體環(huán)境問題和進行環(huán)境管理、規(guī)劃和決策支持過程中可發(fā)揮其作用。而南海海洋環(huán)境模型目前在應(yīng)用的主要有海洋環(huán)境質(zhì)量評價模型、海洋水動力模型、沉積物擴散模型、各類污染物擴散模型、赤潮預(yù)報模型、溢油擴散模型、海洋環(huán)境生態(tài)模型、化學(xué)污染物水物理遷移自凈容量模型、氮、磷營養(yǎng)鹽海洋環(huán)境容量模型等。 在強調(diào)信息的社會化應(yīng)用的同時，注重于數(shù)據(jù)可重用性的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)等保障條件，目標(biāo)是以一種簡便的、規(guī)范的數(shù)據(jù)利用途徑，向用戶提供廣泛的數(shù)據(jù)服務(wù)，并努力消除數(shù)據(jù)開發(fā)過程中的諸如重復(fù)工作等浪費現(xiàn)象。南海海洋環(huán)境信息共享是南海海洋管理信息系統(tǒng)建設(shè)過程中所應(yīng)強調(diào)和應(yīng)追求的，而GIS在地理信息的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化方面走在了前列?；贕IS的南海海洋環(huán)境管理信息系統(tǒng)將在信息的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)造起示范作用。隨著公眾海洋環(huán)境意識的逐步提高，海洋環(huán)境知情權(quán)逐步為公眾和法律所認可，即在日益強調(diào)環(huán)境信息公開和環(huán)境管理應(yīng)加強公眾和企業(yè)參與的情景下，EMIS引進GIS這種直觀、形象的技術(shù)將可以強烈吸引公眾，促進公眾了解自己所置身的海洋環(huán)境質(zhì)量情況和了解海洋環(huán)境問題的根源所在，并最終參與到南海海洋環(huán)境管理活動中來。現(xiàn)在，隨著互聯(lián)網(wǎng)的逐步完善和提速，借助Internet和WebGIS技術(shù)，以及新的EMIS建設(shè)策略，人們可以將環(huán)境信息飛快地傳遞，也可以在網(wǎng)絡(luò)上迅速地獲取直觀、形象的環(huán)境信息，縮短環(huán)境管理的空間距離。 南海區(qū)海洋環(huán)境管理信息系統(tǒng)的服務(wù)對象主要是國家海洋局南海分局相關(guān)局領(lǐng)導(dǎo)、南海分局環(huán)保處及南海環(huán)境監(jiān)測中心，甚至可擴展至海洋環(huán)境監(jiān)測中心站。本系統(tǒng)的用戶主要分為3類:一是決策層次的用戶，如南海分局分管環(huán)保的局領(lǐng)導(dǎo)。二是環(huán)境管理層次的用戶，如南海分局環(huán)保處。三是監(jiān)測層次的用戶，如南海環(huán)境監(jiān)測中心等。系統(tǒng)需求功能的確定過程如下圖所示。 首先，系統(tǒng)應(yīng)提供基本的管理和服務(wù)功能，即能進行信息快速查詢與檢索，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及系統(tǒng)自身的管理，可以更新系統(tǒng)數(shù)據(jù)，輸出一些基本圖件?？商峁┑男畔?nèi)容包括境界、地形、岸線與島嶼的分布、主要的環(huán)境與資源數(shù)據(jù)、重要的文檔資料等。 其次，為保證某些模型的運行如海洋環(huán)境質(zhì)量評價模型、海洋生態(tài)模型、海洋水動力模型等，必須提供有關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和專業(yè)數(shù)據(jù)。這一要求可以通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫得到實現(xiàn)。模型可以根據(jù)實際需要進行增加和刪減。 突出重點也是系統(tǒng)構(gòu)建的一個考慮因素。海洋環(huán)境管理模型中，最重要的應(yīng)是海洋環(huán)境質(zhì)量評價模型。其中海水化學(xué)要素是海洋生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。浮游植物、浮游動物和底棲生物是生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)的最基本環(huán)節(jié)，初級生產(chǎn)力代表海區(qū)生產(chǎn)有機物質(zhì)的能力，是評價海域生物生產(chǎn)水平的重要參數(shù)。海洋底質(zhì)化學(xué)要素的含量對海洋生物及海洋的自凈、沉積物的再溶出等關(guān)系極大。這些環(huán)境要素對于海洋生物資源生存發(fā)展都具有重要的意義。此外，由于近岸海洋環(huán)境受多種因素的綜合作用，變化復(fù)雜，因此對其管理評價必須持動態(tài)觀點。許多因子的變化速度快，為了保證資料的現(xiàn)勢性，要求數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)得到不斷的更新和補充。這樣大范圍的數(shù)據(jù)獲取與更新必須有遙感數(shù)據(jù)提供支持。遙感技術(shù)獲取信息快速、同步和覆蓋頻度高的特點，是海岸帶與海洋觀測中獲取采樣密度極大