黄河三角洲海洋地理信息系统研究与关键技术实现
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摘要
本文结合国家“973”项目“中国典型河口—近海陆海相互作用及其环境效应”第四子课题“黄河三角洲冲淤转换机制及趋势预测”的课题研究所取得的调查数据，初步构建了黄河三角洲海洋地理信息系统。该系统主要包括数据库建设、海洋地理信息系统常用功能实现、系统特色模块研究三部分。
1)数据库总体设计及构建。通过分析黄河三角洲海洋调查数据的类型和特点，针对当前调查所涉及的数据具有多来源、多数据格式、标准不统一的现状，探讨了数据融合的方法，并利用当前流行的ArcSDE空间数据引擎技术和关系型数据库系统SQL Server对空间数据进行存储和管理，从而形成能够存储文字、数字、矢量图形、栅格图形、空间模型等多元数据的数据库结构，为构建海洋地理信息系统提供了很好的数据支撑平台。
2)系统常用功能实现。这一部分包括系统与空间数据库及属性数据库链接实现、栅格图像配准、图形编辑、空间数据查询和分析、投影坐标系统统一化等，使系统具备基本的地理数据融合、分析等功能，从而为科学考察研究提供了一个GIS数据显示平台和管理平台。在实际应用上可以为制定陆上或海上的考察观测点位、路线和方案服务；也可以对观测后的获取数据的时空间分布作初步可视化分析。
3)系统关键模块研究与实现。该部分是系统的重点，其内容包括数字水下地形模型DTM的建模和基于数据挖掘理念的数据分析方法研究与实现。前者包括不规则三角形TIN构网方式和规则格网GRID构网方式、基于规则格网构网模型的等深线绘制、基于规则格网的表面积和体积计算、基于规则格网方式的坡度和坡向计算等；后者则包括EOF预测分析方法预测黄河三角洲水下地形、小波变换方法自动提取岸线等适用于黄河三角洲科研工作的实用数学模型。另外该部分还提出了海洋污染物平均浓度的计算方法；利用多时相遥感数据和多年黄河水沙数据研究黄河三角洲海岸线变迁及机制分析等。
总之，本文在应用GIS、遥感和编程工具来规划和管理黄河三角洲海洋地理信息系统方面做了有益的尝试，并进而指出了系统的发展前景和进一步研究发展的方向。
Based on the survey data from the sub-item 'Yellow River delta erosion-deposition conversion mechanism and the trend estimates' of the National 973 Projects supported by Ocean University of China, we have constructed Yellow River Delta Marine Geographic Information System which can provide a good platform for scienc researchers to manage and analyse data and extend the further research in the region of Yellow River Delta. .This system includes construction of database, the general functions of marine Gis, the key module research and development.
1) Database Design and Construction. By analyze the types and features of Yellow River Delta survey data, this system utilized the prevailing ArcSDE saptial data engine and RDBMS SQL Server database technique to storge the spatital and attribute data so that we can storge multi-source data types like text, numeric, vector figures and rastor figures into the database of this system.. After these have been done, this Marine Gis system can provide an effective platform for data management and analysis.
2) General Functions Realization. This part includes the connection of the system and the database, image registration, image edition, analysis of spatial data, unification of projection and coordinates system and so on. These general functions can be used for the Gis data display and analysis of the time and space distributing features of the data we got from the survey.
3) The research and development of key modules. This is the most
1)数据库总体设计及构建。通过分析黄河三角洲海洋调查数据的类型和特点，针对当前调查所涉及的数据具有多来源、多数据格式、标准不统一的现状，探讨了数据融合的方法，并利用当前流行的ArcSDE空间数据引擎技术和关系型数据库系统SQL Server对空间数据进行存储和管理，从而形成能够存储文字、数字、矢量图形、栅格图形、空间模型等多元数据的数据库结构，为构建海洋地理信息系统提供了很好的数据支撑平台。
2)系统常用功能实现。这一部分包括系统与空间数据库及属性数据库链接实现、栅格图像配准、图形编辑、空间数据查询和分析、投影坐标系统统一化等，使系统具备基本的地理数据融合、分析等功能，从而为科学考察研究提供了一个GIS数据显示平台和管理平台。在实际应用上可以为制定陆上或海上的考察观测点位、路线和方案服务；也可以对观测后的获取数据的时空间分布作初步可视化分析。
3)系统关键模块研究与实现。该部分是系统的重点，其内容包括数字水下地形模型DTM的建模和基于数据挖掘理念的数据分析方法研究与实现。前者包括不规则三角形TIN构网方式和规则格网GRID构网方式、基于规则格网构网模型的等深线绘制、基于规则格网的表面积和体积计算、基于规则格网方式的坡度和坡向计算等；后者则包括EOF预测分析方法预测黄河三角洲水下地形、小波变换方法自动提取岸线等适用于黄河三角洲科研工作的实用数学模型。另外该部分还提出了海洋污染物平均浓度的计算方法；利用多时相遥感数据和多年黄河水沙数据研究黄河三角洲海岸线变迁及机制分析等。
总之，本文在应用GIS、遥感和编程工具来规划和管理黄河三角洲海洋地理信息系统方面做了有益的尝试，并进而指出了系统的发展前景和进一步研究发展的方向。
Based on the survey data from the sub-item 'Yellow River delta erosion-deposition conversion mechanism and the trend estimates' of the National 973 Projects supported by Ocean University of China, we have constructed Yellow River Delta Marine Geographic Information System which can provide a good platform for scienc researchers to manage and analyse data and extend the further research in the region of Yellow River Delta. .This system includes construction of database, the general functions of marine Gis, the key module research and development.
1) Database Design and Construction. By analyze the types and features of Yellow River Delta survey data, this system utilized the prevailing ArcSDE saptial data engine and RDBMS SQL Server database technique to storge the spatital and attribute data so that we can storge multi-source data types like text, numeric, vector figures and rastor figures into the database of this system.. After these have been done, this Marine Gis system can provide an effective platform for data management and analysis.
2) General Functions Realization. This part includes the connection of the system and the database, image registration, image edition, analysis of spatial data, unification of projection and coordinates system and so on. These general functions can be used for the Gis data display and analysis of the time and space distributing features of the data we got from the survey.
3) The research and development of key modules. This is the most
引文
1 李军，周成虎。地学数据特征分析，地理科学，1998年4月，第19卷第2期，p158-162
2 戴塔根，邱冬生，鲍光淑，姚锐，谢文兵。地学数据模型及数据融合技术，中南工业大学学报，2001年6月，第33卷第3期，p221-223
3 马洪超，胡光道。地学数据融合技术综述，地质科技情报，1993年第18卷第1期，p97—101
4 薛惠芬，张义钧。海洋资料基础数据库模式设计技术，海洋信息技术，2003年，第2期
5 刘高焕，方红亮等．黄河三角洲可持续发展信息系统．地球信息，1998年12月，第3，4期，p46-51
6 胥可辉，孙效功。基于MapObjects组件的海岸带地理信息系统开发最佳技术．青岛海洋大学学报，2002年9月，第32卷第5期，p770-776
7 张彩云，杨作升．MapInfo在黄河口拦门沙研究中的应用．海岸工程，2002年3月，第21卷第1期，p1-5
8 陈述彭，鲁学军，周成虎。地理信息系统导论．第一版．北京：科学出版社，2000
9 李德仁等．地理信息系统导论．北京：测绘出版社，1993
10 刘展，李津，杨作升，张勇。适于“数字海底”的GIS数据仓模型初探，西安石油大学学报(自然科学版)，2004年1月，第19卷第1期，77-82
11 陈戈，方朝阳等．一个基于卫星遥感数据的海洋大气地理信息系统平台软件—MAGIS，中国海洋大学学报，2004年9月，第34卷第5期，p839-843
12 王钦军，薛林福。数据挖掘技术及其在地学中的应用，世界地质，2000年3月，第19卷，第3期，p235-239
13 邸凯昌著，空间数据发掘与知识发现，武汉：武汉大学出版社，2001 12
14 吴信才，地理信息系统的基本技术与发展动态，地球科学，1998．7
15 李军，周成虎。地球空间数据元数据标准初探，地理科学进展，1998年12月
16 张立，龚健雅。地理空间元数据管理的研究与实现，武汉测绘科技大学学报，2000年4月，Vol 1．25 No．2
17 王继成。基于元数据的web信息检索技术研究，南京大学博士学位论文，2000．
18 沈体雁，程承旗。地理元数据技术系统的设计于实现，武汉测绘科技大学学报，1999
19 张书亮等。基于XML的地理空间元数据表达研究，遥感学报，2003年7月
20 张立，龚健雅。地理空间元数据管理的研究和实现，武汉测绘科技大学学报，2000年
21 中国21世纪议程管理中心，1999．蒋景瞳、刘若梅等，国际元数据标准的发展和研究现状，科学出版社
22 中国21世纪议程管理中心，1999．中国可持续发展信息共享元数据标准．
23 范大凯。地理空间元数据技术系统研究与应用，华东师范大学硕士学位论文，2002年
24 蒋景瞳等。国外GIS标准化进展和我国的对策，遥感信息，1996年3月
25 齐小玲。上海地理信息元数据系统软件的开发，华东师范大学硕士学位论文，2004年
26 王珊。数据仓库技术与联机分析处理北京：科学出版社，1999年
27 张维明。数据仓库原理与应用，北京：电子工业出版社，2002年
28 萨师煊，王珊。数据库系统概论(第三版)，高等教育出版社，2000年
29 W．H．Inmon。数据仓库[M]．机械工业出版社，2000年
30 张云涛，龚玲。数据挖掘技术原理与技术，电子工业出版社，2004年
31 郭萌，王钰。数据挖掘与数据库知识发现：综述，模式识别与人工智能，第11卷第3期
32 陆伟，吴朝晖。知识发现方法的比较研究，计算机科学2000年，Vol．27No．3
33 刘明吉，王秀峰，黄亚楼。数据挖掘中的数据预处理，计算机科学，2000年 Vol．17No4
34 董海军。多期水深测量数据拟合处理及冲淤分析计算，水道港口，2000年12月30日，第4期46-48
35 林晓彤，杜树杰，李巍然。东海外缘碎屑矿物的物源解释——基于BP神经网络的判识分区，，海洋科学，2003年，第27卷第11期：75-80
36 包约翰[美]。自适应模式识别与神经网络，北京，科学出版社，1992，p192-210
37 孙效功，王硕儒。人工神经网络在地质学判别分析中的应用，青岛海洋大学学报，1994年4月，第24卷第2期，p256-262
38 陈守余，周梅春．数据开采的BP神经网络方法及其应用，地球科学——中国地质大学学报，1998年3月，第23卷第2期：183-187
39 闫志忠，刘金英．改进的BP神经网络在流域产沙量预测中的应用，世界地质，2002年9月，第3期：266—270
40 孙效功，冯天谨，陈佐林。双层BP人工神经网络连接权值的性质，青岛海洋大学学报，1994年12月，专辑，p29-33
41 张友水，冯学智，阮仁宗，麻土华。Kohonen神经网络在遥感影像分类中的应用研究，遥感学报，2004年3月，第8卷第2期，p178-184
42 毛克彪，覃志豪，张万昌。一个基于SOFM网络模型的遥感图像分类方法，遥感技术与应用，2003年12月，第18卷第6期，p399-403
43 林宗坚，刘少创，自组织特征映射神经网络在彩色地图自动分层中的应用，武汉测绘科技大学学报，1994年6月，第19卷第2期，p108-112
44 傅立。灰色系统理论及应用，科技文献出版社，1992年
45 杨春成。空间数据挖掘中聚类分析算法的研究，解放军信息工程大学博士论文，2004年10月
46 黄嘉佑。气象统计分析与预报方法(第二版)，北京气象出版社，2000年3月。
47 张礼平，柯怡明，胡江林，刘利平．SVD方法在场分析和预测中的应用，热带气象学报，2002年8月，第18卷第3期，p237-244
48 薛志华．SVD方法及其在气象中的应用，内蒙古气象，1999年第2期，p7-12
49 郭艳君，翟盘茂，贺敬安．OLR资料在ENSO监测中的应用，热带气象学报，2003年2月，第19卷第2期，p102-106
50 张礼平，柯怡明，王康康。SVD方法在场的定量预测中的应用，热带气象学报，2004年8月，第20卷第4期，p383-390
51 芮小平。空间信息可视化关键技术研究——以2.5维、三维、多维可视化为例，中科院博士论文，2004年
52 翟巍。三维GIS中大规模场景数据获取、组织及调度方法的研究与实现，大连理工大学博士论文，2003年4月
53 唐泽圣等。三维数据场可视化，北京：清华大学出版社，1999
54 孙效功，杨作升．利用输沙量预测现代黄河三角洲的面积增长．海洋与湖沼，1995年1月，第26卷第1期，p76-82
55 孙效功，杨作升等．不等时距的灰色模型GM(1，1)——建模方法及其在黄河河道长度预测中的应用．青岛海洋大学学报，1994年12月，专辑，p45-50
56 胥可辉，孙效功．基于MapObjects组件的海岸带地理信息系统开发最佳技术．青岛海洋大学学报，2002年9月，第32卷第5期，p770-776
57 侯景儒，尹镇南等编著．实用地质统计学．第一版．北京：地质出版社，1998
58 汤海滨编著．SQL Server数据库开发技术．第一版．北京：科学出版社，2000
59 赵增敏，朱粹丹编著．SQL Server 2000实用教程．第一版．北京：电子工业出版社，2002
60 承继成，林珲，周成虎等．数字地球导论．第一版．北京：科学出版社，2000
61 陈俊，宫鹏．实用地理信息系统—成功地理信息系统的建设与管理．第一版．北京：科学出版社，1999
62 修文群，池天河．城市地理信息系统．第一版．北京：北京希望电子出版社，1999．6
63 邬伦，刘瑜，张晶．地理信息系统—原理、方法和应用．第一版．北京：科学出版社，2001
64 黄杏元，汤勤．地理信息系统概论．北京：高等教育出版社，1989
65 张超、陈丙咸、邬伦主编．地理信息系统．北京：高等教育出版社，1995
66 边馥苓等．地理信息系统原理和方法．北京：测绘出版社
67 木林森工作室．Visual Basic 6.0中文版入门与技巧．北京：清华大学出版社，1999
68 马蔼乃．遥感信息模型．北京：北京大学出版社，1997
69 张海藩．软件工程导论．第三版．北京：清华大学出版社，1998
70 严蔚敏，吴伟民．数据结构．第二版．北京：清华大学出版社，1992．6
71 萨师煊，王珊．数据库概论．第一版．北京：高等教育出版社，1989
72 林敏基．海洋与海岸带遥感应用．第一版．北京：海洋出版社，1991．12
73 胜利油田管理局，青岛海洋大学编组．埕岛油田勘探开发环境．青岛：青岛海洋大学出版社，1993
74 戴勤奋，李广雪等．胜利埕岛油田海洋工程环境地理信息系统．海洋地质与第四纪地质，第18卷第3期，1998，119-122
75 张鹰，王义刚．遥感水下地形成图技术．海洋工程．VOL18，N03，2000，88-91
76 赵冬至，赵玲，张丰收．GIS在海湾陆源污染物总量控制中的应用．遥感技术与应用．2000(15)1：63～67
77 杨鸿奋，莫少东，黎绍发．基于构件技术的INTERNET地理信息系统的设计方法．暨南大学学报．2001(22)1：37～40
78 孙效功．黄河三角洲发育演变模式及泥沙冲淤规律研究．青岛海洋大学博士论文，1996．5
79 Agosta L. The essential guide to data warehousing. Prentice-Hall Inc. 2000.
2 戴塔根，邱冬生，鲍光淑，姚锐，谢文兵。地学数据模型及数据融合技术，中南工业大学学报，2001年6月，第33卷第3期，p221-223
3 马洪超，胡光道。地学数据融合技术综述，地质科技情报，1993年第18卷第1期，p97—101
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5 刘高焕，方红亮等．黄河三角洲可持续发展信息系统．地球信息，1998年12月，第3，4期，p46-51
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7 张彩云，杨作升．MapInfo在黄河口拦门沙研究中的应用．海岸工程，2002年3月，第21卷第1期，p1-5
8 陈述彭，鲁学军，周成虎。地理信息系统导论．第一版．北京：科学出版社，2000
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10 刘展，李津，杨作升，张勇。适于“数字海底”的GIS数据仓模型初探，西安石油大学学报(自然科学版)，2004年1月，第19卷第1期，77-82
11 陈戈，方朝阳等．一个基于卫星遥感数据的海洋大气地理信息系统平台软件—MAGIS，中国海洋大学学报，2004年9月，第34卷第5期，p839-843
12 王钦军，薛林福。数据挖掘技术及其在地学中的应用，世界地质，2000年3月，第19卷，第3期，p235-239
13 邸凯昌著，空间数据发掘与知识发现，武汉：武汉大学出版社，2001 12
14 吴信才，地理信息系统的基本技术与发展动态，地球科学，1998．7
15 李军，周成虎。地球空间数据元数据标准初探，地理科学进展，1998年12月
16 张立，龚健雅。地理空间元数据管理的研究与实现，武汉测绘科技大学学报，2000年4月，Vol 1．25 No．2
17 王继成。基于元数据的web信息检索技术研究，南京大学博士学位论文，2000．
18 沈体雁，程承旗。地理元数据技术系统的设计于实现，武汉测绘科技大学学报，1999
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20 张立，龚健雅。地理空间元数据管理的研究和实现，武汉测绘科技大学学报，2000年
21 中国21世纪议程管理中心，1999．蒋景瞳、刘若梅等，国际元数据标准的发展和研究现状，科学出版社
22 中国21世纪议程管理中心，1999．中国可持续发展信息共享元数据标准．
23 范大凯。地理空间元数据技术系统研究与应用，华东师范大学硕士学位论文，2002年
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25 齐小玲。上海地理信息元数据系统软件的开发，华东师范大学硕士学位论文，2004年
26 王珊。数据仓库技术与联机分析处理北京：科学出版社，1999年
27 张维明。数据仓库原理与应用，北京：电子工业出版社，2002年
28 萨师煊，王珊。数据库系统概论(第三版)，高等教育出版社，2000年
29 W．H．Inmon。数据仓库[M]．机械工业出版社，2000年
30 张云涛，龚玲。数据挖掘技术原理与技术，电子工业出版社，2004年
31 郭萌，王钰。数据挖掘与数据库知识发现：综述，模式识别与人工智能，第11卷第3期
32 陆伟，吴朝晖。知识发现方法的比较研究，计算机科学2000年，Vol．27No．3
33 刘明吉，王秀峰，黄亚楼。数据挖掘中的数据预处理，计算机科学，2000年 Vol．17No4
34 董海军。多期水深测量数据拟合处理及冲淤分析计算，水道港口，2000年12月30日，第4期46-48
35 林晓彤，杜树杰，李巍然。东海外缘碎屑矿物的物源解释——基于BP神经网络的判识分区，，海洋科学，2003年，第27卷第11期：75-80
36 包约翰[美]。自适应模式识别与神经网络，北京，科学出版社，1992，p192-210
37 孙效功，王硕儒。人工神经网络在地质学判别分析中的应用，青岛海洋大学学报，1994年4月，第24卷第2期，p256-262
38 陈守余，周梅春．数据开采的BP神经网络方法及其应用，地球科学——中国地质大学学报，1998年3月，第23卷第2期：183-187
39 闫志忠，刘金英．改进的BP神经网络在流域产沙量预测中的应用，世界地质，2002年9月，第3期：266—270
40 孙效功，冯天谨，陈佐林。双层BP人工神经网络连接权值的性质，青岛海洋大学学报，1994年12月，专辑，p29-33
41 张友水，冯学智，阮仁宗，麻土华。Kohonen神经网络在遥感影像分类中的应用研究，遥感学报，2004年3月，第8卷第2期，p178-184
42 毛克彪，覃志豪，张万昌。一个基于SOFM网络模型的遥感图像分类方法，遥感技术与应用，2003年12月，第18卷第6期，p399-403
43 林宗坚，刘少创，自组织特征映射神经网络在彩色地图自动分层中的应用，武汉测绘科技大学学报，1994年6月，第19卷第2期，p108-112
44 傅立。灰色系统理论及应用，科技文献出版社，1992年
45 杨春成。空间数据挖掘中聚类分析算法的研究，解放军信息工程大学博士论文，2004年10月
46 黄嘉佑。气象统计分析与预报方法(第二版)，北京气象出版社，2000年3月。
47 张礼平，柯怡明，胡江林，刘利平．SVD方法在场分析和预测中的应用，热带气象学报，2002年8月，第18卷第3期，p237-244
48 薛志华．SVD方法及其在气象中的应用，内蒙古气象，1999年第2期，p7-12
49 郭艳君，翟盘茂，贺敬安．OLR资料在ENSO监测中的应用，热带气象学报，2003年2月，第19卷第2期，p102-106
50 张礼平，柯怡明，王康康。SVD方法在场的定量预测中的应用，热带气象学报，2004年8月，第20卷第4期，p383-390
51 芮小平。空间信息可视化关键技术研究——以2.5维、三维、多维可视化为例，中科院博士论文，2004年
52 翟巍。三维GIS中大规模场景数据获取、组织及调度方法的研究与实现，大连理工大学博士论文，2003年4月
53 唐泽圣等。三维数据场可视化，北京：清华大学出版社，1999
54 孙效功，杨作升．利用输沙量预测现代黄河三角洲的面积增长．海洋与湖沼，1995年1月，第26卷第1期，p76-82
55 孙效功，杨作升等．不等时距的灰色模型GM(1，1)——建模方法及其在黄河河道长度预测中的应用．青岛海洋大学学报，1994年12月，专辑，p45-50
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58 汤海滨编著．SQL Server数据库开发技术．第一版．北京：科学出版社，2000
59 赵增敏，朱粹丹编著．SQL Server 2000实用教程．第一版．北京：电子工业出版社，2002
60 承继成，林珲，周成虎等．数字地球导论．第一版．北京：科学出版社，2000
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62 修文群，池天河．城市地理信息系统．第一版．北京：北京希望电子出版社，1999．6
63 邬伦，刘瑜，张晶．地理信息系统—原理、方法和应用．第一版．北京：科学出版社，2001
64 黄杏元，汤勤．地理信息系统概论．北京：高等教育出版社，1989
65 张超、陈丙咸、邬伦主编．地理信息系统．北京：高等教育出版社，1995
66 边馥苓等．地理信息系统原理和方法．北京：测绘出版社
67 木林森工作室．Visual Basic 6.0中文版入门与技巧．北京：清华大学出版社，1999
68 马蔼乃．遥感信息模型．北京：北京大学出版社，1997
69 张海藩．软件工程导论．第三版．北京：清华大学出版社，1998
70 严蔚敏，吴伟民．数据结构．第二版．北京：清华大学出版社，1992．6
71 萨师煊，王珊．数据库概论．第一版．北京：高等教育出版社，1989
72 林敏基．海洋与海岸带遥感应用．第一版．北京：海洋出版社，1991．12
73 胜利油田管理局，青岛海洋大学编组．埕岛油田勘探开发环境．青岛：青岛海洋大学出版社，1993
74 戴勤奋，李广雪等．胜利埕岛油田海洋工程环境地理信息系统．海洋地质与第四纪地质，第18卷第3期，1998，119-122
75 张鹰，王义刚．遥感水下地形成图技术．海洋工程．VOL18，N03，2000，88-91
76 赵冬至，赵玲，张丰收．GIS在海湾陆源污染物总量控制中的应用．遥感技术与应用．2000(15)1：63～67
77 杨鸿奋，莫少东，黎绍发．基于构件技术的INTERNET地理信息系统的设计方法．暨南大学学报．2001(22)1：37～40
78 孙效功．黄河三角洲发育演变模式及泥沙冲淤规律研究．青岛海洋大学博士论文，1996．5
79 Agosta L. The essential guide to data warehousing. Prentice-Hall Inc. 2000.