基于GIS的南海环境管理信息系统的研究论文.doc

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技术的不断发展和人们对地理信息系统(gis)的需求，利用internet在web上发布和出版空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能，已经成为gis发展的一个新趋势。而传统单机模式的gis系统已很难满足信息时代多用户的需要，于是基于internet技术的地理信息系统webgis就开始起步了。webgis是互联网与地理信息系统的结合，它使用户不必买昂贵的gis软件，而直接通过web获取gis数据和使用gis功能，满足不同层次用户对gis数据的使用要求。webgis具有以下优点: (1)全球化的客户/服务器网络系统。webgis应用客户/服务器概念来执行gis任务，它把任务分为服务器端和客户端两部分，客户可以从服务器请求数据、分析工具和模块，服务器或者执行客户的请求并把结果通过网络送回给客户，或者把数据和分析工具发送给客户供客户端使用。 (2)真正的信息共享webgis通过通用的浏览器进行信息发布，使得不仅是专业人员，而且普通用户也能方便地获取所需信息。此外，web服务正在渗入千家万户，在全球范围内任意一个www站点的internet用户都可以获得webgis服务器提供的服务，真正实现了gis的大众化和高度共享。 (3)跨平台支持webgis可以访问不同的平台，而不必关心用户运行的操作系统。只要能访问internet，用户就可以访问和使用webgis (4)分布式系统webgis利用internet分布式特点把gis数据和分析工具部署在网络不同的计算机上，用户不需要在自己的本地计算机上安装gis数据和应用程序，只要把请求发送到服务器，服务器就会把数据和分析工具传送给用户。1.1.2 gis发展技术阶段按gis技术的应用不同程度，分为以下几个阶段: (1)初级阶段。实验室gis研究开发阶段，以工程项目研究为主要特征，包括初期的gis软件开发及相关的gis应用方法研究，在这个阶段以完成的gis软件的算法研究、软件开发实践和大量的gis应用教学为主。这个阶段的中心是用gis技术完成特殊的gis应用工程项目。 (2)中级阶段。企业级的gis应用阶段，以企业空间信息管理为目标，包括通用的国产化gis软件的生产，即从系统软件的角度出发，对gis软件进行了深入的开发，从而形成gis软件产业。我们目前正处于这个阶段。本阶段的中心是信息共享，以达到地理信息为管理科学化服务，因此它强调的是信息的应用广度和使用效率。 (3)高级阶段。gis作为社会信息的载体，以大众需求的信息为服务对象，其中心是社会性信息服务，即internet gis或者web gis，此时gis作为一种工具而被广泛的应用，gis数据也作为一种普遍被人熟悉使用的信息而在社会管理中发挥其较大的作用。 那么，中国gis如何发展以及其产业形成的切入点在哪里?中国gis的发展，正处于第二、第三阶段之间，要将gis真正形成产业，被社会企业界接受而达到广泛应用，专家提出了目前急需开展的工作是gis的数据标准，它是实现各行业gis信息共享的基础。 李德仁教授指出，目前gis市场中进口gis软件占主导地位，要改变状况，一方面要加强国产化软件开发;另一方面，要树立以空间数据为核心的观念，要形成产业，要制定 gis标准。gis专家指出了目前gis发展方向应该是以数据为中心，这也标志着gis应用己进入企业级的应用阶段，即不是一个演示系统，而是一个实用化的业务运行系统。1.1.3 gis在海洋环境管理信息系统中的应用对比我国海洋gis实践，其应用水平处于第一阶段与第二阶段之间，相对比较落后。由于海洋信息的动态变化和特殊的三维信息的要求，因此就海洋信息处理而言，它需要更为强大的gis技术支持。主要表现在传统的二维gis软件，一般只应用在海洋资源规划与管理方面，而在海洋信息的处理方面，由于需要三维、四维的数据格式来支持，如海洋水动力环境分析等，以实现对空间数据的有效管理和分析，通用的gis软件有点显得力不从心，需要不断开发应用。 (1)海洋环境、水文、地质、矿藏、灾害预测 gis在环境保护，水文、地质分析，矿山管理和灾害预测和分析方面有广泛的应用，主要有以下方面:环境的规划、评估、监测研究;水体、大气质量污染检测与扩散评估;危险物扩散的紧急反应;生态区域分析;地下水保护;水源保护;水质分析;表达复杂的三维地质构造形态;岩石内部结构;矿山的三维表示和地理信息管理;地质灾害管理:(地震、滑坡、塌陷等):防汛防旱。(2)海洋资料的科学管理及其共享 海洋资料是海洋调查、观测的初步成果，它反映了海洋要素的空间分布和时间变化，是海洋规划、开发利用、环境保护与预报和科学管理的依据。获取海洋数据的常规手段是船舶、海洋站、海上浮标。新的手段与方法，包括空中观测技术与水下观测技术，结合常规方法构成了海洋调查与监测的立体观测网。潜标系统的改进、海洋调查船装备的现代化、卫片与航片分辨率的提高，即海洋立体观测网的完善，给海洋学家们提供了高精度的大范围的实时数据。这些资料数据量大，其处理、编目存档等要花费大量的人力物力，这给海洋资料的科学管理提出了更高的要求。另外，目前资料分散、重复的现象比较严重，造成巨大浪费，海洋地理信息系统的建立则可以解决此问题2010(3)海域管理及海岸带区域研究 对占用海域的单位和个人，按使用功能的不同进行分类，如工业、农业、交通、旅游、矿产等信息资源，输入地理信息系统，合理安排，使海洋开发处于最佳状态。同时，海岸带是人类与海洋联系最紧密的地区，这一地带包括多种多样的物种、生产资源及复杂而特殊的生态系统，因此，维护海岸带生态平衡，保护海岸带资源成为海洋研究不可缺少的部分(4)海洋环境影响预测和综合评价采集海洋水文、气象等信息，动态监测海洋变化，预报灾害天气，减少海洋开发活动中的损失。采集河口、海上重要污染源分布信息，利用海洋环境功能区划成果和常规、应急监测数据，建立动态模型，实时监视海洋环境。gis具有极强的管理空间数据的能力，并利用空间数据进行空间分析，而环境影响综合评价的原始数据、预测数据和评价结果与地理区域的空间位置联系密切。这样。在进行环境影响综合评价时，应用gis进行综合分析和评价，可以将评价的基础数据和预测数据与空间数据相结合，得出不同方法所获得的分析和评价结果，并以数据库、图形、图表的方式保存，便于以后的分析与应用。此外，编制应用软件将gis与各种综合评价方法进行集成，设计环境影响综合评价应用软件，可以有目的地对各种评价结果进行空间分析，提高环境影响综合评价的处理速度和空间表现力，并按照不同的要求及时提供预测分析结果，在评价区域地图上对结果加以显示或打印输出。(5)海洋渔业 对各种渔业资源的种类、数量、分布，渔业水域的划分，养殖区的分布，渔船的数量、型号、分布等因子，进行数据采集、处理、存储、分析，可以全面地、直观地掌握渔业资源的管理现状，提高工作效率。水产养殖点选取对于水产养殖的成功与否至关重要，选取不当会带来许多严重问题，比如疾病，污染等。因此在养殖前，需要用可靠的数据和方法去分析水生环境，并对其进行科学的评估。同时，研究鱼类的分布对于建立鱼类种群的迁移模型和管理海洋渔业资源非常重要。gis可用于检测环境分布模式及其变化，可用于标识不同的地理种群并描述其主要分布，可用于提高采样方案的科学性，选择最佳捕捞地，划定海洋保护区等。(6)海洋环境信息的深度开发 gis技术的引进可应用于海洋环境信息的深度开发。在emis基础数据的处理中，基础数据的精度、格式和组织方式要满足gis+dbms的信息库构造以及gis的环境模型的要求，规范了数据的管理并使其适宜于深加工。随着技术的发展，gis正向着三维的“科学直观化”发展，进而引进第四维时间，从而可以产生四维的动画来显示、模拟复杂的环境过程。通过构造和改造环境模型，使之与gis紧密结合并应用于emis，真正做到把环境信息与环境管理紧密联系起来，加强了环境信息的开发深度。从而使emis功能产生质的飞跃，从偏重于信息管理到决策支w231.1.2国内外研究状况和发展趋势1.2.1国外研究状况1963年，加拿大测绘家r. t. tomlinson博士首先提出了地理信息系统这一术语，并且建立了世界上第一个gis一加拿大地理信息系统(cgis )，该系统建立的主要目的就是利用计算机进行森林分类和统计 20世纪70年代以后，由于计算机硬件、各种显示器和图形卡的发展增强了人机对话和高质量的图形显示功能，促进gis朝实用方向发展。一些发达国家先后建立了专业性的土地信息系统和地理信息系统。20世纪80年代是 gis普及和推广应用的阶段，美国及其它发达国家，已将该技术应用遍及环境保护、资源保护、灾害预测、投资评价、城市规划建设、政府管理等众多领域。利用gis技术对环境进行管理是当前国际上一个重要趋势地理信息系统的存在与研究发展已历经了30多年，综观其研究发展，尤其是北美地区的实际情况，可将其分为以下几个阶段(表1-1): 地理信息系统在海岸带和海洋开发方面的应用到80年代中期才受到重视。最初只是建立有关数据库，以便辅助海图的编制，如加拿大建成了由基准数据库、原始数据库、订正数据库、测量原图数据库和制图数据库组成的海洋测绘数据库系统;德国在计算机辅助资源信息系统(caris)基础上，建成由图形数据库和属性数据组成的海图数据库28-311;瑞典建立的海图数据库包括点要素数据库、水深图数据库和海岸数据库。这些数据库的功能主要是显示、应用数据库中某一部分数据，对海岸带和海洋开发来说，只能提供部分基础数据。近来，地理信息系统在海洋资源管理与环境评价方面的应用取得了一定进展。一些应用软件已用于岸线长度与海域面积的量算、海洋环境污染的监测与评价，结合遥感信息的处理自动绘制海面等温线图、海冰分布图、海洋水色图，以及辅助海洋渔业资源的管理与决策等。法国地理院曾利用地理信息系统技术，叠置分析现有的同一海域各单要素专题图(不同比例尺)，提取并合成综合性海图。美国和加拿大为解决fundy湾、maine湾和george滩(简称fmg)地区的海岸与海洋资源的协调管理问题，由地方政府机构和科研单位协作开发了一套区域地理信息系统，辅助政府及实业部门决策者进行区域规划和战略评估;美国太平洋海底环境实验室的海洋信息系统能够对海啸、厄尔尼诺等现象提供三维动态显示。美国国家海洋大气局(noaa)的海岸研究中心建立了“海洋规划与管理地理信息系统”和“地理规则信息系统(geo regulation gis) ，使开发人员能够在国家领海及国际海洋法允许的范围内选择开发空间，充分利用海洋资源，同时使该系统能够帮助解决海事争端。美国蒙特里湾生物研究协会(mbari )建立了基于arc/info平台的“蒙特里湾海洋地理信息系统”，该系统拥有航线数据、rov数据、noaa数据、海洋生物、海洋物理、海洋化学和部分试验室采样数据，具有输入、输出、图形显示和分析功能。美国在加利福尼亚湾地区也进行了海岸带地理信息系统的研究，取得了满意成果。加拿大开发了fmg地区的信息管理与制图系统，用于这一地区的资源与环境管理。此外，巴西、澳大利亚、日本等国在地理信息系统用于海岸与海洋开发管理方面也进行了大量试验研究工作。这些研究基本上是小规模或专题性应用，服务于大规模综合性的海岸与海洋开发管理的地理信息系统研究得比较少。 gis祸合环境模型就是将环境模型有机地结合到gis系统中，补充gis在直接解决复杂的环境问题、模拟复杂的、动态的环境变化过程中遇到的难题。即现有的gis软件缺乏解决复杂预测问题的能力和其它相关的分析能力，需要祸合其他具体的环境模型进行完善。国外在这方面有不少成功的例子，但早期的结合还很不够，大部分仅仅将gis作为环境模型的数据输入或输出结果的工具，即仅停留在两者结合的第一阶段水平。国内也开始重视这方面的工作，但就深度而言，还远远不够。制约二者结合的关键在于gis相对有限的分析空间数据的功能，以及环境模型分析方法与gis内嵌功能的通用性之间存在的矛盾 从20世纪90年代中期开始，人们在gis研究过程中逐渐重视在gis框架内建立空间过程数学模型。gis与环境模型结合得越来越亲密，并在环境管理信息系统(emis )中得于应用，推动了emis向带有“决策支持”和“专家”型的更高形式发展，从而提高环境管理的水平和层次软件平台webgis是当今的gis趋势，已成为各大厂商激烈竞争的焦点。由于通用web浏览器一般不支持矢量图形，而webgis很难离开矢量图形，故要实现webgis就需要提供一种技术方法，使浏览器支持矢量图形。就目前各gis软件商提供的解决方案来看，主要可以分为两条技术路线:客户端解决方案和服务器端解决方案。客户端方案通过在客户端加入插件(plug-in)或控件(activex).扩展web浏览器的功能，使得原本不支持矢量图形的浏览器支持矢量图形，并提供方法及属性来改变显示的状态，如mapguide, geomedia web map等。服务器端方案通过在服务器端提供相关应用程序，实现矢量图形向浏览器支持的图像格式(gif或jpeg)的转换，然后传送到客户端，如arcims4.0和mapxtreme等。 近年来，webgis应用作为一项产业得到了极大发展，大量的webgis产品不断涌现。从国外主流的webgis软件技术和产品来看，目前各方对于webgis软件研发所采用的技术路线、开发手段和产品原则上大体相同。在技术思路上基本集中于对空间数据模型、空间数据结构、空间数据传输协议、分布式体系结构、网络环境下空间信息的组织和管理等方面。在技术手段上都基于internet,采用web技术和多级b/s体系结构，如通用网关界面(common gatewayinterface，简称cgi )、服务器应用程序接口(serverapi), java、插件法(plug-in)以及activex技术等，或者综合使用几种技术。 目前国外各大gis厂商开发的webgis产品主要有mapinfo公司的mapinfoproserver, esri的internet mapserver(ims)、intergraph的geomedia webmap,autodesk的mapguide等，这些产品不仅数量多、功能强，而且更新和升级的周期很快，尤其是几大主流产品，一到两年左右就有一个新版本推出。1.2.2国内研究状况 中国的地理信息系统方面的工作开展相对较晚，但发展速度很快，进展也很大，其研究和应用逐渐形成行业，并向产业化方向发展。中国地理信息系统(gis )起步于20世纪80年代，首先由中国科学院地理研究所资源与环境信息国家重点实验室引进美国esri公司的arc/info地理信息系统软件，在三北防护林遥感与资源管理信息系统方面取得较好的应用成果。 在gis软件开发方面，北京大学遥感中心的承继成教授致力于gis技术的研究与推广，在他领导下的科研组于1988年前后成功地推出了自主版权的pursis地理信息系统工具软件，开拓了中国gis软件开发的先例。在其后的几年中，中国努力实现基础环境数据库的建设，开展了多领域的gis应用研究和软件开发，执行gis和遥感(rs)联合科技攻关计划，强调gis的实用化、集成化、工程化和生产化，推进国产软件系统的实用化， rs, gis和gps一体化，为国民经济重大问题提供分析和决策依据1996年，国家政策导向于支持国产化gis软件开发，在“九五”国家重中之重科技攻关项目“遥感、地理信息系统、全球定位系统技术综合应用研究”中专门设立“地理信息系统基础软件的开发和商品化”课题、重点支持国内gis软件开发单位，并每年进行严格的软件测评。目前geo-union(北大)、mapgis(地质大学)、geostar(武汉大学)、citystar(北大)、supermap(地理所)、geobeans(遥感所)等几家软件已得到了国内用户的认可，并已在国民经济发展领域中开展了gis应用。 在gis软件应用方面，1977年诞生了第一张由计算机输出的全要素地图。80年代后，我国gis全面进入试验阶段，1985年成立国家资源与环境信息系统实验室。“七五”开始后，gis在各方面应用取得很大进展，尤其是近几年更是大大缩短了与先进国家的差距。在典型试验中主要研究数据规范和标准、空间数据库、数据处理和分析算法及应用软件的开发等。在专题试验和研究方面，建成了国家基础地理信息系统、全国资源和环境信息系统、区域性信息系统以及专题研究试验，我国的一些城市如北京、上海在城市管理与规划中己采用了gis技术。这些研究基本上是小规模或专题性应用，服务于大规模综合性的海岸与海洋开发管理的地理信息系统研究得比较少 我国海洋测绘部门近几年开展了地理信息系统的应用研究，建立了我国自己的海图自动制图系统，以及大陆岸线与海岛数据库。我国国家海洋局1997年建立了国家海洋信息系统(nmis )。同年河海大学建立了基于map info平台的“江苏海岛资源环境信息系统”。1990年我国建立了海洋策略数据库。目前，我国己建成1:500000, 1:250000矢量海图数据库，沿海1:250000栅格海图数据库基本完成，其他比例尺的矢量和栅格数据库正在建设中。同时，海水温度、盐度、声场、控制点、助航物、岸线、岛屿、地名、航海资料等专题数据库己全面展开建库工作。国家海洋信息中心也准备建立海洋遥感信息系统。此外，有的区域性信息系统中涉及到海岸带开发。在一些海洋专题信息管理、环境保护管理的应用研究未得到进一步的深入，主要的海洋管理部门仍未广泛使用这一新技术，针对海区的系统的、数字化的海洋环境地理信息库尚未完整建立，如南海区就尚未建立自己的专题环境管理信息系统。 在推出新一代因特网(internet 11)之后，我国在最近几年也紧跟世界潮流，开始了webgis信息化建设的尝试。在信息社会里谁占领了信息产业的制高点，谁就能取得经济、军事、政治的优势地位，谁就能走在世界的前列54。2001年3月5日在第九届全国人民代表大会第四次会议上，我国发布的关于国民经济和社会发展第十个五年计划纲要的报告中，也明确提出要加快国民经济和社会信息化的步伐作为“数字地球”的关键技术。我国webgis发展时间短，但势头比较猛，对我国未来的信息化建设，尤其是空间信息化建设有积极的意义。目前国内的几大公司都竞相研制webgis产品。已开发出的产品，主要以武汉中地信息工程有限公司的mapgis、北京中遥地网信息技术有限公司的geobeans、北京超图地理信息技术有限公司的supermap is、武汉吉奥信息工程技术有限公司的geosurf等较有代表性1.2.3 gis在海洋领域未来的发展方向 美国前副总统戈尔曾提出“数字地球”战略，我国的“21世纪议程”和“数字城市”工程均包括地理信息系统方面的内容。地理信息科学的主要内容与“数字地球”系统是一致的571。而地理信息科学与地球信息科学也是紧密相关的。卫星遥感、全球定位系统、地理信息系统、数字光缆通讯等现代信息技术的发展以及“信息高速公路”与“数字地球”等发展成果的推动对地球信息科学的产生起到了极大的促进作用。这些都说明:地球信息科学将对全球性问题与可持续发展研究提供新的理论依据与技术方法的支持从应用角度看gis未来的发展方向 近年来，gis技术在我国愈发得到重视，由于全球环境变化研究及海洋资源和环境管理的需求，其应用从传统的城市规划、土地利用、测绘、环境保护、电力、电信、减灾防灾等陆地领域，逐步渗透到海洋资源调查与管理、矿产资源调查等方面。众所周知，21世纪是海洋的世纪，开发海洋资源、保护海洋环境和维护海洋权益已引起世界各沿海国家的广泛关注和高度重视。“数字海洋”是“数字地球”必不可少的重要组成部分。海洋为gis的发展提供了广阔的发展空间，是gis发挥优势、施展才华的地方。将gis技术引进海洋领域，使海洋信息数据的建库和管理向科学化、可视化、便捷化方向发展，实现海洋信息数据的自动化成图和成果资料的网络发布、共享，符合未来“数字地球”、“数字海洋”的发展趋势从技术角度看未来gis的发展方向 根据地理信息系统存在的问题和现代信息社会的特征，如何获取海量数据并进行集成和分析，在不同系统中操作并获取所需的数据信息变得异常重要。专家预测，未来的地理信息系统将向着数据标准化(interoperable gis )、空间多维化(3d&4d gis )、结构部件化(component gis )、民用微型化(distributed gis ).系统智能化(cyber gis )、平台网络化(web gis )、应用社会化(digital earth)等方面发展。各种新的it技术为gis的发展提供了新的机遇，可以对gis的体系结构(如组件化)、应用方式(如web)带来革命性的变化。当然，充分利用这些技术，将它们与gis技术有机结合还需要做大量的工作。具体技术包括:开放式gis、时态gis、面向对象技术、gis集成技术(3s集成、与cad, internet,mis、多媒体/动画、虚拟现实、专家系统、神经网络等技术集成)(1)数据标准化的互操作(interoperable) gis地理数据的继承与共享、地理操作的分布与共享、gis的社会化和大众化等客观需求使得尽可能降低采集、处理地理数据的成本，实现地理数据的共享和互操作成为共识。互操作gis ( interoperable gis)的出现就是为了解决传统gis开发方式带来的数据语义表达上不可调和的矛盾，这是一个新的gis系统集成平台，它实现了在异构环境下多个gis或其应用系统之间的互相通信和协作，可以完成某一特定任务。这一过程对于实现语言、执行环境和建立模型是透明的。(2)空间多维化的3d和4dgis gis处理的空间数据，从本质上说是三维连续分布的;另一方面，gis所描述的地理对象往往具有时间属性，即时态。因此，如何设计并运用3d和4dgis来描述、处理地理对象的空间和时态特征也是一个重要的研究领域。涉及的关键技术是:3d&4d的建模技术，数据模型的研究，海量数据的存贮、管理、访问、显示，空间索引技术，三维显示技术与科学计算可视化技术的集成，面向对象的空间数据库的研究，面向对象的空间数据库与三维实时显示技术的集成。(3)结构部件化的组件式gis (component gis ) component gis的基本思想是把gis的功能模块划分为多个控件，每个控件完成不同的功能。各个gis控件之间，以及gis控件与其它非gis控件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的gis应用。控件如同一堆各式各样的积木，它们分别实现不同的功能(包括gis和非gis功能)，根据需要把实现各种功能的“积木”搭建起来，构成地理信息系统基础平台和应用系统。组件软件为gis最终用户提供了方便的二次开发手段，因此componentgis将在很大程度上推动gis软件的系统集成化和应用大众化，同时也很好地适应了网络技术的发展，是一种web gis的解决方案。(4)民用微型化(distributed gis ) 移动电话gis (wag gis)就是民用微型化的典型例子。随着通信技术的发展，移动电话上网已成为现实，移动电话与掌上电脑集成构成一个小型“移动办公室”，人们使用移动电话在网上查询资料，收发邮件等。因此使用移动电话在网上查询与空间位置有关的信息(如旅游地图、交通线路)的时代将很快到来。很多厂商已在能运行windows ce的掌上电脑上开始研制gis，可以预计移动电话gis年代即将到来。(5)平台网络化的互联网gzs (web gis )飞速发展的internet/intranet已经成为gis新的系统平台。利用internet技术在web上发布空间数据供用户浏览web gis站点中的空间数据。制作专题图、进行各种空间检索和空间分析，这就是基于www的地理信息系统(web gis) internet/intranet标准具有分布式应用体系结构，它可以被看作是由多主机、多数据库与多台终端通过internet/intranet组成的网络，其网络client端为gis功能层和数据管理层，用以获得信息和各种应用，网络server端为数据维护层，提供数据信息和系统服务。(6)应用社会化的数字地球(digital earth)数字地球一词近来风靡全球。从哲学上说，数字地球是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现与认识。从技术上说，是它在全球范围内建立的一个以空间为主线，将信息组织起来的复杂系统，也就是全球范围的以地理位置及其相互关系为基础而组成的信息框架，并在该框架内嵌人我们所能获得的信息的总称。作为新的凝聚全人类梦想的目标，数字地球提供了一种前所未有的认识地球的方式，它将对人类与自然的协调和平衡带来不可估量的推进作用基于gis的南海环境管理信息系统的研究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南海海洋环境监测与管理系统 南海海洋污染数据既包括各种污染物排放的数量，还包括污染源的地理位置数据，因为同样的污染物排放量，由于其所在地理位置不同，在不同海洋条件影响下，其污染程度与范围将有所不同。这也是所有海洋污染源的空间特性。这一特性决定了海洋污染源监测和污染物排放总量控制适宜于采用定量与空间分析相结合的gis技术。海洋污染物监测与排放总量控制不仅要进行污染源的定量分析，如计算排放量大小，而且要进行空间分析，如计算排放量与环境浓度关系e2 o gis将以数据表示的空间分布，数字和图形融为一体，支持数字思维与空间思维同时进行，因而比传统的地图分析和仅仅对统计数据的定量分析方法有质的改进。定量分析、空间分析和系统分析相结合的海洋污染监测和排放总量控制系统是实现海洋环境科学管理和决策的关键。南海海洋环境地理信息系统 南海海洋环境地理信息系统应该是一个空间型信息系统，具有控制管理功能，输入、输出功能，空间分析功能以及多信息支持下的辅助决策与模拟功能。具体功能应包括信息录入、信息查询、属性数据统计分析、空间数据分析和决策支持等几个部分。其中信息录入包括属性数据、空间(地图)信息、图像信息和其他多媒体信息的录入。信息查询是将属性信息、地图信息、图像信息和其他多媒体信息结合起来，包括由文查图和由图查文两个方面，其中由文查图是指按文字形式输入查询条件，系统以特定颜色将满足条件的空间信息及其他相关信息显示出来;由图查文是指取空间信息，系统将以亮色把与之相关的属性信息显示出来。统计分析功能将按要求生成各种统计报表并以统计图表的方式显示查询结果。空间数据分析是进行图形之间的复合运算，研究污染程度和其他环境要素的关系，为海洋环境管理提供科学依据。南海海洋环境管理决策支持系统南海海洋环境管理决策支持系统能够为各级环境保护管理决策部门提供基于gis和模型方法的海洋环境回顾分析、现状评价、影响预测和环境规划等方面的决策支持，通用海洋环境管理决策支持系统还提供基本空间数据管理、模型管理和对公共数据调用的框架，为用户二次开发提供一个开放环境。南海海洋环境管理决策支持系统的最终用户是南海分局环保处、南海环境监测中心以及下属各级海区环保部门的管理决策层。他们所关心的问题不局限于某一侧面，而是具有综合性特点。例如，海洋环境问题与地方政府的经济发展策略的关系、污染源和环境质量的关系、污染物排放、海洋环境质量与国家和地方有关法规和标准的比较、区域性宏观污染控制策略等。为此需要在gis系统提供的数据管理、指令功能、图形界面和应用开发工具的环境下，实现对空间数据库、内部属性库和外部公共数据库的管理、连接的操作、模型的管理和计算、用户选择、情景分析、事件处理和决策输出等功能。所以决策支持功能应该在模型知识库的支持下，进行以各专业领域问题为驱动的决策模拟应用，包括海洋环境规划、海洋环境评价、海洋环境动态监测、海洋环境预警等功能。2.1.2藕合南海海洋环境模型需求 海洋环境模型是进行环境评价、环境预测和环境决策支持的强有力的工具，也是环境科学研究领域中比较成熟的一个领域。目前以及将来南海海洋所应用的海洋环境模型需要对各种海洋环境问题和各种明显具有空间分布的海洋环境要素的运动和互相作用过程进行较为准确的描述、精练的算法。但这些模型一般缺少足够灵活的类似gis的空间分析环境，而在解决海洋环境问题，模型的空间表达非常重要，因而难以被缺少足够专业知识的用户所接受，在操作空间数据尤其是显示结果方面比较困难，特别是难于得到良好的视觉效果。gis可以为环境模型提供一整套基于gis逻辑原理的空间操作规范，用于反应具有空间特性的环境模型研究对象的移动、扩散、动态变化和相互作用。但目前gis技术在直接解决复杂的环境问题、模拟复杂的、动态的环境变化过程，遇到了难题。即现有的gis软件缺乏解决复杂预测问题的能力和其它相关的分析能力。环境模型在这方面可以较为简洁地处理，使gis避免算法的困扰，从而充分发挥空间数据管理、分析和显示的能力。gis和环境分析模型在功能上是互补的，两者的结合能使双方的功能变得更加强大。因此，南海环境管理信息系统将考虑gis与环境模型的深入结合上，环境模型与gis结合将产生新形式的环境模型，在解决具体环境问题和进行环境管理、规划和决策支持过程中可发挥其作用。而南海海洋环境模型目前在应用的主要有海洋环境质量评价模型、海洋水动力模型、沉积物扩散模型、各类污染物扩散模型、赤潮预报模型、溢油扩散模型、海洋环境生态模型、化学污染物水物理迁移自净容量模型、氮、磷营养盐海洋环境容量模型等。2.1.3南海海洋公开化环境信息共享需求 在强调信息的社会化应用的同时，注重于数据可重用性的技术、标准及法规等保障条件，目标是以一种简便的、规范的数据利用途径，向用户提供广泛的数据服务，并努力消除数据开发过程中的诸如重复工作等浪费现象。南海海洋环境信息共享是南海海洋管理信息系统建设过程中所应强调和应追求的，而gis在地理信息的规范化和标准化方面走在了前列。基于gis的南海海洋环境管理信息系统将在信息的规范化和标准化构造起示范作用。随着公众海洋环境意识的逐步提高，海洋环境知情权逐步为公众和法律所认可，即在日益强调环境信息公开和环境管理应加强公众和企业参与的情景下，emis引进gis这种直观、形象的技术将可以强烈吸引公众，促进公众了解自己所置身的海洋环境质量情况和了解海洋环境问题的根源所在，并最终参与到南海海洋环境管理活动中来。现在，随着互联网的逐步完善和提速，借助internet和webgis技术，以及新的emis建设策略，人们可以将环境信息飞快地传递，也