2013-5总

第 15 卷 第 5 期 2013 年 10 月 地 球 信 息 科 学 学 报 JOURNAL OF GEO-INFORMATION SCIENCE Vol.15,.5 Oct., 2013 海 籍 管 理 系 统 中 用 海 变 化 的 自 动 检 测 方 法 李 炳 南, 蒋 雪 中 *, 恽 才 兴 ( 华 东 师 范 大 学 河 口 海 岸 学 国 家 重 点 实 验 室, 上 海 200062) 摘 要 : 彼 此 相 邻 的 海 域 之 间 由 于 用 海 类 型 的 不 同, 经 常 存 在 相 互 的 干 扰 和 影 响 本 文 以 国 家 海 洋 功 能 区 划 中 规 定 的 海 洋 功 能 区 分 类 及 海 洋 环 境 保 护 要 求 为 基 础, 设 计 了 用 海 变 化 的 自 动 检 测 方 法 根 据 不 同 海 洋 功 能 分 区 的 海 水 水 质 质 量 的 标 准 建 立 缓 冲 区 检 测 算 法 和 历 史 用 海 检 测 算 法, 缓 冲 区 检 测 算 法 用 来 检 测 同 一 时 期 不 同 位 置 的 用 海 是 否 存 在 冲 突 ; 历 史 用 海 检 测 算 法 用 来 检 测 同 一 位 置 不 同 时 期 的 用 海 是 否 存 在 冲 突 在 两 种 检 测 算 法 的 基 础 上, 利 用 地 理 信 息 系 统 开 发 组 件 实 现 了 对 新 加 入 宗 海 及 原 宗 海 用 海 变 更 的 自 动 检 测 功 能, 并 以 上 海 海 洋 功 能 区 划 数 据 为 测 试 数 据, 验 证 了 作 为 海 籍 空 间 信 息 管 理 系 统 的 核 心 功 能 之 一, 可 以 实 现 用 海 变 化 的 自 动 检 测, 满 足 对 宗 海 空 间 变 化 和 时 间 变 化 的 信 息 化 管 理 关 键 词 : 海 洋 功 能 区 划 ; 用 海 变 化 ; 自 动 检 测 ; 地 理 信 息 系 统 ; 海 籍 管 理 DOI:10.3724/SP.J.1047.2013.00680 1 引 言 我 国 拥 有 面 积 近 300 万 km 2 的 管 辖 海 域, 为 经 [1] 济 发 展 提 供 了 宝 贵 的 基 础 保 障 海 洋 经 济 已 成 为 国 民 经 济 的 重 要 组 成 部 分, 但 由 于 缺 乏 宏 观 监 控 与 规 划, 海 域 开 发 引 发 的 海 洋 资 源 环 境 问 题 也 日 益 突 显, [2] 已 经 严 重 影 响 到 海 域 资 源 的 健 康 和 可 持 续 利 用 大 力 发 展 海 洋 经 济 优 化 海 洋 产 业 结 构 提 高 海 洋 管 理 技 术 水 平 维 护 海 洋 权 益 等 都 离 不 开 科 学 合 理 的 [3] 海 洋 功 能 区 划 不 同 的 海 洋 功 能 分 区 之 间 存 在 着 相 互 制 约 和 相 互 影 响 的 密 切 关 系, 因 此, 在 海 洋 资 源 的 开 发 和 利 用 过 程 中 难 免 发 生 冲 突 两 种 海 洋 功 能 分 区 之 间 的 交 叠 或 是 毗 邻 可 能 严 重 影 响 其 中 一 方 的 利 益 [4], 有 些 海 域 由 于 历 史 用 海 的 原 因 导 致 水 质 产 生 影 响, 因 此, 在 一 段 时 间 内 可 能 不 适 合 作 为 某 些 类 型 的 用 海 另 外, 海 域 开 发 利 用 不 同 于 陆 地 上 的 生 产 活 动, 它 们 均 发 生 在 海 域 和 海 岸 附 近 地 区, 位 置 相 对 偏 僻, 交 通 不 便, 周 围 也 少 有 明 显 的 界 线 和 标 识 [5] 物, 海 域 使 用 的 详 细 情 况 不 易 被 及 时 掌 握 利 用 遥 感 技 术 虽 一 定 程 度 上 可 以 实 现 海 域 的 动 态 监 测, 但 动 态 的 监 测 也 只 能 提 供 历 史 用 海 情 况, 而 不 能 改 [6] 变 海 域 的 当 前 使 用 情 况, 更 不 可 能 预 测 未 来 的 用 海 类 型 及 其 属 性 因 此, 在 海 域 的 开 发 利 用 中, 严 格 实 行 海 洋 功 能 区 划 制 度, 实 现 海 域 的 合 理 开 发 和 [7] 持 续 利 用, 对 于 维 护 海 洋 生 态 环 境 意 义 重 大 利 用 空 间 信 息 技 术 海 岸 带 地 理 信 息 系 统 海 籍 空 间 信 息 管 理 系 统 来 提 高 海 域 管 理 水 平 是 切 实 [8-10] 可 行 的 途 径 宗 海 是 我 国 海 域 使 用 管 理 的 基 本 [11] 空 间 单 位, 海 籍 系 统 中 的 宗 海 变 更, 常 常 涉 及 到 用 海 类 型 的 变 化 本 文 以 海 洋 功 能 区 分 类 体 系 为 切 入 点, 通 过 比 较 分 析 不 同 海 洋 功 能 分 区 在 海 水 水 质 质 量 上 的 差 异, 提 出 了 缓 冲 区 检 测 方 法 和 历 史 用 海 检 测 方 法, 满 足 用 海 空 间 变 化 和 时 间 变 化 的 信 息 化 管 理 目 标, 确 保 宗 海 用 海 类 型 的 科 学 合 理 2 海 洋 功 能 区 分 类 体 系 与 关 系 原 则 划 定 2.1 海 洋 功 能 区 分 类 体 系 海 洋 功 能 区 是 指 根 据 海 域 及 相 邻 陆 域 的 自 然 收 稿 日 期 :2013-01-18; 修 回 日 期 :2013-04-25. 基 金 项 目 : 上 海 市 科 学 技 术 委 员 会 重 大 项 目 (11dz1204900) 作 者 简 介 : 李 炳 南 (1987-), 男, 吉 林 长 春 人, 硕 士 生, 研 究 方 向 为 河 口 变 化 分 析 和 地 理 信 息 系 统 开 发 及 应 用 E-mail:alex_bn_lee@hotmail.com * 通 讯 作 者 : 蒋 雪 中 (1974-), 男, 江 苏 常 熟 人, 副 教 授, 研 究 方 向 为 河 口 海 岸 地 表 过 程 与 遥 感 应 用 研 究 E-mail:xzjiang@sklec.ecnu.edu.cn

5 期 李 炳 南 等 : 海 籍 管 理 系 统 中 用 海 变 化 的 自 动 检 测 方 法 681 条 件 环 境 状 况 和 地 理 区 位, 并 考 虑 到 海 洋 开 发 利 用 现 状 和 社 会 经 济 发 展 的 需 要, 而 划 定 的 具 有 特 定 主 导 功 能, 有 利 于 资 源 的 合 理 开 发 利 用, 能 够 发 挥 [12] 最 佳 效 益 的 区 域 不 同 的 海 洋 功 能 分 区 不 仅 在 类 型 规 模 及 特 点 上 存 在 差 别, 其 用 海 位 置 海 域 的 自 然 地 理 环 境 资 源 等 条 件 上 也 存 在 差 异, 因 此, 了 解 不 同 海 洋 功 能 分 区 之 间 的 用 海 特 点 及 环 境 要 求, [13] 对 于 合 理 设 置 海 洋 功 能 分 区 是 非 常 重 要 的 全 国 海 洋 功 能 区 划 2011-2020 将 海 域 按 照 功 能 分 区 划 为 8 个 一 级 类 : 包 括 农 渔 业 区 港 口 航 运 区 工 业 与 城 镇 用 海 区 矿 产 与 能 源 区 旅 游 休 闲 娱 乐 区 海 [14] 洋 保 护 区 特 殊 利 用 区 和 保 留 区 对 于 每 一 类 用 海 而 言, 为 了 维 持 海 水 水 质 质 量 海 洋 沉 积 物 质 量 和 海 洋 生 物 质 量, 都 有 符 合 自 身 的 生 态 环 境 要 求 对 于 8 个 一 级 类 中 的 每 一 个 二 级 类 都 有 相 应 海 水 水 质 质 量 分 类 海 洋 沉 积 物 质 量 分 类 和 海 洋 生 物 质 量 分 类 的 限 制, 表 1 为 3 种 标 准 的 具 体 分 类 及 适 宜 用 海 类 型 标 准 名 称 海 水 水 质 质 量 分 类 ( 引 用 标 准 : GB3097-1997) 海 洋 沉 积 物 质 量 分 类 ( 引 用 标 准 : GB18668-2002) 海 洋 生 物 质 量 分 类 ( 引 用 标 准 : GB18421-2001) 分 类 1 类 2 类 3 类 4 类 1 类 2 类 3 类 1 类 2 类 3 类 [15-17] 表 1 3 种 引 用 标 准 Tab. 1 Three reference standard sets 分 类 描 述 适 用 于 海 洋 渔 业 水 域 海 上 自 然 保 护 区 和 珍 稀 濒 危 海 洋 生 物 保 护 区 适 用 于 水 产 养 殖 区 海 水 浴 场 人 体 直 接 接 触 海 水 的 海 上 运 动 或 娱 乐 区, 以 及 与 人 类 食 用 直 接 有 关 的 工 业 用 水 区 适 用 于 一 般 工 业 用 水 区 滨 海 风 景 旅 游 区 适 用 于 海 洋 港 口 水 域 海 洋 开 发 作 业 区 适 用 于 海 洋 渔 业 水 域 海 洋 自 然 保 护 区 珍 稀 与 濒 危 生 物 自 然 保 护 区 海 水 养 殖 区 海 水 浴 场 人 体 直 接 接 触 沉 积 物 的 海 上 运 动 或 娱 乐 区 与 人 类 食 用 直 接 有 关 的 工 业 用 水 区 适 用 于 一 般 工 业 用 水 区 滨 海 风 景 旅 游 区 适 用 于 海 洋 港 口 水 域 特 殊 用 途 的 海 洋 开 发 作 业 区 适 用 于 海 洋 渔 业 水 域 海 水 养 殖 区 海 洋 自 然 保 护 区 与 人 类 食 用 直 接 有 关 的 工 业 用 水 区 适 用 于 一 般 工 业 用 水 区 滨 海 风 景 旅 游 区 适 用 于 港 口 水 域 和 海 洋 开 发 作 业 区 由 表 1 可 知, 海 水 水 质 质 量 分 成 4 类, 每 一 类 水 质 质 量 可 能 符 合 几 种 海 洋 功 能 分 区 的 要 求, 因 此, 对 于 海 水 水 质 质 量 要 求 相 同 的 海 洋 功 能 分 区 而 言, 彼 此 相 邻 几 乎 不 会 存 在 水 质 上 的 影 响, 而 对 于 海 水 水 质 质 量 要 求 不 同 的 海 洋 功 能 分 区 而 言, 彼 此 相 邻 则 会 存 在 水 质 上 的 影 响, 因 此, 需 要 使 两 者 之 间 保 [18] 持 一 定 的 距 离, 从 而 抵 消 相 互 的 影 响 随 着 海 水 水 质 质 量 分 类 从 1 类 到 4 类 的 变 化, 海 水 水 质 质 量 则 在 逐 渐 下 降, 因 此, 不 同 海 洋 功 能 分 区 之 间 的 理 论 最 小 距 离 也 相 应 存 在 一 定 的 差 别 2.2 关 系 原 则 划 定 缓 冲 区 是 指 为 了 识 别 某 地 理 实 体 或 空 间 物 体 在 其 周 围 建 立 的 一 定 宽 度 的 带 状 区, 带 状 区 的 宽 度 [19-20] 为 缓 冲 区 距 离 将 缓 冲 区 距 离 设 为 不 同 海 洋 功 能 分 区 之 间 的 理 论 最 小 距 离, 通 过 不 同 海 洋 功 能 分 区 之 间 水 质 质 量 的 不 同, 建 立 了 任 意 两 种 海 水 水 质 质 量 之 间 的 缓 冲 区 距 离 计 算 方 法, 如 表 2 所 示 其 中 海 水 水 质 质 量 A 和 海 水 水 质 质 量 B 是 指 任 意 一 种 海 水 水 质 质 量, 海 水 水 质 质 量 具 体 分 为 4 个 等 级 类 : 不 劣 于 1 类 记 为 C1 不 劣 于 2 类 记 为 C2 不 劣 于 3 类 记 为 C3 不 劣 于 4 类 记 为 C4, 由 C1 到 C4 海 水 水 质 质 量 逐 渐 下 降 设 置 如 下 的 原 则 : 同 一 种 海 水 水 质 质 量 的 缓 冲 区 距 离 设 置 为 d 1km, 一 般 为 0km, 记 为 D-I, 包 括 C1-C1 C2-C2 C3-C3 和 C4-C4; 海 水 水 质 质 量 相 差 1 个 等 级 的 缓 冲 区 距 离 设 置 为 d 2km, 记 为 D-II, 包 括 C1-C2 C2-C3 和 C3-C4; 海 水 水 质 质 量 相 差 2 个 等 级 的 缓 冲 区 距 离 设 置 为 d 3km, 记 为 D-III, 包 括 C1-C3 和 C2-C4; 海 水 水 质 质 量 相 差 3 个 等 级 的 缓 冲 区 距 离 设 置 为 d 4km, 记 为 D-IV, 包 括 C1-C4 除 了 要 考 虑 平 面 上 不 同 海 洋 功 能 分 区 的 影 响, 还 要 考 虑 时 间 上 历 史 用 海 的 影 响, 例 如, 某 一 闲 置 宗 海 由 于 历 史 用 海 的 原 因 可 能 导 致 海 水 水 质 质 量 的 下 降, 因 此, 在 考 虑 将 该 闲 置 宗 海 用 作 其 他 海 洋 功 能 时, 必 须 通 过 一 定 途 径 来 提 高 该 闲 置 宗 海 的 海 水 水 质 质 量 由 于 海 水 内 部 的 自 我 调 节 自 身 的 流 [21] 动 稀 释, 以 及 湿 地 生 态 系 统 的 净 化 水 质 作 用 等,

682 地 球 信 息 科 学 学 报 2013 年 Tab. 2 表 2 缓 冲 区 检 测 规 则 Buffer detection rules 序 号 海 水 水 质 质 量 (A) 海 水 水 质 质 量 (B) 符 号 表 示 类 别 距 离 (km) 01 C1-C1 D-I d1 02 C1-C2 D-II d2 03 C1-C3 D-III d3 04 C1-C4 D-IV d4 05 C2-C2 D-I d1 06 C2-C3 D-II d2 07 C2-C4 D-III d3 08 C3-C3 D-I d1 09 C3-C4 D-II d2 10 C4-C4 D-I d1 注 : 由 于 此 表 列 举 的 是 任 意 两 种 海 水 水 质 质 量 的 组 合, 因 此,C1-C4 和 C4-C1 属 于 同 一 类, 只 用 C1-C4 表 示, 其 他 类 似 经 过 一 定 年 限 后, 受 污 染 海 洋 区 域 的 海 水 水 质 质 量 也 会 逐 渐 得 到 提 升, 从 而 可 以 达 到 规 划 为 其 他 宗 海 的 标 准 因 此, 同 样 利 用 不 同 海 洋 功 能 分 区 之 间 海 水 水 质 质 量 的 不 同, 建 立 了 任 意 两 种 海 水 水 质 质 量 之 间 的 海 水 净 化 最 小 年 限 的 计 算 方 法 ( 表 3) 其 中, 海 水 水 质 质 量 ( 以 前 ) 指 的 是 某 宗 海 曾 经 的 海 洋 功 能 分 区 所 对 应 的 海 水 水 质 质 量, 用 Quality(P) 表 示, 海 水 水 质 质 量 ( 现 在 ) 指 的 是 此 宗 海 即 将 规 划 的 海 洋 功 能 分 区 所 对 应 的 海 水 水 质 质 量, 用 Quality (N) 表 示 设 置 如 下 的 原 则 : 当 Quality(P) 高 于 或 等 于 Quality(N) 时, 最 小 年 限 设 置 为 y 1 年, 一 般 为 0 年, 记 为, 包 括 C1-C1 C1-C2 C1-C3 C1-C4 C2-C2 C2-C3 C2-C4 C3-C3 C3-C4 和 C4-C4; 当 Quality(P) 低 于 Quality(N) 且 两 者 相 差 一 个 等 级 时, 最 小 年 限 设 置 为 y 2 年, 记 为 I, 包 括 C2-C1 C3-C2 和 C4-C3; 当 Quality(P) 低 于 Quality(N) 且 两 者 相 差 两 个 等 级 时, 最 小 年 限 设 置 为 y 3 年, 记 为 II, 包 括 C3-C1 和 C4-C2; 当 Quality(P) 低 于 Quality(N) 且 两 者 相 差 三 个 等 级 时, 最 小 年 限 设 置 为 y 4 年, 记 为 V, 包 括 C4-C1 表 3 历 史 用 海 检 测 规 则 Tab. 3 Historical sea use detection rules 序 号 海 水 水 质 质 量 ( 以 前 ) 海 水 水 质 质 量 ( 现 在 ) 符 号 表 示 类 别 时 间 ( 年 ) 01 C1-C1 02 C1-C2 03 C1-C3 04 C1-C4 05 C2-C1 I y2 06 C2-C2 07 C2-C3 08 C2-C4 09 C3-C1 II y3 10 C3-C2 I y2 11 C3-C3 12 C3-C4 13 C4-C1 V y4 14 C4-C2 II y3 15 C4-C3 I y2 16 C4-C4

5 期 李 炳 南 等 : 海 籍 管 理 系 统 中 用 海 变 化 的 自 动 检 测 方 法 683 由 表 1 可 知, 不 同 的 海 洋 功 能 分 区 也 同 时 对 应 着 不 同 的 海 洋 沉 积 物 质 量 分 类 和 海 洋 生 物 质 量 分 类, 因 此, 按 照 表 2 表 3 中 建 立 的 2 种 检 测 方 法 原 则, 也 可 以 利 用 海 洋 沉 积 物 质 量 的 分 类, 以 及 海 洋 生 物 质 量 的 分 类 来 建 立 符 合 它 们 各 自 要 求 的 缓 冲 区 检 测 规 则 和 历 史 用 海 检 测 规 则 3 系 统 的 用 海 变 化 检 测 算 法 3.1 缓 冲 区 检 测 表 2 给 出 了 不 同 海 水 水 质 质 量 间 的 缓 冲 区 距 离, 利 用 这 个 距 离 值 可 以 进 行 缓 冲 区 检 测 图 1 给 出 了 缓 冲 区 检 测 的 示 意, 宗 海 A 代 表 任 意 一 个 已 经 存 在 的 宗 海, 宗 海 B 则 代 表 一 个 即 将 要 规 划 的 宗 海, 两 宗 海 具 有 不 同 的 海 洋 功 能 分 区 类 型 根 据 两 个 宗 海 所 对 应 的 海 水 水 质 质 量 分 类 值, 以 及 表 2 中 的 对 应 关 系 可 以 获 得 宗 海 A 相 对 于 宗 海 B 的 缓 冲 区 距 离, 图 1 中 的 缓 冲 区 即 为 通 过 此 缓 冲 区 距 离 绘 制 的 宗 海 A 的 缓 冲 区, 然 后 通 过 检 测 缓 冲 区 和 宗 海 B 是 否 存 在 重 叠 部 分 来 判 断 两 个 宗 海 之 间 是 否 存 在 冲 突, 冲 突 区 域 即 是 宗 海 B 相 对 于 宗 海 A 存 在 环 境 要 求 不 兼 容 的 区 域 Fig.1 图 1 缓 冲 区 检 测 示 意 Buffer detection schematic 按 照 此 算 法 给 出 缓 冲 区 检 测 的 具 体 实 现 过 程, 如 图 2, 此 算 法 可 以 得 到 布 尔 型 的 返 回 值, 若 返 回 值 为 false, 则 说 明 绘 制 要 素 与 其 周 围 的 所 有 要 素 之 间 都 不 存 在 冲 突, 若 返 回 值 为 true, 则 说 明 绘 制 要 素 至 少 与 其 周 围 的 一 个 要 素 之 间 存 在 冲 突 图 中 pdrawgeometry 为 当 前 绘 制 要 素 pdrawfeature( 可 以 理 解 为 图 1 中 的 宗 海 B) 的 几 何 形 状, 然 后 获 取 遍 历 pdrawfeature 周 围 要 素 的 游 标 pcursor [22], 利 用 游 标 的 NextFeature 方 法 可 以 获 取 其 指 向 的 下 一 个 要 素 ptempfeature( 可 以 理 解 为 图 1 中 的 宗 海 A), 若 其 不 存 在, 则 返 回 值 为 false, 若 存 在, 则 获 取 其 几 何 形 状 ptempgeometry, 利 用 要 素 属 性 值 及 表 2 中 的 对 应 关 系 得 到 其 相 对 于 pdrawfeature 的 缓 冲 区 距 离, 然 后 通 过 此 距 离 值 获 取 ptempgeometry 的 缓 冲 pdrawfeature pdrawgeometry pcursor ptempfeature = pcursor.nextfeature() pcursor false ptempfeature =null ptempgeometry true pdrawgeometry pbuffergeometry ptempgeometry pbuffergeometry 图 2 缓 冲 区 检 测 的 算 法 流 程 图 Fig.2 Buffer detection algorithm flowchart

684 地 球 信 息 科 学 学 报 2013 年 区 pbuffergeometry, 判 断 pdrawgeometry 和 pbuffer Geometry 是 否 存 在 重 叠 部 分, 若 存 在 则 返 回 值 为 true, 若 不 存 在 则 返 回 到 游 标 处 继 续 获 取 下 一 个 要 素, 依 此 循 环 下 去 通 过 遍 历 检 测 判 断 宗 海 与 一 种 海 洋 功 能 区 划 是 否 存 在 矛 盾, 如 果 在 图 2 中 第 二 个 判 断 条 件 的 后 记 录 当 前 的 冲 突 信 息, 再 按 照 部 分 的 流 程 返 回 游 标 再 检 测, 即 可 实 现 宗 海 对 多 种 海 洋 功 能 区 划 检 测 3.2 历 史 用 海 检 测 根 据 表 3 给 出 的 不 同 海 水 水 质 质 量 间 的 年 限 值, 可 以 进 行 历 史 用 海 检 测 图 3 给 出 了 历 史 用 海 的 检 测 示 意, 分 别 包 括 时 间 轴 T 和 空 间 轴 X Y, 从 t 1 时 刻 到 t 2 时 刻, 宗 海 A 转 为 闲 置 宗 海, 从 t 2 时 刻 到 t 3 时 刻, 又 由 闲 置 宗 海 转 为 宗 海 D, 且 与 宗 海 A 具 有 相 同 的 边 界 但 不 同 的 海 洋 功 能 分 区 类 型, 接 下 来 利 用 历 史 用 海 检 测 方 法 判 断 宗 海 D 的 规 划 是 否 合 理 首 先, 通 过 宗 海 D 的 属 性 值 计 算 出 该 宗 海 的 闲 置 年 限, 然 后, 依 据 宗 海 D 和 宗 海 A 的 海 洋 功 能 分 区 类 型 所 对 应 的 海 水 水 质 质 量 分 类, 在 表 3 中 获 取 相 对 应 的 年 限 值, 若 前 者 的 值 大 于 或 等 于 后 者 则 不 存 在 冲 突, 若 前 者 的 值 小 于 后 者 则 存 在 冲 突, 说 明 此 处 不 适 宜 规 划 为 宗 海 D 的 海 洋 功 能 分 区 类 型 Fig.3 图 3 历 史 用 海 检 测 示 意 Historical sea use detection schematic 历 史 用 海 的 检 测 算 法 同 样 可 以 得 到 布 尔 型 的 返 回 值, 若 返 回 值 为 false, 则 说 明 选 择 要 素 的 规 划 用 海 功 能 分 区 类 型 与 该 区 域 之 前 的 历 史 用 海 功 能 分 区 类 型 不 存 在 冲 突, 若 返 回 值 为 true, 则 说 明 选 择 要 素 的 规 划 用 海 功 能 分 区 类 型 与 该 区 域 之 前 的 历 史 用 海 功 能 分 区 类 型 存 在 冲 突 算 法 的 具 体 实 现 如 下 : 首 先, 通 过 要 素 的 变 更 年 月 来 获 取 选 择 要 素 的 闲 置 年 限 t s, 然 后 通 过 要 素 前 后 的 用 海 功 能 分 区 类 型 所 对 应 的 海 水 水 质 质 量 依 据 表 3 可 获 取 两 者 所 对 应 的 理 论 最 小 年 限 t 0, 若 t s>t 0 或 t s=t 0, 则 返 回 值 为 false, 若 t s<t 0, 则 返 回 值 为 true 4 用 海 变 化 检 测 方 法 的 实 现 用 海 变 化 的 自 动 检 测 功 能 充 分 利 用 地 理 信 息 系 统 (geographical information system,gis) 的 空 间 [23] 分 析 及 数 据 管 理 功 能, 依 据 缓 冲 区 检 测 方 法 和 历 史 用 海 检 测 方 法, 以 Microsoft Visual Studio.NET 2010 平 台 为 基 础, 利 用 ESRI ArcGIS Geodatabase 数 据 模 型 构 建 上 海 海 洋 功 能 区 划 的 地 理 数 据 库, 采 用 C# 开 发 语 言 和 ESRI ArcGIS Engine 10.0 组 件 设 计 [24] 而 成 实 现 了 对 宗 海 要 素 添 加 和 更 改 进 行 自 动 检 测 的 功 能, 从 而 实 现 对 海 洋 资 源 的 合 理 开 发 和 利 用 4.1 数 据 组 成 空 间 数 据 通 过 Geodatabase 来 构 建, 主 要 分 成 两 层 : 第 一 层 为 线 状 图 层, 包 括 边 界 线 桥 梁 隧 道 和 管 道 等 ; 第 二 层 为 面 状 图 层, 具 体 为 上 海 海 洋 功 能 分 区 数 据, 相 应 的 属 性 数 据 的 字 段 设 置 及 解 释 如 表 4 所 示 上 海 海 洋 功 能 区 划 与 全 国 海 洋 功 能 区 划 相 比, 由 于 区 域 环 境 的 原 因, 只 存 在 部 分 海 洋 功 能 分 区, 包 括 港 口 区 管 线 区 海 洋 生 态 自 然 保 护 区 航 道

5 期 李 炳 南 等 : 海 籍 管 理 系 统 中 用 海 变 化 的 自 动 检 测 方 法 685 表 4 数 据 的 字 段 组 成 Tab.4 Geographic data fields 字 段 名 称 别 名 数 据 类 型 解 释 FID FID Object ID 系 统 默 认 分 配 的 对 象 ID, 每 个 要 素 都 有 一 个 唯 一 的 值 Shape Shape Geometry 表 示 要 素 的 几 何 形 状, 包 括 点 线 面 等 Sea_Type Sea_Type Text (20) 宗 海 的 海 洋 功 能 区 分 类 名 称, 通 过 该 值 确 定 不 同 面 状 要 素 的 功 能 分 区 类 型 Water_Qua Water_Quality Short 指 海 水 水 质 质 量, 包 括 0 1 2 3 4, 其 中 0 指 的 是 与 海 洋 无 关 的 分 类, 例 如 陆 地,1 代 表 C1 2 代 表 C2 3 代 表 C3 4 代 表 C4 Create_Yea Create_Year Text (10) 宗 海 创 建 的 年 份 Create_Mon Create_Month Text (10) 宗 海 创 建 的 月 份 Change_Yea Change_Year Text (10) 宗 海 更 改 的 年 份, 空 值 表 示 到 目 前 为 止 该 宗 海 没 有 发 生 过 变 更 Change_Mon Change_Month Text (10) 宗 海 更 改 的 月 份, 空 值 表 示 到 目 前 为 止 该 宗 海 没 有 发 生 过 变 更 Before_ID Before_ID Short 宗 海 更 改 前 的 ID 值,-1 表 示 到 目 前 为 止 该 宗 海 没 有 发 生 过 变 更 Before_Typ Before_Type Text(20) 宗 海 变 更 前 的 海 洋 功 能 分 类 值, 空 值 表 示 到 目 前 为 止 该 宗 海 没 有 发 生 过 变 更 记 录 注 : 由 于 Geodatabase 中 对 于 字 段 名 称 的 长 度 限 制, 因 此, 有 些 字 段 的 名 称 被 截 断 了, 但 这 些 字 段 名 称 所 对 应 的 别 名 中 都 有 完 整 的 名 称 灰 场 芦 苇 区 锚 地 排 泥 场 捕 捞 区 浅 海 养 殖 区 倾 废 区 湿 地 生 态 自 然 保 护 区 水 源 保 护 区 滩 涂 滩 涂 养 殖 区 滩 涂 围 垦 区, 以 及 中 华 鲟 保 护 区 等, 其 中 捕 捞 区 为 操 作 区 域 4.2 功 能 的 实 现 功 能 实 现 流 程 如 图 4 所 示, 分 别 包 括 缓 冲 区 检 测 和 历 史 用 海 检 测 对 于 缓 冲 区 检 测, 主 要 是 针 对 宗 海 的 添 加, 首 先 是 利 用 要 素 编 辑 工 具 绘 制 欲 添 加 宗 海 要 素 的 面 状 图 形, 在 编 辑 结 束 后, 系 统 会 根 据 图 形 的 位 置 判 断 是 否 在 允 许 的 范 围 内, 所 谓 的 允 许 范 围 指 的 是 上 海 海 洋 功 能 区 划 中 的 捕 捞 区 区 域, 若 返 回 值 为 否, 则 提 示 错 误, 点 击 确 定 后 返 回 到 之 前 的 绘 制 要 素 界 面, 若 返 回 值 为 是, 则 弹 出 缓 冲 区 检 测 对 话 框 进 入 缓 冲 区 检 测 模 式, 先 为 要 素 添 加 相 应 的 属 性 值, 接 着 进 行 检 测, 若 检 测 结 果 为 没 有 冲 突, 则 可 以 选 择 保 存 绘 制 要 素 或 是 删 除 绘 制 要 素 来 退 出 检 测 过 程, 若 检 测 结 果 为 有 冲 突, 则 提 供 原 图 显 示 缓 冲 区 显 示 和 冲 突 显 示 3 种 提 示 方 案 来 确 定 冲 突 区 域 并 给 出 相 应 的 建 议, 之 后 可 以 选 择 保 存 绘 制 图 4 程 序 实 现 流 程 图 Fig.4 Program flowchart

686 地 球 信 息 科 学 学 报 2013 年 要 素 或 是 删 除 绘 制 要 素 来 退 出 缓 冲 区 检 测 过 程 ; 对 于 历 史 用 海 检 测, 主 要 针 对 宗 海 的 变 更, 首 先, 选 择 需 要 变 更 的 宗 海 要 素, 判 断 此 要 素 是 否 属 于 闲 置 宗 海 要 素, 若 返 回 值 为 否, 则 提 示 错 误, 点 击 确 定 后 返 回 到 之 前 的 选 择 界 面, 若 返 回 值 为 是, 则 弹 出 历 史 用 海 检 测 对 话 框 进 入 历 史 用 海 检 测 模 式, 默 认 会 加 入 更 改 宗 海 要 素 的 已 知 属 性 值, 需 手 动 添 加 要 素 当 前 的 Sea_Type 属 性 值, 接 着 进 行 检 测, 若 检 测 结 果 为 没 有 冲 突, 则 可 以 选 择 保 存 修 改 或 是 重 新 选 择 要 素 来 退 出 检 测 过 程, 若 检 测 结 果 为 有 冲 突, 则 提 供 原 图 显 示 和 改 进 方 案 两 个 选 项, 改 进 方 案 分 为 两 方 面 内 容 : 其 一 为 该 要 素 的 Sea_Type 属 性 通 过 修 改 成 哪 些 值 可 以 满 足 检 测 要 求 ; 其 二 为 当 前 的 Sea_Type 值, 再 过 多 少 年 可 以 满 足 检 测 要 求, 之 后 可 以 选 择 保 存 修 改 或 是 重 新 选 择 要 素 来 退 出 历 史 用 海 检 测 过 程 5 结 语 海 籍 管 理 是 实 现 海 岸 带 / 海 域 用 海 管 理 的 有 效 方 法, 可 提 升 我 国 用 海 空 间 信 息 化 管 理 水 平 海 籍 变 更 中 的 用 海 类 型 变 化 经 常 引 起 用 海 冲 突 对 于 用 海 变 化 的 检 测 更 多 的 是 依 靠 多 期 遥 感 影 像 比 较, 从 多 时 相 遥 感 影 像 中 对 各 种 时 态 现 象 进 行 定 量 化 [25] 的 描 述, 籍 此 来 确 定 和 评 价 各 种 地 表 现 象 随 时 间 发 生 变 化 的 过 程 [26] 本 项 研 究 基 于 海 籍 管 理 系 统 业 务 流 程 考 虑, 从 遥 感 影 像 中 获 得 宗 海 变 化 信 息, 或 者 实 际 宗 海 变 更 时 实 现 宗 海 变 化 检 测 方 法 的 建 立 依 照 了 国 家 海 洋 功 能 区 划 中 规 定 的 海 洋 功 能 区 分 类 及 海 洋 环 境 保 护 要 求, 根 据 不 同 海 洋 功 能 分 区 的 海 水 水 质 质 量 标 准, 建 立 的 宗 海 缓 冲 区 检 测 算 法 和 历 史 用 海 检 测 算 法 可 以 实 现 对 新 增 宗 海 和 宗 海 变 更 进 行 空 间 变 化 和 时 间 变 化 的 用 海 类 型 检 测, 确 保 用 海 类 型 相 协 调, 从 而 保 证 海 洋 功 能 区 划 的 合 理 性 根 据 上 海 海 洋 功 能 区 划 数 据, 利 用 通 用 地 理 信 息 系 统 开 发 组 件 验 证 了 该 方 法 用 海 变 化 自 动 检 测 方 法 及 其 实 现 对 于 推 进 海 籍 空 间 管 理 系 统 具 有 重 要 意 义 需 要 注 意 的 是, 方 法 构 建 中 的 缓 冲 区 距 离 值 d 1 d 2 d 3 d 4, 以 及 历 史 用 海 年 限 值 y 1 y 2 y 3 y 4 的 确 定, 需 要 根 据 用 海 区 域 当 地 的 动 力 条 件 沉 积 物 类 型 和 生 态 环 境 等 要 素 来 综 合 判 断 参 考 文 献 : [1] 安 晓 宁. 我 国 海 洋 资 源 环 境 现 状 及 其 可 持 续 利 用 [J]. 生 态 农 业 研 究,1999(2):1-5. [2] 付 元 宾, 赵 建 华, 王 权 明, 等. 我 国 海 域 使 用 动 态 监 测 系 统 (SDMS) 模 式 探 讨 [J]. 自 然 资 源 学 报,2008,23(2):185-193. [3] 杨 山, 张 武 根, 李 荣 军. 江 苏 省 海 洋 功 能 区 划 实 施 评 价 指 标 体 系 与 方 法 [J]. 长 江 流 域 资 源 与 环 境,2011(10):1164-1171. [4] 王 佩 儿, 洪 华 生, 张 珞 平. 试 论 以 资 源 定 位 的 海 洋 功 能 区 划 [J]. 厦 门 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ),2004,43(z1):205-210. [5] 周 立, 董 春 来, 谢 宏 全, 等. 海 域 使 用 管 理 GNSS 基 准 框 架 集 成 技 术 研 究 [J]. 测 绘 通 报, 2010(12):10-13. [6] 孙 钦 帮. 基 于 遥 感 的 海 域 使 用 变 化 信 息 识 别 技 术 [J]. 海 洋 环 境 科 学,2008,27(S2):104-108. [7] 杨 辉. 海 域 使 用 论 证 与 海 洋 环 境 影 响 评 价 的 比 较 研 究 [J]. 海 洋 环 境 科 学, 2007(2):197-200. [8] 张 秋 明. 国 外 海 籍 研 究 经 验 及 我 国 需 考 虑 的 问 题 以 澳 大 利 亚 和 印 度 尼 西 亚 为 例 [J]. 国 土 资 源 情 报,2010(3): 2-6. [9] 张 瑞 林, 肖 桂 荣, 王 国 乾, 等. 基 于 ArcGIS Server 的 海 域 使 用 管 理 信 息 系 统 开 发 [J]. 地 球 信 息 科 学,2007,9(4):80-84. [10] 滕 骏 华. 网 络 地 理 信 息 系 统 及 其 在 海 岸 带 管 理 中 的 应 用 [J]. 台 湾 海 峡,2000(3):316-321. [11] 国 家 海 洋 局. HY/T 124-2009, 海 籍 调 查 规 范 [S].2009, 1-44. [12] 任 一 平, 徐 宾 铎, 慕 永 通. 青 岛 市 海 洋 功 能 区 划 对 海 洋 渔 业 发 展 的 影 响 分 析 [J]. 中 国 海 洋 大 学 学 报 ( 社 会 科 学 版 ), 2006(2):17-19. [13] 谢 高 地, 鲁 春 霞, 甄 霖, 等. 区 域 空 间 功 能 分 区 的 目 标 进 展 与 方 法 [J]. 地 理 研 究,2009(3):561-570. [14] 国 家 海 洋 局. 全 国 海 洋 功 能 区 划 (2011-2020 年 )[R].2012, 1-31. [15] 国 家 环 境 保 护 局. GB3097-1997, 海 水 水 质 标 准 [S].1997, 15-21. [16] 中 华 人 民 共 和 国 国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局. GB18668-2002, 海 洋 沉 积 物 质 量 [S].2002,1-3. [17] 中 华 人 民 共 和 国 国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局. GB18421-2001, 海 洋 生 物 质 量 [S]. 2001,1-3. [18] 陈 宝 明, 宋 莉 英, 侯 玉 平, 等. 中 国 海 洋 自 然 保 护 区 功 能 分 区 模 式 及 分 类 管 理 初 探 [J]. 生 态 环 境,2007,16(2):704-708. [19] 吕 妙 儿, 黄 杏 元. 基 于 GIS 的 缓 冲 区 生 成 模 型 理 论 和 方 法 [J]. 科 技 通 报,2000(5):356-360. [20] Er E, Kilinc I, Gezici G, et al. A buffer zone computation algorithm for corridor rendering in GIS[C]. 2009. [21] 郗 敏, 刘 红 玉, 吕 宪 国. 流 域 湿 地 水 质 净 化 功 能 研 究 进 展 [J]. 水 科 学 进 展,2006(4):566-573. [22] 朱 红 梅. 游 标 在 地 理 数 据 库 中 的 应 用 [J]. 计 算 机 工 程 与 设 计,2008(8):2102-2104. [23] 鄂 越, 张 建 兵, 诸 叶 平, 等. 基 于 嵌 入 式 GIS 的 农 业 经 济 信

5 期 李 炳 南 等 : 海 籍 管 理 系 统 中 用 海 变 化 的 自 动 检 测 方 法 687 息 服 务 系 统 [J]. 计 算 机 工 程,2008(23):269-271. [24] Cameron E, Davies C, Elkins R, et al. ArcGIS engine developer guide[m]. California: ESRI, 2004. [25] Garcia-Aguirre M C, Alvarez R, Dirzo R, et al. Post-classification digital change detection analysis of a temperate forest in the southwest basin of Mexico City, in a 16-year span[c]. 2005. [26] Bruzzone L, Bovolo F. A novel framework for the design of change-detection systems for very-high-resolution remote sensing images[j]. Proceedings of the IEEE, 2012 (99):1-22. An Automatic Detection Method on Sea Use Change in Marine Cadastral Management System LI Bingnan, JIANG Xuezhong * and YUN Caixing (State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research, East China rmal University, Shanghai 200062, China) Abstract: There often exist contradictories between different sea uses at adjacent sea areas. So it is needed to carry out an automatic method to detect the sea use change based on the marine functional area classification and marine environmental protection requirement in China. According to the sea water quality standards of the marine functional zones, this automatic detection method firstly computes the different values of distance and time between any two classifications of the above water quality standards, then establishes the buffer detection algorithm and the historical sea use detection algorithm between them respectively. The buffer detection algorithm could detect two different types of sea use in the same time but the different spatial places, then judging whether there are contradictories between these two types. The historical sea use detection algorithm could detect two different types of sea use in the same spatial place but the different times, then judging whether there are contradictories between these two types. Based on the above two detection algorithms, Microsoft Visual C# and the geographic information system development component ESRI ArcGIS Engine, the automatic detection function of new marine parcel adding and original marine parcel changing has been built. At last, we took Shanghai marine function zoning data as a case, and proved that as one of the core functions of marine cadastral spatial information management system, this method can realize automatic detection function of sea use. Key words: marine functional zoning; sea use change; automatic detection; geographic information system; marine cadastral management *Corresponding author: JIANG Xuezhong, E-mail: xzjiang@sklec.ecnu.edu.cn