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防洪抗旱中3S技术所发挥的作用

发布日期:2019-03-19 17:09 浏览量:107

自20世纪60年代发展的遥感技术,英文RS(Remote Sensing)是由“遥远的感知”直译而来。要是指从远距离高空及外层空间的各种平台上利用电磁波探测仪器,通过摄影或扫描、信息响应、传输和处理,研究地面物体的形状、大小、位置及其与环境的相关关系等宏观规律的现代科学技术。这遥感技术于70年代应用于水务领域上。 

近年来发展起来的另一种对地理环境有关问题进行分析和研究的空间信息管理信息系统,即地理信息系统(GIS),它能在计算机软硬件技术支持下对信息进行采集、存贮、查询、综合分析和输出,并为用户提供决策支持的综合性技术。GIS 技术在水务领域的应用相对滞后,相比遥感技术应用水务晚了一些时间,80年代后期才有一些科研院所和高等院校开始接触和应用。

90年代以后,又有一种叫GPS技术开始应用在水务领悟中,全球定位(GPS)是一种可以定时与测距的空间交汇的导航系统,通过接收卫星信息来给出(记录)地球上任意地点的三维坐标以及载体的运行速度,同时它还可给出准确的时间信息,具有记录地物属性的功能。

现在,以上三种技术通常被人们称作为“3S技术”。遥感技术RS是数据获取与更新基础;坐标定位、局部监测是GPS的主要功能;数据存储、管理、分析、可视化是GIS 的基本功能;计算机技术是3S技术的根基;网络是3S的翅膀;水务应用科学技术是3S发展的动力。现今,3S技术在水务领悟中广泛地应用于调查、监测、管理、评估等方面。

3S技术在防汛抗旱中的应用

防汛抗旱信息管理是管理与防汛抗旱指挥有关的信息,并提供信息检索、信息发布的MIS系统。

传统的防汛抗旱信息检索方式主要是基于SQL逻辑条件的检索雨情、水情、工情、旱情、灾情信息,以列表方式将检索结果提供给防汛工作人员。引入GIS技术后,丰富了检索的手段和界面,可以基于矢量电子地图界面进行检索。

 

一方面可以利用电子地图本身的操作功能,如分专题显示、图例编辑、放大缩小漫游、导航等;另一方面,可进行一些以空间特征为条件的信息检索,如某一空间范围内的特征查询、某一特征的邻域查询等。这些功能一般是借助GIS系统提供的面向过程的API或面向CORBA/DCOM的控件集成到应用系统中。


这种方式的GIS技术目前大量应用在水雨情信息查询、汛情监视、防汛会商等应用系统中,已成为这类系统的基本表达方式。更重要的是,引入GIS技术后,使得原来相对孤立的数据建立了空间关系,更有效地揭示了各类数据之间的内在联系。 

例如,某控制站的实时水位与相关联的堤段的堤顶高程,以及堤防保护的耕地面积、主要城镇、重要交通干线、重要设施等等数据,用GIS的方式表现出来就可以直观形象地展示出他们之间的分布关系、相对位置、距离、高程等等,一目了然。直观形象地展示防洪形势和调度预案,对于领导指挥决策是十分重要的。

再如飞燕遥感的GIS行业应用方案,三维智慧水利系统解决方案,能够实现“数字化、网络化、可视化、智能化”,提升水利信息化管理,保障流域的防洪安全、供水安全及维系河流健康生态环境。 现在,基于GIS技术的防汛抗旱信息管理系统已逐步成为决策支持系统必备的环境基础。


三维智慧水利系统视频监控图.jpg

 

灾情评估中的作用

灾情评估是防洪决策不可分割的组成部分。对于灾前、灾中及灾后的灾情评估可分为两种模式:

①对给定淹没范围内灾情的静态评估;

②根据入口洪水过程,对某一地理区域动态确定淹没范围并相应进行动态灾情评估。

静态灾情评估是典型的GIS空间分析应用,根据数字高程模型DEM确定淹没范围内各单元的水深,结合土地利用和社会经济属性数据以及淹没历时即可估算淹没损失;动态灾情评估是将连续的洪水演进过程根据GIS技术支持的二维非恒定流模型按一定的时间间隔离散化,然后用CIS技术确定每一时间片的淹没范围、淹没水深并进行淹没损失评估。

防汛抢险救灾

一旦江河湖库发生工程险情,必须以最快的速度调集人力物力进行抢险救灾,因此要求预先掌握防汛组织机构、防汛抢险队伍配备、防汛物资储备信息,如果这些信息的管理基于GIS系统,就可以利用GIS的网络分析技术确定最佳路径实现防汛抢险队伍的最佳调配和防汛抢险物资的最快调拨,提高抢险效率。

 

在抢险过程中,工程险情的发展,抢险人员的分布,抢险物资的变动等情况也需要用GIS管理。 对于洪水威胁地区,迅速组织群众转移撤退,是当地防汛部门的重要职责,使用GIS的网络分析技术,可以分析每一路段、桥梁的通过能力,选择最佳转移路径,制定最佳方案,确保群众安全。还可以利用GIS技术进行洪水演进模拟和风险分析。

 

洪水预报及城市防洪中的作用

洪水预报是水文学的一个重要分支,主要研究给定的降雨所产生径流和洪水的时空分布,主要分为产流预报和汇流预报两部分。洪水预报所研究的地理范围一般是一个流域或水系,由于下垫面条件和水文要素的空间分布的不均匀性,需要将流域或水系划分成更小的单元,称为预报单元。

 

理论上,预报单元划分得越小越能保证下垫面条件和水文要素的均一性,但限于下垫面资料和模型运算的限制,目前预报单元划分得较大。应用GIS技术,辅以下垫面的数字地形模型DTM和其它要素分布资料,可以把预报单元划分得足够小,这样首先可以提高产流预报的精度,其次可以把汇流过程从黑箱模型变成灰箱模型或白箱模型。亦即,可以把集总式水文模型变成分布式流域水文模型。利用GIS技术,使用大比例尺地形数据库,还可以进行地面比降和坡向分析。利用遥感技术获取预报区域的地表结构、植被、土壤饱和程度等信息,并具有足够的空间精度和时间精度,配合有效的预报模型,将大大提高洪水预报的精度和预见期。

 

全国许多重要城市位于江河下游,地面高程较低,洪水威胁严重,防洪任务艰巨,被列为重点防洪城市,例如,北京、天津、上海、广州等。这些城市不仅要防御穿过城市的江河洪水,还要抵御局部暴雨造成的低洼地区积水对城市功能造成的影响和破坏。GIS技术在城市防洪中的作用显得更加突出,不仅可以管理大比例尺城市地图,还可管理各类防洪目标信息、道路交通、地下管线,以及使用GIS的网络分析功能计算排水能力等,综合各方面信息,利用图层叠加和网络分析,制定应急抢险方案和交通应急调度方案。

应用前景展望

以往的防汛抗旱数据信息主要靠手工收集、处理,如果处理的时间过长则会导致产生的决策与不断变化的实际不符,产生严重的后果。

现在,伴随计算机技术的发展,以3S技术为支撑,特别是以GIS为核心的支持系统,是面向防汛抗旱信息为操作对象的计算机系统,它通过空间的可视化处理,使大量抽象、枯燥的数据变得生动、直观和易于理解,并加速了防汛抗旱领域的信息化和现代化进程,为数字化领域的各种建设提供了强有力的技术支撑和更为丰富的内容。

开辟新的3S技术应用领域是防汛抗旱工作的需要,也是3S技术自身发展的需要,是推动技术发展的动力。例如,实时工情采集、传输、处理及应用,就可以充分利用GPS和GIS技术,结合防洪工程数据库,更有效地表现工程险情的位置和程度等。可以看出,3S技术在防汛抗旱信息化中的开发应用将具有重大的理论价值和实际意义。

综上所述,要在水务领域更好地应用和发展3S技术,必须在进一步加强标准化、规范化的基础上,大力开展基础数据库的建设、尤其是富有水务行业特色的数据库,如蓄滞洪区空间展布式社会经济数据库、雨情和水情数据库、水旱灾情数据库等等。此外还要加快提高3S技术的应用水平,充分发挥3S现有的和潜在的功能,并且与网络计算机等高新技术以及水务行业本身的技术紧密地结合在一起,为水务信息化和现代化作出它应有的贡献。


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