“3S”技術水利應用

簡介： “3S”是遙感技術RS、地理信息技術GIS、以及全球定位技術GPS的統(tǒng)稱?！?S” 技術在水利行業(yè)中廣泛地應用于水資源調查、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、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。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，“3S”水利應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)。
關鍵字：遙感技術RS 地理信息技術GIS 全球定位技術GPS 水資源調查

三．概述：

RS（遙感技術）是指從遠距離高空及外層空間的各種平臺上利用光學或者電子光學（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、判讀分析與野外實地驗證，最終服務與資源勘測、環(huán)境動態(tài)監(jiān)測與有關部門的規(guī)劃決策。是過攝影或掃描、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(huán)境的相關關系等宏觀規(guī)律的現(xiàn)代科學技術。廣泛應用與農業(yè)、林業(yè)、地質、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的空間信息管理信息計算機系統(tǒng)，是分析與處理海量地理數(shù)據(jù)等地理環(huán)境有關問題的通用技術。廣泛應用于資源調查、環(huán)境評估、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、公共實施管理、交通安全等領域。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。因其提供全天候實時、高精度三維位置、速度及精密的時間信息，已經(jīng)被廣泛應用于陸地、海洋、空間與航天領域各類軍用與民用目標的定位、導航與精密測量，尤其在大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航與管理、地殼運動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘測、地球動力學等應用更加廣泛，90年代后始應用與水利行業(yè)。

RS是數(shù)據(jù)獲取與更新基礎；坐標定位、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；計算機技術是3S技術的根基；網(wǎng)絡是3S的翅膀；水利應用科學技術是3S發(fā)展的動力。3S技術在水利行業(yè)中廣泛地應用于調查、監(jiān)測、管理、評估等方面。具體地應用在水資源調查、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．水利應用：

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

1.在防洪減災中的應用：

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

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

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

2.在水資源生態(tài)環(huán)境管理中應用：

“3S”技術在解決水資源與生態(tài)環(huán)境調查、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、應用的工具，GPS提供水利實施等空間定位基礎。

3.在水土保持中應用：

RS為壤侵蝕調查提供信息源，GIS分析土壤侵蝕因子，進行評價侵蝕

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)：

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

8. 水利水電工程建設和管理

3S是水利水電工程選址、規(guī)劃、乃至設計、施工管理中十分重要的工具，例如移民安置地環(huán)境容量調查、調水工程選線及環(huán)境影響評價、梯級開發(fā)的淹沒調查、水庫高水位運行的淹沒調查、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管理、蓄滯洪區(qū)規(guī)劃與建設等等。

9.災情評估，主要包括以下幾方面的內容：

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

五．前景展望：

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

1、網(wǎng)絡化

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)絡瀏覽器為應用工作平臺，在客戶端可以實現(xiàn)對矢量數(shù)據(jù)的操作，可以在多個客戶端實現(xiàn)原來在本機上才能實現(xiàn)的功能，并可通過網(wǎng)絡遠程調用和發(fā)布各類數(shù)據(jù)、圖形、圖像。

2、集成化

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

3、以數(shù)學模型和決策分析為支撐

對于水利工作者來說，僅對圖形進行簡單的瀏覽、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)進行深層次的分析，使系統(tǒng)具有輔助決策支持功能，為有關部門提供科學的計算結果和決策依據(jù)。

4、實時三維和虛擬現(xiàn)實技術

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技術應用需求很廣。三維尤其是實時的三維3S系統(tǒng)為各種水利信息提供了更為直觀的表現(xiàn)方式。在調水線路沿線貫穿飛行、城市及蓄滯區(qū)洪水演進、水利工程布置、大壩及堤防等工情信息的表達、地面與地下結合的地質構造描述、水流流動的三維表現(xiàn)、廠房或結構內部的描述、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。

5、標準化

標準化就是要做到可移植性，互操作性，可收縮性，通用環(huán)境。其內容包括數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)庫轉換，圖形，軟件，硬件等方面及地理，算法，解譯與行業(yè)等方面的標準內容。

6、組件式GIS（ComGIS）

　　GIS軟件的技術體系經(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，以一組具有某種標準通信接口實現(xiàn)交互，甚至是跨計算機交互。ComGIS使軟件的可配置性、可擴展性和開放性更強，使用更靈活，更便于二次開發(fā)，特別有利于應用系統(tǒng)集成和拓展。

六.結論：

“3S”是遙感技術RS、地理信息技術GIS、以及全球定位技術GPS的統(tǒng)稱?！?span lang="EN-US">3S” 技術在水利行業(yè)中廣泛地應用于水資源調查、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、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。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，“3S”水利應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)更好地應用和發(fā)展3S技術，必須在進一步加強標準化、規(guī)范化的基礎上，大力開展基礎數(shù)據(jù)庫的建設、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)濟數(shù)據(jù)庫、雨情和水情數(shù)據(jù)庫、水旱災情數(shù)據(jù)庫等等。此外還要加快提高3S技術的應用水平，充分發(fā)揮3S現(xiàn)有的和潛在的功能，并且與網(wǎng)絡計算機等高新技術以及水利行業(yè)本身的技術緊密地結合在一起。為水利信息化和現(xiàn)代化作出它應有的貢獻。以下是實例應用：