3S 技术在水利信息化建设中的应用和发展
作者:李姗姗时间:2016-01-19 14:38:36 来源:www.ksfbw.com 阅读次数:900次 ]
【内容摘要】：简要的介绍了3S 技术在水利信息化建设中的应用，特别是在防汛抗旱指挥与管理、水资源监测与管理、水土保持监测与管理、水利工程建设与管理等水利业务应用建设与管理中发挥着主导作用。在此基础上分析了3S 技术水利信息化应用中存在的主要问题，即数据共享困难、系统之间协同性差、功能低层次重复开发。最后指出，通过构建云GIS 水利信息服务平台和采用大数据分析技术，提高水利行业数据资源与服务的共享性和利用效率。
【关键词】: 水利信息化 3S 技术 云GIS 大数据
0 引言
水利信息化建设是以水利信息采集系统为基础，以通信和计算机网络系统为载体，以水利信息资源开发为核心，以政策法规、标准规范、组织管理和资金人才为保障的系统工程，是自动预报、自动监控、通信、计算机网络、3S 技术、数据库、业务模型、系统集成等信息技术的综合应用。2003 年水利部正式发布《全国水利信息化规划( “金水工程”规划)》，经过十几年的建设，形 成了“基础设施初具规模、业务支撑逐步增强、保障环境明显改善”，“水利信息化综合体系基本形成”的良好局面，但仍存在着水利信息基础设施的建设与发展区域不平衡，业务应用系统之间的协同、衔接不足，管理体制机制不完善等问题。以3S 技术( 即GIS、RS 和GPS) 为核心的地球空间信息技术，能够实现对区域地理环境海量空间数据的动态获取、有效管理和分析决策，已经成为本世纪最具发展潜力的三大最重要技术之一。目前，3S 技术和计算机网络与通信、办公自动化、自动控制、虚拟现实、人工智能与专家系统等多种技术相结合，构成了综合的信息技术体系，在国土资源管理、智慧城市、智能交通、水利信息化等领域发挥着不可替代的主导作用。因此，深入研究3S 技术在水利信息化建设中的应用与发展，才能逐步解决在在水利信息化建设中存在的资源分散，业务系统之间的协同、共享不足等问题，促进水利信息化、现代化的建设。
1 3S 技术的在水利信息化中的应用
1.1 在防汛抗旱指挥与管理中的应用
在防汛抗旱指挥与管理业务应用中，RS 技术可以提供一整套较为完整的旱情、汛情遥感监测业务运行系统，包括以气象卫星数据为主的快速宏观监测和以高分辨率雷达数据为主的重点灾区监测。GPS 和传感器网络构成的数据自动采集系统及时提供土壤墒情、雨情、水情等站点数据。GIS 根据及时传输回来的遥感监测数据和站点数据，结合基础地理数据和专业应用模型，进行干旱或洪涝灾害评估、预警，快速制图和报表分析，为有关部门进行综合会商决策提供快速、准确的科学依据；并及时通过互联网或移动通信，及时发布相关灾情预报及防御措施。
1.2 在水资源监测与管理中的应用
在水资源监测与管理业务数据库中，涉及的主要数据有区域基础地理信息、社会经济信息、地表水资源和地下水资源分布信息、供水工程信息、需水或用( 耗) 水信息、以及区域土地利用状、地表植被覆盖和生态需水等数据。RS 技术提供区域水资源管理的基础地理底图——遥感影像，以及区域农业生产、工业布局、地表植被覆盖等信息；GIS 技术结合水资源分布及储量、工农业生产以及城镇人口的用水需求，分析评价区域水资源状况、水资源承载能力，提出科学合理的水资源调度与配置管理方案， 为区域水利设施建设、水资源保护等提供决策依据。一旦发生水污染事件导致的供水危机，可以快速评估事件影响范围、人口数量和需水量，及时生成水资源应急调度配置方案，为决策者进行应急处置提供参考。
1.3 在水土保持监测与管理中的应用
水土保持监测与管理涉及的主要内容包括区域水土保持基础信息采集、区域水土流失宏观动态监测、典型样区水土流失微观动态监测等。RS 技术提供影响区域水土保持的植被覆盖、土地利用等数据；在宏观监测方面，通过建立GPS 控制网，对RS 影像数据进行像素控制测量、定向，为宏观区域或重点区域的水土流失、土地利用信息提取提供较为精确的几何位置信息；在微观监测方面，利用GPS 技术可以对典型样区小流域的沟头前进速度、沟底下切深度、沟缘线后退速度、土壤侵蚀量等进行动态监测。GIS 数据库可以实现对水土保持基础地理信息数据的存储、管理，并基于土壤侵蚀方程，运用GIS 空间分析方法，估算区域土壤侵蚀状况，评估区域水土保持治理效果等。
1.4 在水利工程建设与管理中的应用
在水利工程建设与管理中，虚拟现实技术和GIS 技术相结合的3DGIS 技术可以形象、直观地展现区域地形地貌、河流水系、植被覆盖、水利工程等信息，可以实现对流域内降水汇流模拟， 评估其对水利工程设施的影响；GIS 技术与物联网、无线传感器、GPS 技术相结合，可以实现对重点堤防、岸坝和险工险段安全运行情况进行自动监测；在调水调沙试验或洪水过后，可以利用遥感影像数据，分析评估其对河流含沙量、河流堤坝、河道发展趋势的影响。
2 3S 技术的在水利信息化应用中的发展趋势
目前，以3S 技术为核心的水利信息应用系统建设存在系统功能和应用模式单一，考虑各自的基本需求比较多，系统的通用性、业务协调性差，不能满足数据资源共享，普遍存在只能满足基本业务处理的需求，不能发挥通过信息资源深度开发应用提升整体业务支撑能力和综合信息服务水平的问题。造成这种局面有两个方面的原因：一方面是技术上，由于各个GIS 软件商技术标准不一，特别是对空间数据的组织、存储格式不一，在水利信息化建设过程中未采用通用的数据存储方案，造成各个系统之间数据共享困难；另一方面，在管理上，在各地区各部门进行系统建设过程中，大多从内部小范围需求出发，未考虑同其它系统的协调、整合，系统之间的协同、衔接能力较差。
因此，在水利信息化建设过程中，既要探索、使用通用、统一的数据标准规范，开发生产标准化的基础支撑软件和专题应用软件，为水利行业数据共享和业务应用提供技术支撑。另一方面要加强顶层设计，建立水利信息化资源整合和共享的标准规范和协调工作机制，充分考虑系统之间的协调、衔接问题。
3S 技术的在水利信息化应用中的发展趋势随着云计算和大数据的发展，3S 技术发展也进入了云GIS 和大数据发展的新阶段。在水利信息化建设中，应用云GIS 和大数据相关技术，将水利信息系统涉及的服务器资源、数据存储资源、平台以及业务应用进行虚拟化包装成服务供用户定制使用，最大限度地实现数据资源共享和挖掘信息使用价值，提高水利行业数据资源与服务的共享性和利用效率。
【参考文献】:
[1] 常志华. 水利信息化建设回顾与展望[J]. 水文,2006,26(3):72-74.
[2] 水利部. 全国水利信息化发展“十二五”规划[R].
[3] 邬伦, 刘瑜, 张晶, 等. 地理信息系统——原理、方法和应用[M]. 北京: 科学出版社,2001.
[4] 房颖. 地理信息系统在水利信息化建设中的应用综述[J]. 吉林水利,2005,(6):39-40.
[5] 孙强. 水利GIS 云服务平台研究[D]. 南昌: 南昌大学,2013.
【关键词】: 水利信息化 3S 技术 云GIS 大数据
0 引言
水利信息化建设是以水利信息采集系统为基础，以通信和计算机网络系统为载体，以水利信息资源开发为核心，以政策法规、标准规范、组织管理和资金人才为保障的系统工程，是自动预报、自动监控、通信、计算机网络、3S 技术、数据库、业务模型、系统集成等信息技术的综合应用。2003 年水利部正式发布《全国水利信息化规划( “金水工程”规划)》，经过十几年的建设，形 成了“基础设施初具规模、业务支撑逐步增强、保障环境明显改善”，“水利信息化综合体系基本形成”的良好局面，但仍存在着水利信息基础设施的建设与发展区域不平衡，业务应用系统之间的协同、衔接不足，管理体制机制不完善等问题。以3S 技术( 即GIS、RS 和GPS) 为核心的地球空间信息技术，能够实现对区域地理环境海量空间数据的动态获取、有效管理和分析决策，已经成为本世纪最具发展潜力的三大最重要技术之一。目前，3S 技术和计算机网络与通信、办公自动化、自动控制、虚拟现实、人工智能与专家系统等多种技术相结合，构成了综合的信息技术体系，在国土资源管理、智慧城市、智能交通、水利信息化等领域发挥着不可替代的主导作用。因此，深入研究3S 技术在水利信息化建设中的应用与发展，才能逐步解决在在水利信息化建设中存在的资源分散，业务系统之间的协同、共享不足等问题，促进水利信息化、现代化的建设。
1 3S 技术的在水利信息化中的应用
1.1 在防汛抗旱指挥与管理中的应用
在防汛抗旱指挥与管理业务应用中，RS 技术可以提供一整套较为完整的旱情、汛情遥感监测业务运行系统，包括以气象卫星数据为主的快速宏观监测和以高分辨率雷达数据为主的重点灾区监测。GPS 和传感器网络构成的数据自动采集系统及时提供土壤墒情、雨情、水情等站点数据。GIS 根据及时传输回来的遥感监测数据和站点数据，结合基础地理数据和专业应用模型，进行干旱或洪涝灾害评估、预警，快速制图和报表分析，为有关部门进行综合会商决策提供快速、准确的科学依据；并及时通过互联网或移动通信，及时发布相关灾情预报及防御措施。
1.2 在水资源监测与管理中的应用
在水资源监测与管理业务数据库中，涉及的主要数据有区域基础地理信息、社会经济信息、地表水资源和地下水资源分布信息、供水工程信息、需水或用( 耗) 水信息、以及区域土地利用状、地表植被覆盖和生态需水等数据。RS 技术提供区域水资源管理的基础地理底图——遥感影像，以及区域农业生产、工业布局、地表植被覆盖等信息；GIS 技术结合水资源分布及储量、工农业生产以及城镇人口的用水需求，分析评价区域水资源状况、水资源承载能力，提出科学合理的水资源调度与配置管理方案， 为区域水利设施建设、水资源保护等提供决策依据。一旦发生水污染事件导致的供水危机，可以快速评估事件影响范围、人口数量和需水量，及时生成水资源应急调度配置方案，为决策者进行应急处置提供参考。
1.3 在水土保持监测与管理中的应用
水土保持监测与管理涉及的主要内容包括区域水土保持基础信息采集、区域水土流失宏观动态监测、典型样区水土流失微观动态监测等。RS 技术提供影响区域水土保持的植被覆盖、土地利用等数据；在宏观监测方面，通过建立GPS 控制网，对RS 影像数据进行像素控制测量、定向，为宏观区域或重点区域的水土流失、土地利用信息提取提供较为精确的几何位置信息；在微观监测方面，利用GPS 技术可以对典型样区小流域的沟头前进速度、沟底下切深度、沟缘线后退速度、土壤侵蚀量等进行动态监测。GIS 数据库可以实现对水土保持基础地理信息数据的存储、管理，并基于土壤侵蚀方程，运用GIS 空间分析方法，估算区域土壤侵蚀状况，评估区域水土保持治理效果等。
1.4 在水利工程建设与管理中的应用
在水利工程建设与管理中，虚拟现实技术和GIS 技术相结合的3DGIS 技术可以形象、直观地展现区域地形地貌、河流水系、植被覆盖、水利工程等信息，可以实现对流域内降水汇流模拟， 评估其对水利工程设施的影响；GIS 技术与物联网、无线传感器、GPS 技术相结合，可以实现对重点堤防、岸坝和险工险段安全运行情况进行自动监测；在调水调沙试验或洪水过后，可以利用遥感影像数据，分析评估其对河流含沙量、河流堤坝、河道发展趋势的影响。
2 3S 技术的在水利信息化应用中的发展趋势
目前，以3S 技术为核心的水利信息应用系统建设存在系统功能和应用模式单一，考虑各自的基本需求比较多，系统的通用性、业务协调性差，不能满足数据资源共享，普遍存在只能满足基本业务处理的需求，不能发挥通过信息资源深度开发应用提升整体业务支撑能力和综合信息服务水平的问题。造成这种局面有两个方面的原因：一方面是技术上，由于各个GIS 软件商技术标准不一，特别是对空间数据的组织、存储格式不一，在水利信息化建设过程中未采用通用的数据存储方案，造成各个系统之间数据共享困难；另一方面，在管理上，在各地区各部门进行系统建设过程中，大多从内部小范围需求出发，未考虑同其它系统的协调、整合，系统之间的协同、衔接能力较差。
因此，在水利信息化建设过程中，既要探索、使用通用、统一的数据标准规范，开发生产标准化的基础支撑软件和专题应用软件，为水利行业数据共享和业务应用提供技术支撑。另一方面要加强顶层设计，建立水利信息化资源整合和共享的标准规范和协调工作机制，充分考虑系统之间的协调、衔接问题。
3S 技术的在水利信息化应用中的发展趋势随着云计算和大数据的发展，3S 技术发展也进入了云GIS 和大数据发展的新阶段。在水利信息化建设中，应用云GIS 和大数据相关技术，将水利信息系统涉及的服务器资源、数据存储资源、平台以及业务应用进行虚拟化包装成服务供用户定制使用，最大限度地实现数据资源共享和挖掘信息使用价值，提高水利行业数据资源与服务的共享性和利用效率。
【参考文献】:
[1] 常志华. 水利信息化建设回顾与展望[J]. 水文,2006,26(3):72-74.
[2] 水利部. 全国水利信息化发展“十二五”规划[R].
[3] 邬伦, 刘瑜, 张晶, 等. 地理信息系统——原理、方法和应用[M]. 北京: 科学出版社,2001.
[4] 房颖. 地理信息系统在水利信息化建设中的应用综述[J]. 吉林水利,2005,(6):39-40.
[5] 孙强. 水利GIS 云服务平台研究[D]. 南昌: 南昌大学,2013.
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