水利信息化現(xiàn)狀及解決方案

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中圖分類號(hào)：P208文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672－1683（2003）02－0026－03

1 水利信息化現(xiàn)狀

水利行業(yè)作為一個(gè)有著悠久歷史，同時(shí)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(jī)，但仍存在不少問題。

（1）信息的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化工作相對(duì)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(hù)水環(huán)境。隨著水資源管理和水環(huán)境保護(hù)問題的日益突出，需要開發(fā)的水利信息資源越來越多，對(duì)信息的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性要求越來越高，但信息的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化工作相對(duì)滯后，加上系統(tǒng)的維護(hù)管理經(jīng)費(fèi)渠道始終未得到很好地解決，致使目前我國(guó)在水利信息資源的開發(fā)利用和信息服務(wù)方面，與國(guó)際的差距有逐漸拉大的趨勢(shì)。主要表現(xiàn)在未能應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)及時(shí)為政府和社會(huì)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(duì)信息工作的認(rèn)識(shí)不到位。水利系統(tǒng)的干部和職工對(duì)信息化工作的重要性有了一定的認(rèn)識(shí)，但還有一部分員工對(duì)信息化工作認(rèn)識(shí)不足，缺乏緊迫感；沒有形成統(tǒng)一的建設(shè)機(jī)制，水利信息化普及程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(duì)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(shí)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(gè)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(gè)又一個(gè)的“信息孤島”。2）從事水利信息化產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)的相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)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(shí)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(guó)家某些投資政策和項(xiàng)目管理制度不太適應(yīng)信息化建設(shè)要求，導(dǎo)致長(zhǎng)期以來在水利信息化建設(shè)方面的投入嚴(yán)重不足。水利信息系統(tǒng)的建設(shè)和管理，本身是一個(gè)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(duì)伍的人才缺乏、技術(shù)儲(chǔ)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(yùn)而生?！皵?shù)字水利”是一個(gè)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(tái)，是對(duì)真實(shí)水文水利過程的數(shù)字化重現(xiàn)，它把水活動(dòng)的自然演變搬進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室和計(jì)算機(jī)，成為真實(shí)水利的虛擬對(duì)照體。“數(shù)字水利”是由各種信息的數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、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(duì)不同時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索、分析，透視水文環(huán)境要素的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)數(shù)字仿真預(yù)演?！皵?shù)字水利”的應(yīng)用不僅僅局限在防洪抗旱，它還能夠?yàn)榱饔騼?nèi)水量調(diào)度、水土流失監(jiān)測(cè)、水質(zhì)評(píng)價(jià)等提供決策支持服務(wù)；能夠?yàn)樗こ踢\(yùn)行、水利電子政務(wù)和水利勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)等提供信息服務(wù)；能夠?yàn)槿丝?、資源、生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供決策支持；能夠?yàn)槿司迎h(huán)境、社區(qū)規(guī)劃、社會(huì)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(jì)算機(jī)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(jī)會(huì)，終將對(duì)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(gè)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(diǎn)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(cè)和其他傳感器自動(dòng)采集、云臺(tái)攝像、手工輸入、通過數(shù)據(jù)接口自動(dòng)獲取等；具體的采集內(nèi)容、手段、采集地點(diǎn)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(shí)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?yàn)槊鎸?duì)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(zhǔn)，以便為上級(jí)或下級(jí)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(jìn)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(jì)分析、虛擬仿真、預(yù)報(bào)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(jìn)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(jí)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(jí)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(jí)水利系統(tǒng)成為一個(gè)有機(jī)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(zhǔn)體系以及最新的技術(shù)，保證整個(gè)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、有效的運(yùn)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(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。根據(jù)水利工作的實(shí)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(huì)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建立的前提下，可以利用遙測(cè)數(shù)據(jù)、遙感圖片等進(jìn)行相應(yīng)的暴雨預(yù)報(bào)、洪水預(yù)報(bào)、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(bào)、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(guó)政府的關(guān)注。洪水不僅是災(zāi)害，同時(shí)，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(cè)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(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算，可以快速、準(zhǔn)確的獲得同一時(shí)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(shí)也可以根據(jù)地面旱情固定、流動(dòng)監(jiān)測(cè)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(kù)及地理數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，采用相關(guān)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，評(píng)價(jià)水資源量、預(yù)測(cè)水資源量、對(duì)水資源進(jìn)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(kù)及地理數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，采用相關(guān)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，評(píng)價(jià)水質(zhì)、預(yù)測(cè)模擬水質(zhì)變化、計(jì)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(kù)和地理數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，利用水土流失評(píng)價(jià)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(kù)，為水土流失的評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)提供強(qiáng)大的決策支持。水土保持決策支持系統(tǒng)的研究不僅對(duì)土壤侵蝕的評(píng)價(jià)提供科學(xué)方法，水土保持決策支持系統(tǒng)與實(shí)時(shí)水保監(jiān)測(cè)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(shí)施。

3.3.6 水利綜合會(huì)商系統(tǒng) 水利綜合會(huì)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(huì)商環(huán)境，便于會(huì)商人員迅速地作出科學(xué)決策，下達(dá)會(huì)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(yǔ)

（1）“數(shù)字水利”是未來中國(guó)水利事業(yè)發(fā)展的方向。只有在各種先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合水利行業(yè)特點(diǎn)，打造具有中國(guó)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(huì)；

（2）“數(shù)字水利”的發(fā)展不是一蹴而就的，是一個(gè)長(zhǎng)期的漫長(zhǎng)的過程，在這個(gè)過程中，需要各行業(yè)進(jìn)行緊密配合，才有可能達(dá)到目的；

（3）“數(shù)字水利”是一個(gè)開發(fā)動(dòng)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(yùn)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(jìn)性；

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

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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