GIS在防汛指挥决策中的功能研究
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摘要：本文从GIS在防汛指挥决策中的功能研究出发，强调引进以空间信息存储、管理和分析见长的的地理信息系统技术的必要性，对今后防汛工作的开展提供一定的借鉴指导。
关键词：GIS 防汛指挥决策功能
过去水利防汛决策大多基于纸质地图(包括地形图和水利图)和平时收集的水利资料，依据经验进行防汛决策，这样的决策在先前的防汛决策中发挥了相应的作用，然而这样的方式毕竟缺乏科学的依据，而且资料的快速查找和使用都存在一定的缺陷，往往会造成一定的失误，随着科学技术的发展和地区经济的快速增长，科学决策己成为相当必要，同时也应该更加安全可靠。GIS技术的发展，己应用到了国民经济的各部门，作为水利防汛决策，将空间数据与水利工程、水情数据进行整合，进而进行分析、统计，提供可靠、快速的信息用于决策，已成为一个发展方向。
1防汛指挥决策指挥系统
防汛指挥决策过程中涉及大量空间数据，如地形地貌、雨水情的分布、人口及财产的分布、工情和灾情的分布等等，从本质上说，防汛指挥决策支持系统是一个空间决策支持系统(Spatial Decision Support system， SDSS)。
1.1防汛指挥决策内容
防汛指挥决策主要包括两方面内容：防洪调度和抢险与救灾决策。（1）防洪调度，这是防汛工作的核心。主要是根据现时水、雨、工情和暴雨洪水预报和后续的天气预报，从全局出发，设计和优选防洪调度方案，对水库群、分滞洪区工程联合运用，充分发挥它们的整体效益，保证不出现决口、改道、人员伤亡等严重灾害，努力减小灾害损失。（2）抢险与救灾决策，通过对河势流向、堤坝安全、漫滩情况监测，及时发现险情，采取应急措施进行抢护，以免因河势突变洪水直冲堤防，造成决溢及垮坝。对可能出现灾情的区域，进行洪灾场景模拟，洪水淹没范围计算，洪灾严重程度分析，洪灾损失评估，洪灾危险程度评价，洪灾风险区划，分洪区人员及财产迁安规划。一旦灾情发生，及时实施预定迁安方案及救灾措施，最大限度地减少洪灾造成的损失。
1.2防汛指挥决策支持系统三大类数据库
防汛指挥决策支持系统主要涉及三大类数据库：空间数据库、属性数据库及影像数据库。空间数据库包括地形数据库、水系数据库、水利工程分布、土地利用分布、植被土壤分布等；属性数据库包括雨情数据库、水情数据库、工情数据库、灾情数据库等；属性数据库按时间分为历史数据、现势数据和预测数据。影像数据库包括气象卫星数据、陆地卫星数据等，其中气象卫星主要用于天气形势分析与暴雨预报，陆地卫星主要用于背景数据的遥感获取，雷达卫星主要用于灾情监测与快速评估。
1.3防汛指挥决策系统满足的需求
（1）可实现对水闸（节制闸和船闸）、防洪堤围、水文站点、排灌站等36种工程信息的查询。工程信息主要包括静态文字描述信息、工程图纸信息等。
（2）可实现在PPC电子地图上查询工情信息和水文站点的实时水雨情信息，并在水利实时通硬件容量许可的情况下，加载尽可能多的工情信息。
（3）可实现水文测站实时水雨情的显示、查询，对超过报警限值的水雨情进行报警提示。
（4）可实现对各类水情调度预案相关数据(水位、水闸状态等)信息的入库、编辑、查询显示功能;实现根据实时水雨情及汛情情况自动生成水情调度及抗洪抢险预案，具有防汛物资、人员调度的最佳路径、通道分析功能，并提供多种分析结果的对比。
（5）可实现对给定的雨量值预报相应站点的洪水水位，并能进行洪水预报误差的实时校正。
（6）可实现采用视音频异地会商等手段，建立防汛指挥调度决策会商电子沙盘，进行防洪部署，人员、物资调度、人员撤离及水情调度，并发布会商结果。
2地理信息系统
2.1地理信息系统的含义
地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)，从广义的词义上来说，它是允许加工空间数据成为信息的工具，这些信息通常与地球上某些部分明确相连并且用于决策。这种定义既不复杂但是也不非常精确，本身地理信息系统代表了许多学科领域的综合。有许多的定义被提出，有些反映了手工与基于计算机的地图分析方法之间极强的联系。它于六十年代开始发展、现已日趋成熟的空间信息处理技术，是一门介于信息科学、空间科学与地球科学之间的交叉学科。在防汛指挥决策支持系统中引进以空间信息存储、管理和分析见长的的地理信息系统技术是必然的。
2.2 防汛决策支持系统――基础地理信息系统
基础地理信息系统(以下简称防汛GIS)属专业GIS，必须能够实现将空间数据与水利工程、水情数据进行整合，进而进行分析、统计，提供可靠、快速的信息用于决策。
水利地理信息系统具备如下功能：电子地图的放大、缩小、漫游、定位，导航和打印功能；电子地图由图查询相关水利要素信息(包括基本数据信息、图片信息和影视信息，其中堤防断面图还可显示堤防与水面的关系；有水利要素定位空间位置功能；制作专题图功能；建立用户图层，标注如防汛出险位置、抢险方案等专用图功能；模拟高水位淹没范围和好区决堤淹没范围功能；生成实时水位、雨量等值线功能；显示实时水位、雨量功能；查询数据报表打印、统计和输出功能。
2.3GIS在防汛指挥决策支持系统中的作用
(1)空间数据管理
防汛指挥决策过程中涉及到大量的空间数据，如地形地貌、水系、土壤、植被、水利工程分布等，以及属性数据，如水文数据、工程材料与基础等，GIS能方便地统一管理这些空间数据和属性数据，并提供数据的查询、检索、更新及维护。没有GIS的参与，这些是难以想象的。
(2)GIS的空间分析能力直接为防汛指挥决策提供辅助支持GIS所具有的强大空间分析能力可以直接为防汛指挥决策服务。如利用GIS的网络分析功能，可以为灾民撤退最佳路径的确定提供依据；利用GIS的空间叠加分析能力，可以进行灾情的快速评估等等。
(3)为模型参数的自动获取提供可能
防汛指挥决策过程中，将会应用到大量的水文水力学模型，这些水文水力学模型大多是空间分布式模型，其求解往往需要大量的空间参数，常规方法获取这些参数是极其困难的。利用GIS的数据采集及空间分析能力，可以方便地生成这些参数。
(4) GIS有利于防汛信息及决策结果的可视化表达利用GIS强大的空间显示功能，在实时雨清、水情、工情、灾情分布图上，叠加上一些背景数据，如行政区划、交通、重要建筑物分布、土地利用等，有利于各级领导作出正确的决策。另外，GIS强大的制图输出功能，也有利于决策结果的表达。经过几十年的发展，GIS技术己日趋成熟，尤其是面向对象、组件式GIS技术的出现为防汛指挥决策支持系统的集成平台提供了可能。
2.4GIS支持下的防汛指挥决策系统具有的功能
（1）信息采集、组织与管理功能模块
利用先进实用的测量技术、现代遥测技术、新型移动存储技术等高新技术，实现水情、雨情、工情、灾情信息的采集及快速、高效、可靠的信息传输；对水情、雨情、工情、灾情等各类防汛信息进行统一管理，并提供查询、显示与分析。
（2）雨水情及灾情的预测预报功能模块
根据天气形势、地面实况等情况，进行雨、水情进行预测预报;对未来可能形成的灾情进行预评估。
（3）洪水调度功能模块
根据预报的洪水过程、工程运行现状，从方法库中选取优化模型或经验模型，得到多个可选方案，再选用模拟模型对方案进行模拟计算，得到各种指标值，然后根据小清河防洪预案的规定选出满意方案，最后发布实施。
（4）抢险救灾决策功能模块
根据最终方案模拟出洪泛区洪水演进过程，选出人员、财产转移的最优路线及救灾物质运输的最优路线。
防汛决策支持系统综合性强，涉及方面广，是一项复杂的系统工程。要进一步完善和发展还有大量的工作要做。在全流域范围内补充完善雨水情信息采集系统建设，全面实施工情和旱情信息采集系统建设;优化提高信息传输网络，提高信息汇集的全面性和完整性;以完善数据库数据源建设为依托，扩充和提高气象雷达应用、洪水预报、防洪调度、早情分析评估、遥感信息应用以及其他决策支持应用系统的性能和功能:扩展和提高防汛指挥异地视频、语音等会商能力:构建完整、高效、安全的防洪决策支撑体系。
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