---“數(shù)字流域”的基本概念及其理論框架

周寶書

(宜昌市夷陵區(qū)水土保持局，湖北  宜昌   443100)

    摘  要：數(shù)字管理與現(xiàn)代管理、計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)緊密的聯(lián)系在一起，并將成為人類社會發(fā)展不可缺少的組成部分。筆者從“數(shù)字流域”的概念入手，通過“數(shù)字流域”在水土保持工程綜合應(yīng)用過程中建立數(shù)字信息系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及其措施，并概述在開發(fā)“數(shù)字流域” 信息系統(tǒng)中的理論模式和“數(shù)字流域”對水土保持工作的作用。

    關(guān)鍵詞：數(shù)字流域;水土保持;理論研究;綜合管理

 

    傳統(tǒng)的水土保持管理、采集、整編利用了大量的信息，對水土流失的治理與開發(fā)奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)在，要充分利用先進(jìn)的高科技手段高效、準(zhǔn)確的采集信息并利用先進(jìn)的技術(shù)管理好這些信息，利用好這些數(shù)字庫，最大限度發(fā)揮水土保持工程效益，顯得十分重要與必要，也是促進(jìn)水土保持可持續(xù)發(fā)展的基石。

   “數(shù)字流域”是中國水土保持管理現(xiàn)代化的一個重要的組成部分，是治理水土流失實行現(xiàn)代化管理的必由之路，是水土保持事業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略保障。隨著“數(shù)字流域”內(nèi)涵和外延的發(fā)展和完善，“數(shù)字流域”的管理現(xiàn)代化水平也將不斷提高，將極大的推進(jìn)水土保持現(xiàn)代化管理的進(jìn)程。

    1 “數(shù)字流域”的含義及其構(gòu)成

    1.1 “數(shù)字流域”的含義

    目前對“數(shù)字流域”還沒有確切的學(xué)術(shù)定義，一般認(rèn)為：“數(shù)字流域”是對真實流域及其現(xiàn)象的統(tǒng)一的數(shù)字化的認(rèn)識，是以因特網(wǎng)為基礎(chǔ)，以空間數(shù)據(jù)為使用依托，以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為表現(xiàn)手段，具有三維界面和多種分辨率瀏覽器的系統(tǒng)。也有學(xué)者理解為：“數(shù)字流域”是實現(xiàn)流域的智能管理和開發(fā)，對真實流域及其相關(guān)的信息數(shù)字化重現(xiàn)與分析。其主要信息系統(tǒng)包括：地質(zhì)地理、水文氣象、自然資源、生態(tài)環(huán)境、旅游景點、商業(yè)交通、社會經(jīng)濟(jì)、文化民俗等，它是“數(shù)字地球”的重要組成部分。

    1.2 “數(shù)字流域”的采集及構(gòu)成

    1.2.1 “數(shù)字流域”的采集

   “數(shù)字流域”的構(gòu)筑是一個較龐大的復(fù)雜系統(tǒng)工程，它主要采用遙感信息的提取，地面調(diào)查和現(xiàn)有或現(xiàn)場數(shù)據(jù)的記錄這3種方法采集數(shù)據(jù)，應(yīng)用遙感（RS）、數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)（DCS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）及地理信息系統(tǒng)（GIS）的4S技術(shù)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和多媒體技術(shù)或數(shù)據(jù)通訊等高科技手段，對流域資源、環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)等各個復(fù)雜系統(tǒng)的數(shù)字化，數(shù)字整和，虛擬仿真等信息的集成應(yīng)用系統(tǒng)，并在可視化的條件下，提供決策支持和服務(wù)。

    1.2.2 “數(shù)字流域”模塊的構(gòu)成

   “數(shù)字流域”的模塊主要利用數(shù)字引擎(SDE Spare Ware)將其建成數(shù)據(jù)庫按功能安裝在服務(wù)器上,在“數(shù)字中國”→“數(shù)字水利”→“數(shù)字長江”→“數(shù)字流域”組件模式接口下，做到軟件既插既用功能的效果，在水土流失數(shù)字流域系統(tǒng)支持下，相關(guān)信息劃分模塊，以化整為零的方法進(jìn)行組織實施，具體可劃分為：社會經(jīng)濟(jì)信息系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、水土保持工程信息系統(tǒng)、水土保持統(tǒng)計信息系統(tǒng)、土壤侵蝕模數(shù)及水文資料信息系統(tǒng)等模塊，做到模塊之間相輔相成和充分銜接。

    1.2.3 “數(shù)字流域”管理系統(tǒng)模塊之間的關(guān)系及功能

    “數(shù)字流域”管理系統(tǒng)模塊是在特定的程序語言和應(yīng)用數(shù)字流域的復(fù)雜性特點，整體上需要將模塊分成多個模塊組件系統(tǒng)，使各模塊之間相互連貫和形成有機(jī)的勾稽關(guān)系，并相互影響。例如：土壤侵蝕模數(shù)及水文資料信息系統(tǒng)模塊反映出的土壤侵蝕量的大小，水文氣候資料的好壞可直接傳輸?shù)较到y(tǒng)后了解土壤流失量的多少和水資源的綜合利用水平的高低；水土保持工程信息系統(tǒng)和水土保持統(tǒng)計信息系統(tǒng)與改善水土保持生態(tài)環(huán)境，控制水土流失所運行的情況是否息息相關(guān)等。同時在系統(tǒng)決策支持方面，根據(jù)流域的特點，建立模擬仿真系統(tǒng)。

    從數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)同等條件篩選到數(shù)字的安裝，直到各個功能模塊的生成的數(shù)字庫，各個環(huán)節(jié)都是相當(dāng)復(fù)雜的過程，是一個橫向與縱向有著千絲萬縷關(guān)系的系統(tǒng)，而整個系統(tǒng)的各個模塊由于水文氣象、地理地貌、侵蝕模數(shù)、社會經(jīng)濟(jì)、水土保持措施等外界環(huán)境的變化和新的信息系統(tǒng)的升級和換代。這樣接口數(shù)字流域管理系統(tǒng)與各模塊之間及其作為軟件整體都更具有較大的操作靈活性。

    2 “數(shù)字流域”的基本框架

    2.1 “數(shù)字流域”的基本框架示意圖

   “數(shù)字流域”是在“數(shù)字中國”→“數(shù)字水利”→“數(shù)字長江”→“數(shù)字流域”(包括省、縣兩級，如：“數(shù)字湖北”“數(shù)字夷陵”)的接口分為信息與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)字庫管理系統(tǒng)、地理信息綜合應(yīng)用系統(tǒng)等內(nèi)容,對各類數(shù)據(jù)庫建立應(yīng)采取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一格式，打破條條框框，制定信息資源共享。

 

 

 

 

 

數(shù)字長江

 

 

 

 

 

 

 ↑↓

 

 

 

 

 

 

數(shù)字流域

 

 

 

 

 

 

↑↓

 

 

 

←←←

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地理信息綜合應(yīng)用系統(tǒng)

→→→→

↓

↓

 

 

↑↓

 

 

↓

應(yīng)用系統(tǒng)

→→→→

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數(shù)字庫管理系統(tǒng)

←←←←

←←←←

↓

 

 

 

 ↑↓

 

 

 

 

 

 

水土保持工程

 

 

 

 

 

 

↑

 

 

 

數(shù)字收集系統(tǒng)DCS

→→→→

操作平臺

←←←←←

←←←←

遙感DS

 

 

 

↑

 

 

 

地理信息系統(tǒng)GIS

↗

全球定位系統(tǒng)GPS

 

↖

實測與遙測

 

 

 

數(shù)字長江

 

 

 

 

 

 

   2.2 “數(shù)字流域”信息系統(tǒng)建立的理論模式

   2.2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立

   “數(shù)字流域”是一項系統(tǒng)而復(fù)雜的信息化工程,要求信息資源共享,系統(tǒng)性強(qiáng),因此,必須要有一整套的理論模式,首先是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支持,要求從上到下建立健全各級管理機(jī)構(gòu)從系統(tǒng)表面實現(xiàn)層層聯(lián)系的接口,以大江大河為一級系統(tǒng)總控制平臺;省以下為二級信息系統(tǒng)管理平臺;縣級為用戶信息系統(tǒng)操作平臺；其次是在此基礎(chǔ)上以縣級為單位對所轄區(qū)域不同水文氣象、地理地貌、土地利用、資源分配、社會經(jīng)濟(jì)、水土流失狀況等基礎(chǔ)性資料進(jìn)行編碼分類，且縣級在用戶信息系統(tǒng)操作平臺上只能設(shè)立一組編碼，既“1.2.3.4.5…..X”,編碼加識別分類并注明地理位置坐標(biāo)予以控制；第三是在編碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，然后輸入用戶信息系統(tǒng)操作平臺；第四是省級信息系統(tǒng)管理平臺對用戶信息系統(tǒng)操作平臺輸入的數(shù)字信息進(jìn)行接口處理,確認(rèn)分類措施的統(tǒng)計與建庫,依據(jù)完成的措施結(jié)合區(qū)域編碼將空間數(shù)字庫與基礎(chǔ)數(shù)字庫建立連接,形成“數(shù)字流域”的基礎(chǔ)，這樣可詳細(xì)了解縣級用戶水土流失現(xiàn)狀和水土保持工作進(jìn)展。

    2.2.2 空間數(shù)字庫的建立

    空間數(shù)字庫的采集通過采用“4S”（GIS、GPS、RS、DCS）技術(shù)，結(jié)合流域DEM（數(shù)字高程模型）DTM（數(shù)字地形模型）采用分類編碼管理縣級用戶信息系統(tǒng)操作平臺水土保持工程相關(guān)因子等信息，借助現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、多媒體等計算機(jī)信息處理手段，對數(shù)字流域的數(shù)字信息進(jìn)行有機(jī)管理和利用。

    2.2.3 建立“數(shù)字流域”信息系統(tǒng)的措施

    2.2.3.1 加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)，依托現(xiàn)有資源，積極建立起數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)。 “數(shù)字流域”系統(tǒng)信息化建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，領(lǐng)導(dǎo)是關(guān)鍵,必須有嚴(yán)密的組織、有計劃地推進(jìn)；充分利用全國水土保持監(jiān)測與管理信息系統(tǒng)網(wǎng)、中國水利信息網(wǎng)等絡(luò)網(wǎng)為依托，以“4S”（GIS、GPS、RS、DCS）技術(shù)為手段，建設(shè)水土保持監(jiān)測與管理信息系統(tǒng)，對流域及不同層面的行政區(qū)域的水土流失現(xiàn)狀進(jìn)行多時相動態(tài)監(jiān)測，對不同分級的水土保持信息進(jìn)行管理，對水土流失和水土保持進(jìn)行評價；建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，為水土保持區(qū)域治理和小流域治理的工程設(shè)計、經(jīng)濟(jì)評價和效益分析服務(wù)，提高水土保持監(jiān)測、設(shè)計、管理和決策的水平。

    2.2.3.2加強(qiáng)信息化項目建設(shè)管理，建立完整的科學(xué)保障體系。 “數(shù)字流域”系統(tǒng)信息化建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。要確保各階段、各層次、各環(huán)節(jié)工作的有序、高效、協(xié)調(diào)進(jìn)行，高質(zhì)量地完成項目建設(shè)，必須在統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的原則下，建立、健全一整套科學(xué)的管理制度；安全是“數(shù)字流域”系統(tǒng)信息化工作成敗的關(guān)鍵因素，必須“兩手抓”，“一手抓“數(shù)字流域”系統(tǒng)信息化建設(shè)，一手抓“數(shù)字流域”系統(tǒng)信息安全”。各操作用戶要高度重視信息安全問題。在信息化建設(shè)過程中，要緊繃“安全”這根弦，不僅要注重系統(tǒng)、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)的安全，更要注重信息的安全和涉密信息的保密。

    2.2.3.3 更新理念，著眼于人與自然的和諧共處。新的水土保持發(fā)展思路立足于可持續(xù)發(fā)展這一基本理念，著眼于人與自然的和諧共處，把水土保持放在自然和國民經(jīng)濟(jì)宏觀巨型系統(tǒng)中統(tǒng)籌考慮，水土保持信息的種類和來源大大擴(kuò)展了，對信息需要更加深度的加工和處理，新的水土保持發(fā)展思路迫切需要先進(jìn)的技術(shù)手段提供支持；信息技術(shù)飛速發(fā)展,計算機(jī)主頻不斷提高,操作系統(tǒng)不斷升級,寬帶互聯(lián)網(wǎng)普及,傳感器技術(shù)日趨成熟,為信息采集、傳輸、處理、共享、控制提供了前所未有的技術(shù)手段和解決方案，將對水土保持的科研、規(guī)劃、設(shè)計、施工和管理產(chǎn)生全方位的影響，為水土保持行業(yè)全面技術(shù)升級提供了可能。

    2.2.3.4加大籌資力度，積極落實專項資金。“數(shù)字流域”系統(tǒng)信息化建設(shè)是一項重要的公益性事業(yè)，政府投入是資金的主要來源。水土保持部門要積極開展工作，爭取各級政府的支持，加大對該項工作的資金投入?！皵?shù)字流域”系統(tǒng)信息化建設(shè)資金要列入各級財政專項預(yù)算、水利發(fā)展基金、基本建設(shè)投資等計劃。同時要充分發(fā)揮中央與地方籌資的主導(dǎo)性和積極性，鼓勵和爭取國內(nèi)外的資助，多渠道籌集資金。

    3 “數(shù)字流域”系統(tǒng)信息建立的必然性

    3.1 建立“數(shù)字流域”系統(tǒng)信息化是實現(xiàn)現(xiàn)代化的關(guān)鍵所在,也是歷史發(fā)展的要求

胡錦濤總書記強(qiáng)調(diào)：科學(xué)技術(shù)是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的一個重要基礎(chǔ)資源,是引領(lǐng)未來發(fā)展的主導(dǎo)力量,實現(xiàn)現(xiàn)代化關(guān)鍵是科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化。深化科技體制改革是推進(jìn)科技進(jìn)步和創(chuàng)新，加速科技成果向現(xiàn)實生產(chǎn)力轉(zhuǎn)變，加強(qiáng)科技同經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展結(jié)合的根本途徑；《國家十五計劃綱要》中明確指出：“信息化是當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的大趨勢，也是我國產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級和實現(xiàn)工業(yè)化、現(xiàn)代化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。要把推進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)和社會信息化放在優(yōu)先位置?！?大力推進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)和社會信息化，是覆蓋現(xiàn)代化建設(shè)全局的戰(zhàn)略舉措，是國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速、健康發(fā)展的必要條件和重要基礎(chǔ)。

    在黨的十六屆三中全會上深刻總結(jié)分析我國現(xiàn)代化建設(shè)經(jīng)驗和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展形勢的基礎(chǔ)時強(qiáng)調(diào)，要“樹立全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展觀”，科學(xué)發(fā)展觀的提出，表明黨對我國社會主義建設(shè)規(guī)律的認(rèn)識達(dá)到新的高度，對可持續(xù)發(fā)展重要性的認(rèn)識達(dá)到新境界；水利部部長汪恕城明確指出：“要充分利用科學(xué)技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造的有利條件堅持用高新科學(xué)技術(shù)對傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造，特別是計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)及自動化技術(shù)等實現(xiàn)水利信息化”?！八畔⒒撬F(xiàn)代化的基礎(chǔ)和重要標(biāo)志,在水利現(xiàn)代化建設(shè)中必須推進(jìn)水利信息化進(jìn)程”。

     3.2 建立“數(shù)字流域”系統(tǒng)信息化是水土保持可持續(xù)發(fā)展的需要

    “數(shù)字流域”是水土保持建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，是傳統(tǒng)水土保持向現(xiàn)代水土保持轉(zhuǎn)變的必然要求，因此，通過“數(shù)字流域”的建設(shè)將水土保持基礎(chǔ)圖件與數(shù)據(jù)采集、土地資源評價、水土保持規(guī)劃與措施布局、水土流失監(jiān)測、水土保持工程的概（預(yù)）算、經(jīng)濟(jì)效益分析等相關(guān)技術(shù)有機(jī)集成在一起。由于長期實踐積累下來的大量資料，“數(shù)字流域”涉及到的理論、技術(shù)與建立“數(shù)字流域”是有一定的基礎(chǔ)，是可操作性。目前國家測繪局已經(jīng)完成了全國l：1000 000，1：250 000空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，正在啟動全國l：50 000，各省1：10 000數(shù)字地球空間數(shù)據(jù)框架及全國7大江河數(shù)字地形模型的建設(shè);為了加快國家地理信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的步伐，國家測繪局組織測制的地面分辨率為1m的7大江河流域重點防范區(qū)數(shù)字正射影像圖，也已完成;我國及國際可提供大量各類圖像數(shù)據(jù)。各地現(xiàn)有的生態(tài)觀測站、水土保持監(jiān)測站、水土流失觀測站等站點的建立為數(shù)字信息化建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。在不久的將來水土保持工作者將會利用“數(shù)字流域” 來適應(yīng)新時期水土保持事業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，為實現(xiàn)水土保持現(xiàn)代化打下堅實的基礎(chǔ)。

 

[參考文獻(xiàn)]:

[1]葉雷，張超等.數(shù)字地球的技術(shù)與應(yīng)用[J].科學(xué)雜志,2003,(5):17-18

[2]劉吉平.數(shù)字流域中的空間信息及其應(yīng)用框架結(jié)構(gòu)研究[J].水電能源科學(xué),2001,6(3):12-15

[3]張勇傳，等.數(shù)字流域數(shù)字地球的一個重區(qū)域?qū)哟蝃J]水電能源科學(xué),2001,9(3)： 1—3

[4] 中地軟件叢書編委會.地理信息系統(tǒng)使用手冊[S]2004.3-18

[作者簡介]：周寶書（1963---  ）男,湖北宜昌人,工程師，從事水土保持管理工作,發(fā)表20多篇學(xué)術(shù)論文。