關(guān)于建立地方水利地理信息智能化系統(tǒng)的探討

張永興

（江蘇省高郵市水利局，225600，高郵）

水利工作信息化是率先實(shí)現(xiàn)“水利現(xiàn)代化”在行政管理和技術(shù)管理方面的重要體現(xiàn)。水利信息化作為水利現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和標(biāo)志，是國(guó)家信息化建設(shè)的重要組成部分，是防洪減災(zāi)、水資源管理、水環(huán)境監(jiān)測(cè)和水土保持的重要手段和技術(shù)支撐。目前，地方水利信息化系統(tǒng)建設(shè)工作已經(jīng)全面展開(kāi)，需要在信息化的基礎(chǔ)上充分發(fā)揮信息化數(shù)據(jù)的作用，建設(shè)讓數(shù)據(jù)去偽存真、讓數(shù)據(jù)輔助決策的智能化系統(tǒng)，才能夠真正提高水利管理工作的效率和效能。

一、地方水利信息化系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

地方均在建設(shè)相關(guān)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如水利網(wǎng)絡(luò)綜合信息服務(wù)系統(tǒng)、河湖庫(kù)工程管理系統(tǒng)、水資源管理系統(tǒng)、農(nóng)村水利管理信息系統(tǒng)等。雖然部分系統(tǒng)建設(shè)是在上級(jí)主管部門(mén)統(tǒng)一布置下開(kāi)發(fā)研制的，但大多都是各地方獨(dú)立開(kāi)發(fā)，有些所謂的自動(dòng)化系統(tǒng)只能做一些文字與統(tǒng)計(jì)工作，業(yè)務(wù)管理工作除了辦公條件改善以外沒(méi)有質(zhì)的改變。管理者依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)決策，難以做到科學(xué)合理，無(wú)法體現(xiàn)科技發(fā)展對(duì)水利現(xiàn)代化工作的影響。究其原因，地方水利信息化工作存在以下問(wèn)題：

①系統(tǒng)建設(shè)混亂：各地方重復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，浪費(fèi)了大量人力與資源。

②系統(tǒng)功能簡(jiǎn)單：大多數(shù)系統(tǒng)不具備數(shù)據(jù)分析、環(huán)境模擬、預(yù)決策功能，沒(méi)有前期預(yù)測(cè)和后期評(píng)估。

③系統(tǒng)擴(kuò)展單一：沒(méi)有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，同一地區(qū)的管理庫(kù)沒(méi)有進(jìn)行有效整合，沒(méi)有與地方及上級(jí)管理系統(tǒng)做到兼容共享。

二、水利地理信息系統(tǒng)（GIS）的作用

針對(duì)存在的問(wèn)題，可以建立水利地理信息智能化系統(tǒng)。該系統(tǒng)以水利地理信息系統(tǒng)（GIS）為數(shù)據(jù)平臺(tái)和工作核心，與省、市水利信息化系統(tǒng)和地方行政部門(mén)信息化系統(tǒng)相兼容，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析、模擬、決策等功能。建立水利地理信息智能化系統(tǒng)是水利現(xiàn)代化工作的要求，也是水利工作在現(xiàn)代社會(huì)科技發(fā)展推動(dòng)下的必然選擇。下面從系統(tǒng)的作用、組成、工作方式等方面來(lái)詳細(xì)說(shuō)明：

①位置特征：GIS對(duì)信息空間表達(dá)的功能，準(zhǔn)確表述了對(duì)象（地物）具體位置關(guān)系和相關(guān)特征信息。

②趨勢(shì)分析：GIS改變了傳統(tǒng)地圖只能表達(dá)某個(gè)時(shí)間的空間特征與屬性特征的缺點(diǎn)，可以表示空間特征與屬性特征隨時(shí)間變化的過(guò)程，分析該地物的發(fā)展趨勢(shì)，解釋了從何時(shí)起發(fā)生了哪些變化。

③模擬問(wèn)題：利用數(shù)據(jù)及已掌握的規(guī)律建立模型，模擬某個(gè)地方在具備某種條件時(shí)將出現(xiàn)的結(jié)果。

三、擬建的地方水利地理信息智能化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)包括水利地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、水利地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源系統(tǒng)、智能化管理操作系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）。

1.水利地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

水利地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是管理空間對(duì)象的信息系統(tǒng)，以三維地形圖為基礎(chǔ)，包括以河流、湖泊、圩堤、水工建筑物、土地使用分區(qū) （下墊面）、公路、鐵路等水利相關(guān)內(nèi)容為對(duì)象的三維空間以及各對(duì)象隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)庫(kù)。該系統(tǒng)能夠接收水利地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源系統(tǒng)和地方行政部門(mén)信息化系統(tǒng)以及部、省水利信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，按時(shí)間順序和空間關(guān)系進(jìn)行儲(chǔ)存，并按設(shè)定范圍對(duì)信息進(jìn)行甄別和邏輯校核，對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)及異常數(shù)據(jù)反饋并報(bào)錯(cuò)。

2.水利地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源系統(tǒng)

水利地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源系統(tǒng)是收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、圖片和影像資料，按時(shí)間順序更新、整理管理對(duì)象變化情況的本級(jí)水利地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)資料管理系統(tǒng)。

①水利基層單位數(shù)據(jù)系統(tǒng)：以水利站和其他基層水利管理單位為節(jié)點(diǎn)，根據(jù)水利地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的要求，對(duì)本單位管理范圍內(nèi)的水利項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)、圖像錄入，結(jié)合日常巡查工作，按定時(shí)更新和適時(shí)更新兩種方式進(jìn)行修正。

②水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)：以現(xiàn)有水文站為基礎(chǔ)，針對(duì)徑流總量、峰值流量、峰現(xiàn)時(shí)間等水文特征，建立全天候、全覆蓋的水文自動(dòng)化監(jiān)測(cè)網(wǎng)。

③水質(zhì)自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)：將飲用水水源地、水質(zhì)控制斷面、主要排污口等作為控制點(diǎn)。以行政區(qū)范圍內(nèi)的河道等級(jí)與重要性來(lái)劃分，以分布密度進(jìn)行控制。采用自動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀，對(duì)水體的 COD、氨氮、磷、pH、SS 等主要污染物進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。

④水利工程運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)：對(duì)水利工程進(jìn)行自動(dòng)化改造后，通過(guò)GSM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，按規(guī)定時(shí)間對(duì)工程設(shè)備的完好狀態(tài)、運(yùn)行情況、工作指令等管理數(shù)據(jù)以及重要部位的視頻進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

⑤衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：隨著對(duì)水利衛(wèi)星通信系統(tǒng)使用的推廣，衛(wèi)星地圖的使用也將逐步展開(kāi)，通過(guò)比對(duì)分析系統(tǒng)對(duì)高清晰度衛(wèi)星圖片的處理，能夠全面反映水文特征及地區(qū)水利工程的變化情況。

⑥自動(dòng)化巡邏系統(tǒng)：無(wú)人機(jī)航拍在技術(shù)方面已非常成熟，且運(yùn)用成本在不斷下降，因此無(wú)人機(jī)巡邏檢查用于水利管理將成為趨勢(shì)。該系統(tǒng)適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)和交通不暢地區(qū)的水利工程巡查，特別是在應(yīng)對(duì)突發(fā)事件時(shí)，能夠在第一時(shí)間到現(xiàn)場(chǎng)傳遞數(shù)據(jù)、圖像，并可以與其他單位進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。

⑦全國(guó)水利普查系統(tǒng)：在國(guó)普系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)，最大限度地將普查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有效地與水利信息系統(tǒng)共享，充分發(fā)揮水利普查的作用。

⑧數(shù)據(jù)庫(kù)遠(yuǎn)程備份系統(tǒng)：以數(shù)據(jù)安全為中心，建立一套數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)保護(hù)、防災(zāi)系統(tǒng)和措施是整個(gè)系統(tǒng)高安全性和可用性的核心體現(xiàn)。建設(shè)安全、穩(wěn)定、完整的遠(yuǎn)程備份平臺(tái),能夠按照一定策略實(shí)現(xiàn)不同方式的遠(yuǎn)程備份,并提供數(shù)據(jù)恢復(fù)調(diào)用接口。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),可利用備份數(shù)據(jù)迅速進(jìn)行恢復(fù),保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1 水利地理信息智能化系統(tǒng)圖

3.智能化管理操作系統(tǒng)

①計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)處理、空間模擬、空間分析，具有決策能力，是計(jì)算機(jī)輔助模擬和決策分析技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。該系統(tǒng)可以模擬地理過(guò)程（自然環(huán)境過(guò)程、社會(huì)經(jīng)濟(jì)過(guò)程），并利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行多目標(biāo)規(guī)劃和多標(biāo)準(zhǔn)決策分析。

②行政公務(wù)系統(tǒng)與市行政系統(tǒng)及行政服務(wù)中心相關(guān)聯(lián)，包括公文處理的自動(dòng)化流轉(zhuǎn)、行業(yè)動(dòng)態(tài)發(fā)布、相關(guān)法律法規(guī)查詢，是能夠在線辦理相關(guān)行政審批事宜、開(kāi)設(shè)視頻會(huì)議的行政辦公系統(tǒng)。

③防汛抗旱指揮系統(tǒng)是與省廳防汛抗旱指揮系統(tǒng)相兼容的子系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)水利地理信息系統(tǒng)的綜合數(shù)據(jù)，結(jié)合上級(jí)防汛抗旱指揮系統(tǒng)提供的周邊水系管理數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)進(jìn)行模擬決策，指揮防汛抗旱相關(guān)工作。

④水資源管理信息系統(tǒng)是與省廳水資源管理信息系統(tǒng)相兼容，以推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和與水資源水環(huán)境承載能力相適應(yīng)的水資源 “三條紅線”為目標(biāo)的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于監(jiān)控監(jiān)測(cè)自備井取水、水廠進(jìn)出水流量、明渠流量、地下水水位、水源地水質(zhì)以及水資源遠(yuǎn)程管理等工作，同時(shí)可以拓展水資源綜合執(zhí)法在線視頻取證等子系統(tǒng)，讓水資源管理工作更加科學(xué)規(guī)范。

⑤水利工程管理信息系統(tǒng)包括水利工程建設(shè)項(xiàng)目管理系統(tǒng)和水工建筑物管理系統(tǒng)。水利工程建設(shè)項(xiàng)目管理系統(tǒng)主要管理各水利工程每個(gè)階段的實(shí)施進(jìn)展情況。水工建筑物管理系統(tǒng)管理所有水工建筑物的詳細(xì)信息，包括坐標(biāo)、完好率、使用率等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并利用計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)對(duì)水位、雨量、時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行模擬，判別水利工程在相關(guān)條件下的運(yùn)行狀態(tài)，為決策提供數(shù)據(jù)支撐。

⑥農(nóng)村水利管理信息系統(tǒng)包括灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)和河道管理信息系統(tǒng)。灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)包括自灌區(qū)和提灌區(qū)的所有灌溉信息，能夠根據(jù)上游來(lái)水量、農(nóng)作物分布、需水期、渠道工況、高程分布等相關(guān)情況進(jìn)行模擬決策。河道管理信息系統(tǒng)收集流域性河道區(qū)域骨干河道、縣鄉(xiāng)村級(jí)河道的位置、斷面、淤積情況等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),根據(jù)河道斷面、高程，利用計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)進(jìn)行模擬，能夠得到各河流的分配水量，比較各河道生態(tài)基流的要求，通過(guò)水利工程進(jìn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化。

⑦水務(wù)管理信息系統(tǒng)包括城鄉(xiāng)供水信息系統(tǒng)和城鎮(zhèn)排水信息系統(tǒng)。城鄉(xiāng)供水信息系統(tǒng)收集供水主干管網(wǎng)、加壓泵站、取水口等的坐標(biāo)、高程、地理環(huán)境等信息以及水費(fèi)收繳情況，分析供水管網(wǎng)主要節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)參數(shù)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道故障，提高供水保證率。城鎮(zhèn)排水信息系統(tǒng)包括鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠、污水管網(wǎng)、雨水管網(wǎng)的檢查井坐標(biāo)，管網(wǎng)高程、管網(wǎng)維護(hù)情況等信息，通過(guò)對(duì)各雨污水提升泵站的數(shù)據(jù)分析，監(jiān)測(cè)污染物排放的穩(wěn)定性，保證污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定。

⑧水土保持監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)是和省廳水土保持監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)相兼容的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以水土保持業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、水利地理信息系統(tǒng)、小流域基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)水土保持信息網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)、傳輸、處理與共享應(yīng)用，為水土保持提供信息服務(wù)和分析手段，全面提高水土保持工作的管理與服務(wù)水平。

⑨前線指揮平臺(tái)管理系統(tǒng)采用車(chē)載前線指揮平臺(tái)，在水利工程應(yīng)急處理現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指揮。該系統(tǒng)利用前線指揮平臺(tái)管理系統(tǒng)指揮調(diào)度控制中心，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)，為一線指揮提供數(shù)據(jù)支撐，并利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行多標(biāo)準(zhǔn)決策分析，確保在緊急情況下的決策穩(wěn)定性與合理性。

四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工作方式

水利地理信息智能化系統(tǒng)以部、廳水利部門(mén)為主體，以科研院所為依托，以水利地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，其研發(fā)基于三項(xiàng)原則。

①兼容性原則。智能化系統(tǒng)必須與地方行政部門(mén)信息化系統(tǒng)和部、省水利信息化系統(tǒng)兼容，相應(yīng)的基礎(chǔ)資料、管理數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)共享，最終將成為全系統(tǒng)或全區(qū)域的總體自動(dòng)化系統(tǒng)下的一個(gè)專業(yè)化管理節(jié)點(diǎn)。

②模塊化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)是指在對(duì)一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，通過(guò)模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場(chǎng)不同需求的設(shè)計(jì)方法。模塊化設(shè)計(jì)是綠色設(shè)計(jì)方法之一，是已經(jīng)較為成熟的設(shè)計(jì)方法，可以同時(shí)滿足產(chǎn)品的功能屬性和環(huán)境屬性，縮短產(chǎn)品研發(fā)與制造周期，增加產(chǎn)品系列，減少或消除局部故障對(duì)整體的不利影響，方便維護(hù)、升級(jí)和改造。

③個(gè)性化選擇。由于每個(gè)單位的所處流域、地形地勢(shì)、下墊面、供水關(guān)系、經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度不同，因此各單位對(duì)信息智能化系統(tǒng)的要求也不同。在市場(chǎng)化基礎(chǔ)上研發(fā)多專業(yè)模塊時(shí)，地方水利部門(mén)可以按照行政許可的內(nèi)容和地方需求與管理職能選擇適用的模塊與組合。

水利地理信息智能化系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程分為三個(gè)階段，第一階段為水利工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；第二階段為各部門(mén)提供數(shù)據(jù)分析；第三階段以縣、市行政區(qū)為單位，綜合利用各方面數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、模擬和決策。

在核心系統(tǒng)和部分主要模塊研發(fā)成功以后，可以選擇幾個(gè)在水利工作和地域特征方面具有代表性的縣區(qū)，在不影響原管理方式的情況下進(jìn)行試運(yùn)行，兩套系統(tǒng)同時(shí)工作，查找差距，為系統(tǒng)研發(fā)與推廣積累經(jīng)驗(yàn)。