洪水是一种常见的自然灾害，对人类的生存和发展有着巨大的负面作用，因而防洪工作一直是国家安全规划中的重中之重。防洪的技术手段有很多，例如修建水库、堤坝、分洪、蓄滞洪区规划、河道整治等等，同时，人们对洪水的预防也非常重视，已形成了一套以洪水灾害预报、监测与预警、灾害应急救助、减灾知识宣传与教育等为主要手段的完整预防体系。然而，我国幅员辽阔，各区域地理环境和气候条件各不相同，这给我国的防洪工作带来了很大的困难。因此，如何充分利用现代信息技术，建立一套完善的城市防洪系统，对于保持我国的经济平衡发展具有极其重要的作用。
1GIS概述
地理信息系统（GeographicalInformationSysterm，GIS）借助现代计算机技术和信息技术对空间数据进行采集、存储、分析和应用的信息系统，它的实现涉及了计算机、网络通信、三维建模、环境科学、地球科学等多门学科的专业技术，是一个复杂的综合性应用系统[1]。在地理信息系统的支持下，人们可以对区域地理数据进行空间分析、预测预报和辅助决策，解决了人类面临的许多难题。GIS技术自上世纪六十年代诞生以来，已经过了半个多世纪的发展，其系统结构、功能、性能等方面均有很大的提升，并逐步在社会各领域得到广泛的应用。特别是在政府管决策、国土管理、城市规划、环境评估、军事观察等领域，更是发挥了不可替代的作用。目前，GIS系统正朝着大型化、复杂化、综合化、智能化等方向发展。
2GIS在防洪减灾方面的研究进展
随着GIS技术的不断发展，它已在我国现代化建设的各个领域中担任着重要角色，其中最突出的是防洪减灾、水资源利用管理、水环境和水土保持、水利水电工程建设管理等领域，尤其是防洪减灾领域，GIS更是不可或缺的关键技术支撑[2]。目前我国已初步引入了防汛决策支持系统、灾情评估系统、灾害风险分析系统、城市防洪系统等基于GIS技术的大型应用系统，并在防洪减灾工作中发挥着重要作用。
尽管GIS技术已经广泛应用于防洪防洪减灾工作中，但其应用仍然有着很多不足，需要在今后的实践中不断完善和发展。首先，我国的防洪减灾系统多以小区域的防洪工作为主，在大型流域范围内的防洪工作仍未实现体系化，应用经验十分有限；其次，当前的GIS系统对硬件要求很高，需要投入很大成本才能保持系统的运营，大大提高了防洪成本，这给国家财政带来了很大的挑战；最后，目前较多使用的是国外发达国家研发的GIS系统，而国产的GIS系统虽然也实现了初步应用，但其性能和可靠性与国外的成熟产品还有很大的差距。因此，我国要真正实现防洪减灾的全面信息化还有很长的路要走。
3ArcGIS在城市防洪系统中的应用
3.1ArcGIS概述
ArcGIS是由美国研发的一款地理信息系统软件，具有二次开发方便、空间分析能力强大、数据格式简洁等特点，在三维可视化应用和大型系统建模等方面有着很强的优势。ArcGIS系统具有ArcGlobe和ArcScene两个功能强大的三维场景展示平台，可以借助计算机图形学和图像处理技术把三维空间的复杂对象以适合于人眼进行观察的图像显示在屏幕上，同时允许操作者与之进行交互。其中前者对矢量、栅格数据的处理比较方便，适用于数据量大的复杂空间展示，效果生动逼真，应用较为广泛[3]。在实际的应用场合中，ArcGIS系统通常与三维数字建模技术、纹理映射技术、大数据处理技术、卫星遥感技术等先进技术配合使用，以满足更复杂的应用需求[4]。
3.2区域数据采集
地形数据是城市防洪系统的重要原始数据，考虑到城市地形不可能是完全平整的，因此地形的三维可视化建模非常关键，一般采用数字高程模型（DEM）对地形进行建模[5]。为了节省实地测量的时间和精力，本系统参考了国际科学数据服务平台网站数据库中的DEM数据，其空间分辨率可达90米，数据投影采用UTM/WGS84坐标系。在网站中输入某市的经纬度坐标即可得到大致的地形数据，再通过在ArcGIS系统的SpationalAnalysttools对原始地形数据进行范围裁剪，最后获得了研究区域的DEM数据。
实体数据是三维数字建模中的必要信息，在三维建模前必须获得区域实体的几何、纹理、高度等数据。考虑到城市建筑等实体的数据获取难度太大，所以本文采用相应区域的地形纹理数据对其进行近似，纹理数据来源于GoolgeEarth。
3.3三维地形建模
为了对某市防洪系统进行模拟，对该市进行三维地形建模是必要前提。从当前的技术来看，三维地形建模可以通过三类方法实现，分别是三维建模软件（如3DMAX）、二维数据与高程信息叠加、以及数字摄影测量。其中第一类视觉效果极佳，但地理属性不易表达；第二类对于细节的呈现有所欠缺，因而只适用于小区域建模；第三类可确定真实性与精度，但投资过高。综合考虑精度与成本因素，本文采用了二维数据与DEM叠加，再结合遥感图像实现三维地形的建模。如图1所示。
图1DEM模型3.4洪水演进模拟
根据气象部门和水利部门的多年历史统计数据得知，某市从-年间现过6次不同程度的洪水淹没情况，其中年最大洪峰流量超过m3/s，是典型的十年一遇洪水灾害。本文将对该次洪水的淹没过程进行三维模拟，以研究其洪水特性和演化过程。
洪水演进模拟是一个复杂的数学迭代过程，因此对原始数据的质量有较严格的要求。一般要求二维的地形数据满足完整性、一致性、准确性等要求，对于三维空间数据，还应保证其空间关系和多源数据的一致性。为了最大程度地保证地形模型的真实性，本文对于复杂的局部地形采用了调整实体下脚点、同时细化DEM网格的方法对模型进行了修正，使洪水演进的模拟更加符合实际。
据历史数据显示，该次洪水持续了50天，共经历了6次演化，是近几年来比较罕见的慢演进速度洪水灾害。为了更直观生动地展示该次洪水的演化过程，本文采用了ArcScene平台的动画功能对洪水的演化行为进行模拟，通过对相应属性的动画轨迹进行控制，即可实现三维模型中某些实体对象的属性变化。本文对洪水水位线分别为米、米、米和米时的淹没范围进行了模拟，如图2所示。
（a）（b）（c）（d）图2洪水水位线为（a）、（b）、（c）、（d）米时的淹没范围
根据地形数据得知，该区域的总体地势情况是西北高、东南低，因此积水现象是在东南方向开始出现的，随着洪水水位的升高，逐步向西北方向淹没，这与模拟的结果是一致的。当洪水水位上升到米时，区域东部表现为严重的洪水淹没，但西部由于地势较高受到影响还不算严重，此时可组织救援力量进行人员和物资的抢救、转移，以减小人员伤亡和经济损失；当洪水水位上升到某个区域基本被洪水吞噬，此时开展救灾活动将非常困难，必然会造成不可挽回的损失。
根据上述模拟结果，在ArcGIS系统还可以进一步研究洪水的演进路线和洪水总量计算等问题，为城市防洪减灾工作提供全面的决策支持和实践指导。
4结语
本文对GIS技术在我国城市防洪系统中的应用进行了深入的研究，并根据历史统计数据，采用ArcGIS系统实现了对某城市区域的洪水演化过程进行了模拟，为防洪减灾工作提供了有价值的思路。虽然GIS技术已经广泛应用于防洪防洪减灾工作中，但其应用仍然有着很多不足，特别是国产的GIS系统在性能和可靠性方面与国外成熟产品的差距。因此，我国要真正实现防洪减灾的全面信息化还有很长的路要走。随着城市化进程的不断推进，我国GIS技术将得到更快的发展，也将在城市防洪体系中发挥着更加重要的作用，为我国经济发展保驾护航。
参考文献
[1]王丽娜.基于GIS的防洪保护区洪水模拟与避险转移方案优化研究[D].天津大学,.
[2]周玲霞,李红,张少杰等.基于GIS的防汛抢险信息系统开发与应用[J].地理空间信息,,14(6):59-61.
[3]姜世勇.三维GIS在防汛工作中的应用[J].数字技术与应用,(1):90-90.
[4]杨瑞.探究GIS地理信息系统应用于防洪减灾工作[J].科学导报,(17).
[5]韩维喆.基于GIS技术在洪水淹没灾害中的应用[J].工程技术:全文版,(7):-.
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