蔡益文

摘 要：利用RS技術(shù)提供的高清衛(wèi)星影像資料，GPS對(duì)空間位置數(shù)據(jù)的快速獲取以及GIS對(duì)空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和分析功能，本文基于3S技術(shù)提出了防洪泛濫區(qū)預(yù)估圖的制作架構(gòu)，保證了其制作效率和更新時(shí)效性，從而實(shí)現(xiàn)防洪泛濫區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及災(zāi)后損失的有效評(píng)估。

關(guān)鍵詞：3S技術(shù) 防洪泛濫區(qū) RS GIS GPS

地理信息系統(tǒng)（Geography information system， GIS）、全球定位系統(tǒng)（Global positioning system， GPS）和遙感技術(shù)（Remote sensing， RS） 三者集成3S技術(shù)，是一種綜合空間、傳感、衛(wèi)星定位與導(dǎo)航和計(jì)算機(jī)、通訊技術(shù)，多學(xué)科高度融合的對(duì)空間信息進(jìn)行收集、預(yù)處理、存儲(chǔ)、管理、分析、應(yīng)用的現(xiàn)代信息技術(shù)。隨著GIS、GPS和RS技術(shù)的不斷成熟，三者為各種空間信息和環(huán)境信息的收集、處理、分析和應(yīng)用提供可靠的管理和決策支持。

洪水是一種最常見(jiàn)、最普遍的自然災(zāi)害。相比較其他自然災(zāi)害（地震、干旱），中國(guó)受洪水的侵?jǐn)_更多，尤其是在洪期的南方地區(qū)。因此準(zhǔn)確確定洪水可能淹沒(méi)的區(qū)域，并通過(guò)洪水災(zāi)害評(píng)估圖等方式將洪水預(yù)報(bào)、途徑范圍以及避難場(chǎng)所設(shè)置等信息成為至關(guān)重要的工作。成熟的3S技術(shù)是洪水仿真收集空間數(shù)據(jù)和信息分析的重要技術(shù)手段。

1.3S技術(shù)概況

1.1 地理信息系統(tǒng)（Geography information system，GIS）

地理信息系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，用于獲取、存儲(chǔ)、分析和顯示與地球表面位置相關(guān)的地物數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。通過(guò)關(guān)聯(lián)看似無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)， GIS可以幫助個(gè)人和組織更好地了解空間模式和關(guān)系。

基于GIS技術(shù)采用灰色聚類(lèi)分析模糊綜合分析信息熵評(píng)判，層次分析方法來(lái)計(jì)算。GIS以數(shù)據(jù)庫(kù)作為媒介來(lái)存儲(chǔ)和使用數(shù)據(jù)，利用其強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)搜索以及管理功能，對(duì)大量存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行疊加、拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)分析，并且能夠很好的解決相關(guān)性和復(fù)雜性。

1.2全球定位系統(tǒng)（Global positioning system， GPS）

全球定位系統(tǒng)包括空間部分、地面控制部分和用戶設(shè)備三部分。該系統(tǒng)適用于任何時(shí)間，能夠?yàn)榈厍蛏先魏蔚胤降挠脩籼峁└呔鹊奈恢谩⑺俣?、時(shí)間信息獲取的實(shí)時(shí)服務(wù)。

RTK表示實(shí)時(shí)， 是一種使用基于載波的測(cè)距的技術(shù)， 提供的范圍 （因此也包括位置） 比通過(guò)基于代碼的定位更精確。GPS的快速精準(zhǔn)數(shù)據(jù)獲取功能彌補(bǔ)了RS在位置信息獲取方面的不足，從而能夠保證獲取的RS數(shù)據(jù)與地面同步監(jiān)測(cè)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)配準(zhǔn)，實(shí)時(shí)的進(jìn)入GIS數(shù)據(jù)庫(kù)，為地物的存儲(chǔ)、管理、分析和利用提供高效服務(wù)。

目前，在大地測(cè)量方面，由于傳統(tǒng)常規(guī)三角測(cè)量和導(dǎo)線測(cè)量的操作繁瑣和計(jì)算任務(wù)復(fù)雜特點(diǎn)，GPS逐步取代二者用于建立各種等級(jí)的控制網(wǎng)以及城市工業(yè)和城鄉(xiāng)地籍測(cè)量方面，尤其在山區(qū)地形測(cè)量方面，可以避免由于傳統(tǒng)測(cè)量需要對(duì)視的弊端。

GPS技術(shù)在防洪泛濫區(qū)監(jiān)測(cè)過(guò)程中主要實(shí)現(xiàn)以下工作：（1）利用差分定位方法完成外業(yè)數(shù)據(jù)的采集，比如河道邊界，水位高程的實(shí)時(shí)獲取；（2）在實(shí)地測(cè)量過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際情況完成外業(yè)調(diào)查表的填寫(xiě)；（3）投影坐標(biāo)系的變換（可以在ArcGIS的workstations中處理）；（4）完成內(nèi)業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)的整理工作，形成標(biāo)準(zhǔn)洪泛區(qū)以及周邊地物位置的土地利用情況分布圖。

1.3 遙感技術(shù)（Remote sensing， RS）

遙感技術(shù)是基于航空攝影，以目標(biāo)物，傳感器和測(cè)量方法為要素，利用機(jī)載遙感、星載遙感和地面遙感傳感器，根據(jù)各物體產(chǎn)生的波長(zhǎng)不同，從而獲取數(shù)字信息，經(jīng)過(guò)記錄、傳送、分析和實(shí)物判讀來(lái)識(shí)別地物，探測(cè)地面物體性質(zhì)和周邊環(huán)境的空間探測(cè)技術(shù)。遙感具有極強(qiáng)的圖像采集、處理和分類(lèi)識(shí)別功能，能夠?yàn)镚IS提供大范圍的環(huán)境信息。相應(yīng)地，GIS對(duì)圖像具有極強(qiáng)的處理、管理和時(shí)空分析功能，可以為RS數(shù)據(jù)管理和分析功能，彌補(bǔ)了RS地物屬性問(wèn)題。

2.防洪區(qū)預(yù)估圖編制

根據(jù)《中華人民共和國(guó)防洪法》第四章第二十九條，防洪區(qū)指的是洪水泛濫可能淹及的地區(qū)，主要分為洪泛區(qū)、蓄滯洪區(qū)和防洪保護(hù)區(qū)三部分。

針對(duì)可能導(dǎo)致嚴(yán)重災(zāi)害的洪水的預(yù)報(bào)和水位信息的通告，預(yù)估洪水淹沒(méi)區(qū)域的確定和公布制度要求河道管理部門(mén)確定可能淹沒(méi)的范圍，并根據(jù)預(yù)估及時(shí)設(shè)置合理的避難地點(diǎn)，提供高效安全的避難。

洪水可能淹沒(méi)區(qū)域的劃分是基于降雨、河道情況，推測(cè)出來(lái)的可能受淹區(qū)域。然而由于漲潮、堤內(nèi)積水等因素引起的洪水泛濫，可能導(dǎo)致未被劃分為洪水可能淹沒(méi)的區(qū)域的變?yōu)檠蜎](méi)區(qū)域。針對(duì)此問(wèn)題就需要利用3S技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)，進(jìn)行防洪區(qū)預(yù)估圖的更新。對(duì)于防洪區(qū)預(yù)估圖的更新涉及一下情況：

（1）泄洪通道經(jīng)過(guò)堤防整治，可能導(dǎo)致防洪區(qū)預(yù)估圖發(fā)生巨大變化；

（2）河道周?chē)ㄖ铩⒌匦伟l(fā)生大規(guī)模變化；

（3）一定時(shí)間內(nèi)降雨遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)閾值；

（4）其他認(rèn)為必要的條件。

根據(jù)地形條件的不同，所研究的洪水泛濫形式可以分為以下三類(lèi)：

順流型泛濫：表現(xiàn)為泛濫洪水沿著河道順流而下，泛濫水位的水面坡度存在于河流縱向上；蓄洪型泛濫：泛濫洪水積蓄在封閉范圍之內(nèi)；擴(kuò)散型泛濫：泛濫洪水隨著地形四處擴(kuò)散。根據(jù)以上洪水泛濫形式的分類(lèi)，淹沒(méi)區(qū)域可以劃分為多個(gè)不同類(lèi)型組合的區(qū)段，需要分別進(jìn)行分析處理。針對(duì)每一種洪水泛濫形式，我們需要進(jìn)行泛濫臨界流量和泛濫區(qū)間的計(jì)算以及流量條件的選取。然后通過(guò)對(duì)橫斷面數(shù)據(jù)的處理、合成糙率的選取以及泛濫水位的計(jì)算進(jìn)行洪水泛濫分析。根據(jù)洪水泛濫分析以及防洪區(qū)預(yù)估的任務(wù)需求，我們提出了基于RS、GIS、 GPS的防洪區(qū)預(yù)估圖的編制如圖1所示。

首先在ArcGIS的workstations中，根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和信息要求，確定所需要的專(zhuān)題圖層以及明確地圖用途。根據(jù)數(shù)據(jù)的來(lái)源不同，將其分為遙感圖像數(shù)據(jù)，GPS外業(yè)測(cè)繪數(shù)據(jù)和航空激光測(cè)量數(shù)據(jù)，并為每個(gè)數(shù)據(jù)專(zhuān)題指定相應(yīng)比例以實(shí)現(xiàn)在同一地圖中合適的顯示。而遙感影像需要進(jìn)行影像合成、影像校準(zhǔn)、影像增強(qiáng)和影像拼接預(yù)處理之后與GPS實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合。確定地物的表達(dá)形式，并將其分解為一個(gè)或者多個(gè)地理數(shù)據(jù)集。通過(guò)點(diǎn)、線和面數(shù)據(jù)類(lèi)型為離散要素來(lái)建立模型。必要的時(shí)候可以考慮使用更高級(jí)數(shù)據(jù)類(lèi)型來(lái)表達(dá)數(shù)據(jù)集之間各元素關(guān)系，比如拓?fù)洹⒕W(wǎng)絡(luò)等。為了能夠突出相關(guān)要素中固有的空間關(guān)系特征，可以使用拓?fù)浞治?、地址定位器、網(wǎng)絡(luò)分析、terrain。比如通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行追蹤和路徑優(yōu)化；使用拓?fù)浞治瞿軌驅(qū)蚕韼缀蔚目臻g關(guān)系進(jìn)行建模。利用GPS特性，實(shí)時(shí)測(cè)得洪水泛區(qū)，并將其集成到GIS系統(tǒng)之中，通過(guò)流域面提取知識(shí)以及GIS的緩沖區(qū)分析功能進(jìn)行洪泛區(qū)評(píng)估。最后形成分析圖，進(jìn)而為防洪避災(zāi)，避難所建立提供實(shí)時(shí)指導(dǎo)依據(jù)。

通過(guò)對(duì)比分析災(zāi)區(qū)受災(zāi)前后地物的變化（比如災(zāi)前的房屋可能變成平地），以及水災(zāi)覆蓋面積等因素，利用GIS的疊加分析功能進(jìn)行損失評(píng)估，為災(zāi)后重建提供指導(dǎo)意見(jiàn)。

3.結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)的防洪區(qū)預(yù)估圖根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，人工對(duì)防洪泛濫區(qū)進(jìn)行提前預(yù)判，這種方式不僅效率低，執(zhí)行困難，而且時(shí)效性低。本文基于3S技術(shù)提出了防洪區(qū)預(yù)估圖的制作架構(gòu)，保證了其制作效率和更新時(shí)效性，從而實(shí)現(xiàn)防洪泛濫區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及災(zāi)后損失的有效評(píng)估。在未來(lái)的工作中，將嘗試結(jié)合專(zhuān)家系統(tǒng)（ES）和智能化決策知識(shí)系統(tǒng)（IDDS），集成一個(gè)更加便捷的、智能化的解決綜合問(wèn)題以及決策的系統(tǒng)。

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