3s技术在水利工程中的应用

引言：

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3S是遥感技术RS、地理信息技术GIS、以及全球定位技术GPS的统称。“3S” 技术在水利行业中广泛地应用于水资源调查、生态环境管理、旱情监测、灌溉面积监测与规划、水环境评估、防洪减灾、水土保持、河口与河道及河势演变动态监测、水利工程选址、水库库容与湖泊动态变化监测、水库移民等方面的工作。随着计算机技术的飞速发展，“3S”水利应用越来越广泛和深入，将来的发展方向一定是具有海量数据存储功能、网络功能、地理信息建模功能和无线通讯功能的3S集成系统。

一、概述：

RS（遥感技术）是指从远距离高空及外层空间的各种平台上利用光学或者电子光学（称为遥感器或波探测仪器）通过接收地面反射或接收的电磁波信号，并以图象胶片或数据磁带形式记录下来，传送到地面，经过信息处理、判读分析与野外实地验证，最终服务与资源勘测、环境动态监测与有关部门的规划决策。是过摄影或扫描、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。广泛应用与农业、林业、地质、地理、海洋、水文、气象、环境监测、地球资源勘探及军事侦察等各个领域，70年代开始用于水利。

GIS（地理信息系统）是近年发展起来的一种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的空间信息管理信息计算机系统，是分析与处理海量地理数据等地理环境有关问题的通用技术。广泛应用于资源调查、环境评估、区域发展规划、公共实施管理、交通安全等领域。目前在水利方面发挥越来越重要的作用。

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。因其提供全天候实时、高精度三维位置、速度及精密的时间信息，已经被广泛应用于陆地、海洋、空间与航天领域各类军用与民用目标的定位、导航与精密测量，尤其在大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航与管理、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘测、地球动力学等应用更加广泛，90年代后始应用与水利行业。

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；水利应用科学技术是3S发展的动力。3S技术在水利行业中广泛地应用于调查、监测、管理、评估等方面。具体地应用在水资源调查、水环境评估、防洪防汛、水土保持、河口演变、水利工程选址、水库移民等方面的工作。

二、水利应用：

3S技术就像一座多功能水库，对信息起着集中、调节和净化的作用，它兼容并蓄各种来源的信息，按地理空间坐标进行数据管理、查询和检索，通过地学分析、空间分析、相关分析、模拟和预测等手段进行科学加工与决策，提供多层次和多功能的信息服务。因此3S技术在水利信息化也就是水利现代化中起着并将继续起着至关重要的作用。3S技术主要应用在以下一些方面：

1、在防洪减灾中的应用：

（1） 数据采集与提取在雨情、水情、工情、险情与灾情等方面应用

（2） 数据与信息的储存、管理与分析方面，即防洪、减少、救灾的信息管理系统。

（3） 防汛决策支持方面如灾情评估、避险迁安、抢险救灾路线、气象卫星降雨定量预测等。

2、在水资源生态环境管理中应用：

“3S”技术在解决水资源与生态环境调查、动态监测水资源、生态环境变化、管理水资源与生态环境数据重要作用，RS可以提供动态更新数据源，GIS提供空间数据库管理、分析、应用的工具，GPS提供水利实施等空间定位基础。

3、在水土保持中应用：

RS为壤侵蚀调查提供信息源，GIS分析土壤侵蚀因子，进行评价侵蚀

类型、程度及侵蚀量估算

4、在河道、河口、河势动态监测中应用：

对泥沙淤积、泥沙分布几河道、河口、河势动态监测。

5、在水库库容与湖泊动态变化监测：

对湖泊面积容量变化及泥沙含量等监测。

6、水环境监测、评价与管理：

水质监测、水环境信息管理、水环境遥感监测。

7、旱情监测、灌溉面积监测与规：

旱情预报、动态监测几抗旱决策支持，有效灌溉面积与实际灌溉面积监测及灌区规划与动态管理。

8、水利水电工程建设和管理

3S是水利水电工程选址、规划、乃至设计、施工管理中十分重要的工具，例如移民安置地环境容量调查、调水工程选线及环境影响评价、梯级开发的淹没调查、水库高水位运行的淹没调查、大中型水利工程的环境影响评价、防洪规划、大型水利水电工程抗震安全、河道管理、大型水利水电工程物科贮运管理、蓄滞洪区规划与建设等等。

9、灾情评估，主要包括以下几方面的内容：

灾前评估：可能造成的经济损失；可能的受灾人口（涉及社会因素）；迁安能力（人数、道路、车辆调度）；重点保护区（交通大动脉、重要工业基地、军事要地）；抢险物资储运。灾中评估：确定灾情及发展趋势；救灾物数量与运输路线；为后继洪水调度方案决策提供依据；迁安人员的安置；灾后重建的准备。灾后评估：上报损失的核实；为防洪规划提供信息；为灾后重建提供方案。前景展望：

在以信息化带动水利现代化的战略方针指导下，3S在水利行业的应用将“无孔不入”，而且迅速地占领管理和决策层面，并且势必作为基础技术支撑，进入数字流域或数字水利的框架。而且在水利行业开始应用的主要有以下几个趋势:

1、网络化

WebGIS可用于除了一般数据外的特殊数据类型，尤其是矢量数据的处理，以网络浏览器为应用工作平台，在客户端可以实现对矢量数据的操作，可以在多个客户端实现原来在本机上才能实现的功能，并可通过网络远程调用和发布各类数据、图形、图像。

2、集成化

水利信息化进程中的3S技术在实际应用中不仅要通过数据接口将RS、GIS、GPS严格地、紧密地、系统地集合起来，使其成为一个更具有应用价值的大系统，往往还要跟其他的诸如MIS或OA等系统紧密结合，方可满足需求。因此， 3S技术与外部系统无缝集成是必然的发展趋势。

3、以数学模型和决策分析为支撑

对于水利工作者来说，仅对图形进行简单的浏览、查询是没有太大意义的。如何要让3S在水利行业发挥出更大的作用，就要利用3S软件特有的专业分析功能。水利行业要求3S系统平台提供专业的分析算法和专业模型，以便对各种水利数据进行深层次的分析，使系统具有辅助决策支持功能，为有关部门提供科学的计算结果和决策依据。

4、实时三维和虚拟现实技术

水利上很多问题是时间序列问题、动态监测及过程问题。因此，加上时间维的3S技术应用需求很广。三维尤其是实时的三维3S系统为各种水利信息提供了更为直观的表现方式。在调水线路沿线贯穿飞行、城市及蓄滞区洪水演进、水利工程布置、大坝及堤防等工情信息的表达、地面与地下结合的地质构造描述、水流流动的三维表现、厂房或结构内部的描述、库区的描述、宏观地形地貌表现、通视性分析等等方面使用得特别多或者是特别有前景，而且它也是虚拟或仿真的基础。

5、标准化

标准化就是要做到可移植性，互操作性，可收缩性，通用环境。其内容包括数据，数据交换，数据库转换，图形，软件，硬件等方面及地理，算法，解译与行业等方面的标准内容。

6、组件式GIS（ComGIS）

GIS软件的技术体系经历了GIS模块、集成式GIS和模块式GIS这三个阶段后，已发展到了组建式GIS阶段，即基于组件平台，以一组具有某种标准通信接口实现交互，甚至是跨计算机交互。ComGIS使软件的可配置性、可扩展性和开放性更强，使用更灵活，更便于二次开发，特别有利于应用系统集成和拓展。

三、结论：

“3S”是遥感技术RS、地理信息技术GIS、以及全球定位技术GPS的统称。“3S” 技术在水利行业中广泛地应用于水资源调查、生态环境管理、旱情监测、灌溉面积监测与规划、水环境评估、防洪减灾、水土保持、河口与河道及河势演变动态监测、水利工程选址、水库库容与湖泊动态变化监测、水库移民等方面的工作。随着计算机技术的飞速发展，“3S”水利应用越来越广泛和深入，将来的发展方向一定是具有海量数据存储功能、网络功能、地理信息建模功能和无线通讯功能的3S集成系统。

总之，要在水利行业更好地应用和发展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、尤其是富有水利行业特色的数据库，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利行业本身的技术紧密地结合在一起。为水利信息化和现代化作出它应有的贡献。

【水利】用GIS摸清水利大省的“家底”

作为水利大省，湖南河湖众多、水网密布、水系复杂，历来就是洪涝干旱灾害多发区域。进入新世纪以来，水情仍然是湖南的基本省情，水患仍然是湖南省人民的心腹大患。正因如此，湖南省水利普查河流普查，涉及范围之广、参与部门之多、技术要求之高、工作难度之大，在湖南省水利发展史上是空前的，在统计调查史上也是少有的。

为了形成全方位反映湖南省水利普查内容的成果体系，满足相关部门和水利系统内外不同层面用户查询、共享和使用普查成果的需要，为湖南省基础水信息平台建设、水利普查成果的长期开发利用和更新维护等工作奠定坚实基础，提升水利普查成果利用水平，湖南省水文水资源勘测局联合超图信息，特启动湖南省水利普查河流普查开发应用项目。

该项目以湖南省水利普查空间信息开发应用为核心，实现省内补充普查的中小河流50平方公里以下河流、已有水利普查河湖、水利工程等水利空间地理数据和功能共享服务，并实现对水利空间数据服务的应用展示、对空间信息资源和用户申请资源的管理、对水利业务实时数据的接入展示，更新管理了水利数据，实现对重点水利工程三维应用场景展示，提高了水利业务应用系统GIS应用开发速度，降低GIS应用的难度和成本。通过平台的建设和运行，逐步实现了全省水利普查空间信息的共建共享，并以此为示范带动全省水利行业数据的交流与融合。

系统架构图：采用支撑层、数据层、服务层、应用层的四层体系架构

丰富的地图查询功能

系统查询方式包括属性查询、空间查询、关联查询、流域查询。流域查询是首次在“水利一张图”应用系统中提出的查询理念，它利用河流所在流域，可实现一键查询，快速得到沿河所有水利要素概况与详情，为河流分析方面的工作提供了强有力的决策支持。例如，发生突发水污染事件时，我们可以快速查询出污染点所在河流周边的水库、取水口等水利设施，然后根据所查询对象在地图上的分布情况进一步制定水库调水方案和取水口保护措施，准确高效的处理突发水污染事件，把危害降到最低。

流域查询

全面的统计分析

可以从行政区划、流域水系、水资源分区及水利要素特性方面，实现多维度的统计分析。例如，在推广“河长制”的工作中，我们可以快速查询出各个地市的河流分布情况以及河流大小，便于管理者做出更加合理的人员安排，确保“河长制”工作高效有序的进行。

统计分析

人性化的数据与服务管理

数据更新管理平台可实现数据更新、数据发布、数据分析、数据内容核查及成果上报等功能，方便用户通过浏览器进行直接核查各类数据内容的准确性。

在线管理空间数据，通过严格的审核流程对主动或被动式更新的空间数据进行审核，最大程度上将运维人员从繁琐的数据处理工作量中解脱出来。

采用统一管理GIS服务请求，系统或应用使用分配的许可码进行服务调用，可跟踪监控到日志，提供给运维人员更多的管理信息。

服务管理

二三维一体化 实景再现

基于SuperMap二三维一体化技术，精细化三维建模、全方位真实呈现湖南省重点水利工程，将湖南省的重点水利工程复杂性整体、客观地展示给管理者。在三维场景中叠加水情、雨情分析，动态监视各水位站、雨量站的水位、流速、流量，并对超标站点进行不同颜色的区分，可直观展示湖南省的降水、降雨情况。按指定的地区、流域、类型、站点、时间等多条件自由组合，生成各种时段水位报表、过程线，并以此为依据客观分析问题和正确处理决策。

三维工程展示

湖南省水利普查河流普查开发应用项目建成了权威的湖南省水信息平台，以普查数据为基础，整合各类涉水数据资源，提高了湖南省水利管理水平和管理能力。在制定湖南省水利和经济可持续发展、实行最严格的水资源管理制度、推进水资源合理配置、高效利用等方面，项目充分发挥了水利普查的基础支撑作用。

智慧水利技术是干什么的

所谓智慧水利，就是利用互联网、云计算、GIS等先进技术，以“数字化、网络化、可视化、智能化”为主线，以资源整合共享和技术创新应用为抓手，提高水利部门的管理效率和社会服务水平，推动水利信息化建设，保障区域的防洪安全、供水安全及维系河流健康生态环境，逐步实现“信息技术标准化、信息采集自动化、信息传输网络化、信息管理集成化、业务处理智能化、政务办公电子化”

智慧水利的核心是能够让水利行业内物与物、物与人、人与人之间产生互联互通和相互感知能力，并且能更高效安全的处理水利信息和资源整合，更科学地解决水利监测、预警、分析、预测和决策，让跨部门、多层级、异地点的合作能力更加协调。

GIS的专业技术指的是哪些技术呢？

GIS即地理信息系统（Geographic

Information

System），广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。

GIS与其他几种信息系统密切相关，但由于其处理和分析地理数据的能力使其与它们相区别。尽管没有什么硬性的和快速的规则来给这些信息系统分类，但下面的讨论可以帮助区分GIS和桌面制图、计算机辅助设计CAD、遥感、DBMS、以及GPS技术。

桌面制图

桌面制图系统用地图来组织数据和用户交互。这种系统的主要目的是产生地图：地图就是数据库。大多数桌面制图系统只有及其有限的数据管理、空间分析以及个性化能力。桌面制图系统在桌面计算机上进行操作，例如PC机，Macintosh以及小型UNIX工作站。

计算机辅助设计CAD

计算机辅助设计(CAD)系统促进了产生建筑物和基本建设的设计和规划。这种设计需要装配固有特征的组件来产生整个结构。这些系统需要一些规则来指明如何装配这些部件，并具有非常有限的分析能力。CAD系统已经扩展可以支持地图设计，但管理和分析大型的地理数据库的工具很有限。

遥感和GPS

遥感是一门使用传感器对地球进行测量的科学和技术，例如，飞机上的照相机，全球定位系统（GPS）接收器，或其他设备。这些传感器以图象的格式收集数据，并为利用、分析和可视化这些图象提供专门的功能。由于它缺乏强大的地理数据管理和分析作用，所以不能叫作真正的GIS。

数据库管理系统

数据库管理系统专门研究如何存储和管理所有类型的数据，其中包括地理数据。DBMS使存储和查找数据最优化，许多GIS为此而依靠它。相对于GIS而言，它们没有分析和可视化的工具。

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