關于建立地方水利地理信息智能化系統的探討

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“水利現代化”在行政管理和技術管理方面的重要體現。水利信息化作為水利現代化的基礎和標志，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、水環境監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建設工作已經全面展開，需要在信息化的基礎上充分發揮信息化數據的作用，建設讓數據去偽存真、讓數據輔助決策的智能化系統，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現狀及存在的問題

地方均在建設相關計算機系統，如水利網絡綜合信息服務系統、河湖庫工程管理系統、水資源管理系統、農村水利管理信息系統等。雖然部分系統建設是在上級主管部門統一布置下開發研制的，但大多都是各地方獨立開發，有些所謂的自動化系統只能做一些文字與統計工作，業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，無法體現科技發展對水利現代化工作的影響。究其原因，地方水利信息化工作存在以下問題：

①系統建設混亂：各地方重復進行系統開發，沒有統一的標準，浪費了大量人力與資源。

②系統功能簡單：大多數系統不具備數據分析、環境模擬、預決策功能，沒有前期預測和后期評估。

③系統擴展單一：沒有統一的數據共享平臺，同一地區的管理庫沒有進行有效整合，沒有與地方及上級管理系統做到兼容共享。

二、水利地理信息系統（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。該系統以水利地理信息系統（GIS）為數據平臺和工作核心，與省、市水利信息化系統和地方行政部門信息化系統相兼容，能夠實現數據采集、分析、模擬、決策等功能。建立水利地理信息智能化系統是水利現代化工作的要求，也是水利工作在現代社會科技發展推動下的必然選擇。下面從系統的作用、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，分析該地物的發展趨勢，解釋了從何時起發生了哪些變化。

③模擬問題：利用數據及已掌握的規律建立模型，模擬某個地方在具備某種條件時將出現的結果。

三、擬建的地方水利地理信息智能化系統結構

該系統包括水利地理信息數據庫系統、水利地理信息基礎數據源系統、智能化管理操作系統（見圖1）。

1.水利地理信息數據庫系統

水利地理信息數據庫系統是管理空間對象的信息系統，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 （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據庫。該系統能夠接收水利地理信息基礎數據源系統和地方行政部門信息化系統以及部、省水利信息化系統的數據，對相關數據進行分析，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，對錯誤數據及異常數據反饋并報錯。

2.水利地理信息基礎數據源系統

水利地理信息基礎數據源系統是收集基礎數據、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據庫的數據資料管理系統。

①水利基層單位數據系統：以水利站和其他基層水利管理單位為節點，根據水利地理信息數據庫的要求，對本單位管理范圍內的水利項目進行數據、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水文監測數據系統：以現有水文站為基礎，針對徑流總量、峰值流量、峰現時間等水文特征，建立全天候、全覆蓋的水文自動化監測網。

③水質自動化檢測系統：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。采用自動水質監測儀，對水體的 COD、氨氮、磷、pH、SS 等主要污染物進行在線監測。

④水利工程運行監控系統：對水利工程進行自動化改造后，通過GSM無線網絡，按規定時間對工程設備的完好狀態、運行情況、工作指令等管理數據以及重要部位的視頻進行數據傳輸。

⑤衛星數據監測系統：隨著對水利衛星通信系統使用的推廣，衛星地圖的使用也將逐步展開，通過比對分析系統對高清晰度衛星圖片的處理，能夠全面反映水文特征及地區水利工程的變化情況。

⑥自動化巡邏系統：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。該系統適用于邊遠地區和交通不暢地區的水利工程巡查，特別是在應對突發事件時，能夠在第一時間到現場傳遞數據、圖像，并可以與其他單位進行數據共享。

⑦全國水利普查系統：在國普系統允許的范圍內，最大限度地將普查基礎數據有效地與水利信息系統共享，充分發揮水利普查的作用。

⑧數據庫遠程備份系統：以數據安全為中心，建立一套數據管理、數據保護、防災系統和措施是整個系統高安全性和可用性的核心體現。建設安全、穩定、完整的遠程備份平臺,能夠按照一定策略實現不同方式的遠程備份,并提供數據恢復調用接口。在系統出現故障時,可利用備份數據迅速進行恢復,保證系統正常運轉。

圖1 水利地理信息智能化系統圖

3.智能化管理操作系統

①計算機輔助地理決策系統能夠實現地理空間數據處理、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。該系統可以模擬地理過程（自然環境過程、社會經濟過程），并利用數學方法進行多目標規劃和多標準決策分析。

②行政公務系統與市行政系統及行政服務中心相關聯，包括公文處理的自動化流轉、行業動態發布、相關法律法規查詢，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。

③防汛抗旱指揮系統是與省廳防汛抗旱指揮系統相兼容的子系統。該系統根據水利地理信息系統的綜合數據，結合上級防汛抗旱指揮系統提供的周邊水系管理數據，利用計算機輔助地理決策系統進行模擬決策，指揮防汛抗旱相關工作。

④水資源管理信息系統是與省廳水資源管理信息系統相兼容，以推動經濟社會發展和與水資源水環境承載能力相適應的水資源 “三條紅線”為目標的管理系統。該系統用于監控監測自備井取水、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法在線視頻取證等子系統，讓水資源管理工作更加科學規范。

⑤水利工程管理信息系統包括水利工程建設項目管理系統和水工建筑物管理系統。水利工程建設項目管理系統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、使用率等實時數據，并利用計算機輔助地理決策系統對水位、雨量、時間等參數進行模擬，判別水利工程在相關條件下的運行狀態，為決策提供數據支撐。

⑥農村水利管理信息系統包括灌區信息化管理系統和河道管理信息系統。灌區信息化管理系統包括自灌區和提灌區的所有灌溉信息，能夠根據上游來水量、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。河道管理信息系統收集流域性河道區域骨干河道、縣鄉村級河道的位置、斷面、淤積情況等實時數據,根據河道斷面、高程，利用計算機輔助地理決策系統進行模擬，能夠得到各河流的分配水量，比較各河道生態基流的要求，通過水利工程進行調節優化。

⑦水務管理信息系統包括城鄉供水信息系統和城鎮排水信息系統。城鄉供水信息系統收集供水主干管網、加壓泵站、取水口等的坐標、高程、地理環境等信息以及水費收繳情況，分析供水管網主要節點的實時參數，能夠及時發現管道故障，提高供水保證率。城鎮排水信息系統包括鄉鎮污水廠、污水管網、雨水管網的檢查井坐標，管網高程、管網維護情況等信息，通過對各雨污水提升泵站的數據分析，監測污染物排放的穩定性，保證污水處理廠的進水水質穩定。

⑧水土保持監測與管理系統是和省廳水土保持監測與管理系統相兼容的自動化監測系統。該系統以水土保持業務數據庫、水利地理信息系統、小流域基礎空間數據為基礎，能夠實現水土保持信息網絡化監測、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采用車載前線指揮平臺，在水利工程應急處理現場進行現場指揮。該系統利用前線指揮平臺管理系統指揮調度控制中心，結合計算機輔助地理決策系統，為一線指揮提供數據支撐，并利用數學方法進行多標準決策分析，確保在緊急情況下的決策穩定性與合理性。

四、系統設計與工作方式

水利地理信息智能化系統以部、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為基礎，其研發基于三項原則。

①兼容性原則。智能化系統必須與地方行政部門信息化系統和部、省水利信息化系統兼容，相應的基礎資料、管理數據能夠實現共享，最終將成為全系統或全區域的總體自動化系統下的一個專業化管理節點。

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境屬性，縮短產品研發與制造周期，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、經濟發展程度不同，因此各單位對信息智能化系統的要求也不同。在市場化基礎上研發多專業模塊時，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據；第二階段為各部門提供數據分析；第三階段以縣、市行政區為單位，綜合利用各方面數據，進行分析、模擬和決策。

在核心系統和部分主要模塊研發成功以后，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，在不影響原管理方式的情況下進行試運行，兩套系統同時工作，查找差距，為系統研發與推廣積累經驗。