发展现状及趋势分析

1.国外水利工程管理信息化建设研究现状

1998年,美国副总统戈尔提出了“数字地球”,“数字水利”的概念也应运而生。它是在数字地球的概念下局部的、更新专业化的数字系统。广义地说,数字水利就是综合运用遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)、虚拟现实(VR)、网络和超媒体等现代高新技术,对全流域的地理环境、基础设施、自然资源、人文景观、生态环境、人口分布、社会和经济状态等各种信息进行数字化采集与存储、动态监测与处理、深层融合与挖掘、综合管理与传输分发,构建全流域可视化的基础信息平台和三维立体模型,建立适合于全流域各不同水利职能部门的专业应用模型库和规则库及其相应的应用系统。从狭义上讲,数字水利是以地理空间数据为基础,具有多维显示和表达水利状况的虚拟平台,是数字地球的重要组成部分。

由于国外GIS发展比较早,在GIS与水利的结合应用方面已经取得了一些成果。在水资源评价和规划应用方面,Gupta等人早在1997年就实现了将栅格型数据管理工具用于流域规划。随后欧洲一些研究机构也联合开发了具有水文过程模拟、水污染控制、水资源规划等功能的流域规划决策支持系统WATERWARE。在此基础上,Bhuyan等综合运用GIS及美国农业部开发的农业非点源污染模型AGNPS,可很好地在小流域尺度上进行水资源和水环境评价。日本的Kenji Suzuki等也运用技术通过对高分辨率的卫星数据进行处理,实现了雨养农业区域水土资源的评价。近年来,Carlo等在GIS平台上开发了Ag-PIE模型,评价由于农业生产造成的地表和地下水水质下降的程度。

在防洪减灾应用方面,Davis将HEC21、HEC22与GIS结合对洪水、水质和土坡侵蚀进行了模拟,可很好地用于洪灾损失评估。德国Goamer公司研制了基于GIS的水动力学模型Floodarea,用于界定洪水淹没范围,能够预警可能的洪水风险。Joy Sanyal等针对发生在印度Gangetic West Bengal的一次特大洪水,运用遥感和GIS强大的空间分析功能,对易受洪水淹没的居民点区域进行了预测和分析。Overton结合GIS建立了泛洪区洪水淹没模型,并在澳大利亚南部的Murray河进行了验证。在美国,突发事件管理委员会(FE2MA)已利用GIS技术用于淹没灾害管理,在灾害期间可以辅助预测水灾危害,如洪水峰值时间、洪水高度、为保证城市安全进行水量调配等,在灾后可以辅助政府部门和保险公司进行损失评估和灾后重建。

在水环境监测和水资源保护应用方面,美国国家环保局基于技术和地调局水文数据开发了全美河段文件。Debarry在一个污染评价系统中利用DLG地形数据及土壤和地表覆盖多边形信息,计算了从每个流域输出的污染物的估计值,可用于水质监测和模拟。He等人将AGNPS、GRASS与GRASS Water Works模型集成在一起,综合评价了非点源污染对美国密歇根州Gass河水质的影响。近年来,Boyle等建立的IDOR2D系统将水污染模型与GIS集成;Lee等在Mokhyun流域建立了基于GIS的水质管理系统WQMS,利用水污染模型计算污染排放、预测水质。

2.国内水利工程管理信息化建设研究现状

我国水利工程管理信息化建设起步于20世纪80年代,水利系统开始大量引进当时国际上先进的计算机设备和软件,如IBM的PC微机、VAX系列超级小型机、APOLLO工作站、SUP5分析计算软件包等。与此同时,各设计院、研究所和高校也研制了一大批应用软件,这些都推动了水利系统计算机应用水平的迅速提高。水文、防汛等部门在信息化方面同样做了大量工作,他们积累了大量基础资料和工程资料。进入90年代以来,国民经济的飞速发展给防洪减灾和水资源利用等提出了更高的要求,水利信息工作更加受到重视。国际社会信息化的浪潮也给水利系统带来了信息现代化的冲击。我国对信息化的进程十分重视,也促进了水利系统的信息化进程的发展,水利部有关部门相继制定了“国家防汛指挥系统”“水利部行政首脑办公决策支持服务系统”等信息化建设工程规划。进入新世纪以后,水利工程信息化建设的研究得到了深入发展。

1997年,结合全国水利信息化建设的条件,从软件工程学的原理、开发方法和技术入手,结合全国水利信息化建设的任务,论述了水利信息化应用系统的初步开发设想。(www.xing528.com)

1998年,从国际信息化的发展现状、发达国家在信息化方面的举措、我国信息化的现状与发展趋势入手,对水利系统信息化现状进行了分析,指出我国水利信息化建设虽然取得了巨大的进步,但仍然在信息基础设施落后和老化、各部门信息化工作的进展极不平衡、缺乏统一的信息标准、缺乏信息或信息工作覆盖面不广、缺乏高水平的专业人才、缺乏有效的管理、政策导向不够完善等9个方面存在不足,并从统一规划统一标准、拓宽信息的应用领域、依托水利部门内部具有人才和技术优势的科研院所和大专院校开展信息化关键技术的研究和攻关、加强对外联系向国外先进水平看齐等方面提出了我国进一步进行水利信息化建设的建议。

2004年,结合长江科学院近几年所开展的主要相关科研项目与技术成果,根据空间信息技术的发展趋势和对流域管理现代化的认识,展望了“数据仓库”技术在长江水利信息化事业中的应用前景。

2006年,对数据仓库技术在水利信息化中的应用进行了系统的研究,同时指出要在水利行业更好地应用和发展数据仓库技术,必须在进一步加强标准化、规范化的基础上,大力开展基础数据库的建设,尤其是富有水利行业特色的数据库,如蓄滞洪区空间展布式社会经济数据库、雨情和水情数据库、水旱灾情数据库等。

2007年,通过对空间信息技术发展现状的讨论,结合对水利部门信息化建设需求的调研结果,尝试将新的空间信息技术引入到水利信息化管理建设中来,以解决其现有的需求和问题。根据需求分析,结合数据库技术、网络技术等新技术,设计了一套与结构相结合的综合性的水利信息管理系统方案,并加以实现。系统主要包括二维信息管理、三维信息显示和洪水淹没分析系统三大部分,除了具有常规的信息管理功能外,还提供了强大的空间数据分析功能,本系统的设计改变了以往信息管理系统功能单一、效率低下的缺点,为水利信息化建设提供了新的发展思路。

2008年,结合水利工程建设实例,分析了微波技术在现代水利信息化建设中的优势,不断满足水利对通信新的需求。为适应新的发展要求,利用微波技术组建了微波通信网,为数字集群系统和机房视频监控系统提供了稳定、可靠的传输链路,并在防汛演习等应急通信中发挥了明显的作用。

我国政府和各合作项目方(如世界银行)都积极地投入水利工程项目信息化建设,开发了为数不少的管理信息系统,但这些系统仍存在不少问题。首先,从单个项目管理信息系统来看,目前的信息系统设计一般是按照水利资源管理信息系统的思路,以中国三峡集团公司与加拿大公司合作开发的大型集成化工程项目管理系统——三峡工程管理信息系统为例,该系统包括编码结构管理、岗位管理、资金与成本控制、计划与进度管理、合同管理、质量管理、工程设计管理、物资与设备管理、工程财务与会计管理、坝区管理、文档管理等各模块。而一般项目管理信息系统包括进度管理、造价管理、设备管理、合同管理、财务管理、档案管理、材料管理、质量管理几个模块。当然由于水利工程项目本身的特殊性,二者很难完全一致,但从中不难发现二者的设计思路是不尽相同的。其次,从整体看,该领域存在问题主要有缺乏通用的信息系统,相似系统和相近系统不得不重复开发系统设计规划,没有前瞻性,造成系统升级能力和更新扩展能力较差,数据的格式和标准不统一,系统之间的数据转换和互操作性较差,各系统之间缺乏标准化和规范化接口系统,很难实现系统集成等。归根究底,缺乏统一的信息化标准是出现这些问题的关键,应该指出的是,目前有些大型系统在设计开发时已考虑到标准化的工作,但由于整个信息化建设没有统一的通用标准,造成不同系统遵循的标准各不相同,系统间的数据共享更侧重于与外部信息资源的交流。