水文領(lǐng)域現(xiàn)代信息技術(shù)的運(yùn)用

莫合塔爾·尼扎木丁，阿不都艾則孜·尼扎木丁，王懷江

( 新疆和田水文水資源勘測(cè)局，新疆 和田848000)

在新時(shí)代，信息技術(shù)、生物技術(shù)不斷地更新，以高科技為核心的新技術(shù)革命不僅創(chuàng)造了新的材料，同時(shí)有力推動(dòng)著全球的發(fā)展。使之充分發(fā)揮生產(chǎn)力水平和人類創(chuàng)造力。當(dāng)前，水文領(lǐng)域堅(jiān)持用高新技術(shù)對(duì)水利行業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造，通過對(duì)高新技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)的研究，全面推進(jìn)水利領(lǐng)域的科技發(fā)展。從實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)去開發(fā)水文領(lǐng)域的管理信息系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水庫(kù)運(yùn)用和流域調(diào)度方案的數(shù)字化管理。本文具體分析了這些技術(shù)在水文領(lǐng)域中的應(yīng)用特點(diǎn)和深遠(yuǎn)影響。

1 Rs 技術(shù)

RS 技術(shù)也就是遙感技術(shù)，它廣泛應(yīng)用于檢測(cè)和評(píng)估旱情、檢測(cè)水質(zhì)質(zhì)量、監(jiān)測(cè)并評(píng)價(jià)土壤侵蝕程度、預(yù)防洪澇災(zāi)害等自然災(zāi)害類的水文領(lǐng)域中，也常常取得十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益。遙感技術(shù)在洪澇災(zāi)害和緊急救災(zāi)、災(zāi)后重建的過程中的使用效果尤為突出，并能產(chǎn)生較為明顯的快速反應(yīng)。

RS 技術(shù)有利于在大幅度洪澇災(zāi)害中減少經(jīng)濟(jì)損失，并在災(zāi)后重建中更加全面、更為客觀、更快捷地采用適宜的手段實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)。在災(zāi)害的監(jiān)測(cè)評(píng)估方面RS 技術(shù)也發(fā)揮著重要的作用，

例如RS 技術(shù)能夠通過對(duì)土壤表面發(fā)射的電磁能量來測(cè)量估計(jì)土壤的濕度，結(jié)合已有的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的支持，可以充分實(shí)現(xiàn)對(duì)旱情的遙感監(jiān)測(cè)。并結(jié)合不同地域的具體情況，建立具體的應(yīng)用模型以確保落實(shí)RS 技術(shù)的有效作用。

我國(guó)目前以RS 技術(shù)為基礎(chǔ)建立起的監(jiān)測(cè)模型主要包括熱慣量模型、作物缺水指數(shù)模型、植被指數(shù)模型和植被地表溫度空間模型、氣象模型、水文模型和微波模型等模型內(nèi)容。各種模型各具特色，它們?cè)诒O(jiān)測(cè)領(lǐng)域的簡(jiǎn)繁程度差異很大，從而致使RS 技術(shù)的使用范圍和使用精度也千差萬(wàn)別。

國(guó)內(nèi)的遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)能夠動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)地表水質(zhì)在時(shí)間和空間上的不同參數(shù)之間的變化，具體對(duì)濕地進(jìn)行評(píng)價(jià)，并不斷地完善遙感技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用，強(qiáng)化它的地位，使之能夠有效地監(jiān)測(cè)表面水質(zhì)參數(shù)，對(duì)水體表面混濁度、懸浮物質(zhì)、葉綠素、富營(yíng)養(yǎng)化以及溫度等指標(biāo)等水質(zhì)參數(shù)，非點(diǎn)源污染和濕地評(píng)價(jià)實(shí)施具體的功能作用。

2 GIS 技術(shù)

GIS 技術(shù)就是地理信息系統(tǒng)，這是一個(gè)在計(jì)算機(jī)軟件和硬件系統(tǒng)全力支持下建立起來的特定的空間信息系統(tǒng)。GIS 技術(shù)可以及時(shí)采集地球表層的地理分布數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存、運(yùn)算、分析、管理、描述和顯示。目前GIS 技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)的減災(zāi)防汛、水土保持、水環(huán)境等水文領(lǐng)域廣泛運(yùn)用開來。

例如，在減災(zāi)防汛領(lǐng)域中，GIS 技術(shù)能夠有效預(yù)測(cè)城市的積水和退水情況，詳細(xì)而準(zhǔn)確地分析雨量的空間特征，并對(duì)街道積水和暴雨量的分布進(jìn)行可視化的研究、顯示和儲(chǔ)存，合理管理和維護(hù)相關(guān)數(shù)據(jù)。通過更新現(xiàn)有的排水設(shè)施，對(duì)城市綠地進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)與規(guī)劃，以解決城市的洪澇災(zāi)害問題。

GIS 技術(shù)在水土保持方面也有相當(dāng)大的作用，它為判斷土壤侵蝕是否會(huì)發(fā)生、土壤侵蝕的程度及地域劃分、土壤侵蝕量的多少、評(píng)價(jià)水土保持的效益、泥沙輸移的狀況、以及預(yù)測(cè)和模擬土壤的侵蝕過程等諸多環(huán)節(jié)提供合理的理論依據(jù)，并在建立起GIS 模型平臺(tái)，集成3S 技術(shù)為空間信息的管理、分析、應(yīng)用、更新、獲取提供更加強(qiáng)而有力的技術(shù)支撐。

這個(gè)過程往往集結(jié)了RS 技術(shù)采集圖像信息，GPS 技術(shù)提供主要的位置信息，GIS 使用技術(shù)手段分析應(yīng)用圖像信息，3 種技術(shù)的密切結(jié)合提供了更加精確的文本資料和水文領(lǐng)域的信息，為洪峰流量、降水、減災(zāi)防汛等水文要素提供了更加科學(xué)的依據(jù)，分析也更為精準(zhǔn)。

3 GPS 技術(shù)

GPS 技術(shù)又被稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，它具有自動(dòng)化、高效率、精確度高、全天候的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在工程測(cè)量、航空攝影、資源勘測(cè)、地球動(dòng)力學(xué)、大地測(cè)量、水文領(lǐng)域之中，并最終創(chuàng)造巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

GPS 技術(shù)很好地利用了水利信息與空間地理位置的關(guān)系，在實(shí)施過程中，它能清楚準(zhǔn)確地獲得水利信息的空間位置，使用全球衛(wèi)星定位技術(shù)去解決減災(zāi)防汛和水下地形測(cè)量的環(huán)節(jié)，GPS 技術(shù)的雙向通話功能連接起了指揮中心和災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的信息互動(dòng)，有利于在緊急情況下互通雙方信息，及時(shí)做出應(yīng)急反應(yīng)。

GPS 技術(shù)在第一時(shí)間傳送了災(zāi)害的發(fā)生地點(diǎn)和災(zāi)害類別、災(zāi)害的嚴(yán)重程度等相關(guān)信息，有利于指揮中心及時(shí)就相關(guān)險(xiǎn)情做出有效的應(yīng)急反應(yīng)，配合著電子地圖和動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)，將救急的船只、車輛、人員按照城市、居民、水系的分配圖清晰地呈現(xiàn)在指揮人員的眼前，并通過更加快捷的方式解決受災(zāi)群眾的需求，從而真正解決洪澇災(zāi)害中的建設(shè)問題。

4 GPRS 技術(shù)

GPRS 技術(shù)是在GSM 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種能夠運(yùn)行分組交換技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的技術(shù)方式，GPRS 技術(shù)能夠滿足用戶端與信息庫(kù)在分組轉(zhuǎn)移模式下實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的目標(biāo)，并在這過程中提供高效的、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，更加完美的處理信息之間的轉(zhuǎn)換問題。

GPRS 技術(shù)具有實(shí)時(shí)在線、按量計(jì)費(fèi)、快捷登陸、高速傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，它適用于間斷的、突發(fā)性的、頻繁的和少量的數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。隨著科技的進(jìn)步，GPRS 技術(shù)不斷地向前發(fā)展，它的應(yīng)用也逐步擴(kuò)展到工業(yè)和控制領(lǐng)域，GPRS 技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用在不久的將來將會(huì)更加廣泛，在水利事業(yè)的監(jiān)控檢測(cè)過程中創(chuàng)造更有價(jià)值的意義。

5 ANN 技術(shù)

ANN 技術(shù)又被稱為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是通過數(shù)學(xué)方法去模擬自然神經(jīng)或人腦，從而實(shí)現(xiàn)智能化反映的技術(shù)，ANN技術(shù)是一種模仿人腦結(jié)構(gòu)的信息處理系統(tǒng)，是科學(xué)技術(shù)的有一大跨越性的發(fā)展結(jié)果。

ANN 技術(shù)主要應(yīng)用在洪水的預(yù)報(bào)和降雨流量預(yù)報(bào)等領(lǐng)域，它的超強(qiáng)適應(yīng)力和快速計(jì)算能力以及自主學(xué)習(xí)能力使之有著廣泛的功能作用，

ANN 技術(shù)能夠具體分析例如降雨時(shí)間、降雨量、降雨過程等輸入條件和出口段面的流量信息類的輸出條件，并將輸入層、輸出層和隱層3 部分融合在一起構(gòu)建屬于自己的獨(dú)特的降雨徑流的預(yù)報(bào)模型，通過對(duì)洪水信息的及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，提前做好相關(guān)的準(zhǔn)備工作，制定準(zhǔn)確可行的防洪決策。ANN 技術(shù)使用神經(jīng)元的模擬關(guān)系在水文預(yù)報(bào)方面的作用十分明顯。

6 ZigBee 技術(shù)

ZigBee 是一種短距離、低速率的無線組網(wǎng)通信技術(shù)，它通過使用廉價(jià)的電池就能夠完成連續(xù)工作多年的無線網(wǎng)絡(luò)。ZigBee 是以IEEE802．15．4 作為標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)建立起的協(xié)議架構(gòu)，它的標(biāo)準(zhǔn)定義中的無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的特征跟無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有很多的相似之處，正因如此很多研究機(jī)構(gòu)就把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為ZigBee 技術(shù)的通信標(biāo)準(zhǔn)。

一般的ZigBee 網(wǎng)絡(luò)由協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備3 種節(jié)點(diǎn)組成，根據(jù)功能來看，ZigBee 的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)又可以分為全功能設(shè)備和簡(jiǎn)化功能設(shè)備。此外ZigBee 網(wǎng)絡(luò)還有3 種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別為星型網(wǎng)、樹型網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)。就以網(wǎng)狀網(wǎng)進(jìn)行具體分析ZigBee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，我們可以看出網(wǎng)狀網(wǎng)是一個(gè)多跳系統(tǒng)，它的優(yōu)勢(shì)就在于能夠增強(qiáng)通訊的可靠性，建立動(dòng)態(tài)的多條通訊鏈路，并在路由節(jié)點(diǎn)之間保持合理的維護(hù)，確保通訊不會(huì)因?yàn)橥饨缭蚨Щ蚴侵袛唷?/p>

7 結(jié) 語(yǔ)

現(xiàn)代化的信息技術(shù)加快了水文領(lǐng)域的信息化建設(shè)，本文所介紹的RS 技術(shù)、GIS 技術(shù)、GPS 技術(shù)、ZigBee 技術(shù)和ANN技術(shù)在目前社會(huì)中都在不同程度上應(yīng)用到了水文領(lǐng)域，水文技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)的共同發(fā)展，使水文領(lǐng)域的現(xiàn)代化信息技術(shù)成為了一個(gè)更有應(yīng)用價(jià)值的大系統(tǒng)，為水文技術(shù)革命創(chuàng)造了十分優(yōu)越的外部條件。相信在不久的將來，水文領(lǐng)域?qū)?huì)出現(xiàn)跨越式的發(fā)展。

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