現(xiàn)代水文信息技術(shù)在水情遙測中的應(yīng)用分析

楊 光

(遼寧省錦州水文局，遼寧 錦州 121000)

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現(xiàn)代水文信息技術(shù)在水情遙測中的應(yīng)用分析

楊 光

(遼寧省錦州水文局，遼寧 錦州 121000)

水文作為我國防汛抗旱的重要指導(dǎo)工作，其一直以來受到國家和地區(qū)相關(guān)部門的高度重視。尤其是2011年中央一號指導(dǎo)文件的出臺，將大部分目光聚焦到我國水利事業(yè)中。因此，正是在這種背景下，我國現(xiàn)代水文技術(shù)得到創(chuàng)新發(fā)展。對此，文章將重點以我國遼寧省為例，對現(xiàn)代水文信息技術(shù)在水情遙測中的實際應(yīng)用過程進行分析。

遼寧?。凰男畔⒓夹g(shù)；水情遙測；應(yīng)用分析

遼寧省地處我國東北地區(qū)，因其獨特的地理區(qū)域特點以及氣候特點導(dǎo)致其水旱災(zāi)害頻繁發(fā)生。據(jù)遼寧省水文監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示，該省平均每六年發(fā)生一次洪水災(zāi)害，每兩年發(fā)生一次干旱災(zāi)害。因此，長期以來，水旱等自然災(zāi)害成為嚴重制約遼寧省經(jīng)濟、社會快速、持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一[1]。而對于從事防汛、抗旱水情工作的相關(guān)技術(shù)人員而言，積極將江河以及水庫中的雨、水情和土壤墑情等相關(guān)信息要素時空分布特征，通過信息傳輸方式發(fā)布給公眾，能夠科學(xué)預(yù)測自然災(zāi)害以及水文信息。

1 現(xiàn)代水文信息技術(shù)在水情遙測應(yīng)用中的必要性分析

文章在研究分析之前，通過了解遼寧省現(xiàn)階段的水文工作，發(fā)現(xiàn)在信息采集方面以及信息傳輸和信息發(fā)布及信息決策等方面依然存在一定的不足。具體而言：①該地區(qū)在現(xiàn)代水文信息采集方面墑情站基礎(chǔ)設(shè)備缺乏，對信息預(yù)測以及發(fā)布及時性和準確性造成了嚴重影響；②在實際信息傳輸采集過程中，水文站一直采用傳統(tǒng)的稱重法進行數(shù)據(jù)觀測，既費時又費力，而且全省墑情遙測站較少，其它相關(guān)測站更是較為缺乏。無法滿足現(xiàn)階段遼寧省旱情以及水情監(jiān)測信息數(shù)據(jù)分析與發(fā)布的需求；③委托觀測員的實際業(yè)務(wù)素質(zhì)能力較為低下，因此對水文監(jiān)測站的相關(guān)數(shù)據(jù)采集造成了嚴重的影響；④當(dāng)?shù)氐乃恼緵]有科學(xué)將移動觀測點與固定觀測點相結(jié)合，在抗旱水情信息自動化監(jiān)測以及采集方面依然存在一定的技術(shù)缺陷[2]。

其次，在信息傳輸方面，該地區(qū)現(xiàn)代水文信息的檢測以及傳輸，通常采用普通電話技術(shù)以及語音技術(shù)，從而導(dǎo)致分信息中心的信息通道堵塞。同時，也嚴重影響了水文信息監(jiān)測與遙測的實效。通過了解發(fā)現(xiàn)，監(jiān)管該地區(qū)部分信息采集的分中心采用現(xiàn)代公用交換數(shù)據(jù)網(wǎng)(X.25)進行水文信息的采集與發(fā)布和傳輸，但是這一技術(shù)并沒有得到大面積的應(yīng)用、實施與推廣[3]。

尤其是在現(xiàn)代水文信息的發(fā)布方面，當(dāng)?shù)乜购邓橄嚓P(guān)信息資源的共享十分困難。在此過程中，當(dāng)?shù)厮谋O(jiān)測站點主要通過各種紙質(zhì)報表向防汛抗旱部門進行信息發(fā)布與傳輸。因此，基于上述應(yīng)用現(xiàn)狀分析，對于現(xiàn)階段的遼寧省而言，在水情遙測過程中依然采用傳統(tǒng)技術(shù)方式進行，因此難以滿足當(dāng)前社會發(fā)展需要與水文遙測的技術(shù)實施要求。對此，文章將圍繞遼寧省實際，設(shè)計一種現(xiàn)代水文信息系統(tǒng)，以此科學(xué)進行水文信息的遙測。

2 水情遙測中現(xiàn)代水文信息技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)

2.1 現(xiàn)代水文信息技術(shù)系統(tǒng)總體設(shè)計思路

隨著互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的快速融合發(fā)展，大型的數(shù)據(jù)庫以及地理信息系統(tǒng)(GIS)及全球定位系統(tǒng)(GPS)等現(xiàn)代信息技術(shù)在水利行業(yè)中也得到了全面應(yīng)用，由此為區(qū)域間整合各種水情信息資源以及建立旱情及水情信息遙測系統(tǒng)奠定了堅實的基礎(chǔ)。文章按照總體設(shè)計以及獨立、協(xié)作運行的思路，構(gòu)建了一種4個有機聯(lián)系的子系統(tǒng)，從而科學(xué)實現(xiàn)了遼寧省水情信息的自動采集以及實時傳輸和綜合分析、網(wǎng)上發(fā)布等[4]。

2.2 現(xiàn)代水文信息采集系統(tǒng)的子系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

在水情信息采集過程中，文章主要基于以下2個原則進行信息采集子系統(tǒng)的設(shè)計，盡可能將地表水以及大氣降水和地下水、土壤水等相關(guān)水情信息的觀測納入同一個數(shù)據(jù)信息遙測站中，從而建立科學(xué)的評價體系；在信息采集系統(tǒng)設(shè)計過程中，盡可能將信息測報點設(shè)置于水文站內(nèi)，從而保證當(dāng)?shù)厮男畔⑹占O(jiān)測的實效性，減少成本投入[5]。

與此同時，加強了墑情監(jiān)測站點的數(shù)據(jù)采集工作以及數(shù)據(jù)監(jiān)測站網(wǎng)的布設(shè)，考慮到遼寧省今后水文工作實際發(fā)展需要，在易旱地區(qū)每縣區(qū)至少布設(shè)多個信息監(jiān)測站點，對原有的46個站點進行技術(shù)改造以及恢復(fù)建設(shè)；另外還新增設(shè)信息遙測站點31站，因此總站點合計77站，以此有效滿足當(dāng)?shù)噩F(xiàn)代水文信息的遙測技術(shù)要求。完善相關(guān)信息監(jiān)測站點設(shè)施之后，應(yīng)著重對現(xiàn)代水文信息監(jiān)測站點的河道徑流量以及降水量和土壤墑情還有地下水位、水氣蒸發(fā)量等信息進行監(jiān)測。信息觀測時間為每年的2月1日-10月1日，在監(jiān)測技術(shù)方法選擇方面，對于移動監(jiān)測點技術(shù)手段的選擇，應(yīng)該在固定墑情設(shè)備監(jiān)測基礎(chǔ)上，通過手持型的全球電位技術(shù)系統(tǒng)，科學(xué)確定移動監(jiān)測點的相關(guān)水文信息數(shù)據(jù)。固定墑情站的信息監(jiān)測收集，采用自動化方式，結(jié)合高精度數(shù)據(jù)傳感技術(shù)，利用現(xiàn)代土壤測熵儀進行數(shù)據(jù)信息的測量。

2.3 現(xiàn)代水文信息實時傳輸系統(tǒng)的子系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

遼寧省現(xiàn)代水文信息實時傳輸系統(tǒng)的子系統(tǒng)主要分為測站中心以及分中心及省中心和部委四大信息傳輸模塊。文章在子系統(tǒng)設(shè)計過程中，主要在測站分中心配備了現(xiàn)代水文信息智能傳輸機，該系統(tǒng)設(shè)備不僅具有良好的信息查詢功能，而且能夠離線對相關(guān)水文信息進行編輯，同時展開水文情況播報和信息的一鍵發(fā)送；另外，該信息系統(tǒng)具有56KB的存儲技術(shù)功能，通過與測站分中心的語音卡進行聯(lián)合使用，因此避免了信息傳輸分站傳統(tǒng)水文信息儲輸通道嚴重堵塞的問題出現(xiàn)，用戶只需將手機SIM卡科學(xué)植入測站分中心信息接收設(shè)備端以及信息發(fā)送設(shè)備端，系統(tǒng)即可通過手機信息方式，將遼寧省各區(qū)域河道水位以及地下水位和降水量、土壤墑情等相關(guān)水文信息傳輸至信息遙測站[6]。

在省中心，主要利用水情信息計算機廣域網(wǎng)，通過同步X.25的分組數(shù)據(jù)交換技術(shù)，以及利用防汛微波干線組成的局域網(wǎng)。在Internet廣域網(wǎng)撥號技術(shù)基礎(chǔ)上，就可對系統(tǒng)中相關(guān)的水情信息進行傳輸。因此，這一設(shè)計理念使遼寧省現(xiàn)代水文遙測站的信息采集、傳輸實現(xiàn)了無人值守。如圖1所示，為現(xiàn)代水文信息實時傳輸系統(tǒng)的子系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)過程。

圖1 水文信息實時傳輸系統(tǒng)的 子系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)過程表1 水情遙測中現(xiàn)代水文信息技術(shù)系統(tǒng)的實現(xiàn)

傳統(tǒng)方式現(xiàn)代方式信息采集人工觀測信息移動巡測以及人工觀測和自動遙測為一體信息傳輸普通電話+語音卡、電信局電報現(xiàn)代水文信息智能傳輸機+語音卡GSM,手機短信、防汛微波干線遙測站點測站-分中心測站———分中心子系統(tǒng)設(shè)計X.25廣域網(wǎng)撥號(分中心-省中心)X.25廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)撥號(分中心-省中心)

2.4 現(xiàn)代水文信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

水文信息數(shù)據(jù)是準確反映遼寧省水文工作情況的重要依據(jù)。因此，為了有效滿足當(dāng)?shù)噩F(xiàn)代水文工作的基本要求，在現(xiàn)代水文信息技術(shù)遙測過程中，要以防汛抗旱為基本任務(wù)，尤其是在現(xiàn)代水文信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程中，應(yīng)該采用現(xiàn)代計算機技術(shù)以及通過良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和性能優(yōu)良的硬件設(shè)備，以此結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃幕A(chǔ)資料，通過對相關(guān)信息的加工處理，以此滿足當(dāng)?shù)胤姥纯篂?zāi)部門水文信息化工作的實際需求[7]。因此，數(shù)據(jù)可操作系統(tǒng)要基于MicrosoftSQLServer2000關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及Windows2000Server(SP1)技術(shù)進行集成化設(shè)計，以此確保當(dāng)?shù)噩F(xiàn)代水文遙測技術(shù)系統(tǒng)具有可靠性以及可擴展性和可維護性、開放性等特征。

2.5 現(xiàn)代水文信息查詢系統(tǒng)的子系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

除了上述信息采集以及信息傳輸子系統(tǒng)之外，省中心在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫和1:25萬數(shù)字化的矢量電子地圖基礎(chǔ)上，以C/S和B/S混合結(jié)構(gòu)開發(fā)了遼寧省抗旱水情信息系統(tǒng)。在地理信息在線實時查詢中，主要以Web技術(shù)為核心，通過實時動態(tài)的動畫，能夠準確及時對當(dāng)?shù)厮樾畔⒁约昂登樾畔⒑蜌庀笮畔⑸踔翞?zāi)情信息等進行查新和瀏覽。在此過程中，利用此信息技術(shù)系統(tǒng)，可以將相關(guān)水情遙測信息集成到一個系統(tǒng)中，以此自動生成報表以及打印信息[8]。同時，還可對降水信息數(shù)據(jù)以及水庫水情和土壤的干旱程度等進行實時對比分析等，從而為各級部門進行網(wǎng)上防汛會商以及旱情和水情決策部署提供了重要的參考信息。具體而言，基于現(xiàn)代水文信息技術(shù)的水情遙測系統(tǒng)在實際運用過程中具有如下功能：

1)基于WebGIS技術(shù)，能夠通過電子地圖進行在線數(shù)據(jù)查詢。WebGIS技術(shù)是Internet技術(shù)以及GIS技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著近年來Internet技術(shù)的快速發(fā)展，這一技術(shù)已經(jīng)成為一種高效的信息傳輸與發(fā)布技術(shù)，其能夠與GIS技術(shù)相結(jié)合，從而通過準確的數(shù)據(jù)信息可以對區(qū)域水文信息進行遙測分析以及對水文要素等進行綜合，從而使抗旱過程以及防汛過程變得更為便捷，技術(shù)人員只需要通過瀏覽器對WWW中的任意一個節(jié)點的信息進行訪問，就可及時獲得水文遙測數(shù)據(jù)信息[9]。

2)基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，可以實現(xiàn)水情遙測信息的實時共享?，F(xiàn)代水文信息系統(tǒng)主要按照水情遙測網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫開放結(jié)合互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標準，通過利用SQL語言，對數(shù)據(jù)庫中的所需信息進行訪問調(diào)取，即可準確了解當(dāng)前區(qū)域水文工作的現(xiàn)狀。

3)基于動態(tài)交互的網(wǎng)頁技術(shù)，可以與用戶進行友好交互。在實際操作應(yīng)用過程中，Internet用戶通過對相關(guān)網(wǎng)頁中的功能模塊子菜單進行點擊，就可對相關(guān)信息命令進行檢索和查詢。在此過程中，水情遙測信息數(shù)據(jù)庫可與Web服務(wù)器進行實時在線通信，以此通過信息圖表方式，直接顯示系統(tǒng)的實時查詢信息。在信息數(shù)據(jù)的描述方面，通過可視化技術(shù)以及動畫技術(shù)，能夠?qū)π钏恳约八髁亢退畮鞂崟r水位及河道水位等具體變化情況進行動畫展示，從而通過多維角度，直觀顯示水情遙測的相關(guān)信息[10]。

3 結(jié) 語

綜上所述，隨著信息技術(shù)以及微電子技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等不斷發(fā)展，以高性能、智能化以及集成化為核心功能的硬件主體，為我國水利行業(yè)信息監(jiān)測分析以及傳輸、收集等奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。同時，其對水利現(xiàn)代化也提出了更高的技術(shù)要求，鑒于遼寧省水旱災(zāi)害頻繁發(fā)生的現(xiàn)狀，文章構(gòu)建了一種基于現(xiàn)代水文信息技術(shù)的抗旱水情遙測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對該省多個區(qū)域水情信息的遙測以及監(jiān)測和信息傳輸、信息發(fā)布等，從而為當(dāng)?shù)睾登楝F(xiàn)狀分析以及旱情水情預(yù)測及制定抗旱減災(zāi)、相關(guān)緊急預(yù)案等，提供了及時、準確而科學(xué)的信息技術(shù)支持。

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1007-7596(2017)01-0131-03

2016-12-30

楊光(1983-)，男，遼寧錦州人，工程師，從事水文水資源勘測、整編、管理工作。

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