论文专区▏专用海洋底质粒度分析数据整编方法

【编者按：结合海洋环境资料整编项目实际需求，研究海洋底质粒度分析数据的收集、预处理、标准化及质量控制方法。分析海洋底质粒度分析数据的类型和内容特点，结合海洋底质粒度分析数据的处理方法和应用特点，研究海洋底质粒度分析数据质量的检查内容和检查方法，确定控制海洋底质粒度分析数据质量的技术方法。本文发表在《海洋测绘》2015年第2期上，现编发给朋友们阅读了解。崔高嵩，男，1966年出生，辽宁瓦房店人，副教授，博士研究生，主要从事海洋底质调查和海洋军事地理信息系统研究。】

文/崔高嵩 李志炜 金绍华 王美娜

一、引言

海道测量作为一项实用性测量工作，主要任务是获取海底地貌、海底底质和航行障碍物等资料，为编绘航海图提供数据，以服务水域交通运输和其他经济与军事活动，同时为研究地球形状、海底构造和空间信息提供基础性信息^[1－2]。海道测量底质探测的重点是确定海洋底质的类型和分布规律，《国际海道测量规范》和中国《海道测量规范》都对海洋底质探测的内容、范围、方式方法、基本技术指标进行了规范和明确。利用底质探测可获取样品、原始记录、调查成果数据表格、调查成果图件以及调查综合报告等多种形式的海洋底质测量资料^[3]，如何对这些资料进行标准化处理并规范成果资料格式，是保障底质信息有效应用的前提之一。目前已制订了多个适用于不同领域和方向的海洋底质资料整编技术规程或规范性文件^[3－5]，而在适应特殊需求方面，关于海洋底质数据的分类表示及资料整编需要研究和论证^[6－7]。

海洋底质粒度资料承载底质粒度属性特征及时空变化等信息，借助粒度资料可以分析海洋沉积过程、搬运过程和搬运机制，并解译和反演海洋底质基本特性、沉积环境及其发展变化^[8]。海洋底质粒度资料属于基础性海洋底质资料，是专用海洋底质资料整编的重点。海洋底质粒度资料可分为粒度分析样品、粒度分析数据和粒度分析数据产品三大类型，其中的海洋底质粒度分析数据是专用海洋底质粒度资料整编的主体和核心。本文以海洋底质粒度分析数据为例，围绕收集、预处理、标准化以及质量检查与控制等，探讨专用海洋底质资料整编应当遵循的原则、内容和技术方法。

二、海洋底质粒度分析数据收集与预处理

⒈ 海洋底质粒度分析数据

海洋底质粒度分析数据是通过海洋底质粒度分析获得的描述海洋底质粒度类型、性质及变化规律等信息的空间地理数据^[9]，主要包括粒度分析测试数据、粒度分析成果报表、粒度分析技术报告以及粒度分析说明性数据资料等。不同种类的海洋底质粒度分析数据的整编技术要求是有所差异的。

⒉ 海洋底质粒度分析数据收集

坚持优先收集与专题活动密切相关的海洋底质数据资料的原则。对于专题海洋底质粒度分析数据整编，要重点收集样品粒度分布、粒度参数和综合信息等资料，收集的资料必须附有准确的地理坐标。要重点收集港口区、航门水道区、近海浅水区、岛礁区的资料，通过现场探测和试验测试直接获取的资料以及海峡航线区域和专题热点海域的国外资料要优先收集。

⒊ 海洋底质粒度分析数据预处理

收集的海洋底质粒度分析数据在实施标准化处理之前要先进行质量检查和预处理。要检查数据的类型和格式是否符合技术要求，仔细甄别数据的真实性、准确性和完整性，确保数据的质量和数量都能满足资料整编的需求。在数据预处理过程中要优先保留原始测试结果数据，标注插值数据和可疑数据，剔除重复数据、虚假数据和错误数据。经过预处理的粒度分析数据应当类型划分确切、内容真实准确、含义明确清晰、格式规范统一。

三、海洋底质粒度分析数据标准化处理

⒈ 数据标准化处理要求

数据标准化处理内容主要包括纸质资料数字化、数据格式转换、数据质量检查与控制。经过标准化处理后的海洋底质粒度分析数据，应当保证信息内容的完整性以及与原始资料信息的一致性，在数据结构、数据基准、数据文件名称以及元数据等方面应当规范、统一、完整，数据质量控制使用的模型参数和质量标识符应当经过试验验证并有明确的含义。

⒉ 数据标准化处理方法

对海洋底质粒度分析数据进行标准化处理时，要结合收集的资料类型、数据特点及存在的主要问题，分别对测试数据、成果报表、技术报告以及说明性数据资料实施标准化。

⑴测试数据标准化处理

主要工作有两项：一是利用粒度分布频率曲线和累积曲线评估海洋底质粒度分析数据的可靠性和适用性；二是利用表格数组提供的数据，结合粒度分布曲线分析，对数据实施具体的转换、计算、格式化、数据报表、元数据信息提取等标准化处理工作。海洋底质沉积物粒度分布直接反映海洋底质客观环境的水动力特征，一般情况下的粒度频率分布曲线都是比较规则平滑的单峰曲线，并且曲线形状与正态分布曲线的形状很接近^[10]，见图1。

如果粒度频率分布曲线总体规则平滑，局部存在小的“弱峰”形状，见图2，此时需要对曲线形状进行分析。

分析时要注意“弱峰”的高度和宽度是否超过一定的界限，关注“弱峰”与“主峰”之间的比例关系。如果比例较小(<5％)、高度和宽度有限，不影响沉积物主成分粒级的频率分布趋势时，可以忽略该“弱峰”的存在。如果该样品(站位)附近的其他样品的粒度频率分布曲线也具有类似的较小“弱峰”，则不能轻易否定该“弱峰”的存在。

如果粒度频率分布曲线的“弱峰”高度和宽度较大，见图3，则一定不能舍去。此时的“弱峰”表示该站位存在着一个特殊的动力环境过程。

海洋底质沉积物粒度频率分布曲线有时存在明显的“双峰”或“多峰”形状，见图4、5，这些曲线表达的海洋底质动力环境更为独特，处理时应当谨慎仔细。

海洋底质沉积物上下层位样品的粒度曲线形状之间存在差异或“弱峰”，一般情况下是不能忽略这些差异和“弱峰”的。尽管上下层位样品的垂直距离很小(一般为125px)，但由于海洋沉积速率很小，所以不同层位样品代表的时间跨度可能是很大的，这也预示着动力环境可能存在着较大变化。因此，在没有确切证据可以否认的情况下，要保留上述差异或“弱峰”。

在利用表格数组提供的数据进行格式转换和参数计算之前，要对测试数据进行规范性粒级分组。粒级划分按照等比制(φ值标准) 分类，粒级间隔为：小粒径样品(2mm以下，φ值>-1)为0.25φ，大粒径样品(2mm以上，φ值<-1)为1φ。如果测试数据资料的原有数组粒级间隔偏大，不能保证上述粒级分组的完成，则可以将粒级间隔适当放大，但砂、粉砂成分粒级间隔不得超过0.5φ，粘土成分粒级间隔不得大于1φ^[3，5]。然后按照矩法计算样品的平均粒径、标准偏差、偏态、峰态，根据标准偏差的大小确定样品的分选程度，并根据各粒组百分含量的大小按照福克分类法对海洋底质沉积物样品进行命名。

⑵成果报表标准化处理

要分析报表中的数据格式和计算方法是否符合规范要求，重点分析划分各粒级的粒径间隔大小、粒度参数的计算方法、沉积物名称的命名方法。报表中缺失的数据或参数要尽可能补充完善，无法进行填补的要有相应的处理方法文字说明。样品粒径间隔划分偏小的，可以按照规范要求对样品重新划分粒级，样品粒径间隔划分偏大的，可以使用样条函数插值获得0.25φ间隔的粒度分布^[11]，或保持原有的划分方法及计算结果不变，但应在整编资料中有所说明。用于粒度参数计算和沉积物命名的粒度分布数值不能满足需求的，可以沿用原有的粒度参数和沉积物名称，同时附相应的文字说明。

⑶技术报告标准化处理

重点分析研究技术报告中的粒度分析测试数据和粒度分析成果报表，要注意报告中有关样品处置制备方法、粒度分析测试和数据处理过程等信息，以便评估技术报告中粒度分析测试数据和粒度分析成果报表的质量和适用性，为下一步如何利用技术报告和选择具体的整编方法提供依据。

⑷说明性数据资料标准化处理

主要针对样品综合信息和粒度分析元数据相关内容，结合其他说明性数据信息，进行标准化处理。整编成果为粒度分析元数据形式，元数据的内容格式要求规范统一，主要说明海洋底质沉积物样品的空间位置、基本属性、处置制备方法，粒度测试方法及使用的仪器、粒度测试数据处理方法及格式标准、粒度分析数据资料质量及评估等信息。

四、数据质量检查与控制

⒈ 数据质量检查

资料整编前收集到的海洋底质粒度分析数据许多属于现场观测数据或试验测试数据，它们在空间上和时间上往往是离散的，不可避免要存在一定的误差，有时还受到人为因素或外界环境因素的干扰和影响，使得这些数据不能直接用于科学研究或生产活动。必须按照统一的格式标准和技术方法，经过数据的预处理、统计分析、计算整合、标准化处理以及质量控制等措施，提炼形成系统完整、具有一定精确度和适用性的整编成果数据之后，才能为科学研究、经济生活和国防建设提供信息支持和服务保障^[12－13]。

对海洋底质粒度分析数据的质量进行检查的一个重要途径，就是对收集的原始数据以及经过整编形成的成果数据和格式进行合理性分析。参见文献[14]、[15]。合理性分析通常按空间位置分为单站合理性分析、区域综合合理性分析，也可按照时间序列分为短期合理性分析和长期合理性分析。通过合理性分析，既可以发现收集资料和整编成果中存在的问题，又可为资料整编工作提出技术方法改进措施，还能够促进对海域底质环境特征及变化规律的认识。

依据文献[16]，可以对海洋底质粒度参数的数值进行数据检查和质量评估。专用海洋底质粒度分析数据的合理性分析，可以通过一系列的质量检查来实现。检查应当以底质测量原始记录、试验测试数据、理论分析数据、国家标准规范和行业技术规程等为依据，采用人工、自动或计算机辅助的检查手段，以屏幕显示、图表打印输出、人工判别、理论计算、统计分析、试验验证等不同的检查方法，对不同类型的粒度分析数据进行数值检查和质量评估。

⒉ 数据质量控制

海洋底质粒度分析数据经过收集、预处理和标准化后，形成专用海洋底质粒度分析数据整编成果。为了保证整编成果质量，应当按照以下步骤和方法对数据进行质量控制：

⑴数据录入校对检查

粒度分析数据为纸质记录或纸质报表文件的，按照规定的格式标准对纸质数据进行人工录入以形成电子文件。要求在数据资料录入过程中，由不同人员进行三遍以上的人工校对检查。

⑵数据内容格式检查

形成电子文件后，要对整编资料进行数据内容和格式检查。要保证内容符合整编目的要求，格式符合整编技术规程规范标准。检查方法可采用时间检查、经纬度检查、要素极值检查、要素合理取值范围检查、记录编码和字符类型检查、要素一致性检查和要素统计学检验等。

⑶数据质量审核评估

专用海洋底质粒度分析数据整编过程的每个环节都应当有指定的技术人员负责数据质量的监督和审核。审核人员应掌握海洋底质测量及资料整编的基本理论、方法、技术手段、格式要求等专业性知识，能够准确解释海洋底质粒度分析数据资料及环境学意义，能对数据的质量做出准确的判断和评估。审核人员要有较强的质量意识和较高的管理能力，能对数据整编成果质量负责，并负责撰写整编资料质量评估报告。

⑷详细记录数据整编过程

在对专用海洋底质粒度分析数据进行整编的过程中，所有重要的数据整编环节、步骤，采用的数据收集、预处理和标准化方法以及格式标准，对数据资料实施的重要对比、修改、更新等，都要做详细的整编记录，最终形成规范完整的专用海洋底质粒度分析整编记录。

五、结束语

专用海洋底质资料整编要坚持以科学分类为基础，以规范化处理整编为手段，以专题服务为目标，优先收集与专题活动密切相关的海洋底质数据资料的原则。海洋底质粒度资料属于基础性海洋底质资料，是专用海洋底质资料整编的重点，其中的海洋底质粒度分析数据是专用海洋底质粒度资料整编的主体和核心。要重点收集样品粒度分布、粒度参数和综合信息等数据资料，确保数据的质量和数量满足整编需求，并在利用粒度频率分布曲线明确数据特征的基础上，分别对测试数据、成果报表、技术报告以及说明性数据资料实施标准化处理。要通过合理性分析对粒度分析数据整编成果进行质量检查，并借助内容格式检查和质量审核评估等手段实现对专用海洋底质粒度分析数据整编成果的质量控制。

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