中國(guó)水利信息化現(xiàn)狀及解決方案

中國(guó)水利信息化現(xiàn)狀及解決方案

    摘要:中國(guó)水利在過(guò)去二十多年信息化過(guò)程中積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)今計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)中國(guó)的“數(shù)字水利”提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)和前所未有的發(fā)展機(jī)會(huì)。鑒此,論文提出了一整套水利信息化進(jìn)程中的解決方案。
    關(guān)鍵詞:信息化 數(shù)字水利 決策支持系統(tǒng)
    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(kāi)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(wèn)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(wèn)題的日益突出,需要開(kāi)發(fā)的水利信息資源越來(lái)越多,對(duì)信息的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性要求越來(lái)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(kāi)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(méi)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(méi)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�而�?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(kāi)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(wú)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(lái)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(méi)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(wèn)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(guò)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�！皵�(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)�？梢愿鶕�(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�利工程運(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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lèi)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(guò)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(lèi)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(guò)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(wèn)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(lèi)數(shù)據(jù)源,一是遙感數(shù)據(jù)源、另一類(lèi)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

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