S技术在水文学中的应用

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1、第五章3S技术在水文学中的应用3S技术概述RS在水文模拟中的应用DEM在水文模拟中的应用5.15.25.3第五章3S技术在水文学中的应用主要内容5.13S技术概述5.1.1遥感（RS）技术5.1.1.1遥感基本概念遥感技术是一种以非直接接触方法对远距离目标进行探测的技术。遥感技术系统由遥感平台、传感器、遥感介质、数据处理和应用五部分组成。遥感的物理基础是：“一切物体，由于其种类及环境条件的不同，因而具有反射或辐射不同波长电磁波的特性”。由于描述水文过程的数据有两种：一种是描述水循环本身的数据；另一种是描述水循环环境的数据。而这两种数据本身都具有空间性和时间性，因此遥感数据也具有空

2、间和时间的特性。5.1.1.2遥感数据的特点遥感数据结构类型转换具有下述三方面含义：第一，扫描影像数据的结构呈栅格型；第二，在信息系统中，矢量型数据结构与栅格型数据结构可以相互转换；第三，位于每一栅格上的事物特征与属性都可以数字化，以适应水文计算的需要。5.1.2全球定位系统（GPS）技术5.1.2.1GPS基本系统GPS的基本系统由GPS卫星星座、地面监控系统和GPS信号接收机三部分构成。GPS卫星星座共有24颗卫星，其中21颗是工作卫星，3颗是在轨的备用卫星。这些卫星分布在6个倾角为55度的圆形轨道上。卫星的运行周期为12恒星时（718分钟）。星座的这种分配可以确保地球上任何

3、地点，都能同时在地平线10度以上区域内接收到导航定位必需的4颗卫星的GPS信号，从而实现全球的三维定位和导航。5.1.2.2GPS导航、定位原理在地面监控系统的支持下，GPS星座的卫星向广大用户连续不断地发送导航定位信号并报告自己和其他卫星的位置。由于GPS卫星在空中的位置是已知的，这样用户只需用GPS接收机同时测得某一时刻接收机到视场中三颗GPS卫星的距离，就可以用距离交会的方法求解用户所在地的三维坐标。因此，全球定位系统是一种采取距离交会法的卫星导航定位系统。5.1.2.3GPS测距码GPS通过比较卫星和接收机在各自时钟控制下所产生的具有相同结构的测距码和本地码，来确定信号传

4、播时间，从而确定距离。GPS测距码分为粗码和精码。粗码的码元长度（每个码所持续的时间与光速的乘积）为293m，精码的码元长度为29.3m。由于相关处理的精度大约为码元长度的1/100左右。因此用精码测距可以获得更高的精度。5.1.3地理信息系统（GIS）技术5.1.3.1GIS的基本概念广义的地理信息系统包括：①管理和使用地理信息系统的人；②描述地球表面空间分布事物的地理数据；③管理与分析空间数据的软件；④输入、存储、处理和输出地理数据的硬件。狭义的地理信息系统是一个具有多种功能的计算机软、硬件系统。它是一个“具有空间数据的采集、存储、检索、分析和可视化的数据库管理系统”。5.1

5、.3.2GIS的主要功能地理信息系统的基本功能有5项：数据采集与编辑功能。地理数据库管理功能。制图功能。空间查询与空间分析功能。地形分析等多种功能。5.2RS在水文模拟中的应用5.2.1水文遥感数据由于水体在可见光、近红外、热红外、微波等波段上具有独特的光谱特性在遥感图像上很容易被识别出来。同时，水体内所含的物质如泥沙、矿物质、氧化物等，可以使遥感图像发生变化，也能被识别出来。与水有关的土壤、岩层、植被等也因受水体影响，很容易在遥感图像上识别出来。遥感技术在水文学中的应用具有得天独厚的优势（魏文秋，1995）。遥感探测水文要素大体有以下几种类型：地表水、土壤及地下水、雪与冰、水质

6、、流域特征（流域面积、坡面汇流长度、表面坡度、地面覆盖类型、土地利用、地面反射率等）、气象水文要素（降水、土壤蒸发与植被蒸腾、水面蒸发等）等。5.2.2水文气象遥感水文气象遥感包括：降水遥感，蒸发遥感，积雪遥感，地表水遥感，土壤水遥感，地下水遥感。1972年Priestley和Taylor提出了一种直接利用卫星遥感数据计算潜在蒸发的公式。（5.2.1）式中：Δ为饱和水汽压与温度关系曲线的斜率；γ为湿度计常数；Rn为净辐射；L为汽化潜热。5.2.3地表特征遥感地表特征也称水文下垫面，它影响着径流、泥沙及污染物的形成、运移及存储过程。地表特征遥感包括：地貌形态，植被类型，土壤类型。5

7、.3DEM在水文模拟中的应用5.3.1关于DEM的概述数字高程模型DEM（DigitalElevationModel）是由美国麻省理工学院ChairesL.Miller教授于1956年提出来的，其目的是用摄影测量或其他技术手段获得地形数据，在满足一定精度的条件下，用离散数字的形式在计算机中进行表示，并用数字计算的方式进行各种分析。DEM作为地理信息系统的基础数据，已在测绘、地质、土木工程、水利、建筑等许多领域得到广泛应用。5.3.1.1DEM的基本知识（1）地形的数字描述1958