基础地理数据库建设

1基础地理数据库建库原则

（1）满足专题研究的特殊需求。河南省1:500000～1∶100000数字地理底图的制作，是根据《河南省国土资源遥感综合调查与信息化工程总体设计书》的要求，应用地理信息系统技术，为其提供数字式基础地理控制信息。基础地理控制信息用于专题信息的定位，正确表现其与周围地理环境的关系的分布规律，综合地反映自然地理形态和社会经济概况。同时，通过非空间数据（属性数据）录入，实现空间数据与非空间数据的对应联结。

（2）以国家基础地理信息中心“数字地图数据库”为基础，根据项目的需要，根据现时资料进行了部分内容的补充、修编。

2地理要素选取标准

（1）水系

图上所有双线河及河心岛，单线河5级以上基本全部选取。河网密度大的在保证体现其河系基本形态的原则下，进行了删减，选取图上面积大于10 mm2的湖泊和水库。

（2）行政区划

选取县级以上行政界线。

（3）居民地

县级以上政府所在地全部选取。地级以上政府所在地按真型居民地范围选取。镇级居民地按经差30′、纬差20′范围内3～5个居民地的标准选取。在部分人口稀疏区选取了部分村级居民地。

（4）交通

铁路及高等级公路全部选取，并按高速公路、国道、省道进行分类；其他公路按照与居民地相连通的原则选取。根据现势资料对近年来新建高速公路进行补充。由于数据及比例尺的不同，故补充信息的精度低于1∶250000比例尺的精度。

（5）地貌

地形等高线高差平原地区为50 m、100 m；低山区为300 m、500 m；中山区为1000 m、1500 m、2000 m。主要山峰及高程，按经差30′、纬差20′范围内选取3个山峰或高程点的标准。

3地理要素分类代码

1∶500000数字地理底图要素分类代码采用中华人民共和国国家标准《国土基础信息数据分类与代码》（GB/T13923-92）。国土基础信息数据分为九个大类，并依次细分为小类，一级和二级。分类代码由六位数字码组成，其结构如下：

遥感·河南省国土资源综合调查与评价

大类码、小类码、一级代码和二级代码分别用数字顺序排列。识别位由用户自行定义，以便于扩充。在1∶500000数字地理底图数据库中没有用到识别位，故用前五位数字表示要素分类代码。

（1)1:500000数字地理底图数据所用到的大类码意义

2＝水系；3＝居民地；4＝交通；6＝境界；7＝地形。

（2）行政区划代码

1∶500000数字地理底图数据库中县级以上行政区划代码采用中华人民共和国国家标准《中华人民共和国行政区划代码》（GB/T2260-1995）。属性表中数据项为“行政区划代码”。县级以上行政区划代码结构如下：

a采用六位数字代码。按层次分别表示我国各省（自治区、直辖市）、地区（市、州、盟）、县（区、市、旗）的名称。

b行政区划代码从左至右的含义。第一、二位表示省（自治区、直辖市）；第三、四位表示省辖市（市、州、盟及国家直辖市所属市辖区和县的总码）其中01～20、51～70表示省辖市；21～50表示地区（州、盟）；第五、六位表示县（市辖区、地辖市、省直辖县级市、镇），其中01～18表示市辖区或地辖市，21～80表示县（镇），81～99表示省直辖县级市。

4投影、坐标系、高程系

数字地理底图数据库采用高斯－克吕格（等角横切圆柱）投影，中央经线为113°30 ′00″，坐标系采用1954年北京坐标系，高程系采用1956年黄海高程系。

5地理要素分层

河南省基础地理数字地图图层文件分类详见表531。

表531　河南省基础地理数字地图图层文件分类表

6河南省基础地理数据层描述

（1）基本信息图层名（L2HN01J）

数据描述 表532描述30′×20 ′的经纬网线及其经纬度值。

表532　基本信息属性表

数据项代码及其描述95202＝经线；95203＝纬线。

（2）水系信息图层名

a水系信息图层名（L2HN02S)

数据描述以多边形表示的水系要素，如河流、湖泊、水库、水塘等。

数据项代码及其描述　22012＝常年双线河；22010＝运河；23000＝湖泊；24010＝水库；24150＝水塘；25050＝水中岛。

河流、湖泊、水库属性见表533。

表533　河流、湖泊、水库属性表

b水系信息图层名（★2HN022H、L2HN02CH）

数据描述 以线表示的水系要素，包括河流、湖泊、水库、运河等。

数据项代码及其描述21011＝常年单线河；21012＝常年双线河岸线；21021＝常年时令河；22010＝运河岸线；23000＝湖泊岸线；24010＝水库岸线；24150＝池塘岸线。

河流、海岸线属性见表534。

表534　河流、海岸线属性表

（3）交通信息图层名

a交通信息图层名（L2HN03T）

数据描述　表535描述主要铁路和铁路线起止点城市名。

数据项代码及其描述　41000＝铁路；41010＝电气化铁路；41011＝复线铁路；41012＝单线铁路；41013＝建筑中铁路；41030＝窄轨铁路。

铁路图层属性见表535。

表535　铁路图层属性表

b交通信息图层名（L2HN03G、L2HN03GD、L2HN03SD）

数据描述　表536描述高速公路、国道、省道及起止点城市名称等。

数据项代码及其描述42010＝高速公路；42011＝建筑中高速公路；41020＝一级公路（国道）；42070＝主要公路（省道）；42080＝一般公路；42110＝大路；42130＝小路。

公路图层属性见表536。

表536　公路图层属性表

（4）居民地图层名

a居民地图层名（L2HN04X）

数据描述 表537描述乡镇级以上居民地及其行政区划代码名称等。

数据项代码及其描述31020＝省政府驻地；31030＝地级市政府驻地；31060＝县政府驻地；31080＝镇政府驻地；31090＝乡政府驻地。

镇级以上居民地属性见表537。

表537　镇级以上居民地属性表

b居民地图层名（L2HN04D）

数据描述　表538描述地级以上真型居民地及其类别和名称。

地区级居民属性见表538。

表538　地区级居民地属性表

（5）政区图层名

a政区图层名（L2HN05X、L2HN05D、L2HN05X）

数据描述 表539描述省级行政界、地级行政界、县级行政界、地区界等。

表539　境界属性表

b政区图层名（L2HN05DQ、L2HN05XD）

数据描述　表5310描述地级行政区、县级行政区。

表5310　行政区属性表

（6）地貌图层名

a地貌图层名（L2HN06D）

数据描述　表5311描述等高线及其高程值。

数据项代码及其描述　71000＝等高线。

表5311　地形等高线属性表

b地貌图层名（L2HN06G）

数据描述　表5312描述主要山峰的名称及高程值，主要高程点的高程值。

数据项代码及其描述　72000＝山峰。

表5312　山峰高程点属性表

7工作流程

工作流程包括预处理、图形数字化、图形编辑、拓扑关系建立、属性输入、投影变换、输出图形等步骤，各步骤间均经过检查修改等过程。其工艺流程见图531。

图531　河南省基础地理数字地图制作工艺流程图

从两者的定义分析：

湖泊是由湖盆、湖水及水中所含的矿物质、有机质和生物等所组成的。它是大陆封闭洼地的一种水体，并参与自然界的水分循环。通常按湖水含盐量的高低，湖泊可分为淡水湖、咸水湖和盐湖三类。湖泊是一种资源，如同矿产、森林、土地、河川一样，是国家重要的自然财富。湖泊水利资源丰富，对调节河川径流，提供工农业生产和人们饮用的水源，发展航运，繁衍水生经济动植物等方面，都发挥着重要的作用。在中国广阔富饶的土地上，分布着众多的湖泊，它像镶嵌在锦绣河山之中的明珠，晶莹夺目。据统计，全国1平方公里以上的湖泊面积达74 277平方公里，几乎与浙江省的面积相近。它们遍布于全国各地，其中以中国东部平原和青藏高原最为密集，形成了中国东西相对的两大稠密湖群。

河流陆地表面上经常或间歇有水流动的线形天然水道。河流在我国的称谓很多，较大的称江、河、川，较小的称溪、涧、沟等。每条河流都有河源和河口。河源是指河流的发源地，有的是泉水，有的是湖泊、沼泽或是冰川，各河河源情况不尽一样。河口是河流的终点，即河流流入海洋、河流（如支流流入干流）、湖泊或沼泽的地方，在干旱的沙漠区，有些河流河水沿途消耗于渗漏和蒸发，最后消失在沙漠中，这种河流称为瞎尾河。除河源和河口外，每一条河流根据水文和河谷地形特征分上、中、下游三段。上游比降大，流速大，冲刷占优势，河槽多为基岩或砾石；中游比降和流速减小，流量加大，冲刷、淤积都不严重，但河流侧蚀有所发展，河槽多为粗砂。下游比降平缓，流速较小，但流量大，淤积占优势，多浅滩或沙洲，河槽多细砂或淤泥。通常把流入海洋的河流称为外流河，补给外流河的流域范围称为外流流域。流入内陆湖泊或消失于沙漠之中的这类瞎尾河称为内流河，补给内流河的流域范围称为内流流域。我国外流流域面积占全国面积的6376％。为沟通不同河流、水系与海佯，发展水上交通运输而开挖的人工河道称为运河。为分泄河流洪水，人工开挖的河道称为减河。

我国的地势特征对河流的影响明显地表现在两方面。第一，地势特征决定了我国的河流多从西向东流，以注入太平洋的河流居多，从而沟通了东西之间的海陆交通。第二，阶梯之间高差大，致使河流落差大，水流急，水力资源丰富。

(一)数据内容

基础数据库包括系统运行前所采集到的所有支撑数据，数据的具体内容在数据分类与数据源章节中已描述，概括可分为以下几类。

(1)遥感影像数据:包括历史图像数据，以及按照一定监测周期更新的遥感图像数据。

(2)数字线划图数据:矢量数据(现状专题图和历史专题图数据)、栅格数据、元数据等。入库前数据以ArcInfoCoverage格式分幅或整体存储，采用地理坐标系统。

(3)数字栅格图数据:包括1∶5万和1∶10万基础地理图形数据的扫描栅格数据。

(4)数字高程模型数据:塔里木河干流河道1∶1万和“四源一干”区域1∶10万数字高程模型。

(5)多媒体数据:考察照片、录像、录音和虚拟演示成果等多媒体资料。

(6)属性数据:社会经济与水资源数据、水利工程数据、生态环境数据等。

(二)数据存储结构

1栅格数据

栅格数据包括遥感影像、数字栅格图、数字正射影像图、数字高程模型等，这些数据的存储结构基本类似，因此可进行统一设计。遥感图像数据库与普通的图像数据库在存储上有些差别，遥感图像作为传感器对地理、空间环境在不同条件下的测量结果(如光谱辐射特性、微波辐射特性)，必须结合同时得到的几个图像才可以认为是对环境在一定的时间条件下的完整的描述，也即是说，可能需要一个图像集合才能构成一个图像的完整的概念，并使之与语义信息产生联系(罗睿等，2000)。因此，遥感图像数据存储结构模型必须能够描述几个图像(波段)之间的逻辑关系。利用ArcSDE进行数据入库时，系统可自动建立各图像(波段)之间的关系，并按一定规则存储在数据库系统中。

对栅格数据在后台将采用Oracle数据库管理系统进行存储。Oracle系统可直接存储影像信息，并具有较强的数据管理能力，可以实现栅格数据信息的快速检索和提取。数据引擎采用ArcSDE，实现各类影像数据的入库。数据存储的关键是建立图幅索引，本系统数据的存储按图幅号、图名、采集时间等内容建立索引。

栅格数据依据图形属性一体化的存储思想，采用大二进制格式直接存储数据，这种方式的存储可实现内容的快速检索查询，按索引表检索出相关项后可直接打开栅格数据，提高栅格数据的管理效率。

2矢量数据

本系统采用图属一体化思想即将空间数据和属性数据合二为一，全部存在一个记录集中的思想存储空间数据，是目前GIS数据非常流行的存储方法。考虑到数据的具体情况，决定采用数据库存储空间数据和属性数据，部分具有少量、定型几何信息的地理要素如水文测站、河流、湖泊等，采用图属一体化思想存储其信息，而与其有关联关系的大量、多边化的属性信息如水文信息，则存储在属性数据表中，利用唯一标识符信息建立两表的关联。

针对本系统空间数据的特点，系统按照“数据库—子库—专题(基础数据)—层—要素—属性”的层次框架来构筑空间数据库，按照统一的地理坐标系统来存储空间数据，以实现对地理实体/专题要素进行分层叠加显示。

3多媒体数据

Oracle系统可直接存储和视频信息，并具有较强的数据管理能力，可以实现多媒体信息的快速检索和提取。多媒体数据存储的关键是建立索引表，本系统多媒体数据的存储按类型、时间、内容等项目建立索引，直接存储于Oracle数据库中。

多媒体数据存储时，可以将多媒体内容与索引表结构合为一体，采用大二进制格式直接存储，这种存储方式可实现内容的快速检索和查询，按索引表检索出相关项后可直接打开多媒体内容，而且多媒体数据库也便于维护管理。

(三)空间索引设计

1矢量空间索引

确定合适的格网级数、单元大小是建立空间格网索引的关键。格网太大，在一个格网内有多个空间实体，查询检索的准确度就低。格网太小，则索引数据量成倍增长和冗余，检索的速度和效率低。每一个数据层可采用不同大小、不同级别的空间索引格网单元，但每层级数最多不能超过三级。索引方式设置遵循以下基本原则:

(1)对于简单要素的数据层，尽可能选择单级索引格网，减少RDBMS搜索格网单元索引的级数，缩短空间索引搜索的过程;

(2)如果数据层中的要素封装边界大小变化比较大，应选择2或3级索引格网;

(3)如果用户经常对图层执行相同的查询，最佳格网的大小应是平均查询范围的15倍;

(4)格网的大小不能小于要素封装边界的平均大小。为了减少每个格网单元有多个要素封装边界的可能性，格网单元的大小应取要素封装边界平均大小的3倍;

(5)格网单元的大小不是一个确定性的问题，需要多次尝试和努力才会得到好的结果。有一些确定格网初始值的原则，用它们可以进一步确定最佳的格网大小。

SDE(Spatial Data Engine，即空间数据引擎)，从空间管理的角度看，是一个连续的空间数据模型，可将地理特征的空间数据和属性数据统一集成在关系型数据库管理系统中。关系型数据库系统支持对海量数据的存储，从而也可实现对空间数据的海量存储。空间数据可通过层来进行数据的划分，将具有共同属性的一类要素放到一层中，每个数据库记录对应一层中一个实际要素，这样避免了检索整个数据表，减少了检索的数据记录数量，从而减少磁盘输入/输出的 *** 作，加快了对空间数据查询的速度。

ArcSDE采用格网索引方式，将空间区域划分成合适大小的正方形格网，记录每一个格网内所包含的空间实体(对象)，以及每一个实体的封装边界范围，即包围空间实体的左下角和右上角坐标。当用户进行空间查询时，首先计算出用户查询对象所在格网，然后通过格网号，就可以快速检索到所需的空间实体。因此确定合适的格网级数、单元大小是建立空间格网索引的关键，太大或太小均不合适，这就需要进行多次尝试，确定合适的网格大小，以保证各单元能均匀落在网格内。利用ArcSDE的索引表创建功能，记录每一网格单元的实体分布情况，形成图层空间索引表。根据空间索引表，ArcSDE实现了对空间数据的快速查询。

2栅格数据空间索引

栅格数据的空间索引通过建立多级金字塔结构来实现。以高分辨率栅格数据为底层，逐级抽取数据，建立不同分辨率的数据金字塔结构，逐级形成较低分辨率的栅格数据。该方法通常会增加20%左右的存储空间，但却可以提高栅格数据的显示速度。在数据库查询检索时，调用合适级别的栅格数据，可提高浏览和显示速度。

(四)入库数据校验

入库数据的质量关系到系统评价分析结果的准确性。数据在生产中就需要严格进行质量控制。依据数据生产流程，将数据质量控制分成生产过程控制和结果控制。生产过程控制包括数据生产前期的质量控制、数据生产过程中的实时质量控制，结果质量控制为数据生产完成后的质量控制(裴亚波等，2003)。对入库数据的校验主要是进行数据生产完成后的质量控制和检查。

1规范化检查

(1)代码规范化:所有地理代码尽量采用国家标准和行业标准，例如，行政代码采用中华人民共和国行政区划代码国标。

(2)数据格式规范化:所有数据采用标准交换数据格式，例如，矢量数据采用标准输出Coverage格式和E00格式。

(3)属性数据和关系数据字段规范化:所有属性数据和关系数据提前分门别类地设计字段的内容、长短和格式， *** 作过程中严格执行。

(4)坐标系统规范化:本系统所有与空间有关的数据采用统一的空间坐标系统，即地理坐标系统。

(5)精度规范化:所有数据按照数据精度与质量控制中所要求的精度进行采集和处理。

(6)命名规范化:所有数据按照命名要求统一命名，便于系统的查询。

(7)元数据规范化:依照元数据标准要求，进行元数据检查。

2质量控制

数据质量是GIS成败的关键。对于关系型数据库设计，只要能保证表的实体完整性和参照完整性，并使之符合关系数据库的三个范式即可。对于空间数据库设计，则不仅要考虑数据采样、数据处理流程、空间配准、投影变换等问题，还应对数据质量做出定量分析。

数据质量一般可以通过以下几个方面来描述(吴芳华等，2001):

(1)准确度(Accuracy):即测量值与真值之间的接近程度，可用误差来衡量;

(2)精度(Precision):即对现象描述得详细程度;

(3)不确定性(Uncertainty):指某现象不能精确测得，当真值不可测或无法知道时，就无法确定误差，因而用不确定性取代误差;

(4)相容性(Compatibility):指两个来源不同的数据在同一个应用中使用的难易程度;

(5)一致性(Consistency):指对同一现象或同类现象表达的一致程度;

(6)完整性(Completeness):指具有同一准确度和精度的数据在类型上和特定空间范围内完整的程度;

(7)可得性(Accessibility):指获取或使用数据的容易程度;

(8)现势性(Timeliness):指数据反映客观现象目前状况的程度。

塔里木河流域生态环境动态监测系统的所有数据在数据质量评价后，还需要从数据格式、坐标一致性等方面进行入库质量检验，只有通过质量检验的数据才可以入库。

3数据检验

空间数据质量检验包括以下步骤:

(1)数据命名是否规范，是否按设计要求命名;

(2)数据是否能够正常打开;

(3)投影方式是否正确;

(4)坐标系统是否正确;

(5)改错是否完成，拓扑关系是否建立;

(6)属性数据是否正确，包括字段设置是否依据设计进行、是否有空属性记录、是否有属性错误记录等。

关系数据质量检验包括以下步骤:

(1)数据命名是否规范，是否按设计要求命名;

(2)数据是否能够正常打开;

(3)数据字段是否按设计要求设置;

(4)是否有空属性记录;

(5)是否有属性错误记录。

属性数据的校验，主要采用以下三种方式:

(1)两次录入校验:对一些相互之间毫无关联的数据，进行两次的录入，编写程序对两次录入的结果进行比较，找出两次录入结果不一样的数据，查看正确值，进行改正。

(2)折线图检验:对一些相互之间有关联的序列数据，如人口统计数据，对这一类数据，编写程序把数据以折线图的形式显示在显示器上，数据的序列一般都有一定规律，如果出现较大的波动，则需对此点的数据进行检查修改。

(3)计算校验:对一些按一定公式计算后所得结果与其他数据有关联的数据，如某些数据的合计等于另一数据，编写程序对这类数据进行计算，计算结果与有关联的数据进行比较，找出结果不一样的数据，查看正确值，进行改正。

图形数据的校验，主要包括以下步骤(陈俊杰等，2005):

(1)图层校验:图形要素的放置图层是唯一的。对于入库的Coverage数据，系统将根据图层代码进行检查，确保图形要素对层入座。

(2)代码检查:图形要素的代码是唯一的。对于入库的Coverage数据，系统将根据入库要素代码与特征表中的代码进行比较，确保入库数据代码存在，杜绝非法代码入库。

(3)类型检查:对入库的数据，检查该要素的类型与特征表中的类型是否一致，确保图形要素对表入座。如点要素、线要素、面要素仅能赋相应的点、线、面代码，且该代码必须与特征表中的数据类型代码相同。

(4)范围检查:根据入库的数据，确定该类要素的大体范围(如X、Y坐标等)，在数据入库前，比较入库数据与范围数据的大小，若入库数据在该范围内，则入库，否则给出提示检查信息。

(五)数据入库

1遥感影像数据

利用空间数据引擎———ArcSDE可实现遥感影像数据在Oracle数据库中的存储和管理，在影像数据进行入库时，应加入相应的索引和影像描述字段。

遥感影像入库步骤:

(1)影像数据预处理:要将塔里木河遥感影像数据库建成一个多分辨率无缝影像数据库系统，客观上要求数据库中的影像数据在几何空间、灰度空间连续一致。因此，在数据采集阶段就需要对影像数据进行预处理，包括图像几何校正、灰度拼接(无缝镶嵌)、正射处理、投影变换等。

几何校正的目的是使校正后的图像重新定位到某种地图投影方式，以适用于各种定位、量测、多源影像的复合及与矢量地图、DTM等的套合显示与处理。几何校正多采用二次多项式算法和图像双线性内插重采样法进行图像校正。将纠正后具有规定地理编码的图像按多边形圈定需要拼接的子区，逐一镶嵌到指定模版，同时进行必要的色彩匹配，使整体图像色调一致，完成图像的几何拼接，再采用金字塔影像数据结构和“从粗到精”的分层控制策略实现逐级拼接。

数字正射影像具有统一的大地坐标系、丰富的信息量和真实的景观表达，易于制作具有“独立于比例尺”的多级金字塔结构影像。可以采用DTM和外方位元素经过数字微分纠正方法，获得数字正射影像，它的基本参数包括原始影像与正射影像的比例尺、采样分辨率等(方涛等，1997)。

投影变换需根据数据库系统定义的标准转换到统一的投影体系下。

(2)影像数据压缩:随着传感器空间分辨率的提高和对遥感信息需求的日益增长，获取的影像数据量成几何级数增大，如此庞大的数据将占用较大的存储空间，给影像的存储和传输带来不便(葛咏等，2000)。目前，系统处理的遥感影像数据已达数百千兆，单个文件的影像数据最大达到了2G，这样的数据量在调用显示时速度很慢，对影像数据进行压缩存储，将大大提高影像访问效率。本系统采用ArcSDE软件提供的无损压缩模式对入库影像进行压缩。

(3)影像导入:遥感影像的入库可通过ArcSDE或入库程序进行导入，并填写相关的索引信息，在入库时对大型的遥感影像数据进行自动分割，分为若干的块(tiles)进行存储。

(4)图像金字塔构建:采用ArcSDE提供的金字塔构建工具在入库时自动生成图像金字塔，用户只需要选择相应的参数设置即可。图像金字塔及其层级图像按分辨率分级存储与管理。最底层的分辨率最高，并且数据量最大，分辨率越低，其数据量越小，这样，不同的分辨率遥感图像形成了塔式结构。采用这种图像金字塔结构建立的遥感影像数据库，便于组织、存储与管理多尺度、多数据源遥感影像数据，实现了跨分辨率的索引与浏览，极大地提高了影像数据的浏览显示速度。

2数字线划图

对纸图数字化、配准、校正、分层及拼接等处理后，生成标准分幅和拼接存储的数字矢量图，就可以进行图形数据入库。

(1)分幅矢量图形数据、图幅接合表:按图形比例尺、图幅号、制作时间、图层等方式，通过入库程序导入到数据库中，同时导入与该地理信息相对应的属性信息，建立空间信息与属性信息的关联。

(2)拼接矢量图形数据:按图形比例尺、制作时间、图层等方式，通过入库程序导入到数据库中，同时导入与该地理信息相对应的属性信息，建立空间信息与属性信息的关联。

3栅格数据

对纸图数字化、配准、校正、分层及拼接等处理后，生成标准分幅和整体存储的数字栅格图，然后进行图形数据入库。

(1)分幅栅格图形数据、图幅接合表:按图形比例尺、图幅号、制作时间等方式，通过入库程序导入到数据库中。

(2)整幅栅格图形数据:按比例尺、制作时间等方式，通过入库程序导入到数据库中。

4数字高程模型

(1)分幅数字高程模型数据、图幅接合表:按图形比例尺、图幅号、制作时间等方式，通过入库程序导入到数据库中。

(2)拼接数字高程模型数据:按比例尺、制作时间等方式通过入库程序导入到数据库中。

5多媒体数据

多媒体数据入库可根据多媒体数据库内容的需要对入库数据进行预处理，包括音频、视频信息录制剪接、文字编辑、色彩选配等。对多媒体信息的加工处理需要使用特定的工具软件进行编辑。由于音频信息和视频信息数据量巨大，因此，对多媒体数据存储时需采用数据压缩技术，现在的许多商用软件已能够直接存储或播放压缩后的多媒体数据文件，这里主要考虑根据数据显示质量要求选择采用不同的存储格式。图4－2为各类多媒体数据的加工处理流程。

图4－2 多媒体数据加工处理流程图

6属性数据

将收集的社会经济、水利工程、生态环境等属性资料，进行分析整理，输入计算机，最后经过程序的计算处理，存储到数据库中，具体流程如图4－3所示。

图4－3 属性数据入库流程图

花都湖更深。

根据中国湖泊科学数据库显示白云湖平均水深83余米，花都湖是个利用城市河流与湖泊改造的城市公园，花都湖最深处超过110米，是全广州最深的。

白云湖位于广州市白云区。

水是人类发展不可缺少的自然资源，是人类和一切生物赖以生存的物质基础。当今世界，水资源不足和污染构成的水源危机成为任何一个国家在政策、经济和技术上所面临的复杂问题和社会经济发展的主要制约因素。1992年1月联合国在冰岛举行了水和环境国际会议，呼吁寻找新的途径，对淡水资源作出评价、发展和管理。1993年，世界银行提出了有关水资源的新课题。粮农组织最近成立了一个关于水和持续农业发展的国际项目（LAP-WASAD），这些信息表明，水资源问题已引起全世界的关注。

人类对水资源的开发利用分两大类：一类是从水资源取走所需的水量，满足人民生活和工农业生产的需要后，数量有所消耗，质量有所变化，在另外地点回归水源。另一类是取用水能（水力发电）、发展水运、水产和水上游乐，维持生态平衡等，这种利用不需要从水源引走水量，但是需要河流、湖泊、河口保持一定的水位、流量和水质。本节所讨论的水资源利用情况主要是第一类用水形式。

3、水资源的重要作用

1) 调节气候。水是大气的重要成分。虽然大气中仅含全球水量的百万分之一，然而，大气和水之间的循环相互作用，确定了地球水循环运动，形成支持生物的气候。大气中的水帮助调节全球能量平衡，水循环运动起着不同地区的能量传输作用。

2) 水磨塑造地球表面的形态。流动的水开创和推动土地地貌的形成，重排地表景观以及三角洲形成等。水是形成土壤的关键因素，也在岩石的物理风化中起着重要作用。

3)水具有物质运输的功能。水可以输送多种多样材料和营养物质。水输送物质的形式有两种：溶解的矿物质和整体物质。大气中的各种颗粒物质可以沉降到水体，然后由水输送。从这一方面可以看到，水可以把环境污染物输送、扩散到更远、更广泛的区域。

4) 水是一切生物必不可少的物质。生命的形成离不开水，水是生物的主体，生物体内含水量占体重的60~80%，甚至90%以上。水是生命原生质的组成部分，并参与细胞的新陈代谢，还是生物体内外生物化学发生的介质。因此，一切生命都离不开水。水与生物以各种方式相互作用。在一个区域范围内，水是决定植被群落和生产力的关键因素之—，还可以决定动物群落的类型、动物行为等。

5) 水是人类赖以生存和生产的最基本的物质基础。水与人类的关系非常密切，不论是生活或是生产活动都离不开水这一宝贵的自然资源，水既是人体的重要组成，又是人体新陈代谢的介质，人体的水含量占体重的2/3，维持人类正常的生理代谢，每天每人至少需要2~3L水。工业生产、农田灌溉、城市生活都需要消耗大量的水。但是，随着人口和经济活动的加剧，全球的水循环已大大偏离了它的自然状态，水的流动已发生了显著的变化。人口迅速增长，加快了对水资源的消耗，工农业生产发展严重污染了水体，森林破坏改变了蒸发和径流方向等，这些人类活动造成了水资源的严重破坏，使世界面临着水危机。

1、世界水资源概况

世界各地自然条件不同，降水和径流相差也很大。年降水量以大洋洲(不包括澳大利亚)的诸岛最多；其次是南美洲，那里大部分地区位于赤道气候区内，水循环十分活跃，降水量和径流量均为全球平均值的两倍以上。欧洲、亚洲和北美洲与世界平均水平相接近，而非洲大陆是世界上最为干燥地区之一，虽然其降水量与世界平均值相接近，但由于沙漠面积大，蒸发强烈，径流量仅为151mm。相比之下大洋洲的澳大利亚最为干燥，与降水量761mm相对其径流量仅为39mm，这是由于澳大利亚的有2/3地区为荒漠、半荒漠所致

2、世界水资源的供给与利用

通常人们将全球陆地入海径流总量作为理论上的水资源总量，即全球水资源总量为47000km3，而这一水资源数量在全球分布又是不均匀的，各国水资源丰缺程度相差很大。人类在早期对水资源的开发利用，主要是在农业、航运、水产养殖等方面，而用于工业和城市生活的水量很少，直到本世纪初，工业和城市生活用水仍只占总用水量的12%左右。随着世界人口的高速增长以及工农业生产的发展，水资源的消耗量越来越大。世界用水量逐年增长，1900~1975年间，每年以3~5%的速度递增，即每20年左右增长一倍。到2000年，世界总用水量将达到6000亿m3，占世界总径流量的15%。

随着人类文明的进步，对水资源的需要量越来越大，1985年用水量为1950年的35倍。其中农业用水占总水量的比例由1950年的782%下降到1985年的61 %5；而工业用水与城市用水占总用水量的比例由1950年的227%，增加到1985年的346%。但可供人类使用的水资源却不会增加；甚至会因人为的污染等因素而使其质量变差，可利用数量减少。加之，世界淡水资源的分布极不均匀，人们居住的地理位置与水的分布又不相称，使水资源的供应与需求之间的矛盾很大，尤其是在工业和人口集中的城市，这个矛盾更加突出。据统计，近40年来，全世界农业用水量仅增加了2倍、工业用水增加了7倍，而生活用水增加的更多。

3、水危机产生的原因

从总的水储量和循环量来看，地球上的水资源是丰富的，如能妥善保护与利用，可以供应200亿人的使用。但由于消耗量不断的增长和可利用水域的污染等原因，造成可利用水资源的短缺和危机，主要有以下几个方面的原因：

1) 自然条件影响：地球上淡水资源在时间和空间上的极不均匀分布，并受到气候变化的影响，致使许多国家或地区的可用水量甚缺。例如我国长江、珠江、浙、闽、台及西南诸河流域的水量占总水量的810%，而这些地区的耕地仅占全国的359%；而华北和西北地处于干早或半干旱气候区，其降雨和径流都很少，季节性缺水很严重。北非和南撒哈拉地区、阿拉伯半岛、伊朗南部、巴基斯坦和西印度是年降雨长期平均变化最大的区域，其变化幅度超过40%。美国西南部、墨西哥西北部、非洲西南部、巴西最东端以及智利部分地区也是如此。因此，世界许多地区会出现区域性的供水危机。

1、概况：我国江河众多，流域面积在100km2以上的河流有5万多条，1000km2以上的约有1500多条。但受气候和地形的影响，河流分布很不均匀，绝大部分河流分布在我国东部湿润、多雨的季风区，西北内陆气候干燥、少雨，河流很少。

我国有1 km2以上的湖泊2300多个，总面积7187 km2，约占国土面积的08%；湖水总储量约为7088亿m3，其中淡水量占32%。

我国还有丰富的冰川资源，共有冰川43000余条，集中分布在西部地区。总面积58700km2，占亚洲冰川总量的一半以上，总贮量约52000亿m3。

我国平均年降水量为61889亿m3，平均降水深6484mm，年均河川径流量27115亿m3，合径流深2841mm。河川径流主要靠降水补给，由冰川补给的只有500亿m3左右。我国年平均地下水资源为82876亿m3。

根据分析计算，我国地表水和地下水的量分别为27115和8288亿m3，扣除二者间的重复量7279亿m3后，则我国多年平均水资源总量28124亿m3。

2、我国水资源特点

我国水资源的时空分布特点，可通过降水、蒸发、径流等水平衡要素的分布反映如下：

1) 水资源总量较丰富，人均和地均拥有量少

我国多年平均年水资源总量为28124亿m3，其中河川径流约占94%，低于巴西、前苏联、加拿大、美国和印度尼西亚，约占全球径流总量的58%，居世界第6位。平均径流深为284mm，为世界平均值的90%，居世界第7位。可见，我国的水资源量还是比较丰富的。然而，我国人口众多，按12亿人口计算，平均每人每年占有的河川径流量2260m3，不足世界平均值的1/4，分别是美国人均占有量的1/6，前苏联的1/8，巴西的1/19和加拿大的1/58。我国地域辽阔，平均每公顷耕地的河川径流占有量约28320m3，为世界平均值的80%。所以，人我国水资源量与需要不适应的矛盾十分突出，以占世界7的耕地和6%的淡水资源养活着世界上22%的人口。

随着人口的增长，城市化、工业化以及灌溉对水的需求日益增加，21世纪将出现许多用水紧缺问题。在可供淡水有限的情况下，应积极采取措施保护宝贵的资源。一般采取以下几种措施。

1、提高水的利用效率，开辟第二水源

这是目前解决水资源紧张的重要途径，主要方法有：

1) 降低工业用水量，提高水的重复利用率

降低工业用水量的主要途径是改革生产用水工艺，争取少用水，提高循环用水率。如炼钢厂用氧气转炉代替老式平炉，不但提高了钢的质量，而且用水量降低了86~90%。

现在世界上许多工业发达的国家都把提高工业重复用水率作为解决城市用水困难的主要手段。有的国家还辅设了专门供工业循环用水的管道，效果很好。我国近几年来，对水的重复利用也逐步开展起来。在一些水源特别紧张的城市，水的重复利用率已达到较高水平，如大连市为795%，青岛为773%，太原为838%，但整体水平还比较低，平均工业用水重复利用率仅为20~30%。

如果把全国工业用水的平均重复利用率从目前的20%提高到40%。每天可节水1300万t，相应地节省供水工程投资26亿元，节水量和经济效益都是相当可观的。

提高工业用水重复利用率，不仅是合理利用水资源的重要措施，而且减少了工业废水量，减轻了废水处理量和对水体的污染。

2) 实行科学灌溉，减少农业用水浪费

全世界用水的70%为农业灌溉用水，但其利用率很低，浪费严重。据估计，全世界有37%的灌溉水用于作物生长，其余63%都被浪费掉了。因此，改革灌溉方法是提高用水效率的最大潜力所在。

渠道渗漏是世界各国在发展灌溉事业时遇到的共同问题。据国际灌溉排水委员会的统计，灌溉水渗漏损失量一般为15~30%，高的甚至达到50~60%。我国渗漏损失一般为40~50%，高的甚至达到70~80%。由于大部分灌区的渠道没有防渗措施，我国南方长江、珠江、东南沿海等地渠道水利用系数平均为06，其它各片为05。估计全国渠道渗漏损失的水量可达到1700多亿m3。因此，防渗渠道和暗管输水等工程技术的应用可以得到明显的节水效果。

灌溉方式的改进，是农业节水的重要途径。60年代在以色列发展起来的滴灌系统，可将水直接送到紧靠植物根部的地方，以使蒸发和渗漏水量减到最小。当前，国外灌溉节水技术的发展趋向是采用完整的灌溉排水管道系统，它具有能源消耗少，输水快，配水均匀、水量损失小，不影响机耕等优点。此外，一些国家还研究了新的灌溉技术，如涌流灌溉、水平畦田灌溉、采用自动升降竖管等。内布拉斯加农业和自然资源研究所设计了一种灌溉计算机程序，利用各小型气象站收集来的数据计算各地区生长的不同作物的蒸发蒸腾率，指导农民调整灌溉日期。自动灌溉技术，利用计算机控制流量、监测渗漏、调节不同风速和土壤湿度条件下的用水量，并使肥料用量最佳化。我国最新的研究表明，覆盖滴灌对水的利用效率更高，是适合干旱半干旱地区的新型灌溉技术。

3) 回收利用城市污水、开辟第二水源

回收和重新使用废水，使其变为可用的资源是另一种提高水使用效率的方法。在东京,城市水回收中心通过三级水处理厂慢沙过滤回收废水，氯化消毒后用于冲洗高层建筑的厕所。北京也曾修建过类似的“中水道”系统。

2、调节水源流量，增加可靠供水

前述水资源紧张的第一个原因是自然条件的影响，如气候、地理位置，淡水分布不均匀等问题。人们试图通过调节水源流量、开发新水源的方式加以解决。

1) 建造水库: 建造水库调节流量，可以将丰水期多余水量储存在库内，补充枯水期的流量不足。不仅可以提高水源供水能力，还可以为防洪、发电、发展水产等多种用途服务。目前，各国在江河上建造的库容超过1亿m3的水库共有1350个，总蓄水量达到4100km3。

然而，在很多工业发达国家，随着建库地址的选择日益困难，增加新蓄水设施的成本迅速提高，水库发展的速度明显减慢了。发展中国家的水库建造仍处于全盛时期。在建库时，还必须研究对流域和水库周围生态系统的影响，否则会引起不良后果。

2) 跨流域调水: 跨流域调水是一项耗资昂贵的增加供水工程，是从丰水流域向缺水流域调节。由于其耗资大、对环境破坏严重，许多国家已不再进行大规模的流域间调水。巴基斯坦的西水东调工程和澳大利亚的雪山河调水工程以及我国近年来相继完成的引黄济青、引滦入津和引滦入唐等工程都是从丰水流域向缺水流域供水的大工程，我国的南水北调工程也已开始动工。

3) 地下蓄水: 目前，已有20多个国家在积极筹划人工补充地下水。在美国，加利福尼亚的地方水利机构每年将25亿m3左右的水贮存地下。到1980年，该州已有3450万m3的水贮存在两个水利工程项目的示范区内；其单位成本平均至少比新建地表水水库低35~40%。美国国会于1984年秋通过立法，批准西部17个州兴建蓄水层回灌示范工程。在荷兰，实现人工补给地下水后，解决了枯水季节的供水问题，每年增加含水层储量200~300万m3。

4) 海水淡化: 海水淡化可解决海滨城市的淡水紧缺问题。目前，世界海水淡化的总能力为27km3/a，不到全球用水量的1‰。沙特阿拉伯、伊朗等国家海水淡化设备能力占世界的60%，在沙特阿拉伯还建造了世界上最大的淡化海水管道引水工程。

5) 拖移冰山: 此工程在近期内还不可能实现，仍处于计划阶段。据估计，南极的一小块浮冰就可获得10亿m3的淡水，可供400万人一年的用量。

6) 恢复河、湖水质: 采用综合防治水污染的方法恢复河湖水质。即采用系统分析的方法，研究水体自净、污水处理规模、污水处理效率与水质目标及其费用之间的相互关系，应用水质模拟预测及评价技术，寻求优化治理方案，制订水污染控制规划。采用这种方法治理的河流，如美国的特拉华河、英国的泰晤士河、加拿大的圣约翰河等水质都得到恢复，增加了淡水供应。

7) 合理利用地下水: 地下水是极重要的水资源之一，其储量仅次于极地冰川，比河水、湖水和大气水分的总和还多。但由于其补给速度慢，过量开采将引起许多问题。在开发利用地下水资源时，应采取以下保护措施：

(1) 加强地下水源勘察工作，掌握水文地质资料，全面规划，合理布局，统一考虑地表水和地下水的综合利用，避免过量开采和滥用水源；

(2) 采取人工补给的方法，但必须注意防止地下水的污染；

(3) 立监测网，随时了解地下水的动态和水质变化情况，以便及时采取防治措施

(一)问题的提出

塔里木河流域生态环境动态监测系统的运转需要大量的空间数据支持。在空间数据库构建前期，采集了塔里木河流域的各尺度基础地形图、生态环境专题图以及遥感影像资料等图形、图像数据，这些数据都是以分幅的成果进行收集和提交的，需要进入综合数据库中，以实现数据的共享。

我国国土版图大，而且大部分位于中、低纬度地区，因此我国现行的大于1∶50万比例尺的各种地形图都采用高斯－克里格投影即横切椭圆柱正形投影。经过高斯－克里格投影后的平面直角坐标系是以相切的经线(中央经线)的投影为X轴，以赤道的投影为Y轴。高斯－克里格投影具有以下特点:

(1)中央经线投影为直线，而且是投影的对称轴(也是投影平面的X轴);

(2)高斯－克里格投影是等角投影，投影后具有角度不变、伸长固定的特点(即同一地点各个方向的长度比不变)，满足等角的要求;

(3)中央经线上长度没有变形，离中央经线越远变形越大。为了限制投影变形，必须进行分带投影。所谓分带就是按照一定的经度差，将椭球体按经线划分成若干个狭窄的区域，各个区域分别按高斯投影的规律进行投影，每一个区域就称为一个投影带。在每一个投影带内，位于各带中央的子午线就是轴子午线，各带相邻的子午线叫边缘子午线。分带之后，各带均有自己的坐标轴和原点，形成各自独立但又相同的坐标系统。根据国际通用方法，我国投影分带主要有两种:在我国1∶25万到1∶50万地形图均采用6°分带投影，1∶1万及更大比例尺的地形图采用3°分带投影，以保证投影变形误差满足地图的精度要求(王密等，2001)。

本系统所采集到的数据产品的空间参考大都是以高斯投影后的平面坐标为基础的分幅数据。塔里木河流域地域广阔，地理坐标介于东经73°10'～94°05'，北纬34°55'～43°08'之间，以1∶10万基础地形图数据为例，按照高斯投影后的坐标分成了13°、14°、15°、16°四个6°高斯投影带，每个带的坐标都是以本带的坐标原点为参考点，空间基准不统一，如果将这些数据直接进行入库，将在跨带处产生缝隙，不能形成逻辑意义上完整的河流表现，也无法完成基于整个流域的生态环境分析，因此，必须采用相应的数据处理与建库技术，实现塔河整个流域数据的无缝集成管理，使之形成统一的整体。从基础数据的获取开始，进行精心设计和组织，分离出数据物理层和数据逻辑层，在统一的空间框架之下，将物理层归化到逻辑层，以消除逻辑层的缝隙，从而实现用户级的逻辑无缝空间数据库。

(二)无缝数据库

随着GIS数据发布与共享技术的发展，无缝空间数据库逐渐分化出两个层次的含义:一是GIS系统内部的数据无缝，一是不同GIS实现互 *** 作时的数据无缝。前者是通常意义的无缝，后者主要通过数据标准化与 *** 作标准化来实现。无缝空间数据库的最终含义体现在逻辑无缝数据库。无论是多源还是单源、同构还是异构，跨越数据层呈现在用户面前的GIS空间数据库必须是逻辑无缝的。

空间数据的无缝连接是一个建立在用户与数据库接口基础上的概念，意味着GIS管理的数据不再是单一、被硬性割裂的图幅，而是范围更加广阔的区域，这个区域小可到一个城市，大可到一个国家甚至整个地球(王卉、王家耀，2004)。由于硬软件条件的限制，计算机系统尚不能同时处理海量的空间数据，因此从具体技术的实施上，可采用将空间数据分块存储于数据库中，数据库提供相应的图块拼接信息。物理上空间数据是有缝隙的，但空间数据库提供图块之间的接图信息及相应的拼接访问手段，保障了空间数据在使用上的空间连贯性，即数据在逻辑使用上是无缝的(王密等，2001)。

(三)缝隙产生原因

在现实世界中，地理空间是由地貌、地物组成的连续的表层空间，地理信息则是有关地理空间的一切有用的知识。在计算机世界中，地理信息通过抽象、建模形成数字化的表示形式，通过空间数据库来进行表达、存储和管理(朱欣焰等，2002)。空间地理数据缝隙是在数据的获取、表示与处理过程中产生的数据不连续现象。

1数据源

由于历史和现实的原因，地图是绝大多数GIS系统直接的数据源。地图是地球三维椭球面的二维平面表达，本身对真实世界有扭曲;地图是对连续空间的割裂表达，实体被分割到不同的地图空间中去;高斯投影是基本比例尺地形图经常选用的投影，也是绝大多数GIS系统的数学基础，由于分带的原因，使得投影后带有高斯投影平面坐标的地图无法实现无缝拼接。

2数据表达与组织方式

空间地理几何数据的表示主要有栅格和矢量两种不同的形式。栅格形式是将地理表层空间划分为一系列网格，空间目标由这些网格的位置及其量化值来表示，这些网格本身就是连续空间信息的离散表达。矢量形式则是将地理空间的一切事物、概念进行抽象，形成点、线、面，由点、线、面来组成各类空间目标。按点、线、面来分类和按分层的思想来组织空间数据，也割裂了实体之间内在的联系。

在空间数据库组织与管理上，目前主要有文件型、文件与关系数据库混合型、全关系型以及对象关系型。传统的文件型空间数据库、文件与关系混合型空间数据库，按图幅或一定的区域范围以文件的形式来组织与存储空间几何数据，不同的图幅或区域之间存在缝隙。在文件与关系数据库混合型的空间数据库中，空间几何数据贮存在文件中，属性数据贮存在关系数据库中，属性数据和几何数据之间通过内部标识来链接，空间几何数据和属性数据之间存在缝隙。

3数据处理

数据处理的过程中也会引入缝隙，产生这种缝隙的原因有:①数据处理过程的顺序不一致;②选择的处理参数不一致;③数字化的精度不一致。

4多源异构数据共享

数据属性(数学基础、比例尺、用途、时间、精度等)的不同，导致了数据的差异，这些差异是多层次和多方面的，它们集中体现了数据的异构。数据异构和多源往往是一体的，多源异构是系统内部和系统之间数据裂隙的主要原因(刘仁峰，2005)。

(四)数据缝隙类别和表现

数据缝隙基本可以分为物理缝隙和逻辑缝隙两类。物理缝隙是地理空间的分离存储，本来连续的实体空间被分离到不同的存储空间和存储单元中去，例如空间数据的分幅、分层存储。逻辑缝隙是指逻辑上本身连续的信息不能以逻辑连续的方式呈现，例如跨越多幅图的一条河流，在图幅内查询河流属性(如长度)时只能获取其在本图幅内的相关信息而不是实体整体的信息。显然，由于空间信息本身的海量特性，要完全意义上的实现物理无缝的空间数据库目前还是不可能的，也没有必要。GIS用户关心的不是空间数据是物理无缝，因为GIS呈现给用户的是数据逻辑层，只需要保证用户看到的数据是逻辑无缝的。

物理有缝的数据库向逻辑无缝数据库的转换是无缝空间数据库构建的重要一环。

(五)无缝镶嵌技术

数据的无缝连接包含以下几个问题:投影、坐标系统、比例尺、数据精度等。对不同投影和坐标系统的空间数据在投影和坐标系统上统一采用相同的标准，当空间数据具有多尺度时，无缝连接寻找数据集之间连续的表达方式，它表现为不同尺度数据之间的集成。建立无缝空间数据的关键在于在合适的空间信息框架上实现多源异构空间数据的融合，框架是基础，融合是手段。

1合适的空间框架选择

(1)适合多尺度信息表达。地球是一个开放的非常复杂的巨大系统，随着观察视角的变化，我们希望空间地理信息比例尺也自动增减。由于地图的自动综合受诸多因素的影响，目前比较可行的是采用多尺度空间数据支持来达到目的。所谓多尺度就是指系统内包含几种不同比例尺(或分辨率)的空间数据，其目的是为了适度地反映系统所关心区域的空间地理信息，以避免地物信息的过粗、失真或地物信息的负载量过大而无法使用。无缝空间数据库也应该符合多尺度空间数据库要求。

(2)适合大区域表达。各种自然和人文现象的空间分布，有其内在的原因和规律，这些原因和规律的获得，往往需要研究大区域多因素的综合作用;另一方面，对于全球范围的环境变异和气候变迁的研究需要基于数字地球的空间框架。大区域的表达，还涉及空间尺度问题，不应继续采用欧氏空间尺度，而应该采用大地线尺度空间。

2多源异构空间数据的融合

(1)GIS的迅速发展和广泛应用导致了多源空间数据的产生。如何实现不同的GIS软件共享并 *** 作不同来源的地理数据，即GIS多源空间数据的集成，成为GIS发展的关键。目前GIS多源空间数据的集成主要朝着三个方向发展，一是通过建立统一的数据交换标准来约束并规范已有的各类地理信息系统，采用数据交换标准来进行空间数据交换;二是建立开放式地理数据互 *** 作规范，进行地理信息系统互 *** 作;三是GIS数据中间件技术。

(2)统一数据交换标准存在很多实现上的困难。互 *** 作是一个重要发展趋势，是在异构分布式数据库中实现信息共享的途径，它需要将GIS技术、分布处理技术、面向对象方法、数据库设计及实时信息获取方法更有效地结合起来。所谓GIS数据中间件技术是指能够嵌入各类GIS系统的软件，GIS开发者通过中间件开发商提供的接口，访问和 *** 作特定的数据源。

(3)在多源异构数据集成技术尚未成熟的时候，人们再次把目光投向数据本身，如果可以提供关于数据的详细描述，是否可以提高融合数据的能力呢于是，对于“关于数据的数据”的研究，即对于元数据的研究便普遍展开。从DublinCore到CSDGM与OGC，都提出了相应的元数据标准体系，有了完整而完善的元数据描述，必将提高数据的效能，从而最终促进多源异构数据库向无缝空间数据库的归化。

为实现塔河整个流域数据的无缝集成管理，使之形成统一的整体，设计从缝隙产生的地方开始，分离出数据物理层和数据逻辑层，在统一的空间框架之下，将物理层归化到逻辑层，以消除逻辑层的缝隙，从而实现用户级的逻辑无缝空间数据库;同时制定统一的数据提交规范，如所有矢量数据在入库前统一采用经纬度坐标，栅格数据统一提供两套数据，即高斯坐标和经纬度坐标，以满足不同用户的管理需求和精度要求。

全球干旱加剧，一个国际科学家们组成的团队近期调查显示，世界河流总长度的一半以上每年至少有一天干涸，科学家们绘制了第一张断流世界地图，并分析间歇断流的多种后果。

间歇性干旱影响的河流比以前想象的要多得多

一个由国际科学家们组成的团队的环境调查报告在英国《自然》杂志6月16日上发表，该环境调查首次创建可表达长达2330万公里的全球河流的数据模型，并由此发现，全球超半数的河流每年至少断流一天。研究结果表明，这种河流间歇断流现象比之前认为的更常见，或有必要因此改变河流管理策略。

世界河流总长度的一半以上每年至少有一天干涸，科学家们绘制了第一张断流世界地图，并分析间歇断流的多种后果。

一个来自法国。德国和加拿大组成的国际科学家们首次创建可表达600万条河流，长达2330万公里的全球河流的数据模型。

大家知道在地球上，大部分河道的河流会间歇性断流，譬如某些河段在某些时间内出现水源枯竭、河床干涸等现象。不过目前一些大江大河似乎正呈现日益强烈的这种间歇干枯的趋势，科学家蒂博 达特里(Thibault Datry)表示对于每个人来说，河流都是流动， 但我们发现，在世界上所有地区，河流的间歇停止流动已经不是例外。

最著名的间歇性河流如中国的黄河，或者美国的科罗拉多这样的大河，它们甚至不再流入大海。在法国，35%的河流发电厂经历过间歇干涸阶段。

河水可以流入岩石或者进入并且通过土壤在地下流动，然后在远处的下游溢出。 在热带地区，干湿季节交替意味着雨季河流暂时泛滥出河道，在旱季几个月后河流不再存在。 而人类建筑的大大小小的水坝，也导致一些河流干涸或者改变流向。

科学家们的预计

科学家们此前也预计，这种河流断流会在接下来的几十年里因气候变化和人类生活和生存活动而增加。不过我们一直不清楚季节性河流间歇在全世界的规模，这也意味着人们在制定河流管理策略时会将其忽略。

为此，加拿大麦吉尔大学研究人员马赛斯·梅辛格及法国以及德国的同事建立了一个预测非常年性河流规模的模型，并将该模型应用于一个名为“RiverATLAS”的大型数据库，这一数据模型可表示长达2330万公里的全球河流网络。研究人员据此预测，全球44%到51%的河流每年至少停流一天，说明非常年性河流是分布最广泛的河流类型。

据研究团队估算，离全球52%的人口最近的河流都是非常年性河流。他们认为气候变量是预测哪些河流为季节性河流的重要指标，并指出极度干热地区有95%的河流很容易出现断流，比如澳大利亚北部、印度部分地区和非洲萨赫勒地区。在较冷的气候下，断流的出现通常是因为结冰或是降雨变成了降雪。

美国地质调查局华盛顿水科学中心研究人员克里斯丁·贾格认为，应在河流模型中纳入流动间歇性，从而制定出有效的河流管理策略，保护非常年性河流的生物多样性和生态系统。

河流间歇的自然现象

作为一个自然现象，河流断流的原因是多方面的，譬如气温升高造成的蒸发量增加；大气环流出现变化；厄尔尼诺导致个别年份降水少等等因素。总体来讲，几乎都是自然或人为引起的气候变化造成的。但当全球大部分河流出现这一情况，尤其是一些大河出现断流，就应该引起人们的高度警惕并需要采取措施了。多个大河断流，不仅是加剧水资源危机、破坏沿岸居民生活和工业生产的问题，还会对河流环境产生影响，使生态系统出现严重变化——生物减少、地下水位下降、风沙加剧，最终又进一步引起气候异常效应。

间歇会导致的自然后果

河流间歇干枯有其系列自然后果，特别是对于生活在这些河流水域周边的人口而言影响不小。 法国科学家蒂博 达特里早在2018 年，就在《自然》杂志上发表科学文章证明，这类间歇停留的河流仍在排放二氧化碳。 在干燥阶段之后，水的补充会突然唤醒细菌动物群，排放二氧化碳，高达“正常”流动河流产量的 10%。 此外，全球变暖可能会增加干流的长度或间歇干枯的频率。

另一个影响涉及如何管理这些有间歇河水的水文资源。 现在衡量河水的质量标准基于对生物指标，如藻类数量、昆虫和鱼等的种类进行分析，这些指标没有把河流间歇因素考虑在内，因此导致对河流状况的错误判断。

但是，如果要把河流间歇的这个新因素考虑在内，就需要了解河流间歇的范围。 为了绘制该现象的第一张全球地图，这个国际团队分四个阶段进行。 首先，它收集了来自全球 5,600 个流量测量站的年度记录。 然后，她在HydroAtlas参考数据库中收集了每个点的一百条信息，例如温度、降雨量、居民数量、支流、土壤的含水量等。最后用机器学习算法确定了哪些因素最好地解释了这些记录，就是主要是干旱和含水量，从而得出了研究人员的结论。

大家知道工业生产需要电力，一般来讲煤电发电比较稳定，而如风能、太阳能等新能源的发电量就受到自然资源的限制比较多，并且有较大的间歇性。而当河流的来水位较低，甚至出现河流间歇的时候，水电出力就会不足。阴天和夜间，太阳能发电会受到影响。

另外如中国等过度开发水利资源也造成众多小河流出现间歇，如在2017年底更新的数据显示, 长江已经建造了大约24万座水电站。过多的小型水电站已经造成流入长江 300多条较小的河流间歇性干涸。

进一步收集河流间歇数据

科学家们将该模型的预测与法国和美国总共6,000 条河流的观测数据进行比较，这些数据表明水是否存在，是否流动或停滞。 超过 90% 的算法是正确的。科学家蒂博 达特里表示，“我们没有发现像塞纳河或多瑙河会出现断流的现象，但是我们预测印度的尼日尔河和戈达瓦里河可能已经干涸了。

科学家们认为新的数据比较模式比以前的方法更好，但受到可用数据质量的限制。 另外还缺乏关于河流周边岩石性质的相关信息，这可能会影响结果。坐落在巴黎的皮埃尔-西蒙-拉普拉斯研究所的 CNRS 研究主任 艾格尼丝·杜尚(Agnès Ducharne )指出，该研究所在布基纳法索应用了相同的方法，显示出更精确计算，也提醒大家全球干旱对河流的影响越来越大。

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