3S 技術在水利信息化建設中的應用和發展

【內容摘要】：簡要的介紹了3S 技術在水利信息化建設中的應用，特別是在防汛抗旱指揮與管理、水資源監測與管理、水土保持監測與管理、水利工程建設與管理等水利業務應用建設與管理中發揮著主導作用。在此基礎上分析了3S 技術水利信息化應用中存在的主要問題，即數據共享困難、系統之間協同性差、功能低層次重復開發。最后指出，通過構建云GIS 水利信息服務平臺和采用大數據分析技術，提高水利行業數據資源與服務的共享性和利用效率。
【關鍵詞】: 水利信息化 3S 技術 云GIS 大數據
0 引言
水利信息化建設是以水利信息采集系統為基礎，以通信和計算機網絡系統為載體，以水利信息資源開發為核心，以政策法規、標準規范、組織管理和資金人才為保障的系統工程，是自動預報、自動監控、通信、計算機網絡、3S 技術、數據庫、業務模型、系統集成等信息技術的綜合應用。2003 年水利部正式發布《全國水利信息化規劃( “金水工程”規劃)》，經過十幾年的建設，形 成了“基礎設施初具規模、業務支撐逐步增強、保障環境明顯改善”，“水利信息化綜合體系基本形成”的良好局面，但仍存在著水利信息基礎設施的建設與發展區域不平衡，業務應用系統之間的協同、銜接不足，管理體制機制不完善等問題。以3S 技術( 即GIS、RS 和GPS) 為核心的地球空間信息技術，能夠實現對區域地理環境海量空間數據的動態獲取、有效管理和分析決策，已經成為本世紀最具發展潛力的三大最重要技術之一。目前，3S 技術和計算機網絡與通信、辦公自動化、自動控制、虛擬現實、人工智能與專家系統等多種技術相結合，構成了綜合的信息技術體系，在國土資源管理、智慧城市、智能交通、水利信息化等領域發揮著不可替代的主導作用。因此，深入研究3S 技術在水利信息化建設中的應用與發展，才能逐步解決在在水利信息化建設中存在的資源分散，業務系統之間的協同、共享不足等問題，促進水利信息化、現代化的建設。
1 3S 技術的在水利信息化中的應用
1.1 在防汛抗旱指揮與管理中的應用
在防汛抗旱指揮與管理業務應用中，RS 技術可以提供一整套較為完整的旱情、汛情遙感監測業務運行系統，包括以氣象衛星數據為主的快速宏觀監測和以高分辨率雷達數據為主的重點災區監測。GPS 和傳感器網絡構成的數據自動采集系統及時提供土壤墑情、雨情、水情等站點數據。GIS 根據及時傳輸回來的遙感監測數據和站點數據，結合基礎地理數據和專業應用模型，進行干旱或洪澇災害評估、預警，快速制圖和報表分析，為有關部門進行綜合會商決策提供快速、準確的科學依據；并及時通過互聯網或移動通信，及時發布相關災情預報及防御措施。
1.2 在水資源監測與管理中的應用
在水資源監測與管理業務數據庫中，涉及的主要數據有區域基礎地理信息、社會經濟信息、地表水資源和地下水資源分布信息、供水工程信息、需水或用( 耗) 水信息、以及區域土地利用狀、地表植被覆蓋和生態需水等數據。RS 技術提供區域水資源管理的基礎地理底圖——遙感影像，以及區域農業生產、工業布局、地表植被覆蓋等信息；GIS 技術結合水資源分布及儲量、工農業生產以及城鎮人口的用水需求，分析評價區域水資源狀況、水資源承載能力，提出科學合理的水資源調度與配置管理方案， 為區域水利設施建設、水資源保護等提供決策依據。一旦發生水污染事件導致的供水危機，可以快速評估事件影響范圍、人口數量和需水量，及時生成水資源應急調度配置方案，為決策者進行應急處置提供參考。
1.3 在水土保持監測與管理中的應用
水土保持監測與管理涉及的主要內容包括區域水土保持基礎信息采集、區域水土流失宏觀動態監測、典型樣區水土流失微觀動態監測等。RS 技術提供影響區域水土保持的植被覆蓋、土地利用等數據；在宏觀監測方面，通過建立GPS 控制網，對RS 影像數據進行像素控制測量、定向，為宏觀區域或重點區域的水土流失、土地利用信息提取提供較為精確的幾何位置信息；在微觀監測方面，利用GPS 技術可以對典型樣區小流域的溝頭前進速度、溝底下切深度、溝緣線后退速度、土壤侵蝕量等進行動態監測。GIS 數據庫可以實現對水土保持基礎地理信息數據的存儲、管理，并基于土壤侵蝕方程，運用GIS 空間分析方法，估算區域土壤侵蝕狀況，評估區域水土保持治理效果等。
1.4 在水利工程建設與管理中的應用
在水利工程建設與管理中，虛擬現實技術和GIS 技術相結合的3DGIS 技術可以形象、直觀地展現區域地形地貌、河流水系、植被覆蓋、水利工程等信息，可以實現對流域內降水匯流模擬， 評估其對水利工程設施的影響；GIS 技術與物聯網、無線傳感器、GPS 技術相結合，可以實現對重點堤防、岸壩和險工險段安全運行情況進行自動監測；在調水調沙試驗或洪水過后，可以利用遙感影像數據，分析評估其對河流含沙量、河流堤壩、河道發展趨勢的影響。
2 3S 技術的在水利信息化應用中的發展趨勢
目前，以3S 技術為核心的水利信息應用系統建設存在系統功能和應用模式單一，考慮各自的基本需求比較多，系統的通用性、業務協調性差，不能滿足數據資源共享，普遍存在只能滿足基本業務處理的需求，不能發揮通過信息資源深度開發應用提升整體業務支撐能力和綜合信息服務水平的問題。造成這種局面有兩個方面的原因：一方面是技術上，由于各個GIS 軟件商技術標準不一，特別是對空間數據的組織、存儲格式不一，在水利信息化建設過程中未采用通用的數據存儲方案，造成各個系統之間數據共享困難；另一方面，在管理上，在各地區各部門進行系統建設過程中，大多從內部小范圍需求出發，未考慮同其它系統的協調、整合，系統之間的協同、銜接能力較差。
因此，在水利信息化建設過程中，既要探索、使用通用、統一的數據標準規范，開發生產標準化的基礎支撐軟件和專題應用軟件，為水利行業數據共享和業務應用提供技術支撐。另一方面要加強頂層設計，建立水利信息化資源整合和共享的標準規范和協調工作機制，充分考慮系統之間的協調、銜接問題。
3S 技術的在水利信息化應用中的發展趨勢隨著云計算和大數據的發展，3S 技術發展也進入了云GIS 和大數據發展的新階段。在水利信息化建設中，應用云GIS 和大數據相關技術，將水利信息系統涉及的服務器資源、數據存儲資源、平臺以及業務應用進行虛擬化包裝成服務供用戶定制使用，最大限度地實現數據資源共享和挖掘信息使用價值，提高水利行業數據資源與服務的共享性和利用效率。
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