0水資源與環(huán)境管理(12)

1、1水資源管理的信息化信息技術(shù) + ”3S”技術(shù) 解剖解剖水資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫+模型庫+支撐平臺(tái) 數(shù)字流域 ”3S” + VR + AI 整合2一、水資源數(shù)字化管理二、3S技術(shù)與數(shù)字水資源三、水資源管理信息系統(tǒng)四、數(shù)字流域3隨著信息時(shí)代、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來，數(shù)字化管理成為現(xiàn)代管理的基本模式。數(shù)字信息，也即通常所說的數(shù)據(jù)，是數(shù)字化管理的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)，就是利用一定的信息技術(shù)原理，將各種復(fù)雜多變的相關(guān)信息轉(zhuǎn)化為可以度量的數(shù)字或符號(hào)形式，通過適當(dāng)?shù)臄?shù)字化模型，將這些數(shù)字或符號(hào)轉(zhuǎn)化為一系列可供計(jì)算機(jī)識(shí)別、處理的二進(jìn)制代碼，引入計(jì)算機(jī)內(nèi)部，進(jìn)行分析和處理。數(shù)字化管理是指利用計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、人工智能等技術(shù)，量化

2、管理對(duì)象與管理行為，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃、組織、協(xié)調(diào)、服務(wù)、創(chuàng)新等職能的管理活動(dòng)和管理方法的總稱。數(shù)字化管理的本質(zhì)就是將現(xiàn)代化管理思想、管理方法、管理技術(shù)數(shù)字化，通過信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行各項(xiàng)管理活動(dòng)，從而全面提高管理的效率和效益。4水資源管理是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其內(nèi)容十分廣泛。對(duì)水資源系統(tǒng)的管理涉及到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的許多內(nèi)容，包括水資源數(shù)量、水資源質(zhì)量、供水、用水、水質(zhì)、水環(huán)境、水工程管理以及關(guān)于水資源權(quán)屬管理等多個(gè)方面。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，水資源危機(jī)日漸突出，客觀上對(duì)水資源管理提出更高的要求，需要我們更加精確的進(jìn)行水資源管理，實(shí)現(xiàn)水資源的合理優(yōu)化配置使用。要達(dá)到現(xiàn)代水資源管理的目標(biāo)要求，需要收集

3、和處理的水資源系統(tǒng)信息越來越多。現(xiàn)代水資源管理需要數(shù)字化管理。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、3S技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等信息技術(shù)不斷在水資源管理中得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字水資源的現(xiàn)代化目標(biāo)，使水資源系統(tǒng)管理實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。 5水資源數(shù)字化管理是實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)開發(fā)利用的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)水資源數(shù)字化管理具有如下幾點(diǎn)意義： l第一，有助于實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置。l第二，有助于提高水行政管理能力和公共服務(wù)水平。l第三，實(shí)現(xiàn)了水資源信息資源共享從而為全社會(huì)提供方便、快捷的水利信息服務(wù)需要。l第四，有助于加強(qiáng)水資源災(zāi)害管理的能力，提高預(yù)測和防治各類水旱災(zāi)害的水平。信息是預(yù)防各類水資源災(zāi)害的基礎(chǔ)。 6“3S”

4、 是指：uRS（Remote Sensing,遙感技術(shù)）uGIS（Geographical Information System,地理信息系統(tǒng)技術(shù)）uGPS(Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)技術(shù))“3S”技術(shù)及其集成技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)包括信息收集、定位和加工等內(nèi)容等全方位的水資源信息處理，是水資源數(shù)字化管理的重要內(nèi)容和組成部分。 7地理信息系統(tǒng)（GIS）是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)各種與地理位置有關(guān)的信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、檢索、顯示和分析。通過各種途徑（遙感、測繪、調(diào)查、測量、統(tǒng)計(jì)等）得到的信息都可以通過GIS建成一個(gè)數(shù)據(jù)庫。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益成熟，同一地區(qū)的不同信息系統(tǒng)之間以

5、及不同地區(qū)的同類信息系統(tǒng)之間開始連通和兼容。近五年來，地理信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，發(fā)展成了基于網(wǎng)絡(luò)的地理信息系統(tǒng)，即WebGIS。 8地理信息系統(tǒng)是一個(gè)有組織的硬件、軟件、地理數(shù)據(jù)和人才的集合，一般認(rèn)為由4部分組成：描述地球表面空間分布事物的地理數(shù)據(jù)，包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)可以通過三維坐標(biāo)或地理坐標(biāo)（經(jīng)緯度及高程）以及數(shù)據(jù)間的拓?fù)潢P(guān)系等方式。屬性數(shù)據(jù)是描述實(shí)體屬性的數(shù)據(jù)，如水資源的質(zhì)量、權(quán)屬、用途等屬性。硬件，指收集、分析、處理數(shù)據(jù)所需的硬件，如工作站、微機(jī)、數(shù)字化儀、掃描儀以及自動(dòng)繪圖儀等。軟件，對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和分析的各種軟件。管理和使用地理信息系統(tǒng)的人。9地理信息系統(tǒng)具有以下四項(xiàng)

6、功能 ：u（1）數(shù)據(jù)采集和編輯功能。u（2）地理數(shù)據(jù)庫管理功能。u（3）制圖功能。u（4）空間查詢和空間分析功能。 10遙感是一種遠(yuǎn)距離、非接觸的目標(biāo)探測技術(shù)和方法，遙感根據(jù)不同物體的電磁波特性不同的原理來探測地表物體對(duì)電磁波的反射和其發(fā)射的電磁波，從而提取這些物體的信息，完成非接觸遠(yuǎn)距離識(shí)別物體。遙感器一般借助于飛機(jī)或衛(wèi)星獲取目標(biāo)物反射或輻射的電磁波信息來判斷目標(biāo)物的性質(zhì)。遙感數(shù)據(jù)的處理方式主要是糾正處理后的影像，根據(jù)影像解譯編制專題圖件和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。目前，遙感主要應(yīng)用于水資源、土地資源、植被資源、海洋資源調(diào)查等各類自然資源的調(diào)查；地質(zhì)調(diào)查、城市遙感調(diào)查、測繪、考古、環(huán)境監(jiān)測以及規(guī)劃管理的方面

7、。11遙感技術(shù)系統(tǒng)由遙感平臺(tái)、傳感器、遙感介質(zhì)、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用五部分組成：u（1）遙感平臺(tái)。傳感器必須在一定的空間位置才能接受目標(biāo)體的遙感信息。遙感平臺(tái)將傳感器搭載到預(yù)定空間的運(yùn)載工具。根據(jù)運(yùn)載工具的不同，遙感可以分為航天遙感（如衛(wèi)星） 、航空遙感（飛機(jī)）和地面遙感（如汽車）。u（2）傳感器。傳感器是收集、探測、記錄地物電磁波輻射信息的工具。由收集器、探測器、處理器和輸出器等4部分組成。主動(dòng)遙感主要是通過傳感器向目標(biāo)發(fā)身一定波長的電磁波，然后記錄反射波的信息，用于主動(dòng)遙感的傳感器有氣象雷達(dá)和測試?yán)走_(dá)等。被動(dòng)遙感主要是指傳感器被動(dòng)的接受來自目標(biāo)物體的信息，用于被動(dòng)遙感的傳感器主要有攝影照相機(jī)和多

8、光譜段掃描儀等。12遙感技術(shù)系統(tǒng)由遙感平臺(tái)、傳感器、遙感介質(zhì)、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用五部分組成：u（3）遙感介質(zhì)電磁波。不同類型的地物具有反射或輻射不同波長電磁波特性，遙感正是利用電磁波作為介質(zhì)來探測地面目標(biāo)的。u（4）遙感數(shù)據(jù)處理。遙感資料主要是影像資料和數(shù)字資料，遙感數(shù)據(jù)處理，不僅包括由數(shù)字到影像的轉(zhuǎn)換，還包括對(duì)遙感數(shù)據(jù)的糾正。13遙感技術(shù)系統(tǒng)由遙感平臺(tái)、傳感器、遙感介質(zhì)、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用五部分組成：u（5）遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用。遙感技術(shù)不僅可以用來探測目標(biāo)屬性，還可以探測目標(biāo)的空間位置。遙感影像是反映目標(biāo)屬性和空間位置的較好方式。在影像上，目標(biāo)的波譜特性反映在數(shù)據(jù)處理后的影像色調(diào)上。形態(tài)特征反映在具體的

9、形象上，空間位置則由地理坐標(biāo)標(biāo)識(shí)。在遙感影像上，將具有同一形象和相同波譜特性的目標(biāo)以圖斑形式繪制，可以得到各專題地圖，如水資源分布，土壤植被分布等地圖。 14全球定位系統(tǒng)最初是由美國國防部研制的以空中衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。具有全天候、全球覆蓋、高精度、快速高效的多動(dòng)能無線定位功能。在海空導(dǎo)航、精確定位、地質(zhì)探測、工程測量、環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測、氣候監(jiān)測以及速度測量等方面應(yīng)用十分廣泛。全球定位系統(tǒng)由衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)和GPS信號(hào)接收機(jī)三部分構(gòu)成。GPS衛(wèi)星基座共有24顆衛(wèi)星，其中21顆是工作衛(wèi)星，3顆為備用衛(wèi)星。星座的這種分布確保地球上任何地點(diǎn)都能同時(shí)在地平線10以上區(qū)域內(nèi)，接收到導(dǎo)航定位

10、必須的4顆衛(wèi)星的GPS信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)全球的三維定位和導(dǎo)航。在地面監(jiān)控系統(tǒng)的支持下，GPS星座的衛(wèi)星向GPS信號(hào)接收器持續(xù)不斷的發(fā)送全球定位信息并報(bào)告自己和其他衛(wèi)星的位置。15GPS能夠準(zhǔn)確地確定某一實(shí)體地空間位置，從而為該實(shí)體獲得信息源地定位提供強(qiáng)有力的技術(shù)手段。在利用GIS系統(tǒng)建立矢量地圖時(shí)，必須使用GPS定位技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場定位。另外，遙感解譯結(jié)果地野外校正也需要精確的空間位置。在水利工程方面，目前GPS已廣泛應(yīng)用于江河，湖泊，水庫地水下地形測量，大堤安全監(jiān)測，堤防險(xiǎn)工險(xiǎn)段監(jiān)測，泥石流滑坡預(yù)警監(jiān)測等方面。16“3S”集成技術(shù)不是RS、GIS、GPS地簡單結(jié)合，而是將三者通過標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口嚴(yán)格地

11、、緊密地、系統(tǒng)地集成起來成為一個(gè)大系統(tǒng)，集信息獲取、處理、應(yīng)用與一體。p遙感可以快速、準(zhǔn)確地提供資源環(huán)境信息；p地理信息系統(tǒng)能夠?yàn)檫b感數(shù)據(jù)地加工、處理和應(yīng)用創(chuàng)造理想開發(fā)環(huán)境；p全球定位系統(tǒng)為空間測量、定位、導(dǎo)航及遙感數(shù)據(jù)校正、處理提供空間定位信息。在實(shí)際工作中，RS、GIS、GPS單獨(dú)使用都存在著明顯缺陷，GPS可以快速精確定位目標(biāo)，但不能描述目標(biāo)屬性；RS可以獲得區(qū)域面狀信息，但收到光譜波段限制，并且還存在許多不能處理的地物特征；GIS具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)編輯、處理和分析功能，但其數(shù)據(jù)的獲取缺必須依賴于其他手段。17全面準(zhǔn)確的水資源信息包括水資源的存在狀態(tài)、水資源質(zhì)量、水資源數(shù)量、空間屬性、時(shí)間屬

12、性、權(quán)屬屬性等方面。 利用遙感技術(shù)（RS）對(duì)地面水資源信息及生態(tài)環(huán)境信息的動(dòng)態(tài)監(jiān)測及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集，為水資源數(shù)字化管理提供快捷、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的信息，保證水資源管理的實(shí)時(shí)性。利用地理信息系統(tǒng)（GIS）的強(qiáng)大空間信息處理、管理及存儲(chǔ)功能，為水資源數(shù)字化管理提供數(shù)字化集成平臺(tái)。全球定位系統(tǒng)（GPS）為水資源數(shù)字化管理的空間信息、結(jié)果輸出的空間方位提供空間定位服務(wù)。181、水資源質(zhì)量和數(shù)量調(diào)查及水環(huán)境監(jiān)測2、水旱災(zāi)情預(yù)測評(píng)估及防洪減災(zāi)信息管理3、土地資源調(diào)查4、水資源開發(fā)利用研究5、水資源工程規(guī)劃和管理19水資源管理信息系統(tǒng)二項(xiàng)基本功能：p數(shù)據(jù)維護(hù)功能p水資源專業(yè)分析模塊水資源管理信息系統(tǒng)由三部分組成

13、：p水資源數(shù)據(jù)庫p水資源模型庫p人機(jī)交互系統(tǒng) 20數(shù)據(jù)庫功能：p（1）實(shí)現(xiàn)水資源數(shù)據(jù)的輸入、新增、更新、刪除p（2）維護(hù)數(shù)據(jù)庫的完備性、一致性p（3）實(shí)現(xiàn)水資源各類屬性數(shù)據(jù)之間的高效、快速的檢索p（4）實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)共享p（5）實(shí)現(xiàn)一般水政管理所需的各類水資源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能p（6）系統(tǒng)安全性管理21模型庫功能：u（1）實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步的水資源信息處理u（2）實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源系統(tǒng)特征的分析u（3）實(shí)現(xiàn)水資源需求預(yù)測分析u（4）實(shí)現(xiàn)水環(huán)境分析功能u（5）水資源優(yōu)化管理決策模型22人機(jī)交互系統(tǒng)：23水資源數(shù)據(jù)信息平臺(tái)建設(shè)就是水資源數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化問題，為各個(gè)水資源應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)和運(yùn)行提供標(biāo)準(zhǔn)化的軟、硬環(huán)境，以避免重

14、復(fù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享、數(shù)據(jù)共享。其建設(shè)內(nèi)容包括：p基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)p水資源信息標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)p水資源信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)24p三防指揮系統(tǒng)p水務(wù)管理信息系統(tǒng)p水資源管理決策支持系統(tǒng)p水質(zhì)監(jiān)測與評(píng)價(jià)信息系統(tǒng)p水土保持與管理監(jiān)測信息系統(tǒng)p水資源信息公共服務(wù)系統(tǒng)p水資源工程管理信息系統(tǒng)p水資源數(shù)字化圖書館p水資源規(guī)劃管理信息系統(tǒng)2526數(shù)字流域是一個(gè)以流域空間信息為基礎(chǔ)，融合流域內(nèi)各種數(shù)字信息的系統(tǒng)平臺(tái)，是對(duì)真實(shí)流域及其相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一的數(shù)字化重現(xiàn)，它把流域搬進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室和計(jì)算機(jī)，成為真實(shí)流域的虛擬對(duì)照體。數(shù)字流域由各種信息的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)采集、分析、交換、管理等子系統(tǒng)組成，可以根據(jù)不同的需要，對(duì)不同時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，透視其變化規(guī)律。27廣義地說,所謂數(shù)字流域,就是綜合RS 、GIS、GPS、 VR、網(wǎng)絡(luò)和超媒體等現(xiàn)代高新技術(shù),對(duì)全流域的地理環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施、自然資源、人文景觀、生態(tài)環(huán)境、人口分布、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)狀態(tài)等各種信息進(jìn)行數(shù)字化采集與存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測與處理、深層融合與挖掘、綜合管理與傳輸分發(fā),構(gòu)建全流域可視化的基礎(chǔ)信息平臺(tái)和三維立體