GIS洪水淹没模拟及灾害评估中的应用Word文档格式.docx
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3.研究的主要任务及思路
通过利用研究区域的数字高程模型（DEM）和遥感影象数据对其进行三维场景仿真，再通过给定洪水水位高程值，认为在水位以下则是淹没区域，反之则不属于淹没范围，并对淹没过程进行模拟，通过人工方法确定连通区域来计算洪水淹没面积。
同时结合研究区域土地利用类型数据、降雨量情况以及辅助经济数据进行加权叠置生成洪水灾害风险图，为防洪抗灾做决策。
4.研究区域三维场景建立。
由于红水河流域覆盖面积广阔，短时间内不可能将整个流域的三维场景进行模拟，本次研究只对红水河流域某小山谷进行三维建模。
为了真实的反映地物的纹理特征，我们采用的原始数据是quickbird遥感影象以及对应的DEM数据。
三维场景的制作是通过将数字地形模型（DEM）和遥感图像数据进行叠加，再将通过实地考察利用三维建模软件googlesketchup建立好的建筑物模型和树木模型导入场景中，生成具有三维可视的地貌景观图。
在此基础上可以进行红水河流域水资源的研究、洪涝灾害快速监测与评估及周边地表起伏形态特征等。
图1
三维场景建立技术路线
图2三维可视化场景图
5.洪水淹没模拟分析及淹没面积计算
洪水淹没模型是以三维地形和不同水位来综合演示洪水淹没行为的时空变化及水体形态。
运用ArcGIS9.2中的3D扩展模块，在研究区域数字高程模型的基础上，在ArcScene中实现了该区域洪水淹没演进过程，直观的显示不同时刻和水位该区域洪水淹没情况，为防洪救灾作出重要的决策。
洪水淹没由多种因素造成，降雨、上游来水都可以造成淹没。
按照洪水淹没的成因，可将其分为两大类：
一类是无源淹没，一类是有源淹没。
本次操作主要是利用arcmap软件完成，通过已知红水河流域各水文站水文数据确定洪水位，由已知DEM数据和给定洪水水位来确定淹没区域并计算淹没面积。
具体操作流程在arctoolbox中新建modelbuilder模型，（如图3），只需给定水文数据，可以直观的观察到其淹没区域及面积。
图3淹没面积计算modelbuilder模型
5.1无源淹没分析
只考虑受淹区的高程与给定水位的高程情况，而不用考虑淹没区的连通问题，凡是高程低于给定水位的点都记入淹没区，算作被淹没的点，这种情形相当于整个区域大面积均匀降水，所有低洼处都可能积水成灾。
其淹没面积计算比较简单，所有低于或等于预测水位高程的像元都将计人淹没区，经累加计算得出淹没面积
5.2有源淹没分析
水流受到地表起伏特征的影响，在这种情况下，即使在低洼处，也可能由于地形的阻挡而不会被淹没。
造成的淹没原因除了自然降水外，还包括上游来水、洼地溢出水等。
面积计算稍微有点复杂，它是在无源淹没的基础上，考虑到连通要求的淹没面积的计算。
本文介绍的是用人为的方法确定符合连通条件的区域，将其取出，并计算出它的面积。
具体做法是把决堤口定为源头，在转换生成的Raster中寻找与源头连通的区域。
将所有Raster的值为1的区域进行累加计算，得出淹没区的面积。
6.洪水灾害风险图制作：
洪水风险图是以图的形式直观反映洪水威胁区域发生某一频率洪水后，可能淹没的范围、水深等洪水要素以及不同量级洪水可能造成的灾害风险和对社会经济的损害程度的工具。
根据该图并结合影响区域内社会经济发展状况，合理制定防洪指挥方案，合理评价各项防洪措施的经济效益，合理估计洪灾损失，为防洪保险提供依据。
本文研究的风险是一种相对的概念，即不同区域之间风险大小的相对比较。
在GIS的支持下，利用洪水淹没计算得到的淹没范围、淹没水深，与各种专题图层（包括行政区划、土地利用、居民点分布、人口分布、重要地物分布、交通线路等）进行拓扑叠加和空间分析（空间查询、网络分析等），即可生成有关专题淹没图件，包括重要设施淹没图、抢险迁安路线图等。
如进一步关联背景数据库中的社会经济信息，并结合相关数学模型，可统计由洪水淹没造成的灾害损失。
表一：
红水河龙滩流域水文站日降雨量数据
6.1评价因子及评价原则
编制洪水风险图有三大要素，即地形地貌、淹没水位和社会经济数据。
其中本次研究主要有4个评价因子，包括高程、土地利用类型图、各子流域降雨量及人口密度。
其中高程值是由红水河流域DEM数据生成；
土地利用类型图利用原始TM遥感影象通过监督分类后生成；
各子流域水文站测取的2002-2007年日降雨量数据，由于各水文站全年平均日降雨量比较接近，再加上洪水灾害一般发生在5、6、7三月，本次研究中各水文站平均日降雨量数据只取这四个月数据（如表一）。
通过将该流域11个水文站数据利用arcgis生成泰森多边形，并转换生成红水河面雨量栅格数据。
人口密度数据，通过利用乡镇行政区划图以及搜集到的各乡镇面积和人口数，将人口数除以乡镇面积并转换得到人口密度图。
6.2制作基本流程
首先对淹没致灾的各因子进行分析，分别计算各影响因素形成洪水淹没可能性大小的比例，制作成相应的栅格图层；
在GIS技术的支持下，对各栅格图层重分类后进行加权叠置分析（具体操作流程见图4），对各影响图层确定评价系数以及子类型进行打分，得到洪水风险等级（如图5）。
图4洪水风险图制作流程
图5红水河流域洪水灾害风险图
7.结语：
本文通过将GIS空间分析方法应用在红水河流域洪水灾害模拟及损失评估方面，初步得出以下结论：
（1）利用DEM数据以及遥感影象数据和建筑物属性数据可以真实的模拟该地区洪水淹没真实场景，对于确定洪水淹没区地形起着重要的作用。
（2）依据洪水水位确定洪水淹没范围后，可以结合其土地利用类型以及经济数据，对可能受淹地区的林地、耕地、居民用地等以及人口数据等进行快速评估，并进一步预测洪水灾害损失。
（3）充分利用该地区水文数据，初步预测近几年洪水水位以及降水量情况，结合该区域经济数据，制作洪水灾害风险图，估计洪水发生时影响范围，这样可以为防灾救灾作决策支持。
本次研究主要是通过arcgis空间分析功能，整个实现过程无需编程，而且方法简单适用，值得广泛应用。
BRDF
BRDF（BidirectionalReflectanceDistributionFunction，即双向反射分布函数）
定义公式
[1]
光线照到一个物体，首先产生了反射，吸收和透射，所以BRDF的关键因素即为多少光被反射、吸收和透射（折射）了多少，是怎样变化的。
这时的反射多为漫反射。
而要知道这些光线反射透射的变化就需要清楚三样东西，物体的表面材质、光线的波长（即它是什么样的光，是可见太阳光，节能灯光还是紫外线）和观察者与物体之间的位置关系。
三维世界角度可以类似是球体的，光线角度除了纵向180°
的变化，还有横向360的不同发散方向。
会有相应的入射光，反射光，入射角和反射角，它们在物体表面的法平面和切平面上的关系成为了BRDF的关键参数。
由于人类眼睛对光的特殊敏感性，我们之所以能看到物体都是通过光线在物体上的发射和转移实现的。
而双向反射分布这样的函数表示可以更好地描述光线在物体上的变化，反射光线同时发向分布在法线两边的观察者和光源两个方向，从而使人在计算机等模拟环境下，视觉上可以看到更好的物体模拟效果，仿佛真是的物体存在。
1.几何意义最初的BRDF的定义是爱德华尼哥蒂姆约于1965提出的。
现代的定义是：
Lr（即上式的Lo）代表延ωo发射出去的光能（即辐射增量），Ei代表延ωi入射的光能（即辐射度），θi是ωi和物体入射点上平面法线之间的夹角。
2.物理意义
双向反射率分布函数（BRDF）的物理意义是：
来自方向地表辐照度的微增量与其所引起的方向上反射辐射亮度增量之间的比值。
modis
百科名片
modis是搭载在terra和aqua卫星上的一个重要的传感器，是卫星上唯一将实时观测数据通过x波段向全世界直接广播，并可以免费接收数据并无偿使用的星载仪器，全球许多国家和地区都在接收和使用modis数据。
全称
EOS卫星简述
EOS与MODIS
光谱波段
反映信息
用途
分辨率
对地观测
多波段数据
MODIS仪器特性、波段范围
特点和优势
MODIS产品介绍
1.0级产品
2.1级产品
3.2级产品
4.3级产品
5.4级产品
6.5级及以上产品
7.0级数据
8.1级数据
9.2级数据
10.3级数据
11.4级数据
12.MODISL0数据
13.LlA数据
14.LlB数据
15.L2～L4
∙多波段数据
∙MODIS仪器特性、波段范围
∙特点和优势
∙MODIS产品介绍
展开
编辑本段全称
modis的全称为中分辨率成像光谱仪（moderate-resolutionimagingspectroradiometer）。
编辑本段EOS卫星简述
EOS（EarthObservationSystem）卫星是美国地球观测系统计划中一系列
太湖蓝藻eos/modis监测报告
卫星的简称。
经过长达8年的制造和前期预研究准备工作，第一颗EOS的上午轨道卫星于1999年12月18日发射升空，发射成功的卫星命名为TERRA（拉丁语“地球”的意思），主要目的是观测地球表面。
它是一个用一系列低轨道卫星对地球进行连续综合观测的计划。
它的主要目的是：
实现从单系列极轨空间平台上对太阳辐射、大气、海洋和陆地进行综合观测，获取有关海洋、陆地、冰雪圈和太阳动力系统等信息；
进行土地利用和土地覆盖研究、气候的季节和年际变化研究、自然灾害监测和分析研究、长期气候变率和变化以及大气臭氧变化研究等；
进而实现对大气和地球环境变化的长期观测和研究的总体（战略）目标。
EOS卫星轨道高度为距地球705公里，目前的第一颗上午轨道卫星（Terra）过境时间为地方时11：
30am左右，一天最多可以获得4条过境轨道资料。
编辑本段EOS与MODIS
EOS系列卫星上的最主要的仪器是中分辨率成像光谱仪（MODIS），其最大空间分辨率可达250米。
编辑本段光谱波段
MODIS是当前世界上新一代“图谱合一”的光学遥感仪器，有36个离散光谱波段，光谱范围宽，从0.4微米（可见光）到14.4微米（热红外）全光谱覆盖。
编辑本段反映信息
MODIS的多波段数据可以同时提供反映陆地表面状况、云边界、云特性、海洋水色、浮游植物、生物地理、化学、大气中水汽、气溶胶、地表温度、云顶温度、大气温度、臭氧和云顶高度等特征的信息。
编辑本段用途
可用于对陆表、生物圈、固态地球、大气和海洋进行长期全球观测。
编辑本段分辨率
中分辨率成像光谱仪（MODIS）最大空间分辨率可达250米，扫描宽度2330公里。
MODIS是CZCS、AVHRR、HIRS和TM等仪器的继续。
MODIS是被动式成像分光辐射计。
共有490个探测器，分布在36个光谱波段，从0.4微米（可见光）到14.4微米（热红外）全光谱覆盖。
编辑本段对地观测
MODIS仪器的对地观测:
MODIS仪器的地面分辨率为250m、500m和1000m，扫描宽度为2330km。
在对地观测过程中，每秒可同时获得6.1兆比特的来自大气、海洋和陆地表面信息，日或每两日可获取一次全球观测数据。
编辑本段多波段数据
MODIS仪器的多波段数据:
多波段数据可以同时提供反应陆地、云边界、云特性、海洋水色、浮游植物、生物地理、化学、大气中水汽、地表温度、云顶温度、大气温度、臭氧和云顶高度等特征的信息，用于对陆表、生物圈、固态地球、大气和海洋进行长期全球观测。
从数据资源开发利用和经济核算综合平衡的角度来看，更值得世界各国普遍注意的是安装在TERRA和AQUA两颗卫星上的中分辨率成象光谱仪（MODIS）获取的数据。
MODIS数据主要有三个特点，其一，NASA对MODIS数据实行全世界免费接收的政策（TERRA卫星除MODIS外的其他传感器获取的数据均采取公开有偿接收和有偿使用的政策），这样的数据接收和使用政策对于目前我国大多数科学家来说是不可多得的、廉价并且实用的数据资源；
其二，MODIS数据涉及波段范围广（36个波段）、数据分辨率比NOAA－AVHRR有较大的进展（250米、500米和1000米）。
这些数据均对地球科学的综合研究和对陆地、大气和海洋进行分门别类的研究有较高的实用价值；
其三，TERRA和AQUA卫星都是太阳同步极轨卫星，TERRA在地方时上午过境，AQUA将在地方时下午过境。
TERRA与AQUA上的MODIS数据在时间更新频率上相配合，加上晚间过境数据，对于接收MODIS数据来说，可以得到每天最少2次白天和2次黑夜更新数据。
这样的数据更新频率，对实时地球观测和应急处理（例如森林和草原火灾监测和救灾）有较大的实用价值。
Terra卫星
Terra卫星及其搭载传感器
Terra卫星（EOS-AM1）发射于1999年12月18日，是EOS计划中第一星。
Terra卫星上共有五种传感器，能同时采集地球大气、陆地、海洋和太阳能量平衡等信息：
云与地球辐射能量系统CERES、中分辨率成像光谱仪MODIS、多角度成像光谱仪MISR、先进星载热辐射与反射辐射计ASTER和对流层污染测量仪MOPITT。
Terra是美国、日本和加拿大联合进行的项目。
美国提供了卫星和三种仪器：
CERES、MISR和MODIS，日本的国际贸易和工业部门提供了ASTER装置，加拿大的多伦多大学（机构）提供了MOPITT装置。
Terra沿地球近极地轨道航行，高度是705km，它在早上当地同一时间经过赤道，此时陆地上云层覆盖为最少，它对地表的视角的范围最大。
Terra的轨道基本上是和地球的自转方向相垂直，所以它的图像可以拼接成一幅完整的地球总图像。
通过分析这些数据，有助于科学家认识全球气候变化的起因和发展，了解地球气候和环境是如何作为一个整体作用的。
Aqua卫星
这颗卫星的名字“阿卡”（Ａｑｕａ）取自拉丁文，意思是“水”。
这颗卫星主要使命是研究地球水循环，它的观测结果有望增进科学家对全球气候变化的了解，并可用来进行更准确的天气预报。
按计划，卫星上的６个科学仪器将对地球海洋、大气层、陆地、冰雪覆盖区域以及植被等展开综合观测，搜集全球降雨、水蒸发、云层形成、洋流等水循环活动数据。
利用这些数据，科学家们可以更深入地研究地球水循环和生态系统的变化规律，从而加深对地球生态系统与环境变化之间相互作用关系的理解。
该卫星还可以对地球大气层温度和湿度、海洋表面温度、土壤湿度等变化进行更精确的测量，有关测量结果在天气预报上据认为有重要价值。
“阿卡”是美国宇航局发射的第二颗“地球观测系统”系列卫星。
这一系统旨在对地球进行全面观测，主要由三颗卫星组成，第一颗（Terra）于１９９９年１１月发射，主要观测陆地。
最后一颗卫星（Aura）将重点搜集地球大气臭氧层数据。
图像融合的概念：
图像融合（ImageFusion）是指将多源信道所采集到的关于同一目标的图像数据经过图像处理和计算机技术等，最大限度的提取各自信道中的有利信息，最后综合成高质量的图像，以提高图像信息的利用率、改善计算机解译精度和可靠性、提升原始图像的空间分辨率和光谱分辨率，利于监测。
图像融合技术是指将多源信道所采集到的关于同一目标的图像经过一定的图像处理，提取各自信道的信息，最后综合成同一图像以供观察或进一步处理。
数字高程模型（DEM）的概念与应用
数字高程模型（DEM），也称数字地形模型（DTM），是一种对空间起伏变化的连续表示方法。
由于DTM隐含有地形景观的意思，所以，常用DEM，以单纯表示高程。
尽管DEM是为了模拟地面起伏而开始发展起来的，但也可以用于模拟其它二维表面的连续高度变化，如气温、降水量等。
对于一些不具有三维空间连续分布特征的地理现象，如人口密度等，从宏观上讲，也可以用DEM来表示、分析和计算。
DEM有许多用途，例如：
在民用和军用的工程项目（如道路设计）中计算挖填土石方量；
为武器精确制导进行地形匹配；
为军事目的显示地形景观；
进行越野通视情况分析；
道路设计的路线选择、地址选择；
不同地形的比较和统计分析；
计算坡度和坡向，绘制坡度图、晕渲图等；
用于地貌分析，计算浸蚀和径流等；
与专题数据，如土壤等，进行组合分析；
当用其它特征（如气温等）代替高程后，还可进行人口、地下水位等的分析。
近年来它在军事上的用途也日益凸显,从飞行模拟训练,导弹飞行匹配,无人机操控。
到三维战场态势模拟,军事演习模拟都得到了广泛的应用。
海陆结合部数字高程模型是海洋战场地理环境的重要组成部分
组件式地理信息系统研究与开发
宋关福钟耳顺
（中国科学院地理信息产业发展中心，北京100101）
[摘要]组件式地理信息系统是适应软件组件化潮流的新一代地理信息系统。
本文阐述了组件式地理信息系统的概念和技术基础，讨论了组件式地理信息系统的特点，及其与万维网地理信息系统之间的关系，进而探讨组件式地理信息系统的设计与开发。
[关键词]地理信息系统、组件式软件、组件式对象模型、万维网
引言
经历三十多年的发展，地理信息系统（GeographicInformationSystems，缩写为GIS）正在形成完整的技术系统并逐渐建立其理论体系。
GIS应用也已形成一个多层次和不同尺度的应用格局，成为信息产业的重要组成部分[1]。
然而，计算机技术和全球信息网络技术的飞速发展，对GIS产生了巨大的冲击，组件式GIS（ComponentsGIS）和万维网GIS（WebGIS）等新兴技术应运而生。
GIS正在进入一个崭新的发展阶段。
组件式软件技术已经成为当今软件技术的潮流之一（比尔.盖茨，1997），为了适应这种技术潮流，“GIS软件象其他软件一样，已经或正在发生着革命性的变化，即由过去厂家提供了全部系统或者具有二次开发功能的软件，过渡到提供组件由用户自己再开发的方向上来”（徐冠华,1997）。
无疑，组件式GIS技术将给整个GIS技术体系和应用模式带来巨大影响。
一、组件式GIS的概念
GIS技术的发展，在软件模式上经历了功能模块、包式软件、核心式软件，从而发展到组件式GIS和WebGIS的过程。
传统GIS虽然在功能上已经比较成熟，但是由于这些系统多是基于十多年前的软件技术开发的，属于独立封闭的系统。
同时，GIS软件变得日益庞大，用户难以掌握，费用昂贵，阻碍了GIS的普及和应用。
组件式GIS的出现为传统GIS面临的多种问题提供了全新的解决思路。
组件式软件是新一代GIS的重要基础,组件式GIS是面向对象技术和组件式软件在GIS软件开发中的应用。
认识组件式GIS，首先需要了解所依赖的技术基础－组件式对象模型和ActiveX控件。
COM是组件式对象模型（ComponentObjectModel）的英文缩写，是OLE（ObjectLinking&
Embedding）和ActiveX共同的基础。
COM不是一种面向对象的语言，而是一种二进制标准。
COM所建立的是一个软件模块与另一个软件模块之间的链接，当这种链接建立之后，模块之间就可以通过称之为“接口”的机制来进行通信[2]。
COM标准增加了保障系统和组件完整的安全机制，扩展到分布式环境。
这种基于分布式环境下的COM被称作DCOM（DistributeCOM）。
DCOM实现了COM对象与远程计算机上的另一个对象之间直接进行交互。
ActiveX是一套基于COM的可以使软件组件在网络环境中进行互操作而不管该组件是用何种语言创建的技术。
作为ActiveX技术的重要内容，ActiveX控件是一种可编程、可重用的基于COM的对象。
ActiveX控件通过属性、事件、方法等接口与应用程序进行交互。
一些软件公司专门生产各种用途的ActiveX控件，比如：
数据库访问、数据监视、数据显示、图形显示、图像处理，甚至三维动画等等。
几个著名的GIS软件公司把COM技术应用于GIS开发，纷纷推出由一系列ActiveX控件组成的组件式GIS软件，比如Intergraph公司的GeoMedia、ESRI的MapObjects、MapInfo公司的MapX等，国内的北京朝夕公司推出了MapEngine，我们也研制了自己的组件式GIS软件--ActiveMap，并在几个大型GIS应用项目中成功应用[3]。
组件式GIS的基本思想是把GIS的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完成不同的功能。
各个GIS控件之间，以及GIS控件与其它非GIS控件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS应用。
控件如同一堆各式各样的积木，他们分别实现不同的功能（包括GIS和非GIS功能
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