3S技术在水利防汛中的应用
水利行业在我国有着悠久的历史，随着国民经济的迅猛发展，水利工程在国民经济中所起的作用越来越大，防汛更是直接影响国民经济发展的一个重要方面。目前，国家提出了建设 “数字水利”的目标。全面实施大型水库远程视频实时监控系统建设。防汛抗洪工作逐步从被动抗洪向主动防汛转变。为进一步提高防汛抗洪决策的有效性和可靠性，实施防汛远程视频实时监控系统建设，可及时对可能或正在发生的汛情、险情、灾情进行动态监视，随时了解现场情况，以便采取相应的预防和补救措施确保水库安全运行。对领导决策和减少洪水灾害，缓解城市的防洪压力，保障人民生命财产的安全具有重要作用。
信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势。水利信息化是水利现代化的基础和重要标志。在水利现代化建设中，要大力推进水利信息化进程，利用水利信息化推动水利现代化。要充分利用科学技术发展创造的有利条件，坚持用高新技术对水利传统行业进行技术改造，特别要注意采用计算机技术、微电子技术、现代通信技术、遥感技术、地理信息系统(GIS)、全球定位系统及自动化技术等，实现水利信息化。本文就和大家一起探讨IT技术在水利防汛中的应用。
广义的信息技术(IT)是用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。主要是应用计算机科学和通讯技术，设计，开发，安装和实施信息系统及应用软件;也常被称为信息和通讯技术(ICT)或信息和通讯技术。
一、电话会议、视频会议在水利防汛的应用
电话会议是一种利用电话网进行的节资、省时、方便、高效的会议方式。机关、团体、企事业单位均可在本地长话局中心会场利用长途电路同一个或若干个地点的分会场同时进行通话，或布置工作、交流经验、表彰先进等。与会者可以自由地收听、呼叫、对讲、插话，声音清晰、逼真，宛如同在一室。交互式会议电话是目前国际上流行的一种召开电话会议的新形式，利用它可以随时随地召开电话会议。
会议电视又称视频会议或视讯会议，实际上是一种多媒体通信系统，是二十一世纪多媒体通信领域中一个非常热门的话题。会议电视技术是融计算机技术、通信网络技术、微电子技术等于一体的产物，它要求将各种媒体信息数字化，利用各种网络进行实时传输并能与用户进行友好的信息交流。在会议电视发展初期，网络环境相对简单，基本上是专线2Mb/s速率，由于视频产品间无法互通，技术垄断，设备价格昂贵，会议电视市场受到很大限制。随着各种技术的不断发展和一系列国际标准的出台，打破了会议电视技术及其设备由少数大公司一统天下的垄断局面，逐渐发展成为由国外如VTEL、Picture-Tel、VCON公司和国内中兴、华为等大企业共同分享国内会议电视市场的竞争局面。另外，高速IP网络及Internet的迅猛发展，各种数字数据网、分组交换网、ISDN以及ATM的逐步建设和投入使用，使会议电视的应用与发展进入了一个新的时期，同时，市场对会议电视的接受能力也上升到一个新水平。
我国的许多水利防汛的紧急会议都是通过电话会议或视频会议在全国各省市范围内进行的，可以说电话会议或视频会议是目前水利防汛中不可缺少的一种通讯方式。通过电话会议或视频会议，国家有关领导可以很方便地安排部署全国当前的防汛抗洪救灾工作。
二、计算机网络及通讯技术在水利防汛的应用
目前在全国各省市基本上都建立了本地的局域网，通过卫星线路连接到国家水利部，构成了一个全国范围内的水利专网，为当前的水利防汛打下了扎实的基础。国家水利部和一些流域机构、省、自治区、直辖市水行政主管部门、科研院所和重点企业通过Internet网的接入及应用均已建立了对外的网站。
水利部信息化工作领导小组于2001年4月召开了全国水利信息化工作座谈会，将水利信息化建设定名为“金水工程”。 “金水工程”是从“九五”期间开始实施的、覆盖水利信息化全局性的重大工程，“十五”期间要加快建设步伐，今后一定时期内还要继续向纵深发展。
“金水工程”又称“国家防汛指挥系统工程”。计划用五年左右时间，搭建一个先进、实用、高效、可靠并且具有国际先进水平的国家防汛抗旱指挥系统。金水系统将覆盖7大江河重点防洪地区和易旱地区，能为各级防汛抗旱部门及时、准确地提供各类防汛抗旱信息，并能较准确地作出降雨、洪水和旱情的预测报告，为防洪抗旱调度决策和指挥抢险救灾提供有力的技术支持和科学依据。
“金水工程”包括防洪和抗旱部份。防洪部分覆盖7个流域机构、24个重点防洪省(市)、224个地级水情分中心和228个地级工情分中心，以及与水情分中心相连的3002个中央报汛站和与工情分中心相连的927个重点防洪县的工情采集点。此外，还有中央直管的7个工程单位、9个大型水库、12个蓄滞洪区。抗旱部分覆盖31个省(市、区)267个地级旱情分中心以及与之相连的1265个易旱县旱情采集点。另外，还将在黄河、淮河流域设立6部新一代天气雷达、120个自动气象站和208个雨量站。
根据国家防汛指挥系统的总体设计，该系统可划分为5个分系统，即信息采集系统、通信系统、计算机网络系统，决策支持系统和天气雷达系统。
国家防汛指挥系统总体结构由两个网络组成:一个是分中心以下的星型报汛网，一个是分中心以上的互联互通的计算机网络。两个网在分中心汇接。利用多种通信信道组成的报汛网和众多的报汛站、采集点一起组成了信息采集系统;计算机网络系统基于国家公众通信网组成，它为各级决策支持系统提供工作平台的相互间交换信息的通路。
三、地理信息系统(GIS)在水利防汛的应用
在水利信息化系统建设中，地理信息系统(GIS)是系统构建的框架，是辅助决策的工具，是成果展示的平台。国内水利行业应用GIS技术始于90年代初期，大致经历了认识了解、初步应用和结合GIS技术进行深入研究三个阶段。最早接触GIS技术的主要是一些科研院所和高等院校，当时的应用只注重数据的可视化，主要发挥它的查询、检索和空间显示功能，即只发挥了GIS的最低层次的功能。近年来，随着GIS在水利领域的应用范围不断扩大，应用层次也逐渐深入，一些部门将它作为分析、决策、模拟甚至预测的工具，其社会经济效益也比较明显地显示了出来。
ArcGIS与ERDAS Imagine等软件在我国水利行业的应用已经颇具规模，在许多水资源管理、防汛抗旱、水土保持监测、水环境监测评估、水文地质、农田灌溉、水利工程规划等项目中得到了广泛的应用并产生很大影响，在我国的水利信息化建设中发挥了重大作用。目前，ESRI的产品已经成为中国乃至全球用户群体最大，应用领域最广的GIS平台。
要在水利行业更好地应用和发展GIS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、水旱灾情数据库等等。此外还要加快提高GIS的应用水平，充分发挥GIS现有的和潜在的功能，并且与遥感、全球定位系统、网络计算机等高新技术以及水利行业本身的技术紧密地结合在一起。
四、全球定位系统(GPS)技术在水利防汛的应用
全球定位系统(GPS)是具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。全球定位系统可利用多颗卫星不分昼夜地提供地球上任何地方任何气象条件下的精确位置数据。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。
全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，特别是水利部门防汛中能发挥巨大的作用。GPS技术的广泛应用使得防汛期间堤坝险情自动报警和抢险车辆统一准确指挥调度成为可能。通过大屏幕监控巡查人员、抢险车辆的实时位置，准确定位并统一调度资源，为防洪抗险争取了宝贵的时间。
五、遥感(RS)技术在水利防汛的应用
本世纪末，人类进入了信息产业革命时代，卫星遥感作为高新技术将成为衡量一个国家综合国力的重要标志。尽快发展我国自己的资源卫星，进一步开展遥感与全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、计算机决策支持系统、CAD技术、卫星信息传输技术、网络传输技术等高新技术的综合应用，为国家水利建设，特别是防洪减灾发挥更大作用，是一项刻不容缓的、艰巨的任务。
遥感(RS)主要指远距离利用可见光、红外、微波等探测仪器，通过摄影、扫描或信息感应、传输和处理，识别地物性质和运动状态。目前国际上航天遥感的空间分辨率最高已达1米，航空遥感则更高;最高光谱已达数百个波段。
水利遥感利用资源卫星及其它航天、航空遥感方法，在洪涝、干旱灾害的监测与评估，水土流失调查与动态监测，水利工程前期规划，大型水库工程的地质调查，生态环境及水资源、水污染调查，干旱沙漠区的水资源调查以及有效灌溉面积调查等方面进行了大量的应用与研究。这些工作为抗御自然灾害、减少国家和人民生命财产的损失以及水利生产和经济建设发挥了重要作用，产生了较大的社会和经济效益。
“防洪遥感实时传输系统”是综合应用遥感技术、GPS、GIS、航空卫星通信技术、计算机图像处理技术等多种高新技术建立的一个极其复杂、难度很大的科研工程系统，同时也是一个典型的3S(遥感、GPS和GIS)一体化系统。该系统由信息获取、信息传输和信息处理三部分组成。信息获取主要由遥感飞机、侧视合成孔径雷达(SAR)、实时成像器、GPS等组成。信息传输采用“机-星-地”(即飞机-卫星-地面)传输方式。由机载站、转发站和用户站等构成。信息处理由计算机图像处理、GIS及其外围设备构成。由于系统采用机载SAR，而SAR(微波)不同于可见光、红外，它不受天气条件(可以穿透云层)和黑天、白天(黑夜仍可以同白天一样获取地面图像)的影响，再加上飞机机动灵活，因此可以全天候地获取地面信息并在获取地面信息的同时将信息发往通信卫星。经过通信卫星中继，设置在防汛指挥部的接收站就可以从监视器(电视屏幕)上看到灾区的现场图像，实现了全天候、实时洪水监测。
六、决策支持系统在水利防汛的应用
“防汛指挥决策支持系统”是以现代计算机技术、网络技术、通讯技术、多媒体技术、遥感遥测技术和信息工程、系统工程、软件工程等技术手段为基础建立的，面向省级防汛指挥应用的水利信息化应用系统。具有防汛信息自动采集、实时传输、综合分析处理和决策支持等功能，以实现实时完整地进行防汛信息的收集、传送、处理和存储;快捷、灵活地以图、文、声、像一体化的多媒体和超文本方式，提供雨情、水情、工情、旱情、灾情背景资料、历史资料和动态资料等信息服务;基于模型库提供专业分析、预测、预报、调度和电子会商等功能，以提高洪水预报的精度和预见期;改善防洪调度手段，支持迁安咨询;及时向重点分蓄洪区发布洪水警报，收集反馈信息;提供现代化的防洪抗旱管理和决策支持手段;从而提高防汛指挥决策的正确性、及时性和准确性，提高防汛抗旱指挥的办公自动化水平。
防汛指挥决策支持系统平台包括信息管理和决策支持的应用平台，具体的作用是:①空间数据管理，包括查询、检索、更新和维护;②利用空间分析能力为防汛指挥决策提供辅助支持;③为各类应用模型提供数据支持;④优化模型参数;⑤预报预测;⑥防汛信息及决策方案的可视化表达。
“防汛指挥决策支持系统”运用目前国际上较为先进的软件工程技术，采用软件生命周期法与原型开发法相结合的方式，针对不同省(直辖市、自治区)的汛情特征和防汛指挥工作特点，选择省级防汛指挥决策中的关键问题，结合专业模型进行深层次的专题研究和应用软件开发。从而，使研发的软件成果在防汛指挥信息管理的基础上，突出了模型应用的特色。研发成果在重视数据管理，努力通过有效提高数据处理能力来追求对决策工作的积极支持的同时，进一步强调了模型和知识应用的重要意义，强化了模型管理和知识管理对于防汛指挥决策的支持作用，使系统成果具有更强的科学性、适用性和实用性。
七、中间件技术在国家防汛指挥系统工程中的应用
“十五"863计划课题"面向水利信息化平台建设的应用服务器中间件及其在国家防汛指挥系统工程中的应用”是科技部为配合全国水利信息化建设，推广应用国家自主高新技术成果而实施的国家信息技术领域重点应用示范项目。该项目对全国水利信息化建设，特别是对国家"金水工程"具有重要的推动和示范作用。
由水利部水利信息中心联合西安理工大学、西安交通大学等高校科研机构承担的“水利信息化平台建设的应用服务器中间件及其在国家防汛指挥系统工程中的应用”课题顺利通过专家验收。该课题研究成果目前已经在行业的实时水情交换与查询系统、黄河流域综合信息服务平台、黄河水环境监测应用服务平台的示范、陕西“数字防汛”应用服务平台等系统在得到应用。并将在水利电子政务应用组件接口和移动服务平台、海委应用组件及移动应用服务平台的示范、石头河水库汛期调度决策支持等系中使用。
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