淺談信息化技術(shù)在渭河生態(tài)區(qū)建設(shè)中的應(yīng)用

李 薇，尹姝君，王 兵

(陜西省渭河生態(tài)區(qū)保護(hù)中心，陜西 西安 710004)

隨著渭河綜合整治工程的順利實(shí)施，對(duì)兩岸人民產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益。在鞏固已有成果的基礎(chǔ)上，為了使沿渭各地獲得更好更快的發(fā)展，把渭河打造成我們陜西人民的幸福河，省政府專門設(shè)立了渭河生態(tài)區(qū)保護(hù)中心。生態(tài)區(qū)要求沿河兩岸向外擴(kuò)展200 m～1500 m，規(guī)劃面積大，涉及環(huán)保、交通、國土、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等多個(gè)方面。如何快捷、高效地協(xié)調(diào)各個(gè)部門并及時(shí)獲得有效信息，便成為制約生態(tài)區(qū)發(fā)展的一個(gè)重要部分。信息化技術(shù)最初應(yīng)用于防汛工作中的洪水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸深入到水利行業(yè)的各個(gè)方面，開展信息化建設(shè)工作已經(jīng)成為促進(jìn)生態(tài)區(qū)建設(shè)的重要方式之一，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析

1.1 國外研究進(jìn)展

美國、日本等國家，自20世紀(jì)中葉就開始建設(shè)覆蓋全國的水利信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。2001年7月以后，美國創(chuàng)辦的國家水利信息系統(tǒng)就可以從覆蓋全美的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中采集數(shù)據(jù)信息。20世紀(jì)末期，“數(shù)字水利”的概念應(yīng)運(yùn)而生?！皵?shù)字水利”就是指綜合運(yùn)用3S技術(shù)(地理信息系統(tǒng)GIS、遙感RS和全球定位系統(tǒng)GPS)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)，以解決實(shí)際需求為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的自然環(huán)境、水利工程運(yùn)行情況、水資源現(xiàn)狀、等各方面信息進(jìn)行數(shù)字化存儲(chǔ)、管理、監(jiān)測(cè)、分析，從而建立適合水利行業(yè)各個(gè)職能部門的專業(yè)應(yīng)用信息平臺(tái)。

1.2 國內(nèi)研究進(jìn)展

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，全國各地水利行業(yè)的發(fā)展都與信息化建設(shè)密不可分，各地市相繼出臺(tái)了若干關(guān)于加快發(fā)展水利信息化建設(shè)的政策，在水利行業(yè)的發(fā)展方面起到了無可替代的作用。如:黃河水利委員會(huì)的國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)、長江水利委員會(huì)研發(fā)的洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)、陜西省防汛會(huì)商系統(tǒng)。借助這些高效便捷的系統(tǒng)，各級(jí)水利部門可以做出更加精準(zhǔn)的決策。

2 水利信息化在渭河生態(tài)區(qū)建設(shè)中的必要性

渭河是陜西人民的母親河，2016年初，省委、省政府設(shè)立了渭河生態(tài)區(qū)保護(hù)中心，對(duì)渭河進(jìn)行涵養(yǎng)水源、保護(hù)水質(zhì)、改善生態(tài)等系統(tǒng)保護(hù)，這在全國尚屬首例，為系統(tǒng)保護(hù)河流、加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)文明建設(shè)提供了重要的思路和實(shí)踐。

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的高速發(fā)展，信息技術(shù)對(duì)水利行業(yè)也帶來了革命性的影響，將大數(shù)據(jù)云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)運(yùn)營當(dāng)中去，已經(jīng)成為未來工作的重要方向之一。通過構(gòu)建水利信息化平臺(tái)，可以將水雨情信息采集、工程視頻監(jiān)控、堤防安全監(jiān)測(cè)等信息匯總整合，可為后續(xù)的生態(tài)區(qū)建設(shè)提供技術(shù)及數(shù)據(jù)支撐。

3 水利信息化在渭河生態(tài)區(qū)建設(shè)中存在的主要問題

3.1 系統(tǒng)與業(yè)務(wù)耦合程度偏低

目前，陜西省水利信息系統(tǒng)工程建設(shè)和應(yīng)用已經(jīng)初具規(guī)模和成果，已建系統(tǒng)可分為六大類：防汛抗旱、水資源、農(nóng)村水利、水土保持、水利普查和電子政務(wù)。但是針對(duì)渭河生態(tài)區(qū)，信息化水平相對(duì)較低。未能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自下而上的網(wǎng)上報(bào)送、匯總和統(tǒng)計(jì)且缺乏決策分析功能。已經(jīng)建設(shè)和部分正在建設(shè)的水利信息系統(tǒng)，沒有充分考慮業(yè)務(wù)協(xié)同發(fā)展的需要，普遍存在只能滿足基本業(yè)務(wù)處理的需求，大部分系統(tǒng)建設(shè)以信息存儲(chǔ)、檔案管理為主，無法深入到業(yè)務(wù)本身。

3.2 信息化標(biāo)準(zhǔn)體系有待完善

目前陜西省水利系統(tǒng)采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，影響信息資源共享，各個(gè)系統(tǒng)之間獨(dú)立運(yùn)行，使得系統(tǒng)整合難度加大。通過建立統(tǒng)一的信息化標(biāo)準(zhǔn)是解決這一問題的根本途徑，也是不同信息管理系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換和相互操作的基礎(chǔ)，同時(shí)也可以降低信息化系統(tǒng)的擁有成本。

3.3 重建設(shè)輕管理

水利信息系統(tǒng)地建成與普及應(yīng)用還有一定的距離，系統(tǒng)建成后想要正常的運(yùn)行必須有強(qiáng)有力的硬件、良好的軟件管理以及不斷維護(hù)做基礎(chǔ)。即要有硬件設(shè)備的管理、維護(hù)做保證，還要有軟件系統(tǒng)的管理維護(hù)做支撐。目前，陜西省渭河生態(tài)區(qū)保護(hù)中心雖然設(shè)立有專門的信息機(jī)構(gòu)，但專業(yè)人才尚顯不足，而相應(yīng)的信息化管理人才更是緊缺。在建設(shè)硬件設(shè)備的同時(shí)，也需要建設(shè)一支專業(yè)的信息化人才隊(duì)伍。

4 渭河生態(tài)區(qū)建設(shè)中應(yīng)用信息化技術(shù)的建議

陜西省渭河生態(tài)區(qū)信息化建設(shè)業(yè)務(wù)可根據(jù)管理機(jī)構(gòu)劃分為：陜西省渭河生態(tài)區(qū)管理中心→各市(區(qū))渭河生態(tài)區(qū)管理中心→各縣(市、區(qū))渭河生態(tài)區(qū)相關(guān)保護(hù)單位。根據(jù)業(yè)務(wù)流程，陜西省渭河生態(tài)區(qū)信息化建設(shè)數(shù)據(jù)流程包括物聯(lián)感知和視頻感知的信息流程，物聯(lián)感知的信息通過無線傳輸統(tǒng)一傳輸?shù)绞〖?jí)中心平臺(tái)，市(區(qū))、縣級(jí)通過省級(jí)統(tǒng)一業(yè)務(wù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和業(yè)務(wù)辦理，視聯(lián)感知的視頻信息采用現(xiàn)地存儲(chǔ)，縣級(jí)管理站管理視頻監(jiān)視點(diǎn)，省、市(區(qū))可通過環(huán)渭光纖進(jìn)行視頻信息的調(diào)取。

4.1 信息需求

渭河生態(tài)區(qū)的信息化建設(shè)工作涵蓋面廣，涉及水情、雨情、氣象、工程安全、環(huán)境生態(tài)、行政管理以及基礎(chǔ)空間信息等諸多方面。由于數(shù)據(jù)來源于多種行政部門、數(shù)據(jù)管理單位眾多，包括各級(jí)水利管理部門、氣象部門、國土部門等。因此，上述信息的獲取除依靠建設(shè)強(qiáng)大的信息采集系統(tǒng)外，還要根據(jù)實(shí)際情況，加強(qiáng)不同業(yè)務(wù)單位之間必要的信息共享。

4.2 性能需求

(1)可靠性：信息化工程，一旦出現(xiàn)故障，會(huì)干擾管理人員的正常工作，尤其是在汛期等關(guān)鍵時(shí)刻。渭河流域夏季易形成短歷時(shí)、強(qiáng)度大的暴雨，也是山洪災(zāi)害的高發(fā)時(shí)期。因此，當(dāng)部分設(shè)備出現(xiàn)故障或者需要維修時(shí)，必需保證整體功能不受影響，保證各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)及各級(jí)控制中心可以24 h不間斷工作。

(2)可操作性：目前沿渭各級(jí)單位工作人員年齡差異大，且缺乏相關(guān)計(jì)算機(jī)專業(yè)的專業(yè)人才，因此用戶界面必須做到操作簡(jiǎn)單，在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集的基礎(chǔ)上進(jìn)行整合分析，準(zhǔn)確地完成相關(guān)調(diào)度作業(yè)。

(3)易用性：系統(tǒng)應(yīng)盡可能的適應(yīng)未來需求，可以靈活地增加新模塊，產(chǎn)品盡可能地提供可視化操作界面。

4.3 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

4.3.1 河道水位、流量監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前河道斷面的水位、流量信息，超限報(bào)警及變化趨勢(shì)，方便用戶一目了然地掌握河道水情信息。

4.3.2 生態(tài)流域降雨監(jiān)測(cè)

界面以表格和GIS雨量測(cè)點(diǎn)(含雨量站、水文站、氣象站等)分布圖中標(biāo)注數(shù)據(jù)的形式展示，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前生態(tài)流域(含雨量站、水文站、氣象站等)1 h、6 h、12 h、24 h、48 h的降雨情況，用不同顏色代表不同的降雨等級(jí)，繪制生態(tài)流域的降水量分布圖，方便用戶掌握生態(tài)流域內(nèi)的降水狀況。

4.3.3 水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)監(jiān)測(cè)

根據(jù)所在水功能區(qū)(含水質(zhì)站、水文站、河道斷面、水庫等)目標(biāo)水質(zhì)自動(dòng)判定當(dāng)前測(cè)點(diǎn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況，方便用戶了解生態(tài)流域的水質(zhì)現(xiàn)狀。

4.3.4 地下水水位、水溫監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)顯示地下水水位、埋深、水溫信息及變化趨勢(shì)，支持用戶繪制指定時(shí)間的地下水埋深分布圖，便于用戶了解掌握生態(tài)流域內(nèi)的地下水分布現(xiàn)狀。

4.3.5 旱情監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)顯示各個(gè)深度土壤含水率信息，用戶通過墑情信息或連續(xù)無降雨信息繪制指定時(shí)間的旱情等級(jí)分布圖，便于了解掌握生態(tài)流域內(nèi)的旱情現(xiàn)狀。

4.3.6 重點(diǎn)水庫水情監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)顯示各個(gè)水庫的水位、庫容、出入庫流量信息及變化趨勢(shì)，便于用戶了解掌握生態(tài)流域內(nèi)的重點(diǎn)水庫的庫情信息。

4.3.7 氣象監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)顯示各個(gè)區(qū)域的氣溫、氣壓、風(fēng)速風(fēng)向、蒸發(fā)量信息及變化趨勢(shì)，便于用戶了解掌握生態(tài)流域內(nèi)的氣象變化狀況。

5 生態(tài)區(qū)信息化管理措施

5.1 信息采集

根據(jù)渭河生態(tài)區(qū)的實(shí)際情況和建設(shè)需要，可以將渭河生態(tài)區(qū)水利信息分成靜態(tài)信息、動(dòng)態(tài)信息兩大類：一類是靜態(tài)信息，主要包括一些已經(jīng)建成的管理機(jī)構(gòu)，例如各類水庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下的庫容、設(shè)計(jì)水位信息、較為固定的行政規(guī)劃等，由于此類信息很少發(fā)生變動(dòng)，便可將其直接輸入數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。另一類是動(dòng)態(tài)信息，主要是包括一些更新時(shí)間不確定的數(shù)據(jù)信息，例如降雨期的雨水情信息、汛期水庫實(shí)時(shí)水位等。動(dòng)態(tài)信息有時(shí)更新速度快，如果只采用人工統(tǒng)計(jì)的方式進(jìn)行信息采集便無法滿足生態(tài)區(qū)的現(xiàn)代化管理要求，這就要求借助大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)，才能更好地保證生態(tài)區(qū)信息化建設(shè)的高效性和準(zhǔn)確性。

5.2 傳輸鏈路

生態(tài)區(qū)由于其自身存在著點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，部分區(qū)域商業(yè)性的有線和無線通信網(wǎng)絡(luò)都無法觸及而且可能有部分?jǐn)?shù)據(jù)屬于保密類別。所以渭河生態(tài)區(qū)的信息化建設(shè)可以通過沿渭河建設(shè)光纖環(huán)網(wǎng)的方式，分區(qū)域延伸到生態(tài)區(qū)內(nèi)部，提供專屬傳輸線路。

5.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

生態(tài)區(qū)信息化建設(shè)可分為互聯(lián)網(wǎng)(外網(wǎng))和業(yè)務(wù)網(wǎng)(內(nèi)網(wǎng))。外網(wǎng)主要部署需對(duì)外發(fā)布的各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，同時(shí)，對(duì)外網(wǎng)主機(jī)也連接到核心上，可通過防火墻訪問互聯(lián)網(wǎng)并于部分外聯(lián)單位通過互聯(lián)網(wǎng)VPN方式互通。內(nèi)網(wǎng)主要部署業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)和水利專有業(yè)務(wù)，內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心建立專用的數(shù)據(jù)中心核心交換機(jī)，通過防火墻與內(nèi)網(wǎng)核心互聯(lián)，內(nèi)網(wǎng)主機(jī)通過核心交換可訪問內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器。同時(shí)，核心和外聯(lián)單位之間還有防火墻進(jìn)行防護(hù)。

5.4 信息處理決策應(yīng)用模式

大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)在于數(shù)據(jù)過多而引起信息雜亂，要在海量信息中提取出有效信息并進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)管理者的決策提供參考，就需要建立一套完整的信息決策系統(tǒng)。生態(tài)區(qū)信息化建設(shè)主要是通過各類采集儀器，實(shí)現(xiàn)對(duì)水環(huán)境的全面感知和數(shù)據(jù)采集，通過網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中心，基于省、市兩級(jí)資源數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，通過物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)軟件為水務(wù)管理提供各種應(yīng)用服務(wù)。

6 結(jié)語

陜西省渭河生態(tài)區(qū)建設(shè)鞏固了渭河全線綜合整治的成果，通過信息化項(xiàng)目建設(shè)，利用先進(jìn)的信息采集、通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)云平臺(tái)等技術(shù)，充分利用生態(tài)區(qū)信息資源。改進(jìn)渭河生態(tài)區(qū)各行業(yè)人員在防汛抗旱、水資源管理、水土保持、水利工程管理等方面的工作方式，實(shí)現(xiàn)生態(tài)區(qū)信息采集、傳輸、存儲(chǔ)、管理和服務(wù)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化智能化，全面提升生態(tài)區(qū)管理各項(xiàng)活動(dòng)的效率。保障渭河沿岸經(jīng)濟(jì)持續(xù)、協(xié)調(diào)、健康發(fā)展。