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現(xiàn)“水利現(xiàn)代化”在行政管理和技術管理方面的重要體現(xiàn)。水利信息化作為水利現(xiàn)代化的基礎和標志，是國家信息化建設的重要組成部分，是防洪減災、水資源管理、水環(huán)境監(jiān)測和水土保持的重要手段和技術支撐。目前，地方水利信息化系統(tǒng)建設工作已經全面展開，需要在信息化的基礎上充分發(fā)揮信息化數(shù)據(jù)的作用，建設讓數(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)狀及存在的問題

地方均在建設相關計算機系統(tǒng)，如水利網(wǎng)絡綜合信息服務系統(tǒng)、河湖庫工程管理系統(tǒng)、水資源管理系統(tǒng)、農村水利管理信息系統(tǒng)等。雖然部分系統(tǒng)建設是在上級主管部門統(tǒng)一布置下開發(fā)研制的，但大多都是各地方獨立開發(fā)，有些所謂的自動化系統(tǒng)只能做一些文字與統(tǒng)計工作，業(yè)務管理工作除了辦公條件改善以外沒有質的改變。管理者依靠個人經驗來決策，難以做到科學合理，無法體現(xiàn)科技發(fā)展對水利現(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題：

①系統(tǒng)建設混亂：各地方重復進行系統(tǒng)開發(fā)，沒有統(tǒng)一的標準，浪費了大量人力與資源。

②系統(tǒng)功能簡單：大多數(shù)系統(tǒng)不具備數(shù)據(jù)分析、環(huán)境模擬、預決策功能，沒有前期預測和后期評估。

③系統(tǒng)擴展單一：沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享平臺，同一地區(qū)的管理庫沒有進行有效整合，沒有與地方及上級管理系統(tǒng)做到兼容共享。

二、水利地理信息系統(tǒng)（GIS）的作用

針對存在的問題，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)平臺和工作核心，與省、市水利信息化系統(tǒng)和地方行政部門信息化系統(tǒng)相兼容，能夠實現(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)代社會科技發(fā)展推動下的必然選擇。下面從系統(tǒng)的作用、組成、工作方式等方面來詳細說明：

①位置特征：GIS對信息空間表達的功能，準確表述了對象（地物）具體位置關系和相關特征信息。

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

③模擬問題：利用數(shù)據(jù)及已掌握的規(guī)律建立模型，模擬某個地方在具備某種條件時將出現(xiàn)的結果。

三、擬建的地方水利地理信息智能化系統(tǒng)結構

該系統(tǒng)包括水利地理信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、水利地理信息基礎數(shù)據(jù)源系統(tǒng)、智能化管理操作系統(tǒng)（見圖1）。

1.水利地理信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

水利地理信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是管理空間對象的信息系統(tǒng)，以三維地形圖為基礎，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、鐵路等水利相關內容為對象的三維空間以及各對象隨時間變化的數(shù)據(jù)庫。該系統(tǒng)能夠接收水利地理信息基礎數(shù)據(jù)源系統(tǒng)和地方行政部門信息化系統(tǒng)以及部、省水利信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，對相關數(shù)據(jù)進行分析，按時間順序和空間關系進行儲存，并按設定范圍對信息進行甄別和邏輯校核，對錯誤數(shù)據(jù)及異常數(shù)據(jù)反饋并報錯。

2.水利地理信息基礎數(shù)據(jù)源系統(tǒng)

水利地理信息基礎數(shù)據(jù)源系統(tǒng)是收集基礎數(shù)據(jù)、圖片和影像資料，按時間順序更新、整理管理對象變化情況的本級水利地理信息數(shù)據(jù)庫的數(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，根據(jù)水利地理信息數(shù)據(jù)庫的要求，對本單位管理范圍內的水利項目進行數(shù)據(jù)、圖像錄入，結合日常巡查工作，按定時更新和適時更新兩種方式進行修正。

②水文監(jiān)測數(shù)據(jù)系統(tǒng)：以現(xiàn)有水文站為基礎，針對徑流總量、峰值流量、峰現(xiàn)時間等水文特征，建立全天候、全覆蓋的水文自動化監(jiān)測網(wǎng)。

③水質自動化檢測系統(tǒng)：將飲用水水源地、水質控制斷面、主要排污口等作為控制點。以行政區(qū)范圍內的河道等級與重要性來劃分，以分布密度進行控制。采用自動水質監(jiān)測儀，對水體的 COD、氨氮、磷、pH、SS 等主要污染物進行在線監(jiān)測。

④水利工程運行監(jiān)控系統(tǒng)：對水利工程進行自動化改造后，通過GSM無線網(wǎng)絡，按規(guī)定時間對工程設備的完好狀態(tài)、運行情況、工作指令等管理數(shù)據(jù)以及重要部位的視頻進行數(shù)據(jù)傳輸。

⑤衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)：隨著對水利衛(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，通過比對分析系統(tǒng)對高清晰度衛(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自動化巡邏系統(tǒng)：無人機航拍在技術方面已非常成熟，且運用成本在不斷下降，因此無人機巡邏檢查用于水利管理將成為趨勢。該系統(tǒng)適用于邊遠地區(qū)和交通不暢地區(qū)的水利工程巡查，特別是在應對突發(fā)事件時，能夠在第一時間到現(xiàn)場傳遞數(shù)據(jù)、圖像，并可以與其他單位進行數(shù)據(jù)共享。

⑦全國水利普查系統(tǒng)：在國普系統(tǒng)允許的范圍內，最大限度地將普查基礎數(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)庫遠程備份系統(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、防災系統(tǒng)和措施是整個系統(tǒng)高安全性和可用性的核心體現(xiàn)。建設安全、穩(wěn)定、完整的遠程備份平臺,能夠按照一定策略實現(xiàn)不同方式的遠程備份,并提供數(shù)據(jù)恢復調用接口。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,可利用備份數(shù)據(jù)迅速進行恢復,保證系統(tǒng)正常運轉。

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計算機輔助地理決策系統(tǒng)能夠實現(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，是計算機輔助模擬和決策分析技術相結合的產物。該系統(tǒng)可以模擬地理過程（自然環(huán)境過程、社會經濟過程），并利用數(shù)學方法進行多目標規(guī)劃和多標準決策分析。

②行政公務系統(tǒng)與市行政系統(tǒng)及行政服務中心相關聯(lián)，包括公文處理的自動化流轉、行業(yè)動態(tài)發(fā)布、相關法律法規(guī)查詢，是能夠在線辦理相關行政審批事宜、開設視頻會議的行政辦公系統(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)，結合上級防汛抗旱指揮系統(tǒng)提供的周邊水系管理數(shù)據(jù)，利用計算機輔助地理決策系統(tǒng)進行模擬決策，指揮防汛抗旱相關工作。

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，以推動經濟社會發(fā)展和與水資源水環(huán)境承載能力相適應的水資源 “三條紅線”為目標的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于監(jiān)控監(jiān)測自備井取水、水廠進出水流量、明渠流量、地下水水位、水源地水質以及水資源遠程管理等工作，同時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規(guī)范。

⑤水利工程管理信息系統(tǒng)包括水利工程建設項目管理系統(tǒng)和水工建筑物管理系統(tǒng)。水利工程建設項目管理系統(tǒng)主要管理各水利工程每個階段的實施進展情況。水工建筑物管理系統(tǒng)管理所有水工建筑物的詳細信息，包括坐標、完好率、使用率等實時數(shù)據(jù)，并利用計算機輔助地理決策系統(tǒng)對水位、雨量、時間等參數(shù)進行模擬，判別水利工程在相關條件下的運行狀態(tài)，為決策提供數(shù)據(jù)支撐。

⑥農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)上游來水量、農作物分布、需水期、渠道工況、高程分布等相關情況進行模擬決策。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)村級河道的位置、斷面、淤積情況等實時數(shù)據(jù),根據(jù)河道斷面、高程，利用計算機輔助地理決策系統(tǒng)進行模擬，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，通過水利工程進行調節(jié)優(yōu)化。

⑦水務管理信息系統(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、高程、地理環(huán)境等信息以及水費收繳情況，分析供水管網(wǎng)主要節(jié)點的實時參數(shù)，能夠及時發(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，管網(wǎng)高程、管網(wǎng)維護情況等信息，通過對各雨污水提升泵站的數(shù)據(jù)分析，監(jiān)測污染物排放的穩(wěn)定性，保證污水處理廠的進水水質穩(wěn)定。

⑧水土保持監(jiān)測與管理系統(tǒng)是和省廳水土保持監(jiān)測與管理系統(tǒng)相兼容的自動化監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以水土保持業(yè)務數(shù)據(jù)庫、水利地理信息系統(tǒng)、小流域基礎空間數(shù)據(jù)為基礎，能夠實現(xiàn)水土保持信息網(wǎng)絡化監(jiān)測、傳輸、處理與共享應用，為水土保持提供信息服務和分析手段，全面提高水土保持工作的管理與服務水平。

⑨前線指揮平臺管理系統(tǒng)采用車載前線指揮平臺，在水利工程應急處理現(xiàn)場進行現(xiàn)場指揮。該系統(tǒng)利用前線指揮平臺管理系統(tǒng)指揮調度控制中心，結合計算機輔助地理決策系統(tǒng)，為一線指揮提供數(shù)據(jù)支撐，并利用數(shù)學方法進行多標準決策分析，確保在緊急情況下的決策穩(wěn)定性與合理性。

四、系統(tǒng)設計與工作方式

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

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

②模塊化設計。模塊化設計是指在對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構成不同的產品，以滿足市場不同需求的設計方法。模塊化設計是綠色設計方法之一，是已經較為成熟的設計方法，可以同時滿足產品的功能屬性和環(huán)境屬性，縮短產品研發(fā)與制造周期，增加產品系列，減少或消除局部故障對整體的不利影響，方便維護、升級和改造。

③個性化選擇。由于每個單位的所處流域、地形地勢、下墊面、供水關系、經濟發(fā)展程度不同，因此各單位對信息智能化系統(tǒng)的要求也不同。在市場化基礎上研發(fā)多專業(yè)模塊時，地方水利部門可以按照行政許可的內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)的建設過程分為三個階段，第一階段為水利工作提供基礎數(shù)據(jù)；第二階段為各部門提供數(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行試運行，兩套系統(tǒng)同時工作，查找差距，為系統(tǒng)研發(fā)與推廣積累經驗。