海洋科學導論總結精選(九篇)

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第1篇：海洋科學導論總結范文

關鍵詞： 地理信息系統 海洋科學 海洋災害 迪杰斯特拉算法 最短路徑

一

隨著計算機技術的飛速發(fā)展，空間技術的日新月異，以及計算機圖形學理論的日漸完善，地理信息系統（Geographic Information System）技術也日趨成熟，并且逐漸被人們所認識和接受。它處理、管理的對象是多種地理空間實體數據及其關系，包括空間定位數據、圖形數據、遙感圖像數據、屬性數據等，用于分析和處理在一定地理區(qū)域內分布的各種現象和過程，解決復雜的規(guī)劃、決策和管理問題。

海洋科學則是研究海洋的自然現象、性質及其變化規(guī)律，以及與開發(fā)利用海洋有關的知識體系。它的研究對象是占地球表面71%的海洋，包括海水，溶解和懸浮于海水中的物質，生活于海洋中的生物，海底沉積和海底巖石圈，以及海面上的大氣邊界層和河口海岸帶。因此海洋科學是地球科學的重要組成部分。海洋科學的研究領域十分廣泛，其主要內容包括對于海洋中的物理、化學、生物和地質過程的基礎研究，和面向海洋資源開發(fā)利用，以及海上軍事活動等的應用研究。由于海洋本身的整體性、海洋中各種自然過程相互作用的復雜性和主要研究方法、手段的共同性而統一起來，使海洋科學成為一門綜合性很強的科學。

近年來，地理信息系統被世界各國普遍重視，尤其是“數字地球”概念的提出，使其核心技術GIS更為各國政府所關注。目前以管理空間數據見長的GIS已經在全球變化與監(jiān)測、軍事、資源管理、城市規(guī)劃、土地管理、環(huán)境研究、農作物估產、災害預測、交通管理、礦產資源評價、文物保護、濕地制圖，以及政府部門等許多領域發(fā)揮著越來越重要的作用。當前GIS正處于急劇發(fā)展和變化之中，研究和總結GIS技術發(fā)展，對進一步開展GIS研究工作具有重要的指導意義。GIS技術在我國愈發(fā)得到重視，由于全球環(huán)境變化研究及海洋資源和環(huán)境管理的需求，其應用從傳統的城市規(guī)劃、土地利用、測繪、環(huán)境保護、電力、電信、減災防災等陸地領域，逐步滲透到海洋資源與管理、礦產資源調查等方面。21世紀是海洋的世紀，開發(fā)海洋資源、保護海洋環(huán)境和維護海洋權益已引起世界各沿海國家的廣泛關注和高度重視?！皵底趾Ｑ蟆笔恰皵底值厍颉北夭豢缮俚闹匾M成部分。海洋為GIS的發(fā)展提供廣闊的發(fā)展空間，是GIS發(fā)揮優(yōu)勢、施展才華的地方。將GIS技術引進海洋領域，使海洋信息數據的建庫和管理向科學化、可視化、便捷化方向發(fā)展，實現海洋信息數據的自動化成圖和成果資料的網絡、共享，符合未來“數字地球”、“數字海洋”的發(fā)展趨勢。

同時GIS在海洋自然災害應急管理系統中有很大的作用。

第一，提供空間數據和相關屬性數據的快速存取和管理功能。自然災害管理系統需要快速處理大量空間、屬性數據，GIS提供高速的空間、屬性數據一體化處理和管理能力，能滿足污染數據查詢、更新、統計、模擬分析和預測評價的需要。

第二，提供分層的可視化的顯示功能?？芍庇^地將災害屬性信息以圖形方式顯示在屏幕上。

第三，提供空間和屬性數據間的互動查詢。GIS的互動雙向查詢功能可方便地找到災害源的相關信息。

第四，提供空間、屬性數據一體化的統計分析功能。

第五，緩沖區(qū)分析（范圍、距離等）。

第六，除上述基本功能外，GIS還可與災害分析預測模型相結合，生成有效的決策支持信息，如GIS與災害擴散模擬模型、元胞自動機模型、專家知識系統等相結合，可構筑功能更強、更先進的快速應急管理系統。

要充分發(fā)揮GIS在自然災害應急管理系統中的作用，就要重點考慮以下問題：第一要建立一個空間數據庫，并把空間數據庫與相應的環(huán)境數據庫、監(jiān)測數據庫等連接起來。第二，災害處置需要操作大量數據、應用多種分析方法，因此需要開發(fā)一套完善的、智能化的數據處理分析方法。第三，建立一套災害模擬分析評價模型，才能適應災害應急的需要。第四，GIS系統與災害分析模型的聯結，以及整個系統的集成，避免中間數據交換，提高系統運行的速度，增強系統的分析能力。系統建設要求將以空間位置信息、特征信息，以及災害種類、擴散范圍、地理信息等搜集、整理，建立完整的數據庫，通過災害應急管理系統進行有效的組織和管理，再經過系統地分析和處理，提出事故應急處置預案。

二

下面來講述迪杰斯特拉算法在災害決策系統中的一個應用。

遇到緊急災害發(fā)生時，受災人們要被緊急疏散到事先選定的安置點。而撤退路徑是災害決策系統研究的問題之一?？煽堪仓命c的選擇是根據地理位置、安全系數和經濟狀況等因素確定。如何從眾多的安置點中，選定一個或多個作為核心安置點，重點進行災前建設，災后配給救援人員和救災物資，高效地在安置點間進行緊急物資和醫(yī)療資源的調配，也是不容忽視的問題。核心安置點應滿足的條件之一是到達其余最遠安置點最近，即所需時間最短。將該問題轉化為在各個安置點中選取到達最遠安置點路徑最短的問題。最短路徑是圖論中的經典問題，該問題分成2種：單源最短路徑問題和所有頂點間最短路徑問題。前者是基礎，此類問題的求解方法有動態(tài)規(guī)劃法，啟發(fā)式算法，A*算法，迪杰斯特拉，Bellman-算法等，其中，迪杰斯特拉算法最為經典，它的時間復雜度是0（n2），n是圖中的點數，在此算法基礎上，相繼有很多的改進及應用。

設有向圖G=（V，E），V是點的集合，E是邊的集合。每條邊有一個非負的權值，即對每條邊（u，v）∈E，有w（u，v）≥0。設s為起始點，D[i]為s到i的最短距離。該算法的基本思想是從選定的源點s出發(fā)，按照路徑長度非遞減的順序逐一計算到其余各點（V-s）最短路徑d，其中i∈{v-s}。

算法具體描述如下：

①將圖G（V，E）中的V分為S和T。S是從源點s出發(fā)已求得最短路徑的點的集合；T是尚未確定最短路徑的點的集合，即T=V-S。因此，最初時S={s}，T=V-{s}；用w〈i，j〉表示點i至點j之間的權值

D[i]=w（s，i），〈s，i〉∈E∞，〈s，i〉？埸E

②選擇V∈{V-s}，使得D[j]=Min{D[i]}，V就是圖中從V出發(fā)的最短路徑的終點。更新S=S∪{V}；

③修改從V出發(fā)到集合V-S上任一頂點Vk可達的最短路徑長度。具體方法是：

如果D[j]+edges[j][k]

④如果S=V，由此求得從Vs到圖上其余各頂點的最短路徑，結束；否則跳轉至②。

迪杰斯特拉算法的改進：

以上迪杰斯特拉算法解決的是單源最短路徑問題，可依次選定各個安置點作為源點，求出該安置點到其余點的最短路徑。現對該算法上進行改進，以解決從候選安置點中選取核心安置點的問題。改進的算法如下。

①將安置點和點間的路徑，抽象為有向圖G（V，E），V表示各安置點，n表示安置點數，E表示安置點間的連接，每個連接有權值，該權值可以是安置點間的距離、擁堵情況等；

②依次選取圖G（V，E）各點作為源點，使用Dijkstra算法計算該點s（s∈V）到其余點I（i∈V，且i≠s）的最短路徑，用D表示，得到n-1個最短路徑值，構建得到表格中的一行。將圖中所有點作為源點，可得到n行最短路徑。

③在步驟②中每行最短路徑中找出最大的最短路徑值D（s∈V且i∈V），作為步驟①表格中新的一列，該列用D表示（s∈V）?？芍瑥脑袋cs到達安置點i最遠；將每行的最短路徑值求和，即T=S（i∈V，且i≠s）；

④在D列中，找出最小值D，該值表示以i作為源點，出發(fā)到達最遠安置點j速度最快；如果在第n列中，最小值D有多個相等，就從T列找出最小值，表示從安置點i出發(fā)到達最遠安置點最近，且到達其余各安置點的路徑之和最小，即到達其余安置點總耗時最少，故將安置點i選做核心安置點；

⑤根據求得的核心安置點s、到達其余安置點的最短路徑D，可找出次核心安置點，依次類推。

如圖1，有4個候選安置點，分別用點A，B，C和D表示。安置點之間有道路連接，根據道路是單向或雙向用有向邊連接，在緊急情況下可以取消或設定單向限制；有向邊上的權值可以表示兩個安置點之間的距離、路況等，對于雙向通行的道路可能由于方向的不同，引發(fā)道路的擁堵情況不同，因此兩個安置點間的有向邊權值不同，如A和B之間的兩條有向邊。

圖1 各個安置點及位權關系

根據改進的迪杰斯特拉算法，分析計算如下。

（1）使用基本的迪杰斯特拉算法，對各點作為源點計算其到其余點的最短路徑及其長度，結果如表1。

表1 各安置點到達其余安置點的最短路徑

（2）將（1）中各安置點到其余點的最短路徑長度，最短路徑長度中的最大值和從該點出發(fā)到其余各點的最短路徑長度求和，匯總得到表2。

表2 各安置點到其余點的最短路徑情況表

（3）由表2可知，從安置點A出發(fā)到達最遠安置點最快，選取安置點A作為核心安置點，最有利于災害發(fā)生后在各安置點進行救援物資、醫(yī)療救護人員及設備等的調配。

若表2中，DS列最小值有2個以上，可從TS選取最小值。從而確定核心安置點。

（4）核心安置點A選定后，根據表2，進一步分析確定第二核心安置點。

在本問題中，選定A作為核心安置點，到達安置點B的最短路徑是ACDB；到達安置點C的最短路徑是AC；到達安置點D的最短路徑是ACD；所以，選取安置點C作為次核心安置點。同理，依次選取第3核心安置點D和第4核心安置點。

將安置點A，B，C，D及點間的權值作為改進的迪杰斯特拉算法的輸入。如圖2中，黑色突出顯示的安置點A即選定的核心安置點，黑色突出顯示的有向路徑ACDB，即從核心安置點到達其余安置點的最短路徑。仿真結果表明，改進后的算法可以得到到達最遠安置點最快的最短路徑選擇。

圖2 算法仿真圖

通過改進最短路徑求解問題中的迪杰斯特拉算法，對災害決策系統中核心安置點選擇及建設問題，提供了一種可行方法。核心安置點的選定，有利于救災過程中物資的調配和安置點規(guī)模的合理安排，對救災工作有一定的實際應用價值。安置點間邊的權值的確定及提高大規(guī)模情況下安置點的選擇問題，可作為今后的研究方向。

參考文獻：

[1]湯國安，趙牡丹編著.地理信息系統.科學出版社.

[2]馮士筰，等主編.海洋科學導論.高等教育出版社.