防洪抗旱中3S技術所發揮的(de)作用(yòng)

發布日期：2019-03-19 17:09 浏覽量：9079

自20世紀60年代發展的(de)遙感技術，英文RS（Remote Sensing）是由“遙遠(yuǎn)的(de)感知”直譯而來(lái)。要是指從遠(yuǎn)距離高(gāo)空及外層空間的(de)各種平台上利用(yòng)電磁波探測儀器，通(tōng)過攝影(yǐng)或掃描、信息響應、傳輸和(hé)處理(lǐ)，研究地面物(wù)體的(de)形狀、大(dà)小、位置及其與環境的(de)相關關系等宏觀規律的(de)現代科學技術。這(zhè)項遙感技術于70年代應用(yòng)于水(shuǐ)務領域上。

近年來(lái)發展起來(lái)的(de)另一種對(duì)地理(lǐ)環境有關問題進行分(fēn)析和(hé)研究的(de)空間信息管理(lǐ)信息系統，即地理(lǐ)信息系統（GIS），它能在計算(suàn)機軟硬件技術支持下(xià)對(duì)信息進行采集、存貯、查詢、綜合分(fēn)析和(hé)輸出，并爲用(yòng)戶提供決策支持的(de)綜合性技術。GIS 技術在水(shuǐ)務領域的(de)應用(yòng)相對(duì)滞後，相比遙感技術應用(yòng)水(shuǐ)務晚了(le)一些時(shí)間，80年代後期才有一些科研院所和(hé)高(gāo)等院校開始接觸和(hé)應用(yòng)。

90年代以後，又有一種叫GPS技術開始應用(yòng)在水(shuǐ)務領悟中，全球定位（GPS）是一種可(kě)以定時(shí)與測距的(de)空間交彙的(de)導航系統，通(tōng)過接收衛星信息來(lái)給出（記錄）地球上任意地點的(de)三維坐(zuò)标以及載體的(de)運行速度，同時(shí)它還(hái)可(kě)給出準确的(de)時(shí)間信息，具有記錄地物(wù)屬性的(de)功能。

現在，以上三種技術通(tōng)常被人(rén)們稱作爲“3S技術”。遙感技術RS是數據獲取與更新基礎；坐(zuò)标定位、局部監測是GPS的(de)主要功能；數據存儲、管理(lǐ)、分(fēn)析、可(kě)視化(huà)是GIS 的(de)基本功能；計算(suàn)機技術是3S技術的(de)根基；網絡是3S的(de)翅膀；水(shuǐ)務應用(yòng)科學技術是3S發展的(de)動力。現今，3S技術在水(shuǐ)務領悟中廣泛地應用(yòng)于調查、監測、管理(lǐ)、評估等方面。

3S技術在防汛抗旱中的(de)應用(yòng)

防汛抗旱信息管理(lǐ)是管理(lǐ)與防汛抗旱指揮有關的(de)信息，并提供信息檢索、信息發布的(de)MIS系統。

傳統的(de)防汛抗旱信息檢索方式主要是基于SQL邏輯條件的(de)檢索雨(yǔ)情、水(shuǐ)情、工情、旱情、災情信息，以列表方式将檢索結果提供給防汛工作人(rén)員(yuán)。引入GIS技術後，豐富了(le)檢索的(de)手段和(hé)界面，可(kě)以基于矢量電子地圖界面進行檢索。

一方面可(kě)以利用(yòng)電子地圖本身的(de)操作功能，如分(fēn)專題顯示、圖例編輯、放大(dà)縮小漫遊、導航等；另一方面，可(kě)進行一些以空間特征爲條件的(de)信息檢索，如某一空間範圍内的(de)特征查詢、某一特征的(de)鄰域查詢等。這(zhè)些功能一般是借助GIS系統提供的(de)面向過程的(de)API或面向CORBA/DCOM的(de)控件集成到應用(yòng)系統中。

這(zhè)種方式的(de)GIS技術目前大(dà)量應用(yòng)在水(shuǐ)雨(yǔ)情信息查詢、汛情監視、防汛會商等應用(yòng)系統中，已成爲這(zhè)類系統的(de)基本表達方式。更重要的(de)是，引入GIS技術後，使得(de)原來(lái)相對(duì)孤立的(de)數據建立了(le)空間關系，更有效地揭示了(le)各類數據之間的(de)内在聯系。

例如，某控制站的(de)實時(shí)水(shuǐ)位與相關聯的(de)堤段的(de)堤頂高(gāo)程，以及堤防保護的(de)耕地面積、主要城(chéng)鎮、重要交通(tōng)幹線、重要設施等等數據，用(yòng)GIS的(de)方式表現出來(lái)就可(kě)以直觀形象地展示出他(tā)們之間的(de)分(fēn)布關系、相對(duì)位置、距離、高(gāo)程等等，一目了(le)然。直觀形象地展示防洪形勢和(hé)調度預案，對(duì)于領導指揮決策是十分(fēn)重要的(de)。

再如飛(fēi)燕遙感的(de)GIS行業應用(yòng)方案，三維智慧水(shuǐ)利系統解決方案，能夠實現“數字化(huà)、網絡化(huà)、可(kě)視化(huà)、智能化(huà)”，提升水(shuǐ)利信息化(huà)管理(lǐ)，保障流域的(de)防洪安全、供水(shuǐ)安全及維系河(hé)流健康生态環境。現在，基于GIS技術的(de)防汛抗旱信息管理(lǐ)系統已逐步成爲決策支持系統必備的(de)環境基礎。

三維智慧水(shuǐ)利系統視頻(pín)監控圖.jpg

災情評估中的(de)作用(yòng)

災情評估是防洪決策不可(kě)分(fēn)割的(de)組成部分(fēn)。對(duì)于災前、災中及災後的(de)災情評估可(kě)分(fēn)爲兩種模式：

①對(duì)給定淹沒範圍内災情的(de)靜态評估；

②根據入口洪水(shuǐ)過程，對(duì)某一地理(lǐ)區(qū)域動态确定淹沒範圍并相應進行動态災情評估。

靜态災情評估是典型的(de)GIS空間分(fēn)析應用(yòng)，根據數字高(gāo)程模型DEM确定淹沒範圍内各單元的(de)水(shuǐ)深，結合土地利用(yòng)和(hé)社會經濟屬性數據以及淹沒曆時(shí)即可(kě)估算(suàn)淹沒損失；動态災情評估是将連續的(de)洪水(shuǐ)演進過程根據GIS技術支持的(de)二維非恒定流模型按一定的(de)時(shí)間間隔離散化(huà)，然後用(yòng)CIS技術确定每一時(shí)間片的(de)淹沒範圍、淹沒水(shuǐ)深并進行淹沒損失評估。

防汛搶險救災

一旦江河(hé)湖庫發生工程險情，必須以最快(kuài)的(de)速度調集人(rén)力物(wù)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(wù)資儲備信息，如果這(zhè)些信息的(de)管理(lǐ)基于GIS系統，就可(kě)以利用(yòng)GIS的(de)網絡分(fēn)析技術确定最佳路徑實現防汛搶險隊伍的(de)最佳調配和(hé)防汛搶險物(wù)資的(de)最快(kuài)調撥，提高(gāo)搶險效率。

在搶險過程中，工程險情的(de)發展，搶險人(rén)員(yuán)的(de)分(fēn)布，搶險物(wù)資的(de)變動等情況也(yě)需要用(yòng)GIS管理(lǐ)。對(duì)于洪水(shuǐ)威脅地區(qū)，迅速組織群衆轉移撤退，是當地防汛部門的(de)重要職責，使用(yòng)GIS的(de)網絡分(fēn)析技術，可(kě)以分(fēn)析每一路段、橋梁的(de)通(tōng)過能力，選擇最佳轉移路徑，制定最佳方案，确保群衆安全。還(hái)可(kě)以利用(yòng)GIS技術進行洪水(shuǐ)演進模拟和(hé)風險分(fēn)析。

洪水(shuǐ)預報及城(chéng)市防洪中的(de)作用(yòng)

洪水(shuǐ)預報是水(shuǐ)文學的(de)一個(gè)重要分(fēn)支，主要研究給定的(de)降雨(yǔ)所産生徑流和(hé)洪水(shuǐ)的(de)時(shí)空分(fēn)布，主要分(fēn)爲産流預報和(hé)彙流預報兩部分(fēn)。洪水(shuǐ)預報所研究的(de)地理(lǐ)範圍一般是一個(gè)流域或水(shuǐ)系，由于下(xià)墊面條件和(hé)水(shuǐ)文要素的(de)空間分(fēn)布的(de)不均勻性，需要将流域或水(shuǐ)系劃分(fēn)成更小的(de)單元，稱爲預報單元。

理(lǐ)論上，預報單元劃分(fēn)得(de)越小越能保證下(xià)墊面條件和(hé)水(shuǐ)文要素的(de)均一性，但限于下(xià)墊面資料和(hé)模型運算(suàn)的(de)限制，目前預報單元劃分(fēn)得(de)較大(dà)。應用(yòng)GIS技術，輔以下(xià)墊面的(de)數字地形模型DTM和(hé)其它要素分(fēn)布資料，可(kě)以把預報單元劃分(fēn)得(de)足夠小，這(zhè)樣首先可(kě)以提高(gāo)産流預報的(de)精度，其次可(kě)以把彙流過程從黑(hēi)箱模型變成灰箱模型或白箱模型。亦即，可(kě)以把集總式水(shuǐ)文模型變成分(fēn)布式流域水(shuǐ)文模型。利用(yòng)GIS技術，使用(yòng)大(dà)比例尺地形數據庫，還(hái)可(kě)以進行地面比降和(hé)坡向分(fēn)析。利用(yòng)遙感技術獲取預報區(qū)域的(de)地表結構、植被、土壤飽和(hé)程度等信息，并具有足夠的(de)空間精度和(hé)時(shí)間精度，配合有效的(de)預報模型，将大(dà)大(dà)提高(gāo)洪水(shuǐ)預報的(de)精度和(hé)預見期。

全國許多(duō)重要城(chéng)市位于江河(hé)下(xià)遊，地面高(gāo)程較低，洪水(shuǐ)威脅嚴重，防洪任務艱巨，被列爲重點防洪城(chéng)市，例如，北(běi)京、天津、上海、廣州等。這(zhè)些城(chéng)市不僅要防禦穿過城(chéng)市的(de)江河(hé)洪水(shuǐ)，還(hái)要抵禦局部暴雨(yǔ)造成的(de)低窪地區(qū)積水(shuǐ)對(duì)城(chéng)市功能造成的(de)影(yǐng)響和(hé)破壞。GIS技術在城(chéng)市防洪中的(de)作用(yòng)顯得(de)更加突出，不僅可(kě)以管理(lǐ)大(dà)比例尺城(chéng)市地圖，還(hái)可(kě)管理(lǐ)各類防洪目标信息、道路交通(tōng)、地下(xià)管線，以及使用(yòng)GIS的(de)網絡分(fēn)析功能計算(suàn)排水(shuǐ)能力等，綜合各方面信息，利用(yòng)圖層疊加和(hé)網絡分(fēn)析，制定應急搶險方案和(hé)交通(tōng)應急調度方案。

應用(yòng)前景展望

以往的(de)防汛抗旱數據信息主要靠手工收集、處理(lǐ)，如果處理(lǐ)的(de)時(shí)間過長(cháng)則會導緻産生的(de)決策與不斷變化(huà)的(de)實際不符，産生嚴重的(de)後果。

現在，伴随計算(suàn)機技術的(de)發展，以3S技術爲支撐，特别是以GIS爲核心的(de)支持系統，是面向防汛抗旱信息爲操作對(duì)象的(de)計算(suàn)機系統，它通(tōng)過空間的(de)可(kě)視化(huà)處理(lǐ)，使大(dà)量抽象、枯燥的(de)數據變得(de)生動、直觀和(hé)易于理(lǐ)解，并加速了(le)防汛抗旱領域的(de)信息化(huà)和(hé)現代化(huà)進程，爲數字化(huà)領域的(de)各種建設提供了(le)強有力的(de)技術支撐和(hé)更爲豐富的(de)内容。

開辟新的(de)3S技術應用(yòng)領域是防汛抗旱工作的(de)需要，也(yě)是3S技術自身發展的(de)需要，是推動技術發展的(de)動力。例如，實時(shí)工情采集、傳輸、處理(lǐ)及應用(yòng)，就可(kě)以充分(fēn)利用(yòng)GPS和(hé)GIS技術，結合防洪工程數據庫，更有效地表現工程險情的(de)位置和(hé)程度等。可(kě)以看出，3S技術在防汛抗旱信息化(huà)中的(de)開發應用(yòng)将具有重大(dà)的(de)理(lǐ)論價值和(hé)實際意義。

綜上所述，要在水(shuǐ)務領域更好地應用(yòng)和(hé)發展3S技術，必須在進一步加強标準化(huà)、規範化(huà)的(de)基礎上，大(dà)力開展基礎數據庫的(de)建設、尤其是富有水(shuǐ)務行業特色的(de)數據庫，如蓄滞洪區(qū)空間展布式社會經濟數據庫、雨(yǔ)情和(hé)水(shuǐ)情數據庫、水(shuǐ)旱災情數據庫等等。此外還(hái)要加快(kuài)提高(gāo)3S技術的(de)應用(yòng)水(shuǐ)平，充分(fēn)發揮3S現有的(de)和(hé)潛在的(de)功能，并且與網絡計算(suàn)機等高(gāo)新技術以及水(shuǐ)務行業本身的(de)技術緊密地結合在一起，爲水(shuǐ)務信息化(huà)和(hé)現代化(huà)作出它應有的(de)貢獻。