3S技術(shù)在水利系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用分析

陳浩

（四川省都江堰外江管理處　四川　都江堰）

3S技術(shù)在水利系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用分析

陳浩

（四川省都江堰外江管理處四川都江堰）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)已進(jìn)入到信息化的時(shí)代，信息技術(shù)的革新已經(jīng)很大程度的改變了人們的生活。隨著信息化時(shí)代的進(jìn)展，3S技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域越來越多。在水利水電工程領(lǐng)域，其具有精密的三維導(dǎo)航以及定位功能，并且具有良好的抗干擾性能，可以很好的應(yīng)用在水文監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。本文概述了3S技術(shù)在水利系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用，希望對(duì)有關(guān)人士能有所幫助。

水利工程；3S技術(shù)；水文監(jiān)測(cè)

引言

水利工程是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施工程，對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到舉足輕重的作用。在現(xiàn)代化信息技術(shù)發(fā)展的大背景下，水利工程同樣也要面對(duì)信息化發(fā)展的趨勢(shì)，水利工程現(xiàn)代化變革的標(biāo)志就是水利工程的信息化。水利工程的信息化已經(jīng)得到了各方面的重視，并且已建立了很多的水利信息系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)的通病在于網(wǎng)絡(luò)功能性較弱、數(shù)據(jù)方面的共享能力較弱、數(shù)據(jù)的更新較慢、系統(tǒng)統(tǒng)籌性不足等缺點(diǎn)。3S技術(shù)具有精密的三維導(dǎo)航以及定位功能，并且具有良好的抗干擾性能，可以很好的應(yīng)用在水文監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

1　3S技術(shù)的概念

遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）以及全球定位系統(tǒng)（GPS）三種技術(shù)的統(tǒng)稱為3S技術(shù)。3S技術(shù)是一項(xiàng)融合了多種學(xué)科、多種專業(yè)的現(xiàn)代化信息技術(shù)，其功能包括：信息收集、分析以及處理、管理等內(nèi)容。其已在很多的行業(yè)應(yīng)用，此項(xiàng)技術(shù)可以很方便的獲得所要測(cè)量位置的環(huán)境空間信息，并且可以建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，可以起到一定的管理功能。

2　3S技術(shù)的特點(diǎn)

3S技術(shù)主要包括RS、GIS、GPS三部分，每部分都有其各自特點(diǎn)。

（1）衛(wèi)星遙感技術(shù)（RS），此技術(shù)是通過高空衛(wèi)星探測(cè)進(jìn)而完成無接觸的勘測(cè)工作，并且對(duì)有關(guān)的信息進(jìn)行收集、分類等。此技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為：可以很好的應(yīng)用在復(fù)雜的環(huán)境，可以取代人進(jìn)行無接觸的勘測(cè)，利用電磁波的反射原理可以獲得待測(cè)地區(qū)的有關(guān)信息，并且通過相關(guān)的模型進(jìn)行分類，可以為其他方面內(nèi)的研究提供所需信息。

（2）地理信息系統(tǒng)（GIS），此技術(shù)是對(duì)于衛(wèi)星遙感技術(shù)所獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要分析的內(nèi)容為地理圖形，通過利用相關(guān)的軟件進(jìn)行編輯以及分析數(shù)據(jù)，可以通過此技術(shù)獲得一定的空間構(gòu)造以及三維的空間地理圖形。

（3）全球定位系統(tǒng)（GPS），此技術(shù)建立在衛(wèi)星通信技術(shù)基礎(chǔ)之上，主要用于軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，主要特點(diǎn)為：在全球范圍內(nèi)，可以進(jìn)行快速的定位、測(cè)速以及提供導(dǎo)航等相關(guān)的內(nèi)容，特別是在軍事領(lǐng)域，GPS技術(shù)已經(jīng)可以提供全方位的軍事服務(wù)。GPS技術(shù)與現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)相結(jié)合可以很好的提升定位導(dǎo)航精度，同時(shí)可以形成高清的圖像，它已成為軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的尖端技術(shù)。

3　3S技術(shù)在水文監(jiān)測(cè)中的必要性

由于我國(guó)的水資源總量較大但是人均占有量較少，約為世界平均水平的1/4，同時(shí)我國(guó)的水資源在時(shí)間以及空間上的分布相對(duì)來說比較不均勻，這樣就會(huì)對(duì)水位的監(jiān)測(cè)造成較大的困難。另一方面，我國(guó)的水資源污染也對(duì)人們的生活以及生產(chǎn)活動(dòng)造成了較為嚴(yán)重的影響，同時(shí)也造成了水供應(yīng)的矛盾。通過在水文監(jiān)測(cè)中采用3S技術(shù)可以提升水文監(jiān)測(cè)的質(zhì)量，同時(shí)能夠解決傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段不能解決的問題，例如：傳統(tǒng)水利系統(tǒng)建設(shè)以經(jīng)緯儀、六分儀及水準(zhǔn)測(cè)試儀等作為水位監(jiān)測(cè)工具。這類監(jiān)測(cè)工作以手工操作為主，因而使用過程中受到環(huán)境因素的影響，還會(huì)消耗大量的人力資源及時(shí)間。這類水位監(jiān)測(cè)工作對(duì)所要監(jiān)測(cè)的位置有很大限制，一旦發(fā)生山洪、泥石流等自然災(zāi)害，監(jiān)測(cè)工作將無法進(jìn)行，不僅會(huì)消耗大量的時(shí)間，而且監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性也無法保證。所以在水資源形勢(shì)的要求下，在水文監(jiān)測(cè)中廣泛的應(yīng)用水文3S技術(shù)是其必然要求。

另外不同領(lǐng)域都要具有現(xiàn)代化的思想，要采用現(xiàn)代化的手段進(jìn)行革新，在水文監(jiān)測(cè)中也是如此，也要求不斷采用現(xiàn)代技術(shù)提升工作效能，而3S技術(shù)作為當(dāng)前社會(huì)科技中較為先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)當(dāng)在水文工作中尤其是水文工作的基礎(chǔ)內(nèi)容水文監(jiān)測(cè)中發(fā)揮出重要的作用，所以對(duì)3S技術(shù)的廣泛應(yīng)用是我國(guó)水文現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢(shì)。

4　3S技術(shù)在水利系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用

4.1對(duì)于降水量的水位監(jiān)控

降水量是影響水位監(jiān)測(cè)的重要因素，同時(shí)也是水文監(jiān)測(cè)中的重要內(nèi)容。在降水量的計(jì)算以及預(yù)測(cè)中，受到限制較大的就在于空間以及時(shí)間的限制。傳統(tǒng)的方法對(duì)于降水量的預(yù)測(cè)以及計(jì)算不夠準(zhǔn)確，但是通過3S技術(shù)（特別是RS技術(shù)）的應(yīng)用可以快速的進(jìn)行分析某些地區(qū)的降雨量信息，包括降雨的空間分布以及大氣水汽含量等，可以很好的對(duì)于地區(qū)水位進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并采取適當(dāng)措施調(diào)整水位（例如適時(shí)的開閘放水等），對(duì)區(qū)域內(nèi)降雨的預(yù)測(cè)、計(jì)算以及掌握區(qū)域內(nèi)降雨的規(guī)律都有重要意義。

4.2對(duì)于水文災(zāi)害的檢測(cè)以及評(píng)估

水文災(zāi)害的發(fā)生會(huì)對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成較大的威脅，需要通過一定的手段以及方式進(jìn)行檢測(cè)以及防治。3S技術(shù)可以通過衛(wèi)星圖像等反應(yīng)相關(guān)的洪水信息，從而使相關(guān)的決策者可以獲得陸地覆蓋信息，這樣可以利用相關(guān)信息建立數(shù)學(xué)模型以便對(duì)于洪災(zāi)所造成的損失進(jìn)行預(yù)測(cè)，并且可以對(duì)洪災(zāi)進(jìn)行相關(guān)的評(píng)價(jià)，很大程度上指導(dǎo)了我國(guó)在防洪抗災(zāi)方面的決策。漬澇則可以通過GIS技術(shù)來測(cè)量與漬澇密切相關(guān)的因素如土壤與溫度等來實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害的評(píng)價(jià)。

在傳統(tǒng)的水文災(zāi)害監(jiān)測(cè)中由于相關(guān)資料的采集難度較大，使得可進(jìn)行收集以及分析的資料相對(duì)較少，這樣就大大降低了水文監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，同時(shí)在相關(guān)水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料收集完善的過程當(dāng)中，水樣的獲取需要消耗大量的人力物力財(cái)力，并且許多地區(qū)的水樣通過人力獲取的難度比較大，而RS技術(shù)作為一種新的技術(shù)手段為水樣的獲取提供了一個(gè)新的途徑，并且獲取的范圍大，對(duì)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)都具有重要的推動(dòng)作用，尤其是在當(dāng)前水污染形勢(shì)較為嚴(yán)峻的情況下RS技術(shù)在水污染的監(jiān)測(cè)與及時(shí)的防治方面具有重要的意義。

4.3通過遙感圖像可以獲得河道的相關(guān)水文信息

通過遙感技術(shù)獲得河道的相關(guān)信息，之后通過信息的提取可以產(chǎn)生所需要的相關(guān)圖像，在對(duì)圖像進(jìn)行相關(guān)的分析之前，要對(duì)遙感圖像進(jìn)行一定的投影變換以及幾何糾正處理，就是利用計(jì)算機(jī)的相關(guān)功能進(jìn)行圖像的校正、圖像的增強(qiáng)、圖像的分類、圖像的變換等，然后將變化的結(jié)果轉(zhuǎn)換成GIS可以接受的形式，以信息源的形式傳輸給GIS。

要充分利用電子地圖等圖形及圖像資料（對(duì)于非電子形式的資料要前期進(jìn)行轉(zhuǎn)換），這樣可以建立相應(yīng)的數(shù)字模型，并且可以對(duì)幾何模型進(jìn)行校正。數(shù)字模型建立之后，可以充分利用GIS軟件所包含的地形分析功能進(jìn)行水利工程的計(jì)算，包括：等高線計(jì)算、水面面積以及體積的計(jì)算、沖淤量計(jì)算、坡度坡向的分析以及計(jì)算等內(nèi)容。

4.4遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

所謂的遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)就是在同一區(qū)域內(nèi)采用不同時(shí)相的遙感圖像，進(jìn)而獲得隨不同時(shí)相變化的區(qū)域遙感影像。遙感技術(shù)應(yīng)用的一項(xiàng)主要的內(nèi)容就是動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)，通過不同時(shí)相、不同類型的傳感器對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行隨機(jī)資源以及環(huán)境調(diào)查，可以快速及時(shí)、客觀準(zhǔn)確的反映此區(qū)域的情況。

通過多時(shí)相的遙感影像作為相關(guān)的數(shù)據(jù)源，對(duì)最佳組合波段選擇進(jìn)行重點(diǎn)的分析，以水體信息特征提取圖像作為處理方式，可以為遙感技術(shù)在水環(huán)境等方面的研究提供一定的依據(jù)。同時(shí)，數(shù)字遙感技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)的水域情況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，可以為水資源的合理利用、抗洪防災(zāi)、河道規(guī)劃治理等工作提供一定的依據(jù)。

4.5水深遙感沖淤變化分析

所謂的水深遙感就是充分利用光在水內(nèi)的穿透能力，經(jīng)過飛機(jī)、衛(wèi)星等遙感平臺(tái)，通過相關(guān)的遙感設(shè)備（例如：輻射計(jì)、攝影機(jī)等）進(jìn)行水下一定范圍內(nèi)相關(guān)信息的采集，然后再經(jīng)過特殊的信息分析處理軟件分離水體厚度信息，這樣既可獲得水深等信息。通過測(cè)定入水輻射強(qiáng)度以及水體的渾濁度、水深度等相關(guān)因素的關(guān)系來進(jìn)行測(cè)量水深。

遙感信息可以很方便的獲取，水深遙感研究已經(jīng)取得了一定的成果，所以在某一時(shí)期相關(guān)資料不足的情況下，可以利用歷史資料進(jìn)行推斷出水體深度，從而達(dá)到?jīng)_淤的目的。利用實(shí)測(cè)地形以及遙感所獲得的地形信息可以產(chǎn)生河床的沖淤值，但這樣誤差會(huì)比較大。但用兩個(gè)或多個(gè)時(shí)相遙感水深進(jìn)行計(jì)算河床沖淤可以在一定程度上滿足分析所需精度要求。原因在于：遙感水深的誤差受到多方面因素的影響，通過兩個(gè)時(shí)相遙感可以減小系統(tǒng)的誤差，降低由于遙感信息轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的誤差。

5　結(jié)束語

隨著信息化時(shí)代的進(jìn)展，3S技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域越來越多。在水利水電工程領(lǐng)域，其具有精密的三維導(dǎo)航以及定位功能，并且具有良好的抗干擾性能，可以很好的保證水利系統(tǒng)的建設(shè)。要在水利行業(yè)更好的利用3S技術(shù)，充分發(fā)揮3S技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，就一定要加快相關(guān)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)化以及規(guī)范化的建設(shè)，要積極的建立大型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。與此同時(shí)，技術(shù)人員需要切實(shí)提高3S技術(shù)的應(yīng)用水平，充分發(fā)揮3S技術(shù)的現(xiàn)有功能并挖掘其潛在功能，將3S技術(shù)與現(xiàn)代先進(jìn)的高新技術(shù)結(jié)合起來，以此來為水利系統(tǒng)建設(shè)提供技術(shù)支持，最終促進(jìn)水利系統(tǒng)建設(shè)水平的提高。

[1]閆新，楊永輝.3S技術(shù)在水利建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用討論[J].黑龍江水利科技，2008（02）：168.

[2]黎三喜.水利工程中GPS靜態(tài)測(cè)量探討[J].甘肅水利水電技術(shù)，2009 （10）：209.

[3]裴喜安.GPS技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].安徽水利科技，2003（04）：69.

TV222

A

1673-0038（2015）27-0307-02

2015-6-20

陳浩（1975-），男，四川儀隴人，工程師，本科，主要從事水利工程建設(shè)與管理工作。