楊琦明
(遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,沈陽110006)
使用數(shù)顆中距離圓形軌道定位衛(wèi)星,在全世界范圍內(nèi)隨時(shí)隨地進(jìn)行坐標(biāo)定位、路線導(dǎo)航的系統(tǒng),稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng),簡稱GPS。自GPS 建立以及投入使用以來,在各個(gè)等級的大地測量,控制測量、線路放樣、水下地形測量、大范圍形變監(jiān)測及大型建筑物變形監(jiān)測、工程機(jī)械控制、精細(xì)農(nóng)業(yè)以及船舶,汽車,飛機(jī)等各種運(yùn)動物體的定位導(dǎo)航等各種領(lǐng)域里都有廣泛的應(yīng)用。
遙感是應(yīng)用探測儀器,不與所探測目標(biāo)接觸,自遠(yuǎn)處將探測目標(biāo)的電磁波特性記錄下來,運(yùn)用各種分析手段,揭示出物體的特征性質(zhì)以及其變化的綜合性探測技術(shù)。目前遙感技術(shù)已經(jīng)成為地理信息的重要獲取手段及相關(guān)工作的主要獲取源。
地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System 或Geo-Information system,GIS)有時(shí)又稱為地理信息科學(xué)(Geographic Information Science)。它是以地理信息、地圖學(xué)為基礎(chǔ),通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù),對城市、區(qū)域、環(huán)境、資源、人口、交通、土地、住房、規(guī)劃管理和基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域的相關(guān)問題進(jìn)行提取、分析、處理、存儲和管理的一門綜合性學(xué)科[1]。
GPS 變形監(jiān)測可分為周期性監(jiān)測和連續(xù)性監(jiān)測,GPS 周期性監(jiān)測和傳統(tǒng)的變形監(jiān)測類似,連續(xù)性監(jiān)測是利用GPS 技術(shù),無線通信技術(shù),互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等相結(jié)合的處理方法。連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)一般包括以下幾個(gè)部分:
1)數(shù)據(jù)采集:即GPS 數(shù)據(jù)采集分基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)。采用GPS 進(jìn)行變形監(jiān)測時(shí),為了提高采集數(shù)據(jù)的可靠性及精度,通常選擇數(shù)個(gè)監(jiān)測基點(diǎn),監(jiān)測點(diǎn)要選擇在能夠充分反映大壩變形的部位。
2)數(shù)據(jù)傳輸:即基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)采集的GPS 數(shù)據(jù),通過無線電通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳輸給控制中心。
3)數(shù)據(jù)處理:即利用計(jì)算機(jī)處理技術(shù)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件,對控制中心的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、存儲和管理。
大壩變形監(jiān)測包括水平位移觀測、垂直位移(沉陷)觀測、多維位移觀測、表面接縫和裂縫監(jiān)測以及觀測資料的整編和分析。由于受到水庫水體的壓力,水庫大壩可能產(chǎn)生一系列的變形,因此對大壩的變形進(jìn)行精密而連續(xù)的監(jiān)測及形變分析是項(xiàng)十分重要的測繪工作。GPS 精密定位技術(shù)方法不僅滿足了大壩變形監(jiān)測的精度要求(1.0 ~0.1)×106,而且更加易于實(shí)現(xiàn)變形監(jiān)測的自動化,智能化。1998 年長江流域發(fā)生大洪水期間,正是在該系統(tǒng)的支持下達(dá)到最大的蓄水,從而避免了洪峰相遇,對防洪減災(zāi)起到了巨大的作用。
水環(huán)境遙感監(jiān)測是通過對遙感圖片的分析,獲得所需監(jiān)測水體的具體分布、有機(jī)質(zhì)、泥沙、化學(xué)污染等狀態(tài)和水溫、水深等各個(gè)水體元素的信息,進(jìn)而對監(jiān)測地區(qū)的水環(huán)境和水資源等做出評估及預(yù)測。將遙感技術(shù)應(yīng)用于水環(huán)境監(jiān)測中后,即可以實(shí)時(shí)對水體污染源的位置分布、類型進(jìn)行監(jiān)測又能迅速確定被污染的水體分布范圍。水體及其污染物的各種光譜特性是應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測和評價(jià)的基本依據(jù)。
2.2.1 水體富營養(yǎng)化監(jiān)測
水體富營養(yǎng)化是指鉀、磷、氮等元素大量排放到流速慢,更新時(shí)間長的水體中所引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象,這種現(xiàn)象在海中叫做赤潮,在江河湖泊中則被稱為水華。水體富營養(yǎng)化遙感監(jiān)測是通過分析已獲取的富營養(yǎng)化水質(zhì)參數(shù)濃度與所監(jiān)測水體反射、吸收和散射太陽輻射能所形成的光譜特征之間的關(guān)系,建立起富營養(yǎng)化水質(zhì)參數(shù)的定量遙感反演模型,進(jìn)而通過一定的算法分析水體各類水質(zhì)參數(shù)之間的相關(guān)性,建立合適的富營養(yǎng)化評估模型。應(yīng)用遙感技術(shù)來進(jìn)行庫區(qū)大范圍的水體富營養(yǎng)化監(jiān)測,具有監(jiān)測成本低、速度快、范圍廣和便于長期進(jìn)行實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn),還能發(fā)現(xiàn)某些以常規(guī)方法難以發(fā)現(xiàn)的污染排放源、擴(kuò)散遷移方向以及影響范圍等問題。
2.2.2 懸浮固體
水中懸浮固體含量是水環(huán)境監(jiān)測的重要指標(biāo)之一。水中懸浮固體的含沙量多少不僅直接影響水體顏色、水體的透明度等光學(xué)性質(zhì),其還可以作為水體污染物的示蹤劑。通常來說,對可見光遙感而言,0.58 ~0.68 um對各類泥沙濃度最易出現(xiàn)輻射峰值,即對水中泥沙反應(yīng)最為敏感,是遙感監(jiān)測水中懸浮固體的最佳波段。在實(shí)際遙感監(jiān)測當(dāng)中,應(yīng)選擇與水中懸浮物質(zhì)濃度相關(guān)性最佳波段,并與實(shí)測懸浮物質(zhì)的數(shù)據(jù)結(jié)合起來進(jìn)行分析,進(jìn)而建立與該懸浮固體濃度相匹配關(guān)系模型,從而進(jìn)行反演得出水中懸浮固體的濃度。
2.3.1 GIS 在水庫征地和移民分析中的應(yīng)用
通過建立水庫研究區(qū)域的數(shù)字高程模型(DEM),同時(shí)獲取該地區(qū)的遙感圖像數(shù)據(jù)對其進(jìn)行立體模型構(gòu)建,再通過給定的水位高程值以及計(jì)算分析,得出位于水位高程值以下的淹沒區(qū)域,并對淹沒過程進(jìn)行模擬,得以展示出淹沒過程及淹沒范圍之間的關(guān)系;通過各種方法分析并確定連通區(qū)域來計(jì)算水庫淹沒面積。結(jié)合研究該地區(qū)的地類地形圖數(shù)據(jù)、居民地地形數(shù)據(jù)分析淹沒區(qū)的各種土地地類面積及房屋面積,并對土地和房子做一個(gè)征地移民評估。還可在建立的地理信息系統(tǒng)中展示出移民安置點(diǎn)位置、高度及其規(guī)劃的具體效果,為水庫征地移民提供一種高效、直觀、精確的手段,進(jìn)而提高水庫征地移民工作的科學(xué)性、系統(tǒng)性和前瞻性。
2.3.2 GIS 在水資源管理方面的應(yīng)用
隨著人類社會的不斷發(fā)展,所需求的資源量日趨增加,而地球上的許多資源不僅總量不多,而且分布非常不均勻,甚至有些資源出現(xiàn)了即將枯竭的情況,成為了制約社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的因素。這對管理提出了更高的要求。在水利工程建設(shè)和管理過程中,借助GIS 強(qiáng)大的地理數(shù)據(jù)分析和管理的功能,對水資源進(jìn)行綜合管理。
3S 技術(shù)在諸多行業(yè)都有著迅速的發(fā)展,在水利行業(yè)中也取得了一定的進(jìn)步,但是離數(shù)字水利,智能水利的要求還是相差很遠(yuǎn),為了加快科學(xué)治水的進(jìn)程,提高工作效率,我們還需大力發(fā)展3S 技術(shù)在水庫中的應(yīng)用和研究。
[1]閆新,楊永輝.3S 技術(shù)在水利建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用探討[J].黑龍江水利科技,2008,36(02):55-56.