现代信息技术与水利工程管理信息化

现代信息技术与水利工程管理信息化操六根（2015水管班，学号：）摘要：介绍了现代信息化技术在水利工程管理的结合应用，以及 我国水利信息化建设的现状，从基础设施、信息化标准、信息化应用 及信息化建设成果等方面分析了水利信息化建设的趋势。关键词：现代信息化技术;水利工程管理信息化;信息化标准；专 项业务应用系统。一、引言信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，信息化与经济全球 化相互交织，推动着全球产业分工深化和经济结构调整，重塑着全球 经济竞争格局。加快信息化发展，已经成为世界各国的共同选择，信 息化水平已成为衡量一个国家和地区现代化水平的标志之一。信息技术主要是指信息的获取、传递、处理等技术，即信息的产 生、收集、交换、存储、传输、显示、识别、提取、控制、加工和利 用等技术。信息技术是当今世界创新速度最快、通用性最广、渗透性 最强的高技术之一，水利信息化就是要充分利用现代信息技术，深入 开发和广泛利用信息资源，促进信息交流和资源共享，实现各类水利 信息及其处理的数字化、网络化、集成化、智能化，全面提升水利为 国民经济和社会发展服务的能力和水平。现代信息技术主要指以先进的数字处理技术和微电子技术为基础的信息技术，主要包括微电子技术、计算机技术、通信技术和软件 技术等方面。近年来，随着经济社会的不断进步、信息技术的迅猛发展和水利 事业的全面推进，水利信息化逐步深入。特别是2003年第一次全国 水利信息化工作会议以来，全国水利系统坚持以水利信息化带动水利 现代化，紧紧围绕水利信息工作，认真组织实施全国水利信息化规划， 初步形成了由基础设施、应用系统和保障环境组成的水利信息化综合 体系，有力推动了传统水利向现代水利、可持续发展水利的转变。二、现代信息技术在水利信息化中的应用现代信息技术在水利信息化中的应用集中体现在水利信息化综合体系中，水利信息化综合体系（如图1所示）是全国水利信息化 规划“金水工程”规划）提出的水利信息化的基本框架，由水利信 息基础设施、水利业务应用和水利信息化保障环境构成。涉及的主要 技术包括3S（GIS,RS,GPS）、信息自动采集、通信与网络、信息存储 与管理、系统集成、决策支持、办公自动化、运行维护等，这些信息、 技术分别属于水利信息化综合体系的某个层次或贯穿了多个层次，这 些技术的广泛和深入应用发挥了重要作用。信息化保障环境信息服务信息汇集与存储水利信息网水利信息采集设施（一）3S技术具体到水利信息化，3S技术既包括属于信息采集层次的遥感技术 （RS），也包括属于信息服务的地理信息技术（GIS），以及属于用户 应用的卫星定位技术（GPS）。遥感技术如同传说中的“千里眼”，通过收集物体表面的电磁波 （辐射、反射、散射）信号，获得目标固有特征及状态信息的技术。遥感技术系统由空间信息采集、地面接收和预处理、地面实况调查、 信息分析应用等子系统组成。遥感作为一种高效获取信息的手段，其 蕴涵的信息量丰富、全天候、信息获取周期短和多光谱特性，在水旱 灾害损失评估、大面积水体水质监测、水土流失监测等方面得到广泛 应用。防汛抗旱方面，遥感能在降水遥感监测、洪水灾情监测与评估、 紧急救灾和灾后重建以及区域旱情监测与评估等业务中发挥突出作 用，卫星提供的灾情信息比其他常规手段更加快速、客观和全面。目 前，水利部每天接收NOAA、风云、MODIS等遥感数据，接收的NOAA、 风云卫星数据已成为日常防汛抗旱水情气象会商的重要数据源。水利 信息中心组织开发的MODIS水利应用与发布平台每天接受MODIS 数据，生产作物缺水指数模型等专题产品，能向行业广大用户提供服 务，未来将深入开发研制和完善的基于卫星遥感的植被指数模型、热 惯量模型、作物缺水指数模型、植被指数与地表温度特征空间模型、 微波模型、水文模型和气象模型等。卫星遥感、航空遥感在汶川地震 特别是在堰塞湖的监测、处置中发挥了重要作用。水土流失监测评价 方面，遥感以其宏观、快速、动态和经济的特点，成为土壤侵蚀调查 的首要信息源，到目前为止，进行了两次全国范围的遥感水土流失调 查，为我国水土保持规划和治理工作奠定了基础，同时，根据不同时 期或年代土壤侵蚀强度分级分析对比，评价水保工程治理效果，指导 今后水土保持规划和设计工作。地理信息系统(GIS)是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分 析方法，适时提供多尺度的空间的和动态信息，具有区域空间分析、 多要素综合分析和动态预测能力，是水利信息管理和分析的强有力的 工具。地理信息系统包括空间数据输入、空间数据存储与管理、数据 处理与分析、输出等子系统。地理信息系统在水利信息资源管理、防 汛抗旱、水资源管理、水利工程建设管理等方面作用突出，效益显著。 水利部建成了全国1： 25万水利基础电子地图，并向流域机构、省级 水利部门以及部分直属单位分发，为水资源综合规划、流域综合规划 等重大项目提供数据共享，避免了低水平重复生产数据，并为基于空 间的信息共享打下了基础。建成了长江干流、洞庭湖、鄱阳湖等水域 水下地形图，为水文预报、河道河床和湖泊演变分析等打下了坚实的 基础。部分流域、地方建成了 1:5万、1:1万的水利基础电子地图以及 局部三维电子地图，为水利信息的管理、应用、表达提供了全新的手 段和平台。卫星定位系统(GPS)具有定位的高度灵活性和高精度、快速度、 提供3维坐标、全天候作业、操作简便以及全球连续覆盖等特点，已成 为获取现势空间数据的重要手段，也广泛应用于防汛减灾、水情测报、 水资源实时监控、水土保持监测与治理以及水利工程建设与安全监测 等方面。卫星定位系统由空间段、控制段、用户段三个部分组成，比 其它无线电导航系统精度更高。采用GPS定位技术，可以精确地定位 险情发生的地点，辅助通信技术后能实现现场和指挥中心的联动。GPS 在长江干流、洞庭湖、鄱阳湖等重要水域水下地形测量中发挥了重要 作用。3S技术在水利业务中常常集成应用，单独运用其中的某一种技术 往往不能满足实际需要。实际上，以上介绍的水土流失监测、防汛减 灾、水下地形测量等应用不同程度应用到了 3S技术。（二）信息自动采集技术自动采集技术指能有效扩展人类感觉感官的感知域、灵敏度、分 辨率和作用范围的技术，包括传感、测量、识别和遥感遥测技术等。目前，全国省级以上水利部门已建成各类信息采集点26500多个， 采集要素覆盖雨情、水情、工情、旱情、灾情、水质、水保、地下水、 供水、排水等，对生态、海潮、风情等要素的监测也取得很大进展。 体现信息化水平的非接触式采集设备大量使用，无人值守站点逐步推 广，监测方式不断创新，信息采集的精确性、时效性和工程监控的自 动化水平显著提高。根据2008年水文年报统计，83.4%的雨量站实现 了固态存储或自动测报，56.1%的水文站实现了固态存储或自动测报。同时，视频监控技术得到广泛应用，据不完全统计，到2007年 底，全国省级以上水利部门建成的各类水利工程监控系统的监控点达 到6430个，远程视频控制比例达到47%。在信息采集方式方面，水 利部利用新一代天气雷达监测网，能快速获得降雨预报信息。长江委 长江河道采砂管理远程可视化实时监控系统利用现代传感技术，对省 际边界重点河段实现远程、实时、可视化监控，并通过远程监控与日 常巡逻有机结合，提高监管和执法准确性和有效性。广东省采用具有 国际先进水平的测量系统测量重点水体水下地形，该系统集成了现代 空间测控技术、声纳技术、信息处理技术，具有高效率、高精度和高 分辨率的水下地形测量能力。另外，3S技术在信息自动采集中发挥了 越来越重要的作用。（三）通信与网络技术水利通信与网络是水利信息化的信息高速公路，为水利信息的高 效可靠传输提供了有力保障,把地理分散、种类繁多、信息量大的水利 信息通过连接起来，保证语音、数据和图像信息能够高效安全地传输和 交换。水利通信与网络系统的建设起源于河南“75.8”大洪水，由于当 时通信和网络的局限，水情、工情信息及指挥调度决策无法及时传递， 酿成洪水泛滥、人身伤亡、财产损生的严重后果。随后，水利部决定 加强通信网络建设，之后，随着通信技术的发展，水利通信网络先后 采用了短波、超短波、模拟微波、数字微波、集群通信、卫星通信等 技术。目前，全国已建成重点防洪地区微波通信电路15条；在公众 电信网覆盖不足的地区配备了大量的短波、超短波电台；在重点防洪 地区和大中型水库建立了 200多个库区自动测报系统。全国初步建成 了一个由水利部卫星通信主站、网络管理中心（北京）和600多个卫 星通信小站组成的结构较完整、技术较先进、功能较齐全的防汛通信 卫星网。值得注意的是防汛通信车在防汛指挥等领域作用显著，防汛 通信车集卫星通信、微波通信及计算机网络通信于一体，能实现视频 直播、视频会商、移动网上办公、广播扩音和照明等功能。同时，防 汛通信网能在山洪、泥石流的减灾中发挥不可替代的作用。水利信息网是水利行业各单位计算机与网络设备互连形成的网 络系统，按业务范围和安全保密要求分为政务外网和政务内网。水利 信息网按网络层次分为广域网、园区网、部门网和接人网四个层次， 其中广域网又分为骨干网、流域省区网和地区网。上世纪80年代中 期，水利信息中心的前身之一水文水利调度中心以及江苏、辽宁等个 别单位和个别部门先后在局部范围建设了 Decnet网络、NOVELL网 络，取得了较好效果。随着计算机网络技术的进步以及水利业务应用 需求的需求，1994年，水利信息中心依托X.25公网组织建设了全国 实时水情计算机广域网，为实时水雨情信息的传输提供了通道。2003 年以来，随着水利信息化的发展特别是国家防汛抗旱指挥系统的实 施，水利部组织建设了水利信息网骨干网，目前，水利信息网覆盖了 所有省级以上水利部门，与地市水利部门联通率达到63.1%，北京、 上海、江苏、浙江、广东等省市实现了区县级水利部门的全覆盖。同 时，依托水利电子政务项目，建设了连接水利部、七个流域机构的水 利电子政务外网。视频会议系统作为依托与水利通信与网络的特殊的信息可视化 应用基础设施，由于其在节约会议的经费时间、提高开会效率、适应 某些特殊情况等方面的巨大优势，逐步成为异地会议的首选方案，显 示了重要作用和显著效益。水利部与七个流域机构、31省（区市）、4 个重点工程局之间以及23个省（区市）建立了实现区域覆盖的视频 会议系统，连接单位达到460多个，部分省市联通到了区县甚至乡镇 水利部门。（四）信息存储与管理技术经过建国50多年来的工作，各级水利部门积淀并形成了海量的 水利信息资源，这些数据是国家空间基础设施的重要组成部分，是开 展各项水利业务的重要支撑。为了充分发挥海量数据在水利工作中的 基础作用，实现信息共享，各级水利部门积极利用先进的信息存储与 管理技术，包括海量存储设备、服务器、数据库管理系统。随着计算机应用技术、硬件技术和网络技术的日新月异，存储技 术也在飞速发展,就单个存储系统而言，其可靠性、输入/输出性能、 可扩展性、连接性及可管理性日臻完善，诸如EMC、HDS、NetApp、 IBM等公司的高端存储系统，已被广泛运用于企业的核心业务系统。 目前交互式虚拟超大容量网络存储（SAN）技术正在逐步取代老式的 磁盘阵列存储（DAS）、网络存储（NAS）技术，它具备了 DAS、NAS 所没有的性能和特点，具有明显的技术优势。近年来SAN技术已逐 渐成为结构化数据存储的首选方案。目前，到2007年底，各级水利 部门配备的各类存储设备形成了约133TB的存储能力。水利部正在实 施的数据存储与备份系统将配置容量为30TB的在线存储、50TB的近 线存储、100TB的离线备份以及30TB的异地数据备份存储，将为水 利部各业务应用提供集成高效的数据存储、备份和恢复服务。服务器指的是在网络环境中为客户机（Client）提供各种服务的、 特殊的专用计算机，服务器不仅仅是网络设备的中枢，承担着数据的 接收、处理、转发、发布等关键处理任务。按服务器的机箱结构来划 分的话，可以把服务器划分为“塔式服务器”、“机架式服务器”和“机 柜式服务器”等三种。由于服务器非常重要，对服务器提出了可扩展 性、可用性、可管理性和可利用性等方面的高要求，目前，服务器集 群技术、热备、负载均衡等在水利行业都有广泛的应用。据不完全统 计，到2007年底，省级以上水利部门配置了 2600多台网络服务器。数据库管理系统是一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建 立、使用和维护数据库，它对数据库进行统一的管理和控制，以保证 数据库的安全性和完整性。数据库管理系统提供多种功能，可使多个 应用程序和用户用不同的方法在同时或不同时刻去建立，修改和询问 数据库，使用户能方便地定义和操纵数据，维护数据的安全性和完整 性，以及进行多用户下的并发控制和恢复数据库。数据库管理系统在 水利信息化中得到广泛应用，目前已成为水利信息管理的主要工具， 管理的数据类型包括文本、数值、地理空间、多媒体等。据不完全统 计，到2007年底，省级以上水利部门正常提供信息服务的数据库达 到469个，数据库内容覆盖了水利业务的方方面面。（五）软件工程技术软件工程（Software Engineering，简称为SE）是一门研究用工程化 方法构建和维护有效的、实用的和高质量的软件的学科。它涉及到程 序设计语言，数据库，软件开发工具，系统平台，标准，设计模式等 方面。软件已经渗透到我们日常工作、学习、生活的方方面面，但是， 由于缺乏快速开发各种满足质量要求、安全、可靠的软件的合用技术， 软件的生产能力远远满足不了飞速发展的实际需求。软件工程就是将 系统化的、严格约束的、可量化的方法应用于软件的开发、运行和维 护，即将工程化应用于软件。软件工程过程主要包括开发过程、运作过程、维护过程。它们覆 盖了需求、设计、实现、确认以及维护等活动。需求活动包括问题分 析和需求分析。问题分析获取需求定义，又称软件需求规约。需求分 析生成功能规约。设计活动一般包括概要设计和详细设计。概要设计 建立整个软件系统结构，包括子系统、模块以及相关层次的说明、每 一模块的接口定义。详细设计产生程序员可用的模块说明，包括每一 模块中数据结构说明及加工描述。实现活动把设计结果转换为可执行 的程序代码。确认活动贯穿于整个开发过程，实现完成后的确认，保 证最终产品满足用户的要求。维护活动包括使用过程中的扩充、修改 与完善。伴随以上过程，还有管理过程、支持过程、培训过程等。应该说，前些年，水利信息系统的开发并没有按照软件工程的要 求进行，软件开发的随意性比较大，总体效率不高，很多时候甚至依 靠开发人员的创造和灵感，这对软件的维护和扩展造成了很多困难， 很多系统开发后不久就因业务变动等原因放置不用。目前，水利信息 系统的开发正逐步按照软件工程的要求进行，但还有很多工作需要开 展，尤其是业务流程的规范化工作。（七）信息系统集成技术根据诺兰模型，信息化的阶段可被划分为初始阶段、普及阶段、 发展阶段、系统内集成阶段、跨部门集成、成熟阶段等多个阶段（诺 兰模型）。目前，我国水利信息化总体上处于发展阶段，同时，具有 从发展阶段到集成阶段的过渡的需求。也就是说一方面要大力发展水 利信息系统，同时，我国的国情不容许走先分散发展再集成的老路， 需要在发展的同时发挥集成技术的作用，走高效发展之路。随着水利 信息化的不断发展，各水利部门都根据自身的需要，建立了许多应用 系统，对降低工作人员的信息处理工作量、提到工作效率起到了良好 的作用。但总的来看，现有系统中，信息的有效利用率低，部门内部 以及部门之间信息与业务流程衔接不紧密，各类信息系统相对独立， 信息系统建设水平较低，“信息孤岛”问题比较突出，资源和投资浪 费现象较为严重。信息系统主要集成包括三个层次：数据集成、应用集成、门户集 成。数据集成解决数据的共享问题，使数据得到更广泛的应用，尤其 是数据的综合应用。在此基础上，随着应用的深入发展，还可以建立 面向主题的数据仓库应用等。数据的规范化和标准化是数据集成的基 础，XML已逐步成为数据集成的标准。应用集成是基于业务流程的集成，它可以集成各种应用系统，除 了解决各应用系统间的信息共享的问题，还关注各应用系统间的业务 协同。应用集成主要包括Web Services、J2EE适配器体系结构、Java消 息服务等标准，中间件服务器、消息服务器、业务流程管理等技术成 为应用集成的重要技术和工具。水利部建设中的电子政务系统将初步 实现综合办公、规划计划、国际合作与科技、人事劳动教育、网上监 察等业务的协同。门户是IT领域的新技术，门户集成技术的应用可以方便不同用户 根据业务需求，利用应用集成平台生成的各种资源定制不同的应用。 门户为用户访问不同来源的信息和应用程序提供入口。通常门户从本 地或远程数据源（如：数据库、业务系统、内容提供者或远程Web站 点）获取信息。它们加工此信息并将其聚集到复合页中，用一种简洁、 方便的使用形式为用户提供信息。几乎目前所有的门户实现都提供一 种组件模型，它允许将称为Portlet的组件插入到门户基础结构中。（八）决策支持技术决策支持系统（DSS）是以管理科学、运筹学、控制论和行为科 学为基础，以计算机技术、仿真技术和信息技术为手段，针对半结构 化的决策问题，支持决策活动的具有智能作用的人机系统。它能够为 决策者提供决策所需的数据、信息和背景材料，帮助明确决策目标， 进行问题的识别，建立或修改决策模型，提供各种备选方案，并且对 各种方案进行评价和优选，通过人机交互功能进行分析、比较和判断， 为正确决策提供必要的支持。在水利信息化建设中，决策支持系统建设是最高层次的建设。它 重点完成水利信息化中的知识发现与基于智能化工具的应用系统建 设，在此基础上完成水利行政、防洪、水资源管理、水环境管理等决 策支持服务系统的建设任务，全面达到水利现代化对水利信息化的要 求。(九) 办公自动化技术办公自动化简称OA(Olfiee Automation)，是一种人机结合的系统， 通过将各种现代科学技术和行为科学融为一体应用于办公管理领域， 使大部分可重复的、程序化的、繁杂的工作由系统来完成，办公业务 的核心一人从事具有创造性的工作，以达到提高效率、增强决策效能 的目的。办公自动化技术是对传统办公方式的一次革命，是社会信息 化的重要标志。办公自动化技术的发展与计算机技术的发展息息相关，随着计算 机应用的普及，办公自动化技术得到了相应的发展，从电话、打印机、 传真机，简单的文件处理系统，到目前的综合办公平台。据不完全统计，到2007年底，40个省级以上水行政主管部门中， 42.5%的在本单位内部实现了公文流转无纸化，还有3个实现了与上 下级间的公文交换无纸化。2008年1月1日，水利部综合办公系统在 水利部机关投入正式运行。系统上线运行以来，水利部机关日常政务 工作基本实现了网络化、电子化处理，改变了日常办公方式，提高了 办公效率。据不完全统计，截至到2008年6月底，水利部机关和各 流域机构通过该系统已处理了约2万件电子文件。三、现代信息技术在水利信息化中的展望在刚刚结束的全国水利信息化工作会议上，陈雷部长在重要讲话 中提出：当前和今后一个时期，水利信息化工作的指导思想是：以邓 小平理论和“三个代表”重要思想为指导，深入贯彻落实科学发展观， 全面贯彻国家信息化发展战略部署，紧紧围绕大力发展民生水利，促 进传统水利向现代水利、可持续发展水利转变的目标，以需求为导向， 以创新为动力，以应用促发展，坚持统筹规划、协调有序推进，搞好 顶层设计、统一技术架构，强化资源整合、促进信息共享，完善体制 机制、保障良性运行，全面提升水利信息化水平，以水利信息化带动 水利现代化。为了实现以上目标，需要关注现代信息技术的发展，特别是这些 技术对水利工作的重要影响，包括阔下一代网络、第三代通信、3S集 成和虚拟仿真、高性能计算等技术。下一代网络（NGN）是一种全新的网络架构，涉及下一代交换网、 接入网、传输网、互联网以及移动网等多个领域。第三代通信技术（3G） 在传输声音、数据等数据的速度大幅提升，能够处理图像、音乐、视 频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多 种信息服务。遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、虚拟 仿真技术的广泛运用，有条件针对流域进行快速实时模拟，将水资源 与自然界的交互作用真实地再现在人们眼前，把对空间的抽象思维延 伸到了形象思维；空间数据库技术及GIS的应用使得大量与位置信息 有关的水资源及各类信息的存储检索可以按照空间或时间进行检索； 遥感技术（RS）的引入使流域下垫面状况模拟成为现实；GPS的定点或 移动观测可以对特定信息进行直接采集和标定。这些先进的技术全面 推动着水利行业技术升级，将实现真正的数字水利。高性能计算技术包括网格、云计算等技术。网格作为一门新兴的、 功能强大的技术，一经提出就取得了前所未有的发展。它是通过高速 网络连接并集成地理上分布、异构的各种资源，并将它们转化成一种 随处可得的、可靠的、标准的、经济的计算能力，实现跨地域的、分 布的、高性能联合的协同计算，为用户提供一体化的高性能计算服务、 信息处理服务和决策支持服务，充分发挥网络资源的综合效能。云计 算能为我们提供超大规模、高可靠性、高可扩展性、通用性、极其廉 价的计算服务。“云”就是计算机群，每一群包括了几十万台、甚至 上百万台计算机。“云”的好处还在于，其中的计算机可以随时更新， 保证“云”长生不老。Google就有好几个这样的“云”，其他IT巨头， 如微软、雅虎、亚马逊（Amazon）也有或正在建设这样的“云”。信息技术日新月异，水利事业蓬勃发展，需要针对信息技术发展 快、软硬件更新快、业务需求变化快等特点，认真研究并及时把握水 利信息化发展规律，加强水利信息化基础研究和科研能力建设，认真 分析研究新兴信息技术给水利工作带来的影响，结合水利工作特点， 及时或超前提出水利信息系统建设和升级方案，保证水利信息化的先 进性和适度超前性。参考文献1 邓波，蔡荣波.传统水利向现代水利、可持续发展水利转变的 必由之路水利部副部长索丽生谈水利信息化建设J.信息化建设，2003( 5) : 12- 152 水利部信息化工作领导小组办公室.2007年度中国水利信息化 发展报告M.北京：中国水利水电出版社.2008.123 水利部水文局(水利信息中心).关于印发加快推进水利信息化 资源整合与共享知道意见的通知.2008.84 水利部水利信息中心.全国水利信息化规划R.2003.5 水利部信息化工作领导小组办公室.全国水利信息化发展十一 五规划R.2005.6 周宏仁.信息化论M.北京：人民出版社.2008.87 李芳.水利信息化的主要内容和技术发展J.广东水利水电, 2002( 4) :15- 16; 19.