水利信息化現(xiàn)狀及解決方案

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中圖分類號：P208文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672－1683（2003）02－0026－03

1 水利信息化現(xiàn)狀

水利行業(yè)作為一個有著悠久歷史，同時也是信息十分密集的行業(yè)，其信息化工作開始于“七五”期間，至今已取得了可喜的成績，但仍存在不少問題。

（1）信息的標(biāo)準化和規(guī)范化工作相對滯后。水利工作的三大任務(wù)是防治洪澇災(zāi)害，解決干旱缺水和治理改善保護水環(huán)境。隨著水資源管理和水環(huán)境保護問題的日益突出，需要開發(fā)的水利信息資源越來越多，對信息的準確性和實時性要求越來越高，但信息的規(guī)范化和標(biāo)準化工作相對滯后，加上系統(tǒng)的維護管理經(jīng)費渠道始終未得到很好地解決，致使目前我國在水利信息資源的開發(fā)利用和信息服務(wù)方面，與國際的差距有逐漸拉大的趨勢。主要表現(xiàn)在未能應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)及時為政府和社會公眾提供全方位的信息服務(wù)及信息化的質(zhì)量還不能適應(yīng)水利現(xiàn)代化的需要。

（2）對信息工作的認識不到位。水利系統(tǒng)的干部和職工對信息化工作的重要性有了一定的認識，但還有一部分員工對信息化工作認識不足，缺乏緊迫感；沒有形成統(tǒng)一的建設(shè)機制，水利信息化普及程度還遠遠不夠，甚至部分單位還沒有統(tǒng)一的規(guī)劃和明確的發(fā)展目標(biāo)。

（3）水利信息化發(fā)展水平不高。主要表現(xiàn)在：

1)從事水利信息化規(guī)劃的相關(guān)人員對IT技術(shù)發(fā)展把握不夠深，造成了隨著IT技術(shù)的飛速發(fā)展，大量剛剛完成的信息化應(yīng)用建設(shè)已經(jīng)不能適應(yīng)信息時代的要求，成了落后的產(chǎn)品。此外，整體性規(guī)劃的不完善或?qū)嵤┎焕鴮?dǎo)致各個系統(tǒng)的兼容性差，信息流不暢，致使信息化的大量投入所建設(shè)的僅是一個又一個的“信息孤島”。2）從事水利信息化產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)的相關(guān)機構(gòu)對行業(yè)應(yīng)用理解不夠深，造成了水利信息化產(chǎn)品的易用性、實用性差，甚至無法推廣或交付使用。3）信息化發(fā)展的保障條件不足。水利信息化工作面廣、量大，信息化技術(shù)發(fā)展快，而現(xiàn)在國家某些投資政策和項目管理制度不太適應(yīng)信息化建設(shè)要求，導(dǎo)致長期以來在水利信息化建設(shè)方面的投入嚴重不足。水利信息系統(tǒng)的建設(shè)和管理，本身是一個龐大和復(fù)雜的系統(tǒng)工程，但目前在水利系統(tǒng)還沒有形成一套完整的管理制度、管理措施和管理辦法。此外，水利信息化隊伍的人才缺乏、技術(shù)儲備不足也是急需解決的問題。

2 數(shù)字水利的定義

隨著“數(shù)字地球”這一概念的提出，“數(shù)字水利”也應(yīng)運而生?！皵?shù)字水利”是一個以空間信息為基礎(chǔ)，融合各種水文模型和水利業(yè)務(wù)的專業(yè)化系統(tǒng)平臺，是對真實水文水利過程的數(shù)字化重現(xiàn)，它把水活動的自然演變搬進了實驗室和計算機，成為真實水利的虛擬對照體?！皵?shù)字水利”是由各種信息的數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、模擬和決策等子系統(tǒng)構(gòu)成的龐大系統(tǒng)。可以根據(jù)不同需要，對不同時間的數(shù)據(jù)進行檢索、分析，透視水文環(huán)境要素的變化規(guī)律，實現(xiàn)數(shù)字仿真預(yù)演。“數(shù)字水利”的應(yīng)用不僅僅局限在防洪抗旱，它還能夠為流域內(nèi)水量調(diào)度、水土流失監(jiān)測、水質(zhì)評價等提供決策支持服務(wù)；能夠為水利工程運行、水利電子政務(wù)和水利勘測規(guī)劃設(shè)計等提供信息服務(wù)；能夠為人口、資源、生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供決策支持；能夠為人居環(huán)境、社區(qū)規(guī)劃、社會生活等方面提供全面的信息服務(wù)，提高人們的生活質(zhì)量。

3 數(shù)字水利解決方案

3.1 概述

計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子技術(shù)、3S技術(shù)、水文模型技術(shù)的飛速發(fā)展給“數(shù)字水利”帶來了前所未有的大好機會，終將對水利信息的采集、處理和共享的方式都產(chǎn)生了很大的影響(圖1)。

3.2 數(shù)字水利應(yīng)用系統(tǒng)組成

數(shù)字水利應(yīng)用系統(tǒng)主要由采集層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、表示層、接口層、支撐層七個部分組成（圖2）。

3.2.1 采集層 水利信息化系統(tǒng)是建立在信息基礎(chǔ)之上的，而這些信息的獲得需要通過不同手段和措施；這些獲得信息的手段和措施以及相應(yīng)的采集點就組成了采集層。采集層采集的內(nèi)容有氣象、水雨情、工情、旱情、圖像、水質(zhì)、地下水、水土保持等信息，采集手段包括遙感、遙測和其他傳感器自動采集、云臺攝像、手工輸入、通過數(shù)據(jù)接口自動獲取等；具體的采集內(nèi)容、手段、采集地點的布局等根據(jù)具體系統(tǒng)決定。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層為信息共享和數(shù)據(jù)傳輸提供基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)一般根據(jù)實際情況采用公網(wǎng)和專網(wǎng)相結(jié)合的方式。

3.2.3 數(shù)據(jù)層 數(shù)據(jù)層通過建立所有與水利相關(guān)的數(shù)據(jù)的模型或結(jié)構(gòu)，使應(yīng)用層能夠更方便、更快捷地獲得各種水利信息，產(chǎn)生各種水利應(yīng)用。因為面對的是海量的異構(gòu)的數(shù)據(jù)，還要兼顧直接的面向信息的應(yīng)用。此外，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立必須遵循相關(guān)標(biāo)準，以便為上級或下級系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口。

3.2.4 應(yīng)用層 應(yīng)用層建立在數(shù)據(jù)層的基礎(chǔ)之上，通過建立各種應(yīng)用模型如洪水演進模型、排水模型等，提供水利行業(yè)的各種應(yīng)用功能。如水利信息服務(wù)、統(tǒng)計分析、虛擬仿真、預(yù)報決策等。應(yīng)用層通過充分利用數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)以及最先進的信息技術(shù)如3S等，建立虛擬的數(shù)字水利，從而能夠更好的利用水利為人類服務(wù)。

3.2.5 表示層 表示層以瀏覽器為載體，直接向從事水利的各級人員提供其所需要的相關(guān)功能或信息服務(wù)。

3.2.6 接口層 接口層通過向各級水利系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)接口、數(shù)據(jù)接口和系統(tǒng)接口使各類信息得到充分共享，各級水利系統(tǒng)成為一個有機的整體，最終形成“數(shù)字水利”。

3.2.7 支撐層 支撐層通過相關(guān)的標(biāo)準體系以及最新的技術(shù)，保證整個系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、有效的運行。

3.3 決策支持系統(tǒng)

數(shù)字水利應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)的最終目的就是為防汛抗旱、水資源合理配置、水環(huán)境管理及水土保持等決策提供科學(xué)、準確的數(shù)據(jù)支持。根據(jù)水利工作的實際情況，水利決策支持系統(tǒng)包括：防汛決策支持系統(tǒng)、抗旱決策支持系統(tǒng)、水資源決策支持系統(tǒng)、水環(huán)境決策支持系統(tǒng)、水土保持決策支持系統(tǒng)、水利綜合會商系統(tǒng)等（圖3）。

3.3.1 防汛決策支持系統(tǒng) 防汛決策支持系統(tǒng)的建設(shè)是保障防汛抗洪工作有效和科學(xué)的前提條件，在實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建立的前提下，可以利用遙測數(shù)據(jù)、遙感圖片等進行相應(yīng)的暴雨預(yù)報、洪水預(yù)報、洪水調(diào)度等工作，可以提前為防汛抗洪工作做出指導(dǎo)性的預(yù)報、預(yù)警措施。當(dāng)前，水資源緊缺成為世界性問題，引起學(xué)術(shù)界和各國政府的關(guān)注。洪水不僅是災(zāi)害，同時，洪水調(diào)度已成為水資源研究的新課題，是“資源水利”的重要組成。

3.3.2 抗旱決策支持系統(tǒng) 抗旱決策支持系統(tǒng)有兩類數(shù)據(jù)源，一是遙感數(shù)據(jù)源、另一類是旱情監(jiān)測站采集的旱情信息數(shù)據(jù)。

抗旱決策支持系統(tǒng)在遙感圖片基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)的計算模型進行計算，可以快速、準確的獲得同一時期內(nèi)大范圍的土壤含水量信息以提供第一手的輔助決策資料。同時也可以根據(jù)地面旱情固定、流動監(jiān)測站采集的地下水埋深、土壤含水量、土壤溫濕度等數(shù)據(jù)，作為區(qū)域遙感數(shù)據(jù)校正的參考。

3.3.3 水資源決策支持系統(tǒng) 水資源決策支持系統(tǒng)在水資源數(shù)據(jù)庫及地理數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，采用相關(guān)的數(shù)學(xué)模型進行計算，評價水資源量、預(yù)測水資源量、對水資源進行優(yōu)化管理和科學(xué)調(diào)度。

3.3.4 水環(huán)境決策支持系統(tǒng) 水環(huán)境決策支持系統(tǒng)在水環(huán)境數(shù)據(jù)庫及地理數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，采用相關(guān)的數(shù)學(xué)模型進行計算，評價水質(zhì)、預(yù)測模擬水質(zhì)變化、計算水環(huán)境容量、控制規(guī)劃污染物總量。水環(huán)境決策支持系統(tǒng)將成為環(huán)境管理和環(huán)境執(zhí)法重要依據(jù)。

3.3.5 水土保持決策支持系統(tǒng) 水土保持決策支持系統(tǒng)是建立在水土流失數(shù)據(jù)庫和地理數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，利用水土流失評價及治理數(shù)學(xué)模型技術(shù)，采用智能決策支持系統(tǒng)的思想建立水土流失模型庫，為水土流失的評價及預(yù)測提供強大的決策支持。水土保持決策支持系統(tǒng)的研究不僅對土壤侵蝕的評價提供科學(xué)方法，水土保持決策支持系統(tǒng)與實時水保監(jiān)測系統(tǒng)的集成將為保障水土保持治理工程的科學(xué)性，并指導(dǎo)水保工程的規(guī)劃和實施。

3.3.6 水利綜合會商系統(tǒng) 水利綜合會商系統(tǒng)集中展示上述各種決策支持系統(tǒng)提供的關(guān)于防汛、抗旱、水資源、水環(huán)境、水土保持等數(shù)據(jù)，為水利部門主管領(lǐng)導(dǎo)提供集成的會商環(huán)境，便于會商人員迅速地作出科學(xué)決策，下達會商命令，以預(yù)防或盡量減少未來可能造成的各種損失。

4 結(jié)語

（1）“數(shù)字水利”是未來中國水利事業(yè)發(fā)展的方向。只有在各種先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合水利行業(yè)特點，打造具有中國特色的“數(shù)字水利”工程，才能更好更快地使水利事業(yè)服務(wù)于社會；

（2）“數(shù)字水利”的發(fā)展不是一蹴而就的，是一個長期的漫長的過程，在這個過程中，需要各行業(yè)進行緊密配合，才有可能達到目的；

（3）“數(shù)字水利”是一個開發(fā)動態(tài)的概念，也就是說隨著相關(guān)新技術(shù)的出現(xiàn)，它必然要運用“數(shù)字水利”中，這樣才能確?！皵?shù)字水利”工程的技術(shù)先進性；

（4）“數(shù)字水利”工程必須與“數(shù)字中國”乃至“數(shù)字地球”的發(fā)展方向保持一致，才能保持長久不衰的生命力。

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[4] 北京慧圖信息科技有限公司,數(shù)字水利解決方案白皮書[Z].

Actuality of the Informanization of China Water Conservancy and Solution

ZHAO Xiao－hu1,TIAN Chuan1, WEI Zhong－ya2,RUI Guo－zhen3

(1.Beijing Huitu Digital Water Conservancy Research Center,Beijing 100085; 2.Institute of RS and GIS of Peking University，Beijing 100871;3.No.247 Team of Northeast Bureau of Nuclear Industry,Tianjin 301800,China)

Abstract: During the past twenty years, there were some problems in the informanization of China water conservancy, at the same time; we have got more valuable experience. Modern technologies development in Computer, communication and networks provides Digitalizing Water Conservancy with a firm technical foundation and unprecedented developing Chance. Based on this, the thesis presents a whole set of solution to the informanization of water conservancy

Key words: informanization; digital water conservancy; decision supporting system