枢纽动态
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数字水利——中国水利现代化必由之路

发布时间:2012-03-23 稿件来源:

  一、 数字水利的提出

  水利行业是一个历史十分悠久的行业,也是信息十分密集的行业。一方面,水利部门要向国家和相关行业提供大量的水利信息,如汛情旱情信息、水量水质信息、水环境信息和水工程信息等,另一方面,水利本身也离不开相关行业的信息支持,如气象信息、地理地质信息、社会经济信息等。当今信息技术飞速发展,对水利信息的采集、处理、共享的方式都发生了很大的变化,信息技术加速向水利行业渗透,水利行业面临着全面技术升级的大好机遇。水利政务、防汛减灾、水资源监控调度、水环境综合治理、大型水利工程的设计和施工、大中型灌区的综合管理等都迫切需要采用计算机技术、通信网络技术、微电子技术、计算机辅助设计技术、3S技术(遥感、地理信息系统、全球定位系统)等一系列高新技术进行技术改造。我们把利用以信息技术为核心的一系列高新技术对水利行业进行全面技术升级和改造这一过程形象地称为数字水利。

  数字水利这一概念的提出有深刻的社会和技术背景。一方面新的治水思路立足于可持续发展这一基本理念,着眼于人与自然的和谐共处,把水利放在自然和国民经济宏观巨型系统中统筹考虑,水利信息的种类和来源大大扩展了,对信息需要进行更加深度的加工和处理,新的治水思路迫切需要先进的技术手段提供支持;另一方面,信息技术飞速发展、计算机主频不断提高、操作系统不断升级、宽带互联网正在出现、传感器技术日趋成熟都为信息采集、传输、处理、共享、控制提供了前所未有的技术手段和解决方案,将对水利的科研、规划、设计、施工和管理产生全方位的影响,为水利行业全面技术升级提供了可能。

  二、数字水利的内涵

  数字水利联接水利行业和信息技术,立足于为可持续发展水利提供先进的技术支持,为水利行业的全面技术升级提供完整的解决方案,涉及的专业知识和技术极其广泛,内涵十分丰富。 

  1.数字水利的关键技术

  传感器微电子技术:是水利信息自动化采集的基础,通过对信息采集点合理布置,有关的水利信息(如雨情、水情、工情、灾情、水质等)监控指标通过传感器转化为电子信号再传送到控制中心,实现远程自动化遥测和遥控。  

  3S技术:是以处理地球表面信息为主要特征的空间信息技术。人类信息资源80%与空间位置有关,水利信息更是大多数与空间位置紧密联系,这就决定了3S技术在水利行业有广泛的应用前景。遥感是采用卫星、雷达等航天观测技术对地球表面进行连续观测并经过一系列分析处理获得地球表面状况特征信息的一种新技术;地理信息系统通过计算机技术,对各种与地理位置有关的信息进行采集、存储、检索、显示和分析,将水利专业属性数据与空间位置直观地联系起来,为水利信息可视化表达提供了强有力的技术手段。全球定位系统可以对地表空间任一位置准确定位,在水下地形测量、防汛抢险实时指挥等方面有广泛的应用。

  通信网络技术:水利信息的传输、共享必须依赖通信网络技术。当今,以TCP/IP为主要通信协议的互联网技术飞速发展,通信和计算机网络技术已融为一体,构筑统一的IP宽带网络是大势所趋,各种数据流、语音流、视频流均在统一的IP宽带网络上传输。随着宽带网络时代的到来,水利信息的传输速度将大大加快,实时动态视频的流畅传输成为现实,为水利信息的可视化提供基础技术条件。水利专用通信网络的设计和建设必须充分考虑网络技术的最新发展趋势,充分利用丰富的公网资源,做到公网与专网互为联通、互为备用。

  数学模拟技术:是运用数学模型和计算机技术对自然系统进行仿真模拟的技术,在水利领域有较早的应用历史。随着计算机主频和内存不断提高和扩大,对天气系统、水流运动、水环境变化都能进行各种尺度的实时模拟,为准确揭示和把握水资源运动规律提供了先进的技术手段。数学模拟技术是数字水利的核心技术,它以各种水利专业模型为内核,对各种水利信息进行综合计算处理。

  数据库技术:数据库为各种水利信息的存储和快速检索提供了技术手段。雨情、水情、工情、灾情各种实时数据、预报数据,水资源遥感信息、地理数据等等都需要以字段编码的形式按一定的表结构有效地组织起来形成支撑数字水利的数据库。各类水利数据库的建设是一项长期艰苦细致的工作,为适应信息互联共享的要求,对各类数据库字段编码进行统一的设计以形成行业规范是目前水利信息化一项极其紧迫的任务。

  CAD/CAM技术:是计算机辅助设计和计算机辅助制造的简称,在水利勘测设计和水电设备制造等领域有广泛的应用。在目前通用的CAD平台上进行二次开发,开发出集水利专业计算模型与自动成图为一体的水利CAD设计平台是水利工程自动化设计的努力方向。在水电设备制造领域,CAM在设备的精密加工和自动控制方面可以发挥重要作用。

  系统集成技术:涵盖的范围比较宽泛,既有硬件设备的集成,也有软件组件的集成。硬件设备的集成好坏主要受制于社会当时仪器设备制造水平的高低,而软件组件的集成好坏直接与系统集成商水平高低相关。对于水利系统而言,重硬件轻软件的传统观念严重影响着水利各类专业业务系统的集成建设,最终导致硬件设备的闲置和系统不能有效运行,因此,软件组件的集成在水利业务系统建设方面显得尤其重要,开发出各类高水平的水利专业软件组件是数字水利在我国得以兴旺发达的关键。

  2.数字水利的特点

  数字水利有三大鲜明的特点:交叉、集成、创新。

  交叉主要是指知识的交叉、专业的交叉、技术的交叉。数字水利不仅需要自然科学方面的知识,而且更需要社会科学方面的知识;不仅需要水利专业的技术,而且需要其他相关行业和IT行业的技术。数字水利致力于采用一系列的高新技术手段将水利放在社会、经济和自然综合环境中进行整体研究开发,实现跨领域、跨学科、跨专业的联合攻关。数字水利这一特点对人才提出了更高的要求,将对现行的水利人才培养体制和学科设置提出严峻挑战。

  集成就是对与水利有关的各类知识和技术进行全面整合。知识和技术的交叉不是胡乱的组合,而是着眼于解决我国三大水问题而对相关的知识和技术进行有序整合。综合集成各类高新技术,以建设先进高效的水利业务系统为目标,是实施数字水利的核心内容。

  创新意味着没有现成的技术模式可以照搬,将各类高新技术全面引入水利行业需要艰苦的技术创新。IT技术日新月异,各类先进的技术设备不断涌现,我们必须把握数字水利的关键技术,认真处理好“变”与“不变”的关系,正确区分哪些是不变的水资源运动规律,哪些是变化较少的东西(如信息流程),哪些是变化较快的技术手段。对前人研究的成果要虚心研究吸收,对日新月异的新技术要努力跟踪学习,只有这样,数字水利才有发展的基础,才有不断创新的源泉和动力。

  3.数字水利的应用前景

  水利政务:从水利政务组织机构入手,认真分析水利政务信息流程,以各级水利部门局域网和全国水利广域网为支撑,建立政令上下传递快速、业务数据自动处理、信息网上查询发布、办公界面简洁方便的水利办公自动化系统。

  防汛减灾:综合运用远程自动遥测技术、3S技术、通信网络技术、数值预报技术和数据库技术实现防汛信息的自动采集、传输、处理、存储、查询和集成,做到信息传递及时、洪水预报准确、调度指挥优化、防汛管理可视,为现代防汛指挥提供强大的决策支持。

  水资源配置管理:以计算机通信网络技术为依托,以规范化、标准化的水资源综合数据库为基础,以水资源供需平衡和优化调度模型为内核,实现水资源优化配置管理。

  水环境治理:综合运用遥感技术、GIS技术对卫星照片进行解译和信息处理,建立全国各区域水土保持动态监测系统;以水质站网为依托,以污染源数据库为基础,以水量水质模拟为核心,以GIS系统作为查询交互平台,建立水环境动态监测管理系统。

  水利工程建设:从规划、设计、施工到运行维护均可采用一系列以计算机技术为核心的信息技术全面提升自动化管理水平。规划信息管理系统的建立可以实现滚动规划和管理,水利CAD设计平台可以大大提高设计方案的准确性和成图效率,项目管理软件可以加快项目施工进度和节约成本,水利工程的自动化监控可以全面提高工程的运行管理水平。

  三、 数字水利与中国水利现代化

  数字水利以新的治水思路为指导,紧密跟踪当前科技的最新技术和发展趋势,从水利信息流入手,将以计算机为核心的信息技术全面引入水利行业,对于实现中国水利现代化提供了可操作的具体内容。科学的现代水利观念、高效合理的管理体制、先进合理的业务流程和技术手段、高素质的专业人才队伍、全面的资源整合,最终使我国三大水问题得以圆满解决。数字水利直接服务于水利现代化,将大大推进我国水利现代化进程,是我国水利现代化必由之路。随着时间的推移,数字水利的内涵将不断丰富与发展,我国水利现代化水平也将不断提高。

信息来源:黄河网