地理信息技术在海岸带资源环境管理中的应用

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1、台湾海峡TA I W A N S T R A I T第 22 卷 第 1 期2003 年 2 月Vol . 22 , No . 1Feb. , 2003J O U R N AL O F O C EA N O G R A P H Y I N地理信息技术在海岸带资源环境管理中的应用黄金良 ,洪华生 ,张珞平 ,张玉珍(厦门大学海洋环境科学教育部重点实验室 、环境科学研究中心 ,福建 厦门 361005)摘要 :概述了海岸带资源环境的特点及存在的环境问题 ,分析了地理信息技术及其在海岸带资源环境管理方面的功能和作用 ,报道了地理信息技术的数据搜集 、数据管 理 、数据分析的强大功能在海岸带资源环境管

2、理的假设干应用 ,并以福建省和厦门市为例加以阐述.关键词 :地理信息技术 ;海岸带 ;资源环境 ;管理 ;应用中图分类号 : TP14文献标识码 :A文章编号 :100028160 (2003) 0120079206海洋是全球生命支持系统的一个根本组成局部 ,是一种有助于实现可持续开展的珍贵财富. 海岸带位于海陆交接地区 ,是人类与海洋联系最紧密的地区. 这一地带是人类活动最频繁 的区域 ,也是海洋生产力最高的区域 ,包括多种多样的物种和生产资源 ,以及复杂而特殊的生 态系统. 因此 ,维护海岸带生态平衡 ,保护海岸带资源与环境是海洋研究不可缺少的局部.近年来 ,对海洋研究的重点放在生物多样性

3、锐减 、海平面上升 、气候变暖 、厄尔尼诺现象等 海洋科学的几个前沿问题 ,海岸带区域的研究也成为海洋学的一个重要分支. 遥感 、地理信息 系统及全球定位系统等地理信息技术的结合 ,以及“数字海洋及其相关国家信息根底设施建 设的日趋完善 ,为海岸带资源环境管理的研究创造了有利条件.1 海岸带的资源环境特点及环境问题海岸带为从陆地边缘延伸到大陆架边缘的区域 ,在空间上指受陆地环境影响的海洋环境.1 . 1 海岸带的资源环境特点海岸带自然生态特征为 :1) 兼具海陆生态体系特征 ,受河流和大气输入的影响 ; 2) 受多种 物理 、化学 、生物 、地质过程制约的复杂动态系统 ; 3) 受全球气候变化

4、及自然灾害的影响 ,如海 平面上升 、热带风暴袭击 、赤潮 ; 4) 受人类活动影响 ,资源开发活动如渔业捕捞 、油气等能源开 发 、都市开展 、废物排放等 ,这些性质不相容的利用类型 ,往往会影响海岸地区生态体系的平 衡.海岸地区社会经济特点为 :1) 是人类生存 、居住的空间. 目前 ,世界有 50 %人口居住在海 陆交界 60 km 以内地区 ; 2) 是资源的宝库 ,外向型经济开展的前沿 ; 3) 是国有主权的海洋国 土.1 . 2 海岸带的环境问题海岸带环境问题从大的方面讲主要有三个方面 :一是近海环境污染加剧如富营养化等 ;二 收稿日期 :2002204202作者简介 :黄金良(

5、1975) ,男 ,博士生.是近海生态系统退化如生物多样性减少 、生物资源锐减 、渔业资源衰退 、珊瑚礁 、红树林生态系统受到破坏等 ;三是全球变暖可能带来的效应如海平面上升 、洪涝灾害等.由海岸带的资源环境特点及问题可知 ,人类与海岸带环境之间存在着紧密的联系. 人类 的大局部活动与海岸地区是息息相关的. 为了解决人口与资源环境问题 ,本世纪将成为海洋开 发利用的新世纪. 显然 ,高能量 、多资源 、多功能的海岸地区由于受到人类活动的冲击 ,将产生 一系列的环境问题 ,而且海岸带也很容易受到全球变迁的伤害 ,是生态系统较脆弱的地区.地理信息技术的功能地理信息技术是一种强有力的信息管理和分析工

6、具 ,空间信息的获得 、处理及分析等过程 往往离不开地理信息技术. 这里谈及的地理信息技术主要为 3“S, 即 : 地理信息系统 ( GIS , Geo grap hical Info r matio n System) 、遥感 ( RS , Remote Sensing) 、全球定位系统 ( GPS , Glo bal Po2 sitio ning System) . 其中 , GIS 是以地理空间数据库为根底 ,在计算机软硬件的支持下 ,对空间 相关数据进行采集 、管理 、操作 、分析和显示 ,并采用模型分析方法 ,适时提供多种空间和动态 信息 ,为地理研究和决策效劳而建立起来的计算机技术

7、系统1 . RS 与 GPS 是两种重要的空间 信息采集工具 ,是 GIS 的重要的数据源.地理信息技术具有数据搜集 、数据管理和数据分析等方面的强大功能. GIS 是整个系统的 核心 ,其最大的优点在于它对空间数据的操作功能 ,并使用户可视化地进行人机对话 ; RS 与 GPS 的结合实现了数据搜集的宏观性与精确性的统一 ,从而优化了 GIS 的数据需求2 . 地理 信息技术由于其强大的空间分析能力 ,因此成为空间决策必不可少的工具 ,尤其在环境管理方 面 ,随着环境压力的日益增大 ,地理信息技术的应用潜力将不断地扩大.由于人们对环境的重视以及环境危机的不断加剧 ,人们对环境的有效管理的要求

8、越来越 高 ,致使新的环境管理技术不断出现. 海岸带环境资源 ,既具有陆地信息的特点 ,又具有海洋资 源环境信息的特点为 :1) 因海水具有流动性而具动态流动性 ; 2) 直接获取数据难度大 ; 3) 变 化尺度多样性3 . 因此 ,海岸带资源与环境信息对 GPS 依赖性更强 ,与 RS 配合更为紧密. 由 于其兼顾陆地信息的复杂性和流体信息的独特性 ,对地理信息技术要求也更高.2地理信息技术在海岸带资源环境管理中的应用国际上 ,利用地理信息技术 ,对海岸带资源环境进行管理的深度与广度是随着地理信息技 术的开展而加强的. GIS 开展始于 20 世纪 60 年代 ,至 80 年代中后期才开始应

9、用于海岸带资 源与环境管理. 20 世纪 90 年代国际上利用 GIS ,结合 RS 建立海洋地理信息系统 ( M GIS) ,用 之于海岸带管理4 、海岸带海洋环境监测评价5 、海洋渔业管理6 等. 美国国家海洋大气局 ( NOAA) 根据美国国家地球物理数据中心建立海岸带模型 ,制订出海岸带管理方案 、海岸带污 染控制方案7 . GPS 是较新兴的高新技术 ,至 20 世纪 90 年代 ,才与 RS 结合 ,在海岸带海洋测 绘方面开始深入应用. RS 与 GPS 的结合 ,对海洋的管理和开发提供了新的技术手段. 如日本 利用美国的 NOAA29 气象卫星图像获得渔业信息 ,制成“人造卫星鱼

10、群海况图,利用这种方 法来监测海洋渔业的开展. 今后 ,随着 RS 技术的开展 ,存贮和传输海量数据的数据库技术及 网络功能的进一步完善以及 GIS 技术的提高 ,地理信息技术将在海岸带资源环境管理中有更3海岸带资源环境调查是海岸带资源环境规划管理如海域划界、海域功能区划 、海域使用规划以及各类专用规划如海岸带旅游资源的规划管理的前期工作等. 海岸带资源环境反映了海 洋要素的空间分布和时间变化 ,是海岸工程学科研究 、环境保护与预报以及海岸带科学管理的 依据8 . 传统的海岸带调查是通过地面和海上工作进行的 ,在资源获取 、信息处理等方面存在 着较大的局限性.随着卫星技术的开展 ,进入以数字式

11、测量为主体 、以计算机技术为支撑 、以 3“S技术为代 表的现代海洋测绘新阶段9 . 卫星遥感在大尺度的海岸带海洋的环境与资源要素的监测中具有无可比较的优越性. RS 为海岸带根底资料调查开辟了一条崭新的途径 ,它具有迅速 、同步 、重复和大面积测量的特点 ,很适宜于海岸带调查和动态监测. 尤其是在海洋污染监测方面 ,借助遥感影像处理软件如 Envy 、SeaDA S , 通过对遥感影像 ( 如 TM 、SPO T 、SeaWi FS) 分析 ,可对 海水中的叶绿素含量等进行分析 ,从而进行海洋污染分析和赤潮的预测.GPS 是环境数据搜集的一项重要技术 ,也成为控制测量 、海岸地形测量和海上定

12、位不可缺少的手段. 它能为 GIS 提供精确的测量数据 ,从而提高 GIS 系统的实用性. 迄今为止 ,对海 岸线的管理及其数据搜集受到了人们的广泛关注. 在海岸线管理中 ,尤其是在人口压力很大的 沙质海岸地区 ,由于人为的破坏和海水对海岸的冲刷作用都很大 ,对其进行有效的管理和维护就显得更加重要. 对大范围的沙质海岸系统的调查是很困难也很费时的事情 ,传统的航空像片 尽管对其他类型的海岸线的调查很实用 ,但对沙质海岸那么不能提供所需的实时性和可重复性. 随着数字相机的出现及数字摄影技术的开展 ,航空遥感进入了一个新的阶段. 杜景龙等 (2001) 利用彩红外数字相机拍摄到清晰的海岸线 ,再利

13、用 GPS 及相关软件进行校正 ,从而可实现对 沙质海岸的资源及环境的调查工作2 . 此外 , GPS 辅助测量能够提供精确位置的测量数据 ,这对工程来说十分重要 ,同时 GPS 输出的产品可以直接集成到 GIS 中.结合 RS ,利用 GIS 方法 ,通过数字地形模型 (D TM , digital terrain mo del) 及 GIS 的空间叠 置分析可大大地提高水下地形测量工作的效率和精度 , 并能更加科学有效地利用测量成果10.3 . 2数据管理随着观测水平的改良 ,海洋调查船装备的现代化 ,以及卫星像片与航空摄影像片分辨率的 提高 ,海岸带涉及高精度 、大范围的实时数据 ,这些

14、数据量大 ,更新周期短 ,这对数据资源的科 学有效管理提出更高要求. 由于海岸带资料归口于不同主管部门 ,在数据精度和数据格式上无 法统一标准 ,重复建设也很多 ,建立海岸带 GIS 可很好地解决这个问题. 它不仅可提高海岸带 数据使用率和工作效率 ,而且可改善海洋数据的管理模式11 .海洋信息数据动态变化及其观察信息分散分布等特点 ,需要网络系统来支持12 . 通过网 络形成海岸带信息共享 ,将是目前海洋 GIS 应用的一个重要方面 ,也是今后海洋信息管理的 趋势. 随着信息高速公路建设的不断完善和 Inter net 技术应用的普及 , 网络地理信息系统( W EB GIS) 将是海洋地理

15、信息系统 ( M GIS) 应用的重要内容. W EB GIS 是 Inter net 技术应用于GIS 开发的产物. GIS 通过 WWW 功能得以扩展 ,真正成为一种群众使用的工具. 它使全球范 围内的地理信息实现共享成为现实. GIS 与因特网 、数据库等技术的结合 开放式的地理信息系统 (Open GIS) 为海岸带各类资源尤其是空间数据的共享和信息效劳提供了良好的平台.尤其是在目前海岸带开发利用的大量实践中 ,随着海岸带综合管理 ( ICM , Integrated CoastalManagement) 概念的不断深入和实践的开展 , GIS 在海岸带管理中的应用已处于十分迫切的地位

16、. 目前可将 W EB GIS 应用于特定的海洋资源管理领域 ,如 :全国不同比例尺的海洋功能区 划 、海域划界信息 、海岸带资源的可持续开发 、海域使用规划 、渔业资源管理等方面.3 . 3 数据分析与决策由于低水平的重复调查和监测 ,数据无法共享 ,渔业资源和环境的破坏 ,以及缺乏为综合 管理效劳的技术支撑体系 、决策支持系统和灾害应急系统等一系列的问题 ,因此 , ICM 的实施难以有效地进行. 海洋资源与环境的问题急需建立综合的管理系统 ,而综合管理系统需要一个具有数字化 、网络化 、智能化 、可视化功能的技术支撑系统和信息效劳系统 ,为决策 、管理和应 急措施提供技术支撑.此外 ,利

17、用 GIS 的信息源丰富 ,分析功能强大等优点 ,可以对海岸带开发 、管理和工程建设进行辅助决策. 例如 ,利用缓冲区分析 ,可对港口的布局 、腹地范围与辐射影响进行分析 ;利 用路径分析 ,可进行沿海旅游资源的景点布置和路线设计 ; 利用叠置分析 ,对不同工程方案造 成的海岸河口冲淤量进行计算 、比照和直观显示等等8 .3 . 4 地理信息技术在福建省 、厦门市海岸带资源环境管理中的应用福建省海岸带长度位居全国第二 ,具有得天独厚的海岸带资源. 在福建省“九五方案和2021 年规划中 ,将“海洋大省作为重要的战略目标来抓. 随着福建沿海经济开展深度 、广度的 加强 ,海岸带资源过度开发 、资

18、源的利用冲突问题日趋严重 ,海岸带环境问题日益凸现.随着 2001 年“数字福建系统工程的开展 ,作为其核心技术的地理信息技术展现了其强大 的空间管理功能 ,为福建海岸带资源环境管理做出了奉献. 2001 年福建省完成了“福建省海域 功能区划管理信息系统. 该系统的建设以福建海域为应用示范区 ,对全省的海洋功能区划信息作为系统的地理实体对象 ,充分利用遥感 、地理信息系统等空间信息技术和计算机网络技 术 ,可实现福建省海洋功能区划信息的采集 、存贮 、检索 、分析 、交换和集成的功能 ,为海洋管理 部门和涉海部门及地方政府提供快速 、宏观的信息效劳 ,为合理的海洋开发和科学的海洋管理 提供高技

19、术手段和动态管理 . 该系统是“国家海洋功能区划管理信息系统的一个分中心建 设 ,同时也是“海域管理信息系统建设的一个重要组成局部 ,将纳入海域管理和信息系统建设的总体框架之中 ,为“数字海洋的总体建设提供给用示范系统和多源多分辨度的数据源. 此 外 ,借助 863 课题“海洋动力环境立体监测动态信息效劳集成示范系统,拟建立福建海域的海 洋水动力立体监测系统 ,以期为实现台湾海峡地区资源环境的可持续利用和社会经济的可持 续开展 、跟踪近海地区的生态环境变迁 ,并应用其为社会经济开展提供科学决策和技术效劳. 该工程目前正在进行之中. 它涉及到的地理信息技术 卫星遥感在大尺度的海岸带海洋的环境与资

20、源要素的监测中具有无可比较的优越性 ;空间定位技术尤其是差分法 GPS 系统是 保证海上采样 、导航的可进行精确定位的利器 ; GIS 那么具有强大的空间分析功能.厦门的区位优势在于临海 ,内联外延. 厦门的开展定位为国际性港口旅游城市. 海域对 于厦门经济开展来说 ,具有相当的重要性. 厦门海域拥有良好的港口空间资源 、旅游资源 ,丰 富的生物多样性 ,有国家级中华白海豚 、白鹭与文昌鱼自然保护区13 . 但随着人类活动的加剧 ,厦门海域尤其是西海域 ,网箱养殖的日益加剧 (如杏林马銮湾) ,各种污水的排海 ,出现了文昌鱼锐减 、中华白海豚出现频率降低 ,赤潮频繁出现 ,港道因网箱而受阻 ,

21、水质变差等 ,海岸带环境问题较为严重了. 因此 ,厦门市政府今年拨出 2 亿多元进行厦门西海域的综合整治. 厦门 地区在利用地理信息技术 ,为海岸带资源环境管理提供信息效劳和决策依据的工作开展较早 , 处于全国领先水平. 江毓武等 ( 1999) 利用桌面地理信息系统软件 Map Info 建立的“厦门海域 功能区划地理信息系统,现已成为厦门市政府对厦门海域进行有效管理 、决策的辅助工具 ,是现在厦门西海域综合整治的有效辅助工具. 此外 ,江毓武等 ( 1999) 还将 GIS 应用于厦门海域 水质模型当中. 海域水质数据模型是分析和预测水质情况的一条有效途径 ,并大量应用于工 程可行性研究及

22、环境影响评价中. 该模型利用 GIS 的空间分析功能 , 建立数字高程模型(D EM ,Digital Elevatio n Mo del) 进行栅格数据的空间分析 ,将 GIS 与模型很好地结合在一起 ,为进行海域污染监控与管理提供了有效方便的科学手段14 .结语海岸带资源环境具有资源丰富 、生态脆弱的特点 ,而地理信息技术具有强大的空间信息获 取 、管理 、分析的强大功能. 将地理信息技术应用于与人类生活息息相关的海岸带 ,解决其资源 环境问题 ,进行海岸带的环境动态监测及海岸带一体化科学管理 ,这在“数字海洋时代 ,具有 很强的时代特征 ,也具有很大的开展潜力.4参考文献 :黄杏元 ,马

23、劲松 ,汤勤. 地理信息系统概论 M . 北京 :高等教育出版社 ,2001. 1418 .杜景龙 ,张志敏 ,张天桥. 地理信息技术在环境管理中的应用J . 遥感技术与应用 ,2001 ,16 ( 2) : 126130 .王英梅 ,刘闯. 国内外海洋资源环境信息系统研究现状与开展趋势J . 资源科学 ,1999 ,21 (6) :7579 .S u Y F . M o n t e r e y B a y M a ri ne G IS J . In t e r n a t i o n a l J o u r n a l of Ge o g r ap hi c Inf o r ma t i o

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27、其对策J . 台湾海峡 ,2001 ,20 (4) :490195 . 14 江毓武 ,洪华生 ,张珞平. 地理信息系统 ( G IS) 在厦门海域水质模型中的应用J . 厦门大学学报 ( 自然 科学版) ,1999 ,38 (1) :9095 .Ap p l i c a t i o n of g e oi nf o r ma t i c s i n r e s o u r c ea n d e n vi r o n m e n t ma n a g e m e n t i n c o a s t a l z o n eHUAN G J in2liang , HON G Hua2sheng ,

28、 ZHAN G L uo2ping , ZHAN G Yu2zhen( Ke y L a b o r a t o r y f o r M a ri ne En vi r o n me n t al Scie nce of Mi nis t r y of Ed uc a t i o nEn vi r o n me n t al Scie nce R es e a r c h Ce n t r e , Xi a me n U ni ve rsi t y , Xi a me n 361005 , C hi n a)A b s t r a c t : This paper int ro duces b

29、ot h t he characteristics and p ro blems of reso urces and enviro n2ment in coastal zo ne , analyzes t he geoinfo r matics and it s f unctio ns in reso urces and enviro nment management in coastal zo ne . At last , so me geoinfo r maticsapplicatio ns o n reso urces and enviro n2 ment management in coastal zo ne in ter ms of data2collectio n , data2management and data2analysisare described.Ke y w o r d s : geoinfo r matics ; coastal zo ne ; reso urces & enviro nment ; management ;applicatio n