基于GIS的长江口及邻近海域环境时空多维分析

论文摘要

陆海相互作用是“全球变化”背景下的国际研究热点,而大型河口及其邻近海域是实施这一研究最为重要的场所。河口--近海系统作为地球四大圈层（水圈、生物圈、岩石圈、气圈）的交汇地带,其陆海相互作用最为活跃、生态环境脆弱、演变机制复杂、科学内涵丰富。河流入海物质通过复杂的河口界面过程来影响河口—近海环境的变化,而沉积动力过程和生物地球化学过程及其耦合作用是探明河口界面过程的钥匙。因河口环境具有动态变化特点,而且其环境总是处于不断变化的时空之中,因此研究河口及其邻近海域环境动态也必须同时考虑时间和空间这两个方面,对环境动态进行时空一体化研究是河口及其邻近海域环境研究的必然趋势。对河口及其邻近海域环境进行时空分析,可以在时间和空间上把握环境要素的分布与变化情况,发现环境要素的变化规律,同时也可为政府提供重要决策信息。长江河口及其近海系统具有鲜明的区域特色,突出表现在:淤泥质河口海岸、高浑浊度水体和宽浅的陆架。为此,选择长江河口及近岸海域,深入系统地研究入海物质通量变异背景下河口及邻近海域的沉积动力过程、生物地球化学过程及其海岸带环境效应,不仅将为我国海岸带和流域开发之重大工程决策、海岸带资源利用和环境保护提供科学依据,而且将极大地丰富和发展全球陆海相互作用研究的理论体系。多维数据库（Multi Dimensional Database,MDD）是在数据仓库的应用中发展起来的,多维数据库可以简单地理解为:将数据存放在一个n维数组中,而不是像关系数据库那样以记录的形式存放。多维数据模型能使数据建模更加简单,因为开发人员能够方便地用它来描述出复杂的现实世界结构,而不必忽略现实世界的问题,或把问题强行表现成技术上能够处理的形态,而且多维数据模型使执行复杂处理的时间大大缩短。与关系数据库相比,多维数据库的优势在于可以提高数据处理速度,加快反应时间,提高查询效率。河口及其邻近海域的环境数据具有多维性,即时间、空间（经度、纬度、深度）等维度,各种环境测量数据则为各个维度交点的度量值,因此适合用多维数据结构进行建模及存储。同时多维数据结构可以方便地进行各种地学分析,如按平面、断面进行切片可以得到地学研究中经常使用的平面图、断面图等。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。GIS作为处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策工具,以其出色的数据集成和空间数据处理及可视化表现能力,为我们管理和分析各种资料提供了一种有效的手段。本文将GIS技术和多维数据库技术引入到长江口及邻近海域环境研究中,提出了长江口及邻近海域海洋环境的时空多维数据模型,研究了海洋环境数据进行时空分析的方法;根据时空多维分析方法及模式,对长江口及邻近海域部分主题的环境数据进行了时空分析,研究分析了悬浮体、营养盐、长江入河口水沙等主题的时空分布规律;探讨了时空多维数据的共享与发布技术,并基于WebGIS技术实现了长江口环境时空多维数据的共享与发布。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 河口及其邻近海域环境时空分析研究现状
• 1.2.2 多维数据库在资源环境领域的应用现状
• 1.2.3 GIS 空间数据系统研究现状
• 1.2.4 基于GIS 的河口及其邻近海域海洋环境研究现状
• 1.3 研究目标、内容及技术路线
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 研究技术路线
• 1.4 本章小结
• 2 长江口环境时空多维数据模型
• 2.1 长江口及邻近海域环境数据现状及特征
• 2.2 时空多维数据模型
• 2.2.1 多维数据模型概述
• 2.2.2 多维数据模型的特点
• 2.2.3 多维数据模型基本结构
• 2.2.4 多维数据模型的分析
• 2.2.5 时空四维数据模型
• 2.3 长江口及邻近海域环境时空多维数据建模
• 2.3.1 维度建模
• 2.3.2 面向主题的多维立方体建模
• 2.4 本章小结
• 3 长江口及邻近海域环境数据的时空多维分析
• 3.1 数据来源及分析方法
• 3.1.1 数据来源
• 3.1.2 时空分析方法
• 3.1.3 长江口海洋环境数据时空分析步骤
• 3.2 长江口及邻近海域悬浮体时空分析
• 3.2.1 悬浮体浓度的平面分布
• 3.2.2 悬浮体浓度的断面分布
• 3.2.3 悬浮体浓度和浊度的对比分析
• 3.3 长江口及邻近海域营养盐分布时空分析
• 3.3.1 营养盐平面分布特征
• 3.3.2 营养盐断面分布特征
• 3.4 长江进入河口的水沙时空分析
• 3.4.1 蓄水期间长江进入河口的水沙
• 3.4.2 蓄水后长江进入河口的水沙
• 3.4.3 蓄水对长江进入河口水沙时间的影响
• 3.4.4 小结
• 3.5 本章小结
• 4 基于WEBGIS 的长江口环境时空多维数据的共享与发布
• 4.1 关键技术研究
• 4.1.1 WebGIS 的构建模式
• 4.1.2 实现平台ArcIMS
• 4.2 系统体系结构
• 4.2.1 系统层次结构
• 4.2.2 系统软件体系结构
• 4.2.3 系统硬件体系结构
• 4.3 长江口环境时空多维数据共享解决方案
• 4.3.1 GIS 空间数据的共享
• 4.3.2 时空多维数据的共享
• 4.4 基于WEBGIS 的长江口空间数据发布
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的学术论文