“3S”技術(shù)水利應(yīng)用

簡介： “3S”是遙感技術(shù)RS、地理信息技術(shù)GIS、以及全球定位技術(shù)GPS的統(tǒng)稱?！?S” 技術(shù)在水利行業(yè)中廣泛地應(yīng)用于水資源調(diào)查、生態(tài)環(huán)境管理、旱情監(jiān)測、灌溉面積監(jiān)測與規(guī)劃、水環(huán)境評估、防洪減災(zāi)、水土保持、河口與河道及河勢演變動態(tài)監(jiān)測、水利工程選址、水庫庫容與湖泊動態(tài)變化監(jiān)測、水庫移民等方面的工作。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，“3S”水利應(yīng)用越來越廣泛和深入，將來的發(fā)展方向一定是具有海量數(shù)據(jù)存儲功能、網(wǎng)絡(luò)功能、地理信息建模功能和無線通訊功能的3S集成系統(tǒng)。
關(guān)鍵字：遙感技術(shù)RS 地理信息技術(shù)GIS 全球定位技術(shù)GPS 水資源調(diào)查

三．概述：

RS（遙感技術(shù)）是指從遠(yuǎn)距離高空及外層空間的各種平臺上利用光學(xué)或者電子光學(xué)（稱為遙感器或波探測儀器）通過接收地面反射或接收的電磁波信號，并以圖象膠片或數(shù)據(jù)磁帶形式記錄下來，傳送到地面，經(jīng)過信息處理、判讀分析與野外實(shí)地驗(yàn)證，最終服務(wù)與資源勘測、環(huán)境動態(tài)監(jiān)測與有關(guān)部門的規(guī)劃決策。是過攝影或掃描、信息響應(yīng)、傳輸和處理，研究地面物體的形狀、大小、位置及其與環(huán)境的相關(guān)關(guān)系等宏觀規(guī)律的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。廣泛應(yīng)用與農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、地理、海洋、水文、氣象、環(huán)境監(jiān)測、地球資源勘探及軍事偵察等各個領(lǐng)域，70年代開始用于水利。

GIS（地理信息系統(tǒng)）是近年發(fā)展起來的一種在計算機(jī)軟硬件技術(shù)支持下對信息進(jìn)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(shù)的空間信息管理信息計算機(jī)系統(tǒng)，是分析與處理海量地理數(shù)據(jù)等地理環(huán)境有關(guān)問題的通用技術(shù)。廣泛應(yīng)用于資源調(diào)查、環(huán)境評估、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、公共實(shí)施管理、交通安全等領(lǐng)域。目前在水利方面發(fā)揮越來越重要的作用。

GPS是一種可以定時與測距的空間交匯的導(dǎo)航系統(tǒng)，通過接收衛(wèi)星信息來給出（記錄）地球上任意地點(diǎn)的三維坐標(biāo)以及載體的運(yùn)行速度，同時它還可給出準(zhǔn)確的時間信息，具有記錄地物屬性的功能。因其提供全天候?qū)崟r、高精度三維位置、速度及精密的時間信息，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于陸地、海洋、空間與航天領(lǐng)域各類軍用與民用目標(biāo)的定位、導(dǎo)航與精密測量，尤其在大地測量、工程測量、航空攝影測量、運(yùn)載工具導(dǎo)航與管理、地殼運(yùn)動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘測、地球動力學(xué)等應(yīng)用更加廣泛，90年代后始應(yīng)用與水利行業(yè)。

RS是數(shù)據(jù)獲取與更新基礎(chǔ)；坐標(biāo)定位、局部監(jiān)測是GPS的主要功能；數(shù)據(jù)存儲、管理、分析、可視化是GIS的基本功能；計算機(jī)技術(shù)是3S技術(shù)的根基；網(wǎng)絡(luò)是3S的翅膀；水利應(yīng)用科學(xué)技術(shù)是3S發(fā)展的動力。3S技術(shù)在水利行業(yè)中廣泛地應(yīng)用于調(diào)查、監(jiān)測、管理、評估等方面。具體地應(yīng)用在水資源調(diào)查、水環(huán)境評估、防洪防汛、水土保持、河口演變、水利工程選址、水庫移民等方面的工作。

四．水利應(yīng)用：

3S技術(shù)就像一座多功能水庫，對信息起著集中、調(diào)節(jié)和凈化的作用，它兼容并蓄各種來源的信息，按地理空間坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、查詢和檢索，通過地學(xué)分析、空間分析、相關(guān)分析、模擬和預(yù)測等手段進(jìn)行科學(xué)加工與決策，提供多層次和多功能的信息服務(wù)。因此3S技術(shù)在水利信息化也就是水利現(xiàn)代化中起著并將繼續(xù)起著至關(guān)重要的作用。3S技術(shù)主要應(yīng)用在以下一些方面：

1.在防洪減災(zāi)中的應(yīng)用：

（1）數(shù)據(jù)采集與提取在雨情、水情、工情、險情與災(zāi)情等方面應(yīng)用

（2）數(shù)據(jù)與信息的儲存、管理與分析方面，即防洪、減少、救災(zāi)的信息管理系統(tǒng)。

（3）防汛決策支持方面如災(zāi)情評估、避險遷安、搶險救災(zāi)路線、氣象衛(wèi)星降雨定量預(yù)測等。

2.在水資源生態(tài)環(huán)境管理中應(yīng)用：

“3S”技術(shù)在解決水資源與生態(tài)環(huán)境調(diào)查、動態(tài)監(jiān)測水資源、生態(tài)環(huán)境變化、管理水資源與生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)重要作用，RS可以提供動態(tài)更新數(shù)據(jù)源，GIS提供空間數(shù)據(jù)庫管理、分析、應(yīng)用的工具，GPS提供水利實(shí)施等空間定位基礎(chǔ)。

3.在水土保持中應(yīng)用：

RS為壤侵蝕調(diào)查提供信息源，GIS分析土壤侵蝕因子，進(jìn)行評價侵蝕

類型、程度及侵蝕量估算

4.在河道、河口、河勢動態(tài)監(jiān)測中應(yīng)用：

對泥沙淤積、泥沙分布幾河道、河口、河勢動態(tài)監(jiān)測。

5.在水庫庫容與湖泊動態(tài)變化監(jiān)測：

對湖泊面積容量變化及泥沙含量等監(jiān)測。

6.水環(huán)境監(jiān)測、評價與管理：

水質(zhì)監(jiān)測、水環(huán)境信息管理、水環(huán)境遙感監(jiān)測。

7.旱情監(jiān)測、灌溉面積監(jiān)測與規(guī)：

旱情預(yù)報、動態(tài)監(jiān)測幾抗旱決策支持，有效灌溉面積與實(shí)際灌溉面積監(jiān)測及灌區(qū)規(guī)劃與動態(tài)管理。

8. 水利水電工程建設(shè)和管理

3S是水利水電工程選址、規(guī)劃、乃至設(shè)計、施工管理中十分重要的工具，例如移民安置地環(huán)境容量調(diào)查、調(diào)水工程選線及環(huán)境影響評價、梯級開發(fā)的淹沒調(diào)查、水庫高水位運(yùn)行的淹沒調(diào)查、大中型水利工程的環(huán)境影響評價、防洪規(guī)劃、大型水利水電工程抗震安全、河道管理、大型水利水電工程物科貯運(yùn)管理、蓄滯洪區(qū)規(guī)劃與建設(shè)等等。

9.災(zāi)情評估，主要包括以下幾方面的內(nèi)容：

災(zāi)前評估：可能造成的經(jīng)濟(jì)損失；可能的受災(zāi)人口（涉及社會因素）；遷安能力（人數(shù)、道路、車輛調(diào)度）；重點(diǎn)保護(hù)區(qū)（交通大動脈、重要工業(yè)基地、軍事要地）；搶險物資儲運(yùn)。災(zāi)中評估：確定災(zāi)情及發(fā)展趨勢；救災(zāi)物數(shù)量與運(yùn)輸路線；為后繼洪水調(diào)度方案決策提供依據(jù)；遷安人員的安置；災(zāi)后重建的準(zhǔn)備。災(zāi)后評估：上報損失的核實(shí)；為防洪規(guī)劃提供信息；為災(zāi)后重建提供方案。

五．前景展望：

在以信息化帶動水利現(xiàn)代化的戰(zhàn)略方針指導(dǎo)下，3S在水利行業(yè)的應(yīng)用將“無孔不入”，而且迅速地占領(lǐng)管理和決策層面，并且勢必作為基礎(chǔ)技術(shù)支撐，進(jìn)入數(shù)字流域或數(shù)字水利的框架。而且在水利行業(yè)開始應(yīng)用的主要有以下幾個趨勢:

1、網(wǎng)絡(luò)化

WebGIS可用于除了一般數(shù)據(jù)外的特殊數(shù)據(jù)類型，尤其是矢量數(shù)據(jù)的處理，以網(wǎng)絡(luò)瀏覽器為應(yīng)用工作平臺，在客戶端可以實(shí)現(xiàn)對矢量數(shù)據(jù)的操作，可以在多個客戶端實(shí)現(xiàn)原來在本機(jī)上才能實(shí)現(xiàn)的功能，并可通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程調(diào)用和發(fā)布各類數(shù)據(jù)、圖形、圖像。

2、集成化

水利信息化進(jìn)程中的3S技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中不僅要通過數(shù)據(jù)接口將RS、GIS、GPS嚴(yán)格地、緊密地、系統(tǒng)地集合起來，使其成為一個更具有應(yīng)用價值的大系統(tǒng)，往往還要跟其他的諸如MIS或OA等系統(tǒng)緊密結(jié)合，方可滿足需求。因此， 3S技術(shù)與外部系統(tǒng)無縫集成是必然的發(fā)展趨勢。

3、以數(shù)學(xué)模型和決策分析為支撐

對于水利工作者來說，僅對圖形進(jìn)行簡單的瀏覽、查詢是沒有太大意義的。如何要讓3S在水利行業(yè)發(fā)揮出更大的作用，就要利用3S軟件特有的專業(yè)分析功能。水利行業(yè)要求3S系統(tǒng)平臺提供專業(yè)的分析算法和專業(yè)模型，以便對各種水利數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次的分析，使系統(tǒng)具有輔助決策支持功能，為有關(guān)部門提供科學(xué)的計算結(jié)果和決策依據(jù)。

4、實(shí)時三維和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

水利上很多問題是時間序列問題、動態(tài)監(jiān)測及過程問題。因此，加上時間維的3S技術(shù)應(yīng)用需求很廣。三維尤其是實(shí)時的三維3S系統(tǒng)為各種水利信息提供了更為直觀的表現(xiàn)方式。在調(diào)水線路沿線貫穿飛行、城市及蓄滯區(qū)洪水演進(jìn)、水利工程布置、大壩及堤防等工情信息的表達(dá)、地面與地下結(jié)合的地質(zhì)構(gòu)造描述、水流流動的三維表現(xiàn)、廠房或結(jié)構(gòu)內(nèi)部的描述、庫區(qū)的描述、宏觀地形地貌表現(xiàn)、通視性分析等等方面使用得特別多或者是特別有前景，而且它也是虛擬或仿真的基礎(chǔ)。

5、標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)化就是要做到可移植性，互操作性，可收縮性，通用環(huán)境。其內(nèi)容包括數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換，圖形，軟件，硬件等方面及地理，算法，解譯與行業(yè)等方面的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容。

6、組件式GIS（ComGIS）

　　GIS軟件的技術(shù)體系經(jīng)歷了GIS模塊、集成式GIS和模塊式GIS這三個階段后，已發(fā)展到了組建式GIS階段，即基于組件平臺，以一組具有某種標(biāo)準(zhǔn)通信接口實(shí)現(xiàn)交互，甚至是跨計算機(jī)交互。ComGIS使軟件的可配置性、可擴(kuò)展性和開放性更強(qiáng)，使用更靈活，更便于二次開發(fā)，特別有利于應(yīng)用系統(tǒng)集成和拓展。

六.結(jié)論：

“3S”是遙感技術(shù)RS、地理信息技術(shù)GIS、以及全球定位技術(shù)GPS的統(tǒng)稱。“3S” 技術(shù)在水利行業(yè)中廣泛地應(yīng)用于水資源調(diào)查、生態(tài)環(huán)境管理、旱情監(jiān)測、灌溉面積監(jiān)測與規(guī)劃、水環(huán)境評估、防洪減災(zāi)、水土保持、河口與河道及河勢演變動態(tài)監(jiān)測、水利工程選址、水庫庫容與湖泊動態(tài)變化監(jiān)測、水庫移民等方面的工作。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，“3S”水利應(yīng)用越來越廣泛和深入，將來的發(fā)展方向一定是具有海量數(shù)據(jù)存儲功能、網(wǎng)絡(luò)功能、地理信息建模功能和無線通訊功能的3S集成系統(tǒng)。

總之，要在水利行業(yè)更好地應(yīng)用和發(fā)展3S技術(shù)，必須在進(jìn)一步加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的基礎(chǔ)上，大力開展基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)、尤其是富有水利行業(yè)特色的數(shù)據(jù)庫，如蓄滯洪區(qū)空間展布式社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫、雨情和水情數(shù)據(jù)庫、水旱災(zāi)情數(shù)據(jù)庫等等。此外還要加快提高3S技術(shù)的應(yīng)用水平，充分發(fā)揮3S現(xiàn)有的和潛在的功能，并且與網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)等高新技術(shù)以及水利行業(yè)本身的技術(shù)緊密地結(jié)合在一起。為水利信息化和現(xiàn)代化作出它應(yīng)有的貢獻(xiàn)。以下是實(shí)例應(yīng)用：