GIS技術在新時代水利工程信息化中的應用

王俊淇

（成都市石室天府中學，成都　610041）

1　GIS技術簡述

GIS（Geographic Information Science，地理信息科學）是一個捕獲，存儲，操作，分析，管理和呈現(xiàn)空間或地理數(shù)據(jù)的科學技術?？s寫GIS有時用于地理信息系統(tǒng)（GISystem），指的是研究地理信息系統(tǒng)的學科，也是地理信息學廣泛的學科領域中的一個大領域?？臻g數(shù)據(jù)基礎設施是超越地理信息系統(tǒng)，此概念沒有類似限制性的界限。

通常該術語描述集成，存儲，編輯，分析，共享和顯示地理信息的任何信息系統(tǒng)。GIS應用程序是允許用戶創(chuàng)建交互式查詢（用戶創(chuàng)建的搜索），分析空間信息，編輯地圖中的數(shù)據(jù)，并呈現(xiàn)所有這些操作的結果的工具。地理信息科學是有關地理概念，應用和系統(tǒng)的基礎科學。

GIS可以指許多不同的技術，過程和方法。它與許多運營有關，并有許多與工程，規(guī)劃，管理，運輸/物流，保險，電信和商業(yè)有關的應用。因此，GIS和位置智能應用程序可以成為許多依賴分析和可視化的定位服務的基礎。

GIS可以通過使用位置作為關鍵指標變量來關聯(lián)無關信息。地球時空中的位置或范圍可以記錄為發(fā)生日期/時間，分別表示x，y和z坐標，經(jīng)度，緯度和高程。所有基于地球的時空位置和范圍參考應該相互關聯(lián)，并最終達到“真實”的物理位置或范圍。地理信息系統(tǒng)的這個關鍵特征已經(jīng)開始開辟科學探索的新途徑。

2　基于GIS技術的水利工程選址分析

利用GIS技術三維空間分析能力來輔助水利工程選址，要求很多空間數(shù)據(jù)，具體包括有：

（1）DEM（Digital Elevation Model，數(shù)字高程模型）。生成DEM的方法和途徑多種多樣，根據(jù)數(shù)據(jù)源及采集方式可分為：I直接從地面實測數(shù)據(jù)（野外實測、全站儀、GPS接收機等）插值得到；II間接通過機載/星載立體測繪影像，立體匹配加空三加密并插值得到；III通過現(xiàn)有地形圖數(shù)字化得到。

（2）遙感影像數(shù)據(jù)。此處使用遙感影像數(shù)據(jù)的主要目的，在于提取地形表面的紋理信息，讓真實感得到增強。根據(jù)水利工程的具體需求，采用星載遙感影像數(shù)據(jù)或機載遙感影像數(shù)據(jù)。在使用遙感影像數(shù)據(jù)前必須進行坐標轉換和矯正，即通過地面控制點轉換到通用大地坐標系中，通常仍需要利用DEM數(shù)據(jù)對影像進行正射矯正，以消除因地形而產(chǎn)生的視差，保證遙感影像與DEM數(shù)據(jù)及其他空間數(shù)據(jù)的空間位置一致性。

（3）專題地圖數(shù)據(jù)。水利工程區(qū)的行政邊界、交通、土地利用和水系等專題數(shù)據(jù)，可以用來極大地豐富表現(xiàn)三維立體效果，并提供大量可供參考的信息用于空間分析。例如，在洪水季節(jié)，可以進行淹沒統(tǒng)計分析，評估洪水淹沒范圍內的各項損失，具體包括居民財產(chǎn)、交通和土地等方面。

基于以上空間數(shù)據(jù)，結合GIS空間展示與分析功能，可以在水利工程選址時進行以下有關分析：

（1）淹沒分析。在水利工程前期選址階段中，淹沒分析是最值得分析的重要部分之一。淹沒分析的原理，是考慮到洪水源區(qū)和被淹沒區(qū)有連通（如潰口等）且存在一定的水位差，從而導致洪水運動產(chǎn)生淹沒過程，洪水淹沒最終將使水位達到平衡狀態(tài)，在沒有外來水量輸入的條件下，此時的淹沒區(qū)即為最大。其基本分析方式是將水動力模型與GIS技術相結合，根據(jù)DEM提供的三維數(shù)據(jù)，進行空間淹沒分析，來模擬預測并顯示洪水淹沒區(qū)，并進行災害影響評估。除了涉及到淹沒帶來的直接財產(chǎn)損失估計，與此有密切關系的還有其間接的周邊生態(tài)環(huán)境影響評估及淹沒區(qū)移民安置。淹沒分析的內容主要是：淹沒深度、淹水范圍、庫容量和庫容曲線，此外，還可以對基礎設施、受淹土地類型、影響人口和居民財產(chǎn)等進行分析。在水利工程設計方案確定后，會對設計淹沒水位進行規(guī)定，將對水利工程影響范圍內形成淹沒區(qū)，其中水流較慢、水面坡度較小、粗糙度較小的淹沒區(qū)可以認為由靜止水體形成。

（2）輸水線路布置。在水利工程設計階段初期，設計方案可能隨著工程師的要求進行多次改動，以期得到最佳設計方案。在GIS系統(tǒng)中分別采用空間特征要素的點要素、線要素和面要素來矢量化表達樞紐和輸水線路等關鍵工程。與此同時，在GIS系統(tǒng)中，能夠編輯修改空間要素數(shù)據(jù)，如對樞紐點要素和輸水線路線要素的刪除、添加和移動位置，及編輯修改樞紐點要素和輸水線路線要素的屬性，以及改變走向等。為了便于觀察水利工程穿過的地形、植被和基礎設施及其所在地形、植被和基礎設施等環(huán)境，從而為工程規(guī)劃設計方案的選擇提供最優(yōu)依據(jù)，將使用規(guī)定的點要素、線要素和面要素符號顯示布置的水利工程設施，同時表現(xiàn)在三維立體平臺。

（3）土石方量計算與剖面分析。對于水利工程的開展，需要利用地形DEM數(shù)據(jù)來計算土石方量，可以借助ArcGIS系統(tǒng)中的3D分析模塊，利用其中的土方量計算工具計算水利工程所需開挖土方量。通過DEM來計算土石方量，具體操作是把土石三維空間劃分為一定體積大小的長方體單元或立方體單元，在此基礎上進行統(tǒng)計計算，從而得到最終的研究區(qū)域體積。計算開挖土方量與回填土方量，在實際水利工程規(guī)劃設計中必不可少。通過GIS系統(tǒng)的土石方量分析，可以隨各種設計方案條件進行調整，快速計算出開挖土石方量及回填土石方量，方便總體工程量及其工程造價的估計。

3　基于GIS技術的水利工程信息化管理

如今中國的水利工程建設不斷發(fā)展，人們對于水利工程建設質量的要求不斷提高，傳統(tǒng)水利工程管理系統(tǒng)中所暴露的問題也越來越集中。GIS技術作為計算機信息化技術在土木、測繪領域的一個重要遷移，如果合理地應用到中國水利工程管理中去，將促使整個水利工程管理過程能夠實現(xiàn)有效地集成。具體體現(xiàn)在：

（1）為水利工程的科學決策提供便利。管理信息與科學決策之間經(jīng)常存在著緊密聯(lián)系，這在水利工程的信息管理中體現(xiàn)得尤為明顯。一般來說，管理決策會出現(xiàn)問題與失誤，與傳統(tǒng)的基于個人經(jīng)驗的決策方法方法，容易陷入局部最優(yōu)解的困境。以GIS技術為基礎，建立水利工程信息化管理系統(tǒng)，能夠促使負責水利工程管理的工作人員，依據(jù)水利工程管理信息作出更加迅速且準確的反應，引導更加科學而又全面的決策，對于進行全面的設計與調整基于水利工程信息化管理的實際施工進度與質量以及施工安全等重大信息資源有很大幫助，也能電子化水利工程信息化管理中的各項流程和數(shù)據(jù)，做到進一步提高水利工程的信息化管理效率，最終很大程度上提高水利工程的管理水平與質量。

（2）為各個部門間的全面協(xié)調運作提供手段。對水利工程的管理工作起到較大的影響作用的，是水利工程項目各個部門之間的協(xié)調與溝通。若要使各個工程管理部門之間的協(xié)調運作得到全面的提高，并進一步地做到工程信息化管理過程中的無紙化辦公，那么將GIS技術全面而深入地應到水利工程的整體管理系統(tǒng)中去，是勢在必行。運用GIS技術，能夠全面而科學化地管理水利工程的全部信息資源，能夠全面地梳理水利單位中的各項業(yè)務流程與數(shù)據(jù)，規(guī)范化和系統(tǒng)化水利工程的操作系統(tǒng)。此外，運用GIS技術，能夠集中精力全面地監(jiān)控水利工程的管理質量，從而進一步從實際中確保水利工程的管理水平與質量。

（3）為水利工程管理系統(tǒng)的資源共享提供渠道。在人類社會從古至今的發(fā)展與變動過程中，幫助人們認識世界并改造世界的重要途徑是有效信息資源的獲取、消化與傳播。這里水利工程信息資源的主要共享內容，包括：顯式信息資源及隱式信息資源。其中，要求必須做到充分的透明實效的是水利工程顯式信息資源。一般來說，不斷地全面的了解與繼承前人的認知，并對發(fā)揚其優(yōu)點加以改造所來形成新的優(yōu)質的信息資源成果，方能產(chǎn)生水利工程信息資源。水利工程管理的信息資源呈現(xiàn)復雜多樣化的特點，是由于水利工程管理系統(tǒng)涉及的內容繁多造成的。GIS技術在水利工程管理系統(tǒng)中的全面應用，能夠充分且合理地整合信息資源，全面優(yōu)化資源配置，使得信息查詢工作更加快捷更加方便，最終促進水利工程信息化管理系統(tǒng)能夠實現(xiàn)全面資源共享。

4　結束語

隨著水資源的不斷緊張，中國進入了人口不斷增長，不可再生的淡水資源匱乏等現(xiàn)象，大修水建工程對于綜合利用水資源具有重要意義。本文在總結了信息化時代GIS技術潛力與能力的基礎上，分析并論述了在新時代的中國，水利工程建設要以GIS技術為核心，構建具有強大空間分析能力和信息管理能力的系統(tǒng)，對水利工程勘測選址優(yōu)化與高效率信息化管理具有重大作用，同時中國未來水利工程事業(yè)的發(fā)展也有著一定的啟示。

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