1、1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：09041524004)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
2、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。2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
3、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
4、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。用户应用支撑应用信息服务信息汇集与存储水利信息网水利信息采集设施图 1 水利信息化综合体系结构应用软件信息化保障环境水利信息基础设施数据中心3（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
5、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 MO
6、DIS 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4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
7、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
8、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。5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
9、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
10、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，683.4%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
11、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
12、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7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
13、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
14、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，8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
15、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、
16、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9（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
17、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
18、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10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
19、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
