数字水库防汛调度空间信息技术的应用研究_以山东省莱芜市雪野水

1、数字水库防汛调度空间信息技术的应用研究以山东省莱芜市雪野水库为例张 华 ,顾士升 ,马明文!,王荣涛 ,林祥国( 山东省防汛抗旱办公室,山东济南250013;!山东省莱芜市雪野水库,山东莱芜271100;山东农业大学,山东泰安271018#摘 要数字水库防汛调度空间信息系统将围绕数字水库空间信息获取、更新、管理与应用服务的需求,开展关键技术研究、应用软件开发与系统集成,为我国数字水库科学工程的建设提供经验,促进我国水利信息化的快速发展。本文简要介绍了数字水库防汛调度空间信息技术应用的必要性、可行性和主要技术支撑,重点分析了数字水库防汛调度空间信息技术的应用技术框架,特别是对数字水库三维展示、信

2、息采集、数据通讯和决策信息系统等进行了重点研究,提出了其技术流程,为数字水利的研究和建设提供了经验借鉴。#关键词数字地球;数字水库;防汛调度;数据仓库;3S 技术#中图分类号T V 697;P208#文献标识码A#文章编号1009-2307(200404-0031-03收稿日期:2004-04-20基金项目:山东省水利厅资助项目(2003571 引 言洪涝灾害严重威胁着人类的生命和财产安全,危害着国民经济的可持续发展。水库拦蓄洪水,一方面可削减下游的洪峰水量,另一方面蓄洪补枯,增加水资源的综合利用水平。建立水库的洪水预报预警系统,这是防御洪水的前哨,可实时获得汛息,及时作好抗洪抢险的准备工作,

3、及时作好疏散人口和财产安全,以避免或减少重大的损失。数字化时代的到来为建立洪水预报预警信息系统提供了技术支持。数字水库防汛调度空间信息系统是数字水库建设的重要内容之一,可以对防汛抢险的各种信息进行实时监控和管理,如气象、遥感、雨水情、图像、工情、险情、语音等信息,并对上述信息进行分类处理、存储和管理,对实时雨水情、工情、险情、图像进行实时动态监视,并根据实时情况提前发布预警信息。同时,为专家和有关领导提供一个会商平台,并为会商决策提供充分的依据。数字水库防汛调度空间信息工程的实施,可以提高水库的防洪能力,确保水库下游人民生命财产的安全。雪野水库始建于1958年,1966年7月完成。枢纽工程由主

4、坝、副坝、溢洪道、东西放水洞和水电站五部分组成。它是一座以防洪,工农业供水为主,结合发电、水产养殖、旅游开发等综合利用的大(二型水库。水库按百年一遇洪水设计,二千年一遇洪水校核,控制流域面积444km 2,总库容6 21%108m 3,兴利库容1 12%108m 3。从1997年至2000年管理处连续进行了两期除险加固工程,总投资5 225%107元。两期工程竣工后,均通过省水利厅组织专家验收,使水库达到了原设计标准。综上所述,雪野水库是以抗旱、防洪,工、农业和生活供水为主,结合发电、水产养殖、旅游开发等综合利用的大型水库。以雪野水库为例进行数字水库防汛调度空间信息技术的应用研究,具有广泛的代

5、表性和推广应用价值。么用户在查询检索时,对于图幅的叠幅部分,虽然检索空间位置是唯一的,但检索结果不唯一。统计操作也是如此,得不到准确的统计结果 这便是我们所说的可视无缝。要说明的是,可视无缝的海图在满足浏览使用的目的上是胜任的,而作为海洋地理信息系统使用的空间数据基础,可视无缝的空间数据意义不大,甚至还有危害。因为它既不能用于空间分析,也不能用于度量。空间分析的基本要求是正确性、准确性以及符合分析对象本身需要,而上述的可视无缝仅局限于视觉的完美,并不能提供准确的基础数据,这将无益于技术进步。参考文献1 赵丽宁,李一凡,赵德鹏.数字海洋空间数据库的构建J.大连海事大学学报,2002,28(2:3

6、4 37.2 朱欣焰,李德仁,等.无缝空间数据库的概念、实现与问题研究J 武汉大学学报&信息科学版,2002,27(4:382 386.3 徐庆荣,杜道生,等.计算机地图制图原理M .武汉:武汉测绘科技大学出版社,1992.5 15.4 楼锡淳,朱鉴秋,等.海图学概论M .北京:测绘出版社,1993.93 122.5 黄茂军,等.GI S 中开放或地图摄影变换组件的设计J.测绘科学,2003,28(4.作者简介:隋春光(1973-,女,汉族,黑龙江人,硕士生,主要从事GI S 开发与应用研究。E mail:avensui163 com第29卷第4期2004年8月 测绘科学Science of

7、Surveying and M appingVol 29No 4Aug对我国的水利信息化、经济发展和社会进步具有良好的推动作用。2 数字水库主要支撑技术数字水库是在数字地球1的基础上提出来的,它的提出有着深刻的社会和技术背景。一方面,新的治水思路立足于可持续发展,把水库放在自然和经济协调的系统中综合考虑,水库信息的种类和来源大大扩展了,增加了信息加工和处理的难度和深度,迫切需要先进的技术手段来提供支持;另一方面,信息技术的飞速发展、互联网的出现、3S(GPS 、RS 、GIS技术的日趋成熟,为信息采集、传输、处理、共享、控制提供了前所未有的技术手段和解决方案,将对水库的科研、规划、设计、施工和

8、管理产生全方位的影响,为水库管理的全面技术升级提供了可能。3S 技术是以处理地球表面信息为主要特征的空间信息技术。R S 和GPS 技术可以用于从外部获得记录地球性质和状态的基础数据,其发展已经形成覆盖全球的监测运行系统,建立起从航天观测到深度观测的多层次、立体对地观测系统,可以快速获取和更新水库数据。它和传统的地图数据一起,为水库信息系统的建立和共享提供数据基础。G IS 技术实现了以空间地理坐标为单元的信息全面的整合,促进数据转化为信息,信息转化为知识的升华。同时,它也可以为数字水库的建设提供专业的分析算法和专业模型,以便对各种水库数据进行深层次的分析,使系统具有辅助决策功能,为有关部门提

9、供科学的计算结果和决策依据。此外,它支持Internet 、Intr anet 技术,支持B/S 、C/S 模式,可实现网络化,达到数据资源的共享。数字水库以新的治水思路为指导,紧密跟踪当前科技的最新技术和发展趋势,从水库信息流入手,将以计算机为核心的信息技术全面引入水库管理,实现了信息的可视化、形象化、实时化、多维化,对实现中国水库现代化、信息化提供了可操作的具体内容。3 数字水库主要技术流程3 1 数字水库防汛调度空间信息系统的基本框架数字水库防汛调度空间信息系统主要有数据仓库、水库信息模块、水系信息模块、数据通讯模块、决策支持系统模块和帮助模块等部分组成。数据仓库中主要有影像数据库、空间

10、数据库、属性数据库等组成3-4。空间数据库提供二维展示和查询、三维展示和空间查询、数据转换(从AutoCA D 等其它系统的转入、专题制图、普通制图、图形更新、图形修改、检索、基本的图形计算和数据叠加和分层等。水库信息模块主要是展现库区的综合信息。水系信息模块主要是展现水库汇水河道、溢洪道等的综合信息。数据通讯模块主要是展现防汛水情数据自动监测、传输和接收等综合信息,便捷的获取海量的实时信息,能够迅速地将水闸、水阀、水泵的开启、关闭、开启度等决策命令、各种高低限报警信号等传输给相应的硬件。决策支持 系统图1 系统基本结构框架图32测绘科学第29卷模块主要是展现水库防汛调度决策模型,进行降雨量统

11、计分析、降雨径流模型构建、灾害损失分析、水量实时调度、库区气象中长期预报、蓄水优化拦尾分析决策支持、灌溉计划与优化调度、水库防洪预案与除险加固、浸润线分析。数字水库防汛调度空间信息系统的基本框架结构见图1所示;水库三维展示和查询系统如图2 所示。图2 水库三维展示与查询系统3 2 数字水库防汛调度空间信息系统的数据采集和传输技术流程防汛水情数据自动监测和运行控制是数字水库防汛调度智能化管理的基础,它对于及时准确掌握库区防汛水情,提高防汛能力具有重要意义。数字水库防汛调度需要采集的数据主要有:库区水位数据、河渠流速流量数据、降雨量数据等。图3为库区的雨情、水情监测数据采集系统。水库数据采集系统中

12、,远程终端设备是智能化的数据采集装置,是数据通讯的起点。在远程终端设备下安装可编程逻辑控制器,具有通信功能,通过接收指令和现场的电器设备对泵、闸、涵进行起、闭控制。传输媒质为微波。前端接口设备与主机相连,具有接受和发射功能。水位、流量、雨情等为相应的传感器和变送器,是监测实时数据的仪表。用于库区水位测量的传感器有:浮子式、跟踪式、超声波式、压力式水位传感器等。流速数据采用超声波流速仪。流量数据采用超声波流量计。降雨量数据采用翻斗式遥测雨量传感器。水库的雨情、水情通讯系统主要有三部分组成。(1DT E (Data T er minal Equipment 为数据终端设备,通常指计算机终端,它是数

13、据通讯的起点或终点。(2DCE(Data Circuit T erminal Equipment为数据电路终端接口设备。将来自DT E 的数据信号通过DCE 进行适当的变换,使之能在传输信道上进行传输。对于模拟信道,DCE 就是调制解调器(Mo dem。对于数字信道,DCE 就是数据服务单元或信道服务单元。(3传输信道是指在数据通讯中,通信双方之间必须建立一条物理或逻辑的通道来传输数据。传输信道包括通信线路和通信设备。通信线路有无线信道和有线信道之分,无线信道主要包括地面微波、卫星线路、短波等,水利防汛有专用微波通道。有线信道主要包括双胶线、光纤等。3 3 数字水库防汛调度决策支持系统技术流程

14、数字水库防汛调度决策支持系统的建设主要有三部分组成。一是信息采集部分;二是信息处理部分;三是最终方案的确定与成果输出。详细情况如图3所示。3 4 系统的软硬件和开发平台网络体系结构的确立。目前应用较为广泛的计算机网络体系结构有C/S 和B/S 两种,综合利弊,考虑到本系统 要为专家和有关领导提供一个会商平台,本系统应选择C/S图3 决策系统总体结构框架和B/S 两种体系结构,网络带宽为100M 以上,工作站和服务器采用当前流行配置,操作系统可用Windows2000,W indows XP 。数据库采用Oracle 数据库,开发工具可用V B 、V J 、G eoStar (Geo Image

15、DB4 0,G eoM ap,GeoT IN ,G eoDEM 4 0等。4 结 论我国幅员辽阔,自然条件复杂,是一个洪水灾害十分严重的国家,据估计每年因洪水造成的粮食损失在1 0%1011kg 左右,直接经济损失在2 0%1011元。有史以来,人类都在和自然灾害进行着斗争,水库是防汛抗旱、洪水预警快速反应的前沿阵地。利用现有的科学和技术,用数字化技术全面提升水库的管理水平,推动我国抗洪防灾、兴利除灾事业的顺利进行。数字水库防汛调度空间信息系统将围绕数字水库空间信息获取、更新、管理与应用服务的需求,开展关键技术研究、应用软件开发与系统集成,为我国数字水库科学工程的建设提供经验借鉴,促进我国水利

16、信息化的快速发展,促进我国创新机制的形成,使我国水利科技的发展赶超世界领先水平。参考文献1 A L Gore.T he dig ital earth:understanding our planetin the 21st Century.G iven at the Califor nia Science Center,Los Angeles,California,on Januar y 31,1998.http:/w ww Dig ital eart h net cn.2 崔伟宏,李小娟.数字地球M .北京:中国环境科学出版社,1999:14 19.3 L IAN G Y ong ,L U Xiu shan,et al.T he main content,technical support and enforcement str ategy of digi tal agriculture J.Geo Spatial I nformation Science,2002,5(1:68 73.4 L IAN G Y ong ,LU Xiu shan,et al.Stu