防洪抗旱中3S技術(shù)所發(fā)揮的作用

發(fā)布日期：2019-03-19 17:09 瀏覽量：9830

自20世紀(jì)60年代發(fā)展的遙感技術(shù)，英文RS（Remote Sensing）是由“遙遠(yuǎn)的感知”直譯而來(lái)。要是指從遠(yuǎn)距離高空及外層空間的各種平臺(tái)上利用電磁波探測(cè)儀器，通過(guò)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)。這項(xiàng)遙感技術(shù)于70年代應(yīng)用于水務(wù)領(lǐng)域上。

近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的另一種對(duì)地理環(huán)境有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析和研究的空間信息管理信息系統(tǒng)，即地理信息系統(tǒng)（GIS），它能在計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)支持下對(duì)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)。GIS 技術(shù)在水務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用相對(duì)滯后，相比遙感技術(shù)應(yīng)用水務(wù)晚了一些時(shí)間，80年代后期才有一些科研院所和高等院校開(kāi)始接觸和應(yīng)用。

90年代以后，又有一種叫GPS技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用在水務(wù)領(lǐng)悟中，全球定位（GPS）是一種可以定時(shí)與測(cè)距的空間交匯的導(dǎo)航系統(tǒng)，通過(guò)接收衛(wèi)星信息來(lái)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(shí)它還可給出準(zhǔn)確的時(shí)間信息，具有記錄地物屬性的功能。

現(xiàn)在，以上三種技術(shù)通常被人們稱(chēng)作為“3S技術(shù)”。遙感技術(shù)RS是數(shù)據(jù)獲取與更新基礎(chǔ)；坐標(biāo)定位、局部監(jiān)測(cè)是GPS的主要功能；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、分析、可視化是GIS 的基本功能；計(jì)算機(jī)技術(shù)是3S技術(shù)的根基；網(wǎng)絡(luò)是3S的翅膀；水務(wù)應(yīng)用科學(xué)技術(shù)是3S發(fā)展的動(dòng)力。現(xiàn)今，3S技術(shù)在水務(wù)領(lǐng)悟中廣泛地應(yīng)用于調(diào)查、監(jiān)測(cè)、管理、評(píng)估等方面。

3S技術(shù)在防汛抗旱中的應(yīng)用

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

傳統(tǒng)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(zāi)情信息，以列表方式將檢索結(jié)果提供給防汛工作人員。引入GIS技術(shù)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(jìn)行檢索。

一方面可以利用電子地圖本身的操作功能，如分專(zhuān)題顯示、圖例編輯、放大縮小漫游、導(dǎo)航等；另一方面，可進(jìn)行一些以空間特征為條件的信息檢索，如某一空間范圍內(nèi)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(tǒng)提供的面向過(guò)程的API或面向CORBA/DCOM的控件集成到應(yīng)用系統(tǒng)中。

這種方式的GIS技術(shù)目前大量應(yīng)用在水雨情信息查詢、汛情監(jiān)視、防汛會(huì)商等應(yīng)用系統(tǒng)中，已成為這類(lèi)系統(tǒng)的基本表達(dá)方式。更重要的是，引入GIS技術(shù)后，使得原來(lái)相對(duì)孤立的數(shù)據(jù)建立了空間關(guān)系，更有效地揭示了各類(lèi)數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系。

例如，某控制站的實(shí)時(shí)水位與相關(guān)聯(lián)的堤段的堤頂高程，以及堤防保護(hù)的耕地面積、主要城鎮(zhèn)、重要交通干線、重要設(shè)施等等數(shù)據(jù)，用GIS的方式表現(xiàn)出來(lái)就可以直觀形象地展示出他們之間的分布關(guān)系、相對(duì)位置、距離、高程等等，一目了然。直觀形象地展示防洪形勢(shì)和調(diào)度預(yù)案，對(duì)于領(lǐng)導(dǎo)指揮決策是十分重要的。

再如飛燕遙感的GIS行業(yè)應(yīng)用方案，三維智慧水利系統(tǒng)解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)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(tài)環(huán)境。現(xiàn)在，基于GIS技術(shù)的防汛抗旱信息管理系統(tǒng)已逐步成為決策支持系統(tǒng)必備的環(huán)境基礎(chǔ)。

三維智慧水利系統(tǒng)視頻監(jiān)控圖.jpg

災(zāi)情評(píng)估中的作用

災(zāi)情評(píng)估是防洪決策不可分割的組成部分。對(duì)于災(zāi)前、災(zāi)中及災(zāi)后的災(zāi)情評(píng)估可分為兩種模式：

①對(duì)給定淹沒(méi)范圍內(nèi)災(zāi)情的靜態(tài)評(píng)估；

②根據(jù)入口洪水過(guò)程，對(duì)某一地理區(qū)域動(dòng)態(tài)確定淹沒(méi)范圍并相應(yīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)災(zāi)情評(píng)估。

靜態(tài)災(zāi)情評(píng)估是典型的GIS空間分析應(yīng)用，根據(jù)數(shù)字高程模型DEM確定淹沒(méi)范圍內(nèi)各單元的水深，結(jié)合土地利用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性數(shù)據(jù)以及淹沒(méi)歷時(shí)即可估算淹沒(méi)損失；動(dòng)態(tài)災(zāi)情評(píng)估是將連續(xù)的洪水演進(jìn)過(guò)程根據(jù)GIS技術(shù)支持的二維非恒定流模型按一定的時(shí)間間隔離散化，然后用CIS技術(shù)確定每一時(shí)間片的淹沒(méi)范圍、淹沒(méi)水深并進(jìn)行淹沒(méi)損失評(píng)估。

防汛搶險(xiǎn)救災(zāi)

一旦江河湖庫(kù)發(fā)生工程險(xiǎn)情，必須以最快的速度調(diào)集人力物力進(jìn)行搶險(xiǎn)救災(zāi)，因此要求預(yù)先掌握防汛組織機(jī)構(gòu)、防汛搶險(xiǎn)隊(duì)伍配備、防汛物資儲(chǔ)備信息，如果這些信息的管理基于GIS系統(tǒng)，就可以利用GIS的網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)確定最佳路徑實(shí)現(xiàn)防汛搶險(xiǎn)隊(duì)伍的最佳調(diào)配和防汛搶險(xiǎn)物資的最快調(diào)撥，提高搶險(xiǎn)效率。

在搶險(xiǎn)過(guò)程中，工程險(xiǎn)情的發(fā)展，搶險(xiǎn)人員的分布，搶險(xiǎn)物資的變動(dòng)等情況也需要用GIS管理。對(duì)于洪水威脅地區(qū)，迅速組織群眾轉(zhuǎn)移撤退，是當(dāng)?shù)胤姥床块T(mén)的重要職責(zé)，使用GIS的網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)，可以分析每一路段、橋梁的通過(guò)能力，選擇最佳轉(zhuǎn)移路徑，制定最佳方案，確保群眾安全。還可以利用GIS技術(shù)進(jìn)行洪水演進(jìn)模擬和風(fēng)險(xiǎn)分析。

洪水預(yù)報(bào)及城市防洪中的作用

洪水預(yù)報(bào)是水文學(xué)的一個(gè)重要分支，主要研究給定的降雨所產(chǎn)生徑流和洪水的時(shí)空分布，主要分為產(chǎn)流預(yù)報(bào)和匯流預(yù)報(bào)兩部分。洪水預(yù)報(bào)所研究的地理范圍一般是一個(gè)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(chēng)為預(yù)報(bào)單元。

理論上，預(yù)報(bào)單元?jiǎng)澐值迷叫≡侥鼙ＷC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(yùn)算的限制，目前預(yù)報(bào)單元?jiǎng)澐值幂^大。應(yīng)用GIS技術(shù)，輔以下墊面的數(shù)字地形模型DTM和其它要素分布資料，可以把預(yù)報(bào)單元?jiǎng)澐值米銐蛐。@樣首先可以提高產(chǎn)流預(yù)報(bào)的精度，其次可以把匯流過(guò)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(shù)，使用大比例尺地形數(shù)據(jù)庫(kù)，還可以進(jìn)行地面比降和坡向分析。利用遙感技術(shù)獲取預(yù)報(bào)區(qū)域的地表結(jié)構(gòu)、植被、土壤飽和程度等信息，并具有足夠的空間精度和時(shí)間精度，配合有效的預(yù)報(bào)模型，將大大提高洪水預(yù)報(bào)的精度和預(yù)見(jiàn)期。

全國(guó)許多重要城市位于江河下游，地面高程較低，洪水威脅嚴(yán)重，防洪任務(wù)艱巨，被列為重點(diǎn)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(guò)城市的江河洪水，還要抵御局部暴雨造成的低洼地區(qū)積水對(duì)城市功能造成的影響和破壞。GIS技術(shù)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(lèi)防洪目標(biāo)信息、道路交通、地下管線，以及使用GIS的網(wǎng)絡(luò)分析功能計(jì)算排水能力等，綜合各方面信息，利用圖層疊加和網(wǎng)絡(luò)分析，制定應(yīng)急搶險(xiǎn)方案和交通應(yīng)急調(diào)度方案。

應(yīng)用前景展望

以往的防汛抗旱數(shù)據(jù)信息主要靠手工收集、處理，如果處理的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的決策與不斷變化的實(shí)際不符，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。

現(xiàn)在，伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以3S技術(shù)為支撐，特別是以GIS為核心的支持系統(tǒng)，是面向防汛抗旱信息為操作對(duì)象的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它通過(guò)空間的可視化處理，使大量抽象、枯燥的數(shù)據(jù)變得生動(dòng)、直觀和易于理解，并加速了防汛抗旱領(lǐng)域的信息化和現(xiàn)代化進(jìn)程，為數(shù)字化領(lǐng)域的各種建設(shè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐和更為豐富的內(nèi)容。

開(kāi)辟新的3S技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域是防汛抗旱工作的需要，也是3S技術(shù)自身發(fā)展的需要，是推動(dòng)技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力。例如，實(shí)時(shí)工情采集、傳輸、處理及應(yīng)用，就可以充分利用GPS和GIS技術(shù)，結(jié)合防洪工程數(shù)據(jù)庫(kù)，更有效地表現(xiàn)工程險(xiǎn)情的位置和程度等?？梢钥闯?，3S技術(shù)在防汛抗旱信息化中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用將具有重大的理論價(jià)值和實(shí)際意義。

綜上所述，要在水務(wù)領(lǐng)域更好地應(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(kāi)展基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)、尤其是富有水務(wù)行業(yè)特色的數(shù)據(jù)庫(kù)，如蓄滯洪區(qū)空間展布式社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、雨情和水情數(shù)據(jù)庫(kù)、水旱災(zāi)情數(shù)據(jù)庫(kù)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(jì)算機(jī)等高新技術(shù)以及水務(wù)行業(yè)本身的技術(shù)緊密地結(jié)合在一起，為水務(wù)信息化和現(xiàn)代化作出它應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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