两只眼睛一个大脑水利中的“3S”

huangyustar

概述 　　“3S”技术是RS、GIS和GPS技术的统称，是目前对地观测系统中空间信息获取、管理、分析和应用中的核心支撑技术。它广泛应用于各种空间资源和环境问题的决策支持。目前正发展为一门较为成熟的技术?在国土资源统计、水资源管理、灾害评估、自然环境监测以及城建规划等领域得到迅速应用。 　　目前，水利信息化建设一刻也离不开3S技术的支持。RS技术已经成为水利信息采集的一个重要手段，GIS技术已经成为水利信息存储、管理和分析的强有力工具和平台，而GPS技术也成为获取定位信息的必不可少的手段。我们知道，包括水情、雨情、汛旱、灾情、水量、水质、水环境、水工程等信息在内的各种水利信息的获取需要一个庞大的信息监测网络的支持，RS技术相对于传统信息获取手段具有宏观、快速、动态、经济等特点而被越来越广泛应用。 　　水利信息化建设涉及海量的数据，而其中约70％与空间地理位置有关。组织和存储这些数据是普通的关系型数据库系统难以办到的，而GIS不仅可以存储、管理各类海量水利信息，还能提供可视化查询、网络发布与决策辅助支持等功能。目前，网络GIS、组件式GIS、三维四维GIS、VR－GIS等技术的发展使GIS为水利行业服务的领域越来越广泛和实用。此外，这些与空间位置有关的海量水利信息的存在也为GPS技术的应用提供了广阔的需求。随着3S技术与网络计算机等高新技术以及水利行业本身传统技术的更紧密结合，必将进一步促进水利信息化的快速发展，从而更大地改善我国水利建设的管理水平和工作效率。 欢迎光临3s8.cn 　　在20世纪90年代后，RS技术更加快速发展和日趋成熟，已成为水利信息采集的重要手段，广泛应用于水旱灾害监测与评估、水资源动态监测与评价、生态环境监测、土壤侵蚀监测与评价以及水利工程建设与管理等水利业务，并取得显著的社会经济效益。随着遥感信息获取技术的不断快速发展，各类不同时空分辨率的遥感影像的获取越来越容易，应用将会越来越广泛，遥感信息必将成为现代水利的日常信息源。 　　问题与展望 　　水利信息化建设给3S技术发展带来了前所未有的机遇，相信它在水利上的应用将越来越广泛和深入，所产生的效益也将越来越大。但目前3S技术应用也还面临着一些技术和非技术的问题需要解决。非技术的因素主要是社会对3S技术的正确认识和必要的重视。技术因素更多，主要是围绕如何充分利用卫星遥感技术所提供的海量数据为水利建设服务。比如，雷达数据是目前水旱灾害监测的主要遥感信息源，但不同卫星雷达数据的处理方式和信息提取没有普遍适用的模型，有些数据还涉及多极化和多入射角成像等因素，加上其他一些非雷达的遥感数据源，将使多时相、多传感器卫星影像处理技术和综合利用成为今后水旱灾害遥感监测应用研究中的重点。 http://www.3s8.cn中国3S专业站 　　遥感监测的精度和基于遥感的灾情评估模型有待进一步开发研究。目前在洪涝灾害监测评估方面已有一定的基础，但旱情监测评估方面的总体水平较低。洪涝灾害存在监测不及时、评估达不到损失估算的层次，旱情遥感模型不够实用化，尤其是水旱灾害的预测预警方面基本上还是空白，现有技术尚不能支撑整个水旱灾害监测预警的技术体系。虽然水环境监测对遥感有极大的需求，但遥感监测技术还未达到实用化的水平，因此区域水质环境动态的遥感监测技术有极大的发展潜力。 　　虽然3S技术应用所面临的问题很多，但前景被一致看好，相信随着我国水利信息化的飞速发展，3S技术的应用将更加广泛深入。 　　名词 　　我们可以用“两只眼睛一个大脑”来通俗地描述3S集成一体化技术思路。“两只眼睛”分别指遥感技术（RS）与全球卫星定位系统（GPS）技术?“一个大脑”指地理信息系统（GIS）的综合管理、规划和决策。 　　地理信息系统（GIS）是在计算机技术支持下?对空间信息输入、查询、运算、分析、表达的技术系统。利用GIS可以把社会经济、人文等信息与反映地理位置的图形信息有机地结合起来?从而使复杂空间问题的科学求解成为可能?为规划和决策提供服务。 http://www.3s8.cn中国3S专业站 　　遥感（RS）具有视域广、信息更新快的特点，可以实时、快速地提供大面积流域及其周边地区的信息及各种变化参数。利用遥感客观、快速、准确、及时以及周期性的特性，可以把遥感数据作为地理信息系统动态更新的数据源，实现更新数据的实时显示，为决策提供依据。 　　全球卫星定位系统（GPS）可为所获取的空间目标及属性信息提供实时、快速的空间定位。GPS作为确定空间位置的最新手段?以其速度快、精度高、不受气候和通讯条件的影响?具有全天候、布点灵活、作业方便等优点。 　　国际 　　美国是3S技术开发研究的强国，也是洪灾遥感技术应用较早的国家。印度是世界上洪灾最严重的国家之一，也是世界上3S技术应用水平较高的国家之一。印度空间研究组织所建立的灾害管理系统（DMS）最主要的功能就是提供洪灾损失评估信息，系统的主要遥感信息源正是印度自己发射的地面分辨率较高的IRS－1C、1D资源卫星。国内外实践证明，3S技术在减轻洪涝灾害损失方面可以发挥重大作用，尤其是卫星提供的灾情信息比其他常规手段有着更快速、客观和全面等优越性。 进度 　　3S技术不完全展示 　　目前“3S”在水利行业中的应用主要有洪灾和旱灾监测与评估，流域土壤侵蚀和水土保持，水库、湖泊、河口水下地形测量，泥石流预报、干旱地区水资源分析、水库移民环境容量分析以及水利工程的环境影响评价，河道、海岸演变分析等。 　　防洪抗旱 　　3S技术在洪涝灾害中的应用主要集中在动态监测与评估、快速反应、紧急救灾和灾后重建等方面。经过20年的研究和开发，我国现已建立起一套较为完整的洪涝灾害遥感监测业务运行系统，其中包括以气象卫星数据为主的快速宏观监测和以高分辨雷达数据为主的重点灾区的监测与评估。该系统在近年来的生产实践中发挥了重要作用，其中的重点监测评估中既有星载遥感数据也有机载遥感数据，既有雷达影像也有光学影像，各种遥感数据互为补充。遥感监测结果获取后，就可利用该系统所建立的GIS基础背景数据库对灾情进行快速评估。 　　水资源调查评价 　　在区域水资源与生态环境状况调查中，应用遥感技术可以迅速获得广大地区全面、客观、准确和动态的第一手资料，这是以往传统手段高投入、长周期、低效率所无法比拟的。 本文来自 3s8.cn 　　目前，遥感等3S技术在这方面的应用很广泛。主要用于流域水文模拟和水资源评价、基于GIS的土地利用状况分析、生态环境变迁分析、生态耗水分析、水资源评价以及3S技术相结合用于精细农业灌溉等。 　　水环境监测 　　“3S”技术在水环境监测和分析处理方面的也有相关应用。综合利用RS、GPS及常规监测技术?以GIS为信息处理平台?可实现对水域分布变化和水体沼泽化、水体富营养化、泥沙污染等进行监测。 　　利用3S技术对水环境进行监测的应用有：对河流水质、水量的监测。包括对污染河流的各种污染源的监测?利用微波遥感和GIS技术对河流断流、洪水泛滥等进行监测；对由水环境恶化引起的各种灾害进行监测。利用GIS和RS技术对水土流失、地下水降落漏斗、土地沙化和盐碱化、森林和草场的退化与消失、海水入侵、黄河断流等进行监测。利用GIS和GPS技术还可以对由于过量开采地下水导致的地面沉降进行实时监控。 　　常规的水质监测方法成本高、耗时长、同步性差，而且不能给出水质参数的空间和时间分布状况，因此遥感水质监测已成为近年来遥感应用的热点之一。由于水体中化学成分非常多且浓度比较低，遥感监测受大气、辐射和水体周围环境的影响很大，因此技术难度很大。国内水质遥感监测研究始于80年代，但大多为定性研究，通过对航空或卫星遥感数据与实测水质数据的分析，建立了一些基于统计相关的经验模型，缺少对不同水质水体的波谱特征分析。 www.3s8.cn 　　国外早在1970年就开始从事水质遥感研究，近年来已开始重视采用高光谱遥感技术分析水体的波谱特征，但其波段范围多选择在可见光或近红外。水质遥感监测已开始在实际生产中应用，方法也在不断的发展与成熟，目前已可以对混浊度、pH值、含盐度等要素做定量监测，对污染带的位置作定性监测。 　　水利工程建设与管理 　　3S技术在水利工程建设与管理中的应用涉及河道动态变化的遥感监测、水利工程建设环境影响评价、大型水利工程的环境安全监测等，尤其是在河道动态变化的遥感监测更为广泛。 　　利用卫星遥感监测河道变化、预测河道发展趋势，可为水利规划、航道开发以及防灾减灾等提供依据，产生显著的经济效益。 　　水利工程环境影响的遥感监测包括植被变化、淹没范围、库尾淤积、土地盐渍化等内容，三峡大坝一期蓄水工程后的水域淹没和水环境变化遥感跟踪监测，以及南水北调中线工程生态环境遥感监测的“863”课题都是很好的应用案例。 　　目前，各种高空间分辨率的遥感影像越来越多，有些民用卫星分辨率已小于1米，在加上与高精度的GPS系统相结合，对大型水利工程的建设施工进行跟踪监测已成为可能。 3s8.cn 版权所有 （ 路京选　中国水科院遥感技术应中心副主任　　何秀凤　河海大学卫星及空间信息应用研究所所长）