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1、3S在水利方面的应用在水利方面的应用制作人：制作人： 郝鹏飞、高瑞、庞智鹏郝鹏飞、高瑞、庞智鹏 关于“3S”“3S”技术是遥感（RS：Remote Sensing）、地理信息系统（GIS：Geographical Information System）、全球定位系统（GPS：Global Position System）的统称，是以地理空间信息的获取和处理为主要特征的空间信息科学与数字工程技术。在水利信息化的众多技术手段中，“3S”技术作为一种空间数据采集和处理的重要手段和技术方法，在水利信息化进程中将担负重任，处于基础地位，发挥核心作用。GIS（地理信息系统）：地理信息系统作为一种特殊的以空
2、间数据为基础的信息管理系统，将水利专题属性数据与空间位置直观而紧密地联系起来，进行空间数据与属性数据的综合分析，为水利信息可观化表达和高效处理分析提供强有力的技术手段。GPS（全球定位系统）：全球定位系统可以进行地表空间任一位置的准确定位，在水下地形测量、防汛抢险实时指挥和水利工程建设与管理等方面有广泛的应用潜力。RS（遥感）：遥感是采用卫星、雷达等观测技术对地球表面进行连续观测并经过一系列分析处理获得地表特征信息的一种新技术。随着卫星遥感、航空摄影测量技术等的发展，特别是小卫星群、高分辨率遥感图像的商业化，卫片、航片和大量实际勘测数据已成为重要的空间信息来源。数字水利在这个信息化飞速发展的现
3、代社会中，随着“数字地球”这一概念的提出，“数字水利”也应运而生。“数字水利”是一个以空间信息为基础，融合各种水文模型和水利业务的专业化系统平台，是对真实水文水利过程的数字化重现，它把水活动的自然演变搬进了实验室和计算机，成为真实水利的虚拟对照体。“数字水利”是由各种信息的数据采集、传输、 存储、模拟和决策等子系统构成的庞大系统，可以根据不同需要，对不同时间的数据进行检索、分析，透视水文环境要素的变化规律，实现数字仿真预演。基于地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、网络(IT)、数据库(DB)、虚拟现实(VR) 等现代高新技术，再现全国、七大江河流域、重点河系及重点保护区三维地形、地貌场景，并
4、在三维场景上展现防洪工程体系以及相关的场景属性信息。能够将雨情、水情、能够将雨情、水情、工情等防洪抗旱减灾信息在三维地形地貌环境中进行逼真展示，为我国防洪抗旱决策支持系统、防汛会商系统、展示，为我国防洪抗旱决策支持系统、防汛会商系统、洪水风险图等提供高水平的三维空间信息平台。全国七大流域电子沙盘系统全国七大流域电子沙盘系统3S在防洪减灾方面的应用1991年淮河和太湖的大洪水，受灾面积246000km2，损失800亿元1994年珠江、湘江、赣江、辽河洪水，损失1636亿元1998年长江、松花江、嫩江洪水，损失2700亿元 中国水灾频次分布图防汛决策支持系统，主要功能包括防汛决策支持系统，主要功能
5、包括：数据采集与提取在雨情、水情、险情与灾情等方面的应用数据与信息的储存、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灾情评估，主要包括以下几方面的内容：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
6、方案3S在水资源生态环境管理中的应用“3S3S”技术在解决水资源与生态环境调查、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资源与生态环境数据重要作用RSRS可以提供动态更新数据源可以提供动态更新数据源GISGIS提供空间数据库管理、分析、应用的工提供空间数据库管理、分析、应用的工具具GPSGPS提供水利实施等空间定位基础提供水利实施等空间定位基础3S在水土保持中的应用3S3S在水土保持中的的应用是比较全面的，在水土保持中的的应用是比较全面的，是全过程的应用。从土壤侵蚀发生与否的是全过程的应用。从土壤侵蚀发生
7、与否的判断、侵蚀强度划分、侵蚀量的计算、流判断、侵蚀强度划分、侵蚀量的计算、流域泥沙输移，水保措施的效益评价，一直域泥沙输移，水保措施的效益评价，一直到土壤侵蚀过程的模拟与预测，到土壤侵蚀过程的模拟与预测，3S3S始终在始终在技术上起着支撑作用。所以与其它领域比技术上起着支撑作用。所以与其它领域比较，水土保持中一些应用模型大多与较，水土保持中一些应用模型大多与3S3S紧紧密结合。其中，密结合。其中，RS为土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、程度及侵蚀量估算等。表1 水蚀强度分级标准级别级别平均侵蚀模数平均侵蚀模数 t/(km2t/(km2a) a) 备注备注1、微
8、度2、轻度3、中度4、强度5、极强度6、剧烈15000200.500和1000分别为东北黑土区和北方土石山区、南方红壤丘陵区和西南土石山区、西北黄土高原区的土壤允许流失量、这也是划分水蚀形态类型区的原因之一在土壤侵蚀成因与形态分类的基础上，进行土壤侵蚀强度的划分：级别级别平均侵蚀模数平均侵蚀模数 t/(km2t/(km2a) a) 风蚀厚度风蚀厚度(mm/a)(mm/a)1、微度2、轻度3、中度4、强度5、极强度6、剧烈15000100表2 风蚀强度分级3S在水利水电工程建设和管理中的应用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
9、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。3S在水利其他方面的应用在河道、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。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。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。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。3S在水利应用的前景和展望 3S3S技术在水利信息化中
10、的发展不仅与计算机技术在水利信息化中的发展不仅与计算机硬件和操作系统、元数据库的建设、数据仓库、硬件和操作系统、元数据库的建设、数据仓库、数据挖掘、网络、数据库管理与自动成像等技术数据挖掘、网络、数据库管理与自动成像等技术的发展是紧密相关的，而且与水利行业信息化的的发展是紧密相关的，而且与水利行业信息化的进程，尤其是数字化的进程紧密相关。进程，尤其是数字化的进程紧密相关。在以信息化带动水利现代化的战略方针指导在以信息化带动水利现代化的战略方针指导下，下，3S3S在水利行业的应用将在水利行业的应用将“无孔不入无孔不入”，而且，而且迅速地占领管理和决策层面，并且势必作为基础迅速地占领管理和决策层面
11、，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。在技术支撑，进入数字流域或数字水利的框架。在技术上已经发展并逐步成熟，而且在水利行业开技术上已经发展并逐步成熟，而且在水利行业开始应用的主要有以下几个趋势始应用的主要有以下几个趋势: :集成性：水利信息化进程中的集成性：水利信息化进程中的3S3S技术在实际应用技术在实际应用中不仅要通过数据接口将中不仅要通过数据接口将RSRS、GISGIS、GPSGPS严格地、严格地、紧密地、系统地集合起来，使其成为一个更具有紧密地、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应用价值的大系统，往往还要跟其他的诸如MISMIS
12、或或OAOA等系统紧密结合，方可满足需求。因此，等系统紧密结合，方可满足需求。因此， 3S 3S技技术与外部系统无缝集成是必然的发展趋势。术与外部系统无缝集成是必然的发展趋势。以数学模型和决策分析为支撑：对于水利工作者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。如何要让大意义的。如何要让3S3S在水利行业发挥出更大的在水利行业发挥出更大的作用，就要利用作用，就要利用3S3S软件特有的专业分析功能。水软件特有的专业分析功能。水利行业要求利行业要求3S3S系统平台提供专业的分析算法和专系统平台提供专业的分析
13、算法和专业模型，以便对各种水利数据进行深层次的分析，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。科学的计算结果和决策依据。网络化：在网络技术和环境日趋成熟和完善的时网络化：在网络技术和环境日趋成熟和完善的时代，水利部门要借助网络技术，充分利用网络资代，水利部门要借助网络技术，充分利用网络资源，实现资源的共享，实现网络化。源，实现资源的共享，实现网络化。实时三维和虚拟现实技术：水利上很多问题是时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，加上间序列问题
14、、动态监测及过程问题。因此，加上时间维的时间维的3S3S技术应用需求很广。三维尤其是实时技术应用需求很广。三维尤其是实时的三维的三维3S3S系统为各种水利信息提供了更为直观的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、库区的描述、宏观地形地貌表现、滞区洪水演进、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。前景，而且它也是虚拟或仿真的基础。 总之，要在水利行业更好地应用和发展总之，要在水利行业更好地应用和发
15、展3S3S技技术，必须在进一步加强标准化、规范化的基础上，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。此外还要加快提高等等。此外还要加快提高3S3S技术的应用水平，充技术的应用水平，充分发挥分发挥3S3S现有的和潜在的功能，并且与网络计算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合在一起。为水利信息化和现代化作出它应有的贡献。贡献。
