水利信息化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及前景展望

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摘　要：在當前信息技術(shù)發(fā)展水平的基礎(chǔ)上，論文重點介紹了地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)、遙感、虛擬現(xiàn)實、衛(wèi)星定位系統(tǒng)等信息技術(shù)在水利領(lǐng)域的應(yīng)用情況，分析了信息技術(shù)在水利信息化應(yīng)用進程中存在的問題和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù)；水利信息化；現(xiàn)狀；發(fā)展前景 Application Situation and Outlook for Water ResourcesInformatization Technology Abstract:The paper makes an introduction on current information technologies,with an emphasis on applicationsof GIS,database,network,remote sensing,virtual reality and satellite positioning system in the?eld of water resources.The paper also gives an analysis about existing problems as well as development prospect of information technologiesapplication in water resources informatization process. Key words:information technology;water resources informatization;situation;development prospect   前言 水是社會生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，是社會必不可少的重要資源，能為人類創(chuàng)造優(yōu)美的生存環(huán)境，水環(huán)境是各類水生物賴以生存的場所，同時水在特定條件下又可能轉(zhuǎn)化為災(zāi)害，成為社會發(fā)展的約束，甚至?xí)乐赝{人類的生存。因此，社會的發(fā)展史就是依賴和利用水資源并與水災(zāi)害不斷斗爭的歷史，也是長期以來從事江河治理和水利建設(shè)取得輝煌成就的歷史。到了21世紀，社會發(fā)展進入了信息化時代，處于信息化技術(shù)飛速發(fā)展的時期，人們工作生活無時無刻不處在信息化的氛圍中，離開信息化的環(huán)境是難以想象的。同時，我國是世界上人均水資源量較少、洪水災(zāi)害發(fā)生較為頻繁的國家之一，隨著現(xiàn)代社會和經(jīng)濟的發(fā)展，我國面臨水旱災(zāi)害、水環(huán)境惡化、水資源短缺、生態(tài)環(huán)境退化、水管理相對落后的形勢日益嚴峻，迫切需要科學(xué)的治水思路、方法和技術(shù)，現(xiàn)代高新技術(shù)的飛速發(fā)展和新理論、新方法的不斷涌現(xiàn)為提高治水技術(shù)和科學(xué)管理水平提供了條件。因此，信息現(xiàn)代化，行業(yè)數(shù)字化，水利信息化，是水利事業(yè)發(fā)展的必然趨勢。信息技術(shù)日新月異，以超出常人想象的速度飛速發(fā)展，為水利工作提供了強大的技術(shù)支持。從廣義的信息技術(shù)來說，主要包括：地理信息系統(tǒng)（GIS）、數(shù)據(jù)庫（DB）、遙感（RS）、虛擬現(xiàn)實（VR）、網(wǎng)絡(luò)（Web）等軟件技術(shù)；筆記本電腦、臺式機、服務(wù)器、圖形工作站等硬件技術(shù)；光纜、交換機、GPS等通訊技術(shù)；傳感器信息采集技術(shù)；水情預(yù)測預(yù)報技術(shù)；水情模擬分析等仿真計算技術(shù)等。通常我們提到的信息技術(shù)應(yīng)用主要指的是軟件技術(shù)的應(yīng)用，包括GIS、DB、RS、VR、Web等，或是軟硬件結(jié)合的信息技術(shù)。水利信息化技術(shù)應(yīng)用主要包括：辦公自動化、防汛抗旱指揮、水情測報、水務(wù)管理、水資源管理、決策支持、防汛會商、信息服務(wù)等應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)信息技術(shù)為水利建設(shè)和管理服務(wù)。下面重點介紹較為廣泛應(yīng)用的信息技術(shù)在水利行業(yè)中的應(yīng)用情況[1]。 1　水利信息化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀 1.1　地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用 地理信息系統(tǒng)（GIS）功能十分強大，應(yīng)用十分廣泛，遍及各行各業(yè)。在水利行業(yè)GIS技術(shù)得到廣泛應(yīng)用已經(jīng)有10多年了，并且逐步發(fā)揮了巨大的作用，其主要體現(xiàn)在地理位置確定、地理信息展示、行業(yè)信息展示、信息統(tǒng)計分析及功能集成等方面。 主要應(yīng)用介紹如下：（1）基礎(chǔ)地理信息管理。GIS技術(shù)基本功能是反映地理坐標，并通過地理坐標確定有關(guān)信息的坐標和相對位置。從信息管理方面水利行業(yè)與其他許多領(lǐng)域一樣，首先要求得到基礎(chǔ)地理信息，如：地形、地貌、河流、水系、行政區(qū)、交通等信息。（2）水利專題信息展示。在基礎(chǔ)GIS平臺上6水利信息化2010,(2)展示水利專題信息，主要包括：水庫、堤防、蓄滯洪區(qū)、水閘、測站等水利工程信息，和雨情、水情、災(zāi)情等水情信息及水利管理信息。將這些信息在GIS平臺中分類、分圖層、分區(qū)域展示。（3）統(tǒng)計分析功能運用。GIS技術(shù)的分析功能十分強大，在水利工作中發(fā)揮了重要作用，如降雨分布信息、水資源量統(tǒng)計、洪水淹沒面積計算、受災(zāi)面積和人口財產(chǎn)統(tǒng)計等。這些分析結(jié)果為水情預(yù)報、防汛會商決策、水量調(diào)度等提供了較為可靠詳實的數(shù)據(jù)支持，初步實現(xiàn)了在水利及防汛工作中對雨情、水情、災(zāi)情的粗略估算向定量分析轉(zhuǎn)變。（4）系統(tǒng)集成功能。GIS作為地理信息管理基礎(chǔ)平臺，系統(tǒng)集成功能是其重要的基本功能之一。常用的GIS集成主要有相關(guān)功能模塊和相關(guān)專業(yè)模型的集成。集成功能模塊包括：信息服務(wù)、數(shù)據(jù)庫、圖形庫、防汛會商、防汛值班及部分辦公自動化等功能模塊；集成專業(yè)模型包括：氣象預(yù)報、水文預(yù)報、水動力學(xué)計算、水庫調(diào)度等模型。（5）空間三維GIS技術(shù)應(yīng)用。GIS技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用歷經(jīng)了從二維平面GIS平臺到三維空間立體GIS平臺的過程，隨著三維空間GIS技術(shù)的日益成熟，三維空間GIS技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛。三維GIS技術(shù)的主要特點是在GIS平臺中展現(xiàn)空間立體環(huán)境，并在三維環(huán)境中展示與管理相關(guān)信息。地理信息系統(tǒng)雖然功能強大，應(yīng)用廣泛，但是地理信息系統(tǒng)技術(shù)還處在迅速發(fā)展階段，在應(yīng)用過程中存在信息不夠詳細、圖標不夠完善、分析功能有限等問題，而且國外GIS產(chǎn)品價格較高，國內(nèi)GIS產(chǎn)品功能不夠全面，因此地理信息系統(tǒng)技術(shù)在水利信息化建設(shè)的實際應(yīng)用中還有一定的局限性，有待不斷發(fā)展和完善。 1.2　數(shù)據(jù)庫技術(shù) 應(yīng)用數(shù)據(jù)庫（DB）技術(shù)是信息技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的核心內(nèi)容之一，是水利信息化建設(shè)的基礎(chǔ)，幾乎所有的水利信息系統(tǒng)建設(shè)都離不開數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用。數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用主要包括數(shù)據(jù)存貯和管理。目前，已經(jīng)完成了國家級水情數(shù)據(jù)庫建設(shè)，實現(xiàn)了對國家重點關(guān)心的降雨信息、水情監(jiān)測信息和歷史水情信息進行查詢與管理，流域和省級水情數(shù)據(jù)庫建設(shè)正在緊鑼密鼓的進行中，部分有條件的省市已率先完成了水情數(shù)據(jù)庫建設(shè)，制定了國家防汛工情數(shù)據(jù)庫建設(shè)規(guī)范，正在進行工情數(shù)據(jù)的入庫工作；部分省市正在根據(jù)國家規(guī)范開展工情數(shù)據(jù)庫建設(shè)工作；部分地區(qū)根據(jù)需要建立了洪災(zāi)災(zāi)情信息管理數(shù)據(jù)庫，以及根據(jù)防汛指揮系統(tǒng)和防汛決策支持系統(tǒng)建設(shè)需要建立了系統(tǒng)專用數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫技術(shù)的運用和推廣，進一步推動了防洪減災(zāi)信息管理的規(guī)范化，使信息存儲、更新和查詢更加方便，并且為數(shù)據(jù)挖掘奠定了基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)在水利信息化建設(shè)與管理中應(yīng)用較為成熟，為水利信息的數(shù)據(jù)管理提供了強大的支持，但是隨著水利信息化建設(shè)中數(shù)據(jù)量的膨脹式增加，國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品對海量數(shù)據(jù)的管理還存在一定的不足。 1.3　網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 應(yīng)用信息化水平的主要標志之一是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運用水平，水利信息化建設(shè)亦是如此，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為氣象、水情、工情、旱情、水質(zhì)、生態(tài)、災(zāi)情等信息，以及水利管理信息的傳輸、共享、分析、管理和發(fā)布提供了強力的技術(shù)支撐。計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)成為我國水利工作中信息采集、傳輸、處理和共享的重要手段。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍的需要建設(shè)有局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通訊安全保障的需求分為公共網(wǎng)絡(luò)和水利專網(wǎng)；根據(jù)信息傳輸是否有線分為有線網(wǎng)和無線網(wǎng)。國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)一期工程關(guān)于計算機網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主要任務(wù)是依托公網(wǎng)資源和已建的防汛通信專網(wǎng)，組建國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)一期工程計算機網(wǎng)絡(luò)。主要包括：一期工程骨干網(wǎng)，建設(shè)中央網(wǎng)絡(luò)中心與7個流域機構(gòu)、31個省（自治區(qū)、直轄市）和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團防汛抗旱部門之間的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；一期工程流域省區(qū)網(wǎng)（可研報告中的地區(qū)網(wǎng)）：建設(shè)流域和?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）與所轄的125個水情分中心、4個工情分中心、28個旱情試驗站（分中心）、4個重點工程管理局之間的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；一期工程城域網(wǎng)（可研報告中的園區(qū)網(wǎng)）：建設(shè)同城異地辦公的同級水文、防汛抗旱部門及網(wǎng)絡(luò)中心之間的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；一期工程部門網(wǎng)：建設(shè)31個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）水情、工情中心及4個重點工程局的局域網(wǎng)；建設(shè)中央、7個流域機構(gòu)、31個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團網(wǎng)絡(luò)中心；建設(shè)一期工程網(wǎng)絡(luò)管理、服務(wù)及安全系統(tǒng)[2]。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)除了以通訊傳輸技術(shù)為主的計算機網(wǎng)絡(luò)硬件技術(shù)以外，網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)也是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的重要內(nèi)容之一，通常談到的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)是指網(wǎng)絡(luò)化軟件的開發(fā)和應(yīng)用，即是指具有網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能的Web技術(shù)而不是廣義的IT技術(shù)。Web技術(shù)的應(yīng)用起步于2000年前后，此后國家各級各部門編制的網(wǎng)絡(luò)化軟件系統(tǒng)主要采用Web技術(shù)。例如各級防汛指揮、水情測報、決策支持、信息服務(wù)、會商管理、辦公自動化等系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)化軟件系統(tǒng)部分都是基于Web技術(shù)的。計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為水利信息共享和交換提供了條件，作用重大、效果顯著，但是由于信息量逐步增加，網(wǎng)絡(luò)容量有限，信息傳輸和交換速度往往難以滿足實際應(yīng)用的需求；再者，互連網(wǎng)穩(wěn)定性不足，系統(tǒng)較為脆弱，可靠性不夠強，如某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障就會影響整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運行。因此網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用還應(yīng)該全面考慮出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障后的應(yīng)急解決方案。 1.4　遙感技術(shù) 應(yīng)用隨著遙感技術(shù)（RS）的發(fā)展，影像識別精度的提高、數(shù)據(jù)處理能力的增強、影像獲取成本的降低，遙感技術(shù)在水利信息化建設(shè)中的作用日趨重要。遙感影像的來源渠道較多，有美國、日本、法國、印度等國外的遙感影像產(chǎn)品，也有我國自己的遙感影像產(chǎn)品或者航片，遙感技術(shù)的應(yīng)用主要是通過接收或購置遙感影像數(shù)據(jù)，確定洪、旱災(zāi)害的位置、識別洪水淹沒情況和受災(zāi)情況、分析旱災(zāi)影響范圍和受災(zāi)面積、評估可能受到的災(zāi)情影響，以及根據(jù)遙感影像分析河流水質(zhì)變化和水土保持狀況，為防汛指揮、救災(zāi)活動、環(huán)境保護、生態(tài)建設(shè)提供信息支持。近年來，由于7大流域和部分省市已經(jīng)建成一定精度的三維空間地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺，將遙感影像成果與三維平臺相結(jié)合，不僅直觀展示水利信息，還可以進一步分析可能的發(fā)展趨勢，為水利建設(shè)與管理提供高水平的信息支持。 1.5　虛擬現(xiàn)實技術(shù) 應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）是利用計算機技術(shù)生成逼真的三維虛擬環(huán)境。虛擬現(xiàn)實技術(shù)最重要的特點就是“逼真感”與“交互性”。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以創(chuàng)造形形色色的人造現(xiàn)實環(huán)境，其形象逼真，令人有身臨其境的感覺，并且與虛擬的環(huán)境可進行交互作用[1]。 現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實技術(shù)在水利信息化建設(shè)中的應(yīng)用日漸廣泛。（1）構(gòu)建防洪工程的三維虛擬模型，如大壩、堤防、水閘等三維虛擬模型，實現(xiàn)了防洪工程三維空間示景；（2）洪水流動和淹沒的三維動態(tài)模擬，實現(xiàn)了三維空間場景中的洪水演進動畫過程，三維場景中洪水淹沒情況的虛擬展示；（3）防洪工程規(guī)劃中樞紐布置三維虛擬模型，包括大壩、泄洪洞、發(fā)電廠、變電站等，為工程規(guī)劃提供直觀三維視覺效果場景；（4）云層和降雨效果渲染三維虛擬模型，模擬云層流動、降雨過程等動態(tài)效果；等等。由于虛擬建模過程工作量較大，占用計算機空間較大，三維虛擬模型與地理信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的耦合運用還不夠完善，有關(guān)應(yīng)用還處在局部范圍，現(xiàn)階段沒有大規(guī)模推廣應(yīng)用。 1.6　衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術(shù) 應(yīng)用衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）應(yīng)用是隨著GIS、Web和RS等信息技術(shù)的應(yīng)用而發(fā)展起來的。防洪決策、搶險救災(zāi)，都需要了解險情、災(zāi)情發(fā)生的準確位置，雖然擁有了地理信息系統(tǒng)平臺和衛(wèi)星遙感影像，但是災(zāi)情的位置仍然難以確定，“5.12”抗震救災(zāi)行動中就出現(xiàn)過類似的窘境，因此利用GPS技術(shù)將災(zāi)情發(fā)生的位置和GIS平臺及RS影像有效連接起來，實現(xiàn)災(zāi)區(qū)和災(zāi)情的準確定位意義重大。另一方面，利用GPS和通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，將險情和災(zāi)情信息及時傳達或通知到相關(guān)負責人，大大提高搶險救災(zāi)效率，有關(guān)應(yīng)用在浙江、福建、廣東等地區(qū)十分普遍。在水利信息化建設(shè)中GPS對河流、工程等有關(guān)信息的定位與管理發(fā)揮了重要作用。由于衛(wèi)星定位系統(tǒng)通訊容量有限，對于數(shù)據(jù)量較大的水情和災(zāi)情信息傳輸速度較慢，普及應(yīng)用受到一定限制。 2　水利信息化技術(shù)應(yīng)用前景 社會在發(fā)展，科技在進步，經(jīng)濟在增長，投資在加大，在水利信息化建設(shè)過程中雖存在這樣或那樣的問題和不足，但信息化建設(shè)仍然發(fā)展迅速，取得了驚人的階段性成就，而且隨著信息化建設(shè)進程和國家投資力度的不斷加大，水利信息化技術(shù)的應(yīng)用前景更加美好。 2.1　社會發(fā)展對信息技術(shù)的應(yīng)用提出更高要求 社會的發(fā)展是一個變加速的進程，安全保障日益得到重視，在建設(shè)和諧社會和以人為本的社會理念指導(dǎo)下，保護生命安全和環(huán)境安全的要求放到治水工作的首要位置。水利信息化建設(shè)對防災(zāi)減災(zāi)、環(huán)境保護、水資源管理、工程管理，進一步提高我國科學(xué)治水水平，建立人與水和諧的社會與環(huán)境，發(fā)揮著十分重要的作用。加快水利信息化技術(shù)的推廣與應(yīng)用，推進水利信息化建設(shè)是社會發(fā)展的必然需求。 2.2　信息技術(shù)進步為水利信息化建設(shè)創(chuàng)造條件 DB、GIS、Web、RS、GPS等信息技術(shù)的飛速發(fā)展和進步，為基于信息技術(shù)發(fā)展的水利信息化建設(shè)和完善提供了技術(shù)保障。國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)建設(shè)是前沿信息技術(shù)在防汛抗旱領(lǐng)域的應(yīng)用，先進成熟的信息技術(shù)成果為防汛抗旱、水資源管理、環(huán)境與生態(tài)建設(shè)等水利行業(yè)的信息監(jiān)測、傳輸、存儲、查詢、檢索、分析與展示提供了技術(shù)條件，使水利信息化推動水利現(xiàn)代化成為可能。 2.3　專業(yè)模型技術(shù)改進為信息技術(shù)應(yīng)用提供技術(shù)支持 水利信息化建設(shè)的主要內(nèi)容之一是決策支持系統(tǒng)建設(shè)，而決策支持系統(tǒng)建設(shè)的重要依據(jù)是水情、旱情、災(zāi)情等信息的分析成果，這些分析成果主要來源于氣象預(yù)測預(yù)報、洪水預(yù)測預(yù)報、洪水演進分析模型系統(tǒng)、洪水調(diào)度模型系統(tǒng)、潰壩分析、旱情分析、水資源管理、水質(zhì)、環(huán)境評估等專業(yè)模型系統(tǒng)。近年來，有關(guān)專業(yè)模型技術(shù)得到了逐步改進和完善并隨著計算機技術(shù)的發(fā)展為復(fù)雜的模擬分析計算提供了條件。專業(yè)模型技術(shù)的發(fā)展為決策支持系統(tǒng)建設(shè)的實用性提供了強有力的技術(shù)支撐，是水利信息化建設(shè)與發(fā)展的堅強后盾。 2.4　經(jīng)濟發(fā)展為水利信息化技術(shù)應(yīng)用提供了資金保障 改革開放以來，我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，國力得到了大大增強，人民生活得到了重大改善，為了人們生命安全、社會穩(wěn)定、環(huán)境保護、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，各級政府有能力、有條件投入更多的資金進行水利信息化建設(shè)事業(yè)。近10多年來，國家投入防汛抗旱指揮系統(tǒng)建設(shè)的資金與10年前相比增加了數(shù)10倍，而且更加重視水資源利用和生態(tài)環(huán)境等領(lǐng)域的信息化建設(shè)。隨著經(jīng)濟的進一步發(fā)展和人民生活水平的逐步提高，信息系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)費投入會持續(xù)增加，水利信息化技術(shù)應(yīng)用會更加廣泛。 3　小結(jié) 本文重點介紹了GIS、DB、Web、RS、VR、GPS等信息技術(shù)在我國水利信息化建設(shè)中的應(yīng)用情況及其存在不足，論述了水利信息化技術(shù)的發(fā)展條件和應(yīng)用前景。此外，三維建模、多媒體、圖形處理、動畫、幻燈片制作等計算機技術(shù)在水利信息化進程中也發(fā)揮了重要作用?？傊畔⒓夹g(shù)的飛速發(fā)展與推廣應(yīng)用為我國水利現(xiàn)代化進程注入了催化劑，提高了水利行業(yè)的技術(shù)水平，推動了水利事業(yè)的發(fā)展，縮短了我國與世界發(fā)達國家在水利信息化方面的差距，發(fā)展?jié)摿薮?，?yīng)用前景廣闊。   參考文獻 [1]苑希民，萬洪濤，劉媛媛，等.全國和七大流域三維電子江河系統(tǒng)建設(shè)成果報告[R].北京：中國水利水電科學(xué)研究院，2006. 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