GISGPSRS技术在水利建设领域中的应用探讨

1、GIS、GPS、RS技术在水利建设领域中的应用探讨论文导读： 3S 技术是遥感技术 （Remote sensing 。简称 RS）、地理信 息系统 （Geographic InformationSystem 。简称 GIS） 和全球定位系统 （Global PositioningSystem 。质和量两方面也都难以满足水利信息化的要求。 关键 词：水利信息化，遥感技术，全球定位系统，地理信息系统0 背景3S 技术是遥感技术 （Remote sensing ，简称 RS）、地理信息系统 （Geographic InformationSystem ，简称 GIS） 和全球定位系统 （Global

2、PositioningSystem ，简称 GPS）的统称，是空间技术、传感器技术、 卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空 间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术，是 现代社会持续发展、资源合理规划利用、城乡规划与管理、自然灾害动态监测 与防治等的重要技术手段，是地学研究走向定量化的科学方法之一，也是水利 信息数字化的关键技术之一。 水利建设及管理是一个信息密集型行业，一 方面，水利部门要向社会提供大量的水利信息，如汛情旱情信息、水质和水量 信息、水资源信息和水利工程信息等；另一方面，水利部门也离不开相关行业 的信息支持，如气象信息、地

3、理环境信息、社会经济信息等。当今世界信息技 术的飞速发展对水利信息的采集、传输、处理、共享方式等都提出了更高的要 求，传统的信息采集技术在时间、空间、采集频度和精度方面与水利建设各项 工作的整体需求已不相适应，质和量两方面也都难以满足水利信息化的要求， 因此，水利建设及管理噩需借助 3S 技术提升水利建设及管理的效率及效益。1 GPS技术及其应用1.1 GPS 简介GPS（ Global PositioningSystem，全球定位系统）是美国从 20 世纪 70 年代开始研制，历时 20 年，耗 资 200 亿美元于 1994 年全面建成的具有海、陆、空全方位实施三维导航与定 位能力的新一代

4、卫星导航与定位系统。目前，由于 GPS 定位技术的不断改进和 软、硬件的不断完善，传统上以测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技 术正逐步被一次性确定三维坐标的高效率、高精度、低费用、易操作的GPS 技术所代替。同时随着 GPS 接收机的改进，广域差分技术、载波相位差分技术的 发展和美国 SA（Selective Availability）技术的解除， GPS技术在水利工程建设、导航、运载工具实时监控、城市规划、工程测量等领域都有了更为广泛的 应用。目前水利、铁路、公路、桥梁及隧道等大型工程控制网的实施均采用了 GPS 技术，时至今日， GPS定位技术已经基本上淘汰了用常规测角、测距手段 建

5、立大地控制网的方法，其良好的精度、可观的经济效益已为水利建设领域所 公认。 1.2 GPS 的应用GPS技术在水利建设中的应用范围很广，如GPS可应用于航测外业控制测量、航摄飞行导航、机载 GPS航测等航测成图的 各个阶段，同时通过加密测试控制点，可应用 GPS实时动态定位技术 （ 简称 RTK） 测绘各种比例尺地形图并用于水利工程的施工放样。而与 GPS导航和 RTK技术 相比，水利工程建设中应用最多的是 GPS静态定位技术， GPS静态定位技术广 泛应用在精密水利工程测控网布设、城市、矿区和油田地面沉降监测、水库大 坝变形监测、同层建筑变形监测、隧道贯通测量等方面，可实现各种水利工程 设施

6、的实时监测和控制。随着我国 A、B 级 GPS 控制网的建立，水利部门基于 这些 GPS控制网提供的高精度平面和高程三维基准进行水利工程建设，将大大 提高水利水电工程设计和施工质量。2 GIS 技术及其应用2.1 GIS 简介 GIS（GeographicalInformation System ，地理信息系统 ） 是集计算机科 学、空间科学、信息科学、测绘遥感科学、环境科学和管理科学等学科为一体 的新兴边缘学科。从 20 世纪 60 年代至今只有短短的四十多年的时间，但已经 成为多学科集成并应用于各领域的基础平台，成为地学空间信息分析的基本手 段与工具。 GIS 其技术优势不光在于它的集地理

7、数据采集、存储、管理、分 析、三维可视化显示与成果输出于一体的数据流程，还在于它的空间分析、预 测预报和辅助决策功能。目前， GIS 不仅发展成为一门较为成熟的技术科学， 而且已经成为一门新兴的产业，在测绘、地质矿产、农林水利、气象海洋、环 境监测、城市规划、土地管理、区域开发与国防建设等领域发挥越来越重要的 作用，基于 GIS、数据库、内外一体化测图、扫描矢量化及全数字摄影测量等 技术为专业信息系统提供及时、准确、标准化、数字化的基础空间信息以建立 各类专业信息系统，从而实现管理的科学化、标准化、信息化。论文格式。2.2 GIS 的应用 GIS是水利信息存储、管理、分析的有力工具，由于水利

8、信息量大繁杂，既有实时数据又有历史数据同时还包含环境数据、经济数据、 矢量数据、栅格数据等等。存储、管理这么庞杂的数据唯有地理信息系统能够 胜任，同时借助 GIS 还可进行水利信息的可视化查询与网上发布。如在防洪救 灾的过程中，可利用 GIS 进行防洪评估、洪涝灾害风险分析及城市防洪管理等 等。而在水资源的管理方面，可利用 GIS 进行水资源信息的空间与属性双向查 询、历史数据管理和实时数据的动态加载、水资源信息的时空统计、多种方式 的可视化表达及各类信息的空间分布和动态变化过程模拟、区域水资源的空间 分析、主要用水户的分布、区域水资源管理模式区划等等，所有这些应用都为 合理利用及管理水资源提

9、供了方便的途径。当然， GIS 在水利建设的其他方面 也有着广泛的作用，如 GIS 在水环境及水土保持方面的应用及水利工程建设及 管理方面的应用等等。 3 RS技术及其应用 3.1 RS 简介 RS（RemoteSensing，遥感 ） 技术由于其具有大面积的同步观测、时效性、数据的 综合性和可比性及经济性等优势，因而得到了快速的普及及应用，多光谱航空 摄影和高分辨率的遥感卫星将成为对地观测获取基础地理信息的重要手段。目 前，各种中小比例尺地形图都可以利用遥感影像来获取，为应用于工程测量领 域的城市基本地形图、地籍图以及各种大、中、小比例地形图的快速更新提供 了十分便利的方法和手段。一些大中城

10、市已经利用航空遥感进行城市的综合调 查，并编制地质、水文、植被、交通、污染、土地利用等专题地图，获取了大 量社会与自然环境资料，为城市规划建设及国土资源开发利用提供了宝贵的信 息资料。随着遥感数据源向着高光谱分辨率和更高空间分辨率发展，加之遥感 相关处理技术的日益成熟，结合 GIS 和 GPS，必将使 RS 技术在工程等领域应 用进一步普及和深化。 3.2 RS 的应用 随着高空间分辨率、高 光谱分辨率、高时间分辨率卫星数据的日益丰富及普及， RS对水利建设及管理 的影响和作用越来越大，目前 RS在水利建设及管理方面的应用主要分为以下几 个方面：洪涝灾害遥感监测、水资源监测、水环境监测、旱情监

11、测、水土流失 调查、河口、河道、湖泊和水库泥沙淤积调查。 3.2.1 洪涝灾害遥感监测 遥感技术能够实时地对大江、大河和湖水水位进行监测，可实时监测洪水灾害 面积。 RS和 GIS集成能及早预报洪水淹没范围和干旱灾情范围，为防灾、抗灾 提供准确信息。目前，我国各地、各部门已建成洪涝灾情预报系统（如黄河下 游洪水预警信息系统），它们将在防灾、抗灾、救灾中发挥重大作用。3.2.2 水资源监测 水资源遥感监测方面，在地表水体提取上， 20世纪 80 年代用近红外遥感图像比较多，而在近 10 年来则更多地利用 SAR图像，提取河 流、水库、湖泊等地表水体。遥感结合地理信息系统技术还可以寻找地下水， 通

12、过遥感图像可查明与地貌、岩溶地貌、第四纪地质和新构造有密切联系的水 文地质条件，结合物探结果，可较准确地评价地下水资源。重视遥感资料的地 质和水文地质分析是我国用遥感调查裂隙水准确率较高的原因。此外，主动微 波遥感对地面有一定的穿透能力，可以发现地下古河网的踪迹，寻找地下潜水 层。另外，遥感对雪盖范围、雪的状态以及雪盖融雪程度的监测十分有效。近 年来，用 SAR对雪盖厚度的测定有了新进展，从而对雪盖水当量的估算更加精 确。论文格式。对 1998 年长江大洪水的成功预测与 1997 年冬和 1998年春用遥 感手段对青藏高原积雪的监测有密不可分的关系。融雪是我国西部地区水资源 的重要组成部分，目

13、前遥感是冰川、融雪水资源调查最为有效的手段。3.2.3 水环境监测 利用航空红外扫描图像可以确定热电厂排水口外的水体 升温及其空间分布，利用 SAR图像或红外扫描仪确定海面油污染的范围和油膜 的厚度，利用 TM图像确定水生物（藻类）、赤潮的范围等等，都是在水环境监 测领域应用遥感技术的例子。在水质遥感监测方面，近几年来，对构成水的质 量的一些要素进行定量监测的研究有了一定的进步，这些要素包括浑浊度、总 悬移质泥沙含量、 PH值、总含氮量等等。3.2.4 河口、河道、湖泊和水库泥沙淤积调查 遥感技术的优势之一是能够监测动态变化。几十年前的遥感 影像可以真实、具体、形象地反映当时的下垫面情况。因此

14、在河道、河口等的 动态监测中遥感是首选工具，河道与河口的泥沙淤积以及引起的相应河势变化 对防洪、航运等都至关重要。遥感在悬移质泥沙分布和河势监测中的应用也有 技术优势。我国利用卫星遥感信息监测河道变化、预测河道发展趋势，并应用 到水利规划、航道开发以及防灾减灾等方面，产生了十分可观的经济效益和显 著的社会效益。尤其是近年来，开展了大量的河口、河道、湖泊和水库泥沙淤 积遥感调查工作。 3.2.5 水土流失调查 近年来，随着现代遥感技术 的发展及其在水土保持领域的应用，定量或定性与定量结合的侵蚀评价在区域 监测中得以实现，而地理信息系统技术又为较大范围的空间分析提供了快速、 准确的技术手段，人们可

15、以利用矢量和栅格两种类型的空间数据分析侵蚀因子 的属性、数量值及其空间分布，进而评价侵蚀的类型、程度以及不同类型、不 同程度侵蚀的分布规律。这就在技术、方法乃至理论上深化了区域土壤侵蚀监 测的研究。论文格式。 4 结束语 当前在水利应用方面， 3S（GPS、 GIS、RS）技术的应用在国内外还处于起步阶段，但是已经取得了一定的进展。 目前，“ 3S集成技术”已经在“全国江河洪水调度模拟系统”、“广西防灾减 灾预警预报系统”、“广西洪水预警预报系统”、“天津城市防洪信息系 统”、“天津引滦入港供水管道系统”及其他应用系统中得到充分应用。不可 否认的是，国内 GIS 技术在水利方面的应用起步相对较

16、早，但大部分只局限于 二维的电子地图，并未形成一定发展模式，在实际应用中也只起到防汛分析的 功能。国外，在防汛方面作了相当大的工作，并为此开发出相应的 GIS 系统以 解决科学分析、辅助决策等功能。而 GPS、RS在水利中应用则相对较少。 “数字水利”是当今社会发展的必然趋势，而“数字水利”离不开3S 技术。随着遥感、卫星及雷达等技术和地理信息系统的应用，可提供了多元化的更丰富 和更准确的信息，如防汛抗旱信息。卫星和雷达信息的引进不仅弥补了地面观 测信息的不足，而且提高了信息的准确度和可靠性。 GIS 的应用，推进了“数 字化流域”，从而使流域的规划、开发、管理全面实现信息数字化，而GPS技术在水利的监测应用方面可提供精确、可靠、及时的信息。因此 3S 技术是“数 字水利”的重要技术基础。参考文献： 1 徐绍铨，张华海等 . GPS 测量原理及应用