防洪抗旱中3S技術所發揮的作用

發布日期：2019-03-19 17:09 瀏覽量：16322

自20世紀60年代發展的遙感技術，英文RS（Remote Sensing）是由“遙遠的感知”直譯而來。要是指從遠距離高空及外層空間的各種平臺上利用電磁波探測儀器，通過攝影或掃描、信息響應、傳輸和處理，研究地面物體的形狀、大小、位置及其與環境的相關關系等宏觀規律的現代科學技術。這項遙感技術于70年代應用于水務領域上。

近年來發展起來的另一種對地理環境有關問題進行分析和研究的空間信息管理信息系統，即地理信息系統（GIS），它能在計算機軟硬件技術支持下對信息進行采集、存貯、查詢、綜合分析和輸出，并為用戶提供決策支持的綜合性技術。GIS 技術在水務領域的應用相對滯后，相比遙感技術應用水務晚了一些時間，80年代后期才有一些科研院所和高等院校開始接觸和應用。

90年代以后，又有一種叫GPS技術開始應用在水務領悟中，全球定位（GPS）是一種可以定時與測距的空間交匯的導航系統，通過接收衛星信息來給出（記錄）地球上任意地點的三維坐標以及載體的運行速度，同時它還可給出準確的時間信息，具有記錄地物屬性的功能。

現在，以上三種技術通常被人們稱作為“3S技術”。遙感技術RS是數據獲取與更新基礎；坐標定位、局部監測是GPS的主要功能；數據存儲、管理、分析、可視化是GIS 的基本功能；計算機技術是3S技術的根基；網絡是3S的翅膀；水務應用科學技術是3S發展的動力。現今，3S技術在水務領悟中廣泛地應用于調查、監測、管理、評估等方面。

3S技術在防汛抗旱中的應用

防汛抗旱信息管理是管理與防汛抗旱指揮有關的信息，并提供信息檢索、信息發布的MIS系統。

傳統的防汛抗旱信息檢索方式主要是基于SQL邏輯條件的檢索雨情、水情、工情、旱情、災情信息，以列表方式將檢索結果提供給防汛工作人員。引入GIS技術后，豐富了檢索的手段和界面，可以基于矢量電子地圖界面進行檢索。

一方面可以利用電子地圖本身的操作功能，如分專題顯示、圖例編輯、放大縮小漫游、導航等；另一方面，可進行一些以空間特征為條件的信息檢索，如某一空間范圍內的特征查詢、某一特征的鄰域查詢等。這些功能一般是借助GIS系統提供的面向過程的API或面向CORBA/DCOM的控件集成到應用系統中。

這種方式的GIS技術目前大量應用在水雨情信息查詢、汛情監視、防汛會商等應用系統中，已成為這類系統的基本表達方式。更重要的是，引入GIS技術后，使得原來相對孤立的數據建立了空間關系，更有效地揭示了各類數據之間的內在聯系。

例如，某控制站的實時水位與相關聯的堤段的堤頂高程，以及堤防保護的耕地面積、主要城鎮、重要交通干線、重要設施等等數據，用GIS的方式表現出來就可以直觀形象地展示出他們之間的分布關系、相對位置、距離、高程等等，一目了然。直觀形象地展示防洪形勢和調度預案，對于領導指揮決策是十分重要的。

再如飛燕遙感的GIS行業應用方案，三維智慧水利系統解決方案，能夠實現“數字化、網絡化、可視化、智能化”，提升水利信息化管理，保障流域的防洪安全、供水安全及維系河流健康生態環境。現在，基于GIS技術的防汛抗旱信息管理系統已逐步成為決策支持系統必備的環境基礎。

三維智慧水利系統視頻監控圖.jpg

災情評估中的作用

災情評估是防洪決策不可分割的組成部分。對于災前、災中及災后的災情評估可分為兩種模式：

①對給定淹沒范圍內災情的靜態評估；

②根據入口洪水過程，對某一地理區域動態確定淹沒范圍并相應進行動態災情評估。

靜態災情評估是典型的GIS空間分析應用，根據數字高程模型DEM確定淹沒范圍內各單元的水深，結合土地利用和社會經濟屬性數據以及淹沒歷時即可估算淹沒損失；動態災情評估是將連續的洪水演進過程根據GIS技術支持的二維非恒定流模型按一定的時間間隔離散化，然后用CIS技術確定每一時間片的淹沒范圍、淹沒水深并進行淹沒損失評估。

防汛搶險救災

一旦江河湖庫發生工程險情，必須以最快的速度調集人力物力進行搶險救災，因此要求預先掌握防汛組織機構、防汛搶險隊伍配備、防汛物資儲備信息，如果這些信息的管理基于GIS系統，就可以利用GIS的網絡分析技術確定最佳路徑實現防汛搶險隊伍的最佳調配和防汛搶險物資的最快調撥，提高搶險效率。

在搶險過程中，工程險情的發展，搶險人員的分布，搶險物資的變動等情況也需要用GIS管理。對于洪水威脅地區，迅速組織群眾轉移撤退，是當地防汛部門的重要職責，使用GIS的網絡分析技術，可以分析每一路段、橋梁的通過能力，選擇最佳轉移路徑，制定最佳方案，確保群眾安全。還可以利用GIS技術進行洪水演進模擬和風險分析。

洪水預報及城市防洪中的作用

洪水預報是水文學的一個重要分支，主要研究給定的降雨所產生徑流和洪水的時空分布，主要分為產流預報和匯流預報兩部分。洪水預報所研究的地理范圍一般是一個流域或水系，由于下墊面條件和水文要素的空間分布的不均勻性，需要將流域或水系劃分成更小的單元，稱為預報單元。

理論上，預報單元劃分得越小越能保證下墊面條件和水文要素的均一性，但限于下墊面資料和模型運算的限制，目前預報單元劃分得較大。應用GIS技術，輔以下墊面的數字地形模型DTM和其它要素分布資料，可以把預報單元劃分得足夠小，這樣首先可以提高產流預報的精度，其次可以把匯流過程從黑箱模型變成灰箱模型或白箱模型。亦即，可以把集總式水文模型變成分布式流域水文模型。利用GIS技術，使用大比例尺地形數據庫，還可以進行地面比降和坡向分析。利用遙感技術獲取預報區域的地表結構、植被、土壤飽和程度等信息，并具有足夠的空間精度和時間精度，配合有效的預報模型，將大大提高洪水預報的精度和預見期。

全國許多重要城市位于江河下游，地面高程較低，洪水威脅嚴重，防洪任務艱巨，被列為重點防洪城市，例如，北京、天津、上海、廣州等。這些城市不僅要防御穿過城市的江河洪水，還要抵御局部暴雨造成的低洼地區積水對城市功能造成的影響和破壞。GIS技術在城市防洪中的作用顯得更加突出，不僅可以管理大比例尺城市地圖，還可管理各類防洪目標信息、道路交通、地下管線，以及使用GIS的網絡分析功能計算排水能力等，綜合各方面信息，利用圖層疊加和網絡分析，制定應急搶險方案和交通應急調度方案。

應用前景展望

以往的防汛抗旱數據信息主要靠手工收集、處理，如果處理的時間過長則會導致產生的決策與不斷變化的實際不符，產生嚴重的后果。

現在，伴隨計算機技術的發展，以3S技術為支撐，特別是以GIS為核心的支持系統，是面向防汛抗旱信息為操作對象的計算機系統，它通過空間的可視化處理，使大量抽象、枯燥的數據變得生動、直觀和易于理解，并加速了防汛抗旱領域的信息化和現代化進程，為數字化領域的各種建設提供了強有力的技術支撐和更為豐富的內容。

開辟新的3S技術應用領域是防汛抗旱工作的需要，也是3S技術自身發展的需要，是推動技術發展的動力。例如，實時工情采集、傳輸、處理及應用，就可以充分利用GPS和GIS技術，結合防洪工程數據庫，更有效地表現工程險情的位置和程度等。可以看出，3S技術在防汛抗旱信息化中的開發應用將具有重大的理論價值和實際意義。

綜上所述，要在水務領域更好地應用和發展3S技術，必須在進一步加強標準化、規范化的基礎上，大力開展基礎數據庫的建設、尤其是富有水務行業特色的數據庫，如蓄滯洪區空間展布式社會經濟數據庫、雨情和水情數據庫、水旱災情數據庫等等。此外還要加快提高3S技術的應用水平，充分發揮3S現有的和潛在的功能，并且與網絡計算機等高新技術以及水務行業本身的技術緊密地結合在一起，為水務信息化和現代化作出它應有的貢獻。