流域水资源实时监测解决方案（朱玉 陈振宇）等多篇应用文献

<P>流域水资源实时监测系统是流域水资源管理提出的实时监测解决方案，包括一系列操作和分析软件模块及硬件设备集成方案，可对流域的水资源及相关的信息进行实时自动采集、监测、传输、科学分析、决策支持和对工程进行科学调度及控制，为政府和企业提高宏观调控决策水平和日常管理效率提供了重要的高科技手段。</P>
<P>流域水资源实时监测系统结构是基于ＤＭＳ思想去搭建的。系统框架结构为：以流域水利委员会为流域水资源数据中心，向上连接水利部，横向连接所辖厅（局），向下连接下属工程管理处、直管枢纽、水情中心等。</P>
<P>主中心与各分监控中心通过租用２Ｍ专线进行连接，卫星通信作为备用通信方式。流域水利委员会系统通过中心交换机相连，其他监控中心之间与流域水利委员会之间通过２Ｍ专线和光端机／路由器（或其他接入设备）相连。网络构成上使用三网（数据、语音、视频）合一技术。２Ｍ带宽的分配为：视频／音频传输占１２８０ｋｂｐｓ带宽；数据传输占５１２ｋｂｐｓ带宽。</P>
<P>一、ＳＣＡＤＡ系统（监控及数据采集）</P>
<P>实时数据作为水资源的数据来源在系统中起着极其重要的作用，尤其在流域事态紧急的情况下更为重要。在发生洪涝灾害时，对流域的水道进行调配（如水库闸门的开闭等），如果没有实时数据的支持将无法进行，无法给出正确的指导性预测，因此在构成实时数据系统时要有多方面的考虑。</P>
<P>ＭＯＳＡＩＣ软件平台和ＭＤ３３１１ＲＴＵ所构成的ＳＣＡＤＡ系统即具有传统ＳＤＡＤ系统的功能，又有进一步的创新功能。主要表现在如下几个方面：</P>
<P>１．分布式实时关系型数据库</P>
<P>流域水利委员会及各分控中心Ｉ／Ｏ服务器与其管辖范围内ＲＴＵ实时通信，实现对本系统内的数据进行监控，各中心实时监控工作站通过ＭＯＳＡＩＣ ＧＵＩ组态可以监控全系统数据。当某一Ｉ／Ｏ服务器宕机后，根据ＭＯＳＡＩＣ组态，另外中心的Ｉ／Ｏ服务器可接替它的任务。这在大型ＳＣＡＤＡ系统里起到一个负荷均衡分配的作用，不至于每个Ｉ／Ｏ服务器都有过重的负荷，但又能保证任何一个中心都可实现对全系统的监控。</P>
<P>２．实时性</P>
<P>包括网络带宽的保证和服务器的快速处理，Ｉ／Ｏ服务器和操作系统依据监控点数量的多少选用ＡＬＰＨＡ ６４位处理器＋ＵＮＩＸ操作系统或ＩＮＴＥＬ ３２位处理器＋ＷＩＮＤＯＷＳ ＮＴ／２０００服务器。流域水利委员会Ｉ／Ｏ服务器因为要监控全系统的实时数据，故采用ＡＬＰＨＡ ６４位处理器＋ＵＮＩＸ操作系统。分监控中心可依据情况而定。</P>
<P>３．安全性</P>
<P>中心及分监控中心从系统运行的安全性考虑均采用双服务器结构。</P>
<P>在全系统Ｉ／Ｏ服务器的安全性上，充分利用ＭＯＳＡＩＣ的Ｎ＋１备份技术。Ｎ＋１备份技术应用到实际中后使系统的运行安全性大大提高。系统中的任何两个监控中心的Ｉ／Ｏ服务器互相备用。当系统中一个监控中心的Ｉ／Ｏ服务器宕机后另一个监控中心会将宕机的服务器的任务接过来，当它恢复后自动将任务交回原服务器。这样使大型ＳＣＡＤＡ系统中监控中心之间起到相互备用的作用。如发生水灾，系统只有一个中心正常运行而其他所有中心均被淹，工作依然照常进行。</P>
<P>通信采用租用专线和卫星两种方式。正常情况下，通过专线进行通信，当专线故障时，切换到卫星通信。ＭＯＳＡＩＣ特有的技术能实时监测网络中的所有通信设备，当检测到通信设备故障时即可发出切换指令，当通信设备恢复后切回原来的通信方式，网络的安全运行系数得到极大提高。</P>
<P>４．迅速报警</P>
<P>所有Ｉ／Ｏ服务器与ＲＴＵ之间遵循ＤＮＰ３．０协议进行通信。ＤＮＰ３．０协议的特点有：</P>
<P>层结构，物理层可为ＲＳ２３２／ＲＳ４２２／ＲＳ４８５。</P>
<P>编址范围大（一条链路６５５３４个地址，而ＭＯＤＢＵＳ只有２５５个）。</P>
<P>逢变自报。正常情况下Ｉ／Ｏ服务器与ＲＴＵ之间以主从方式进行点对点的轮巡式通信，当某一ＲＴＵ检测到的信号超过报警值，如河水水位报警时，ＲＴＵ将跳出轮巡，迅速主动地将报警送到Ｉ／Ｏ服务器使Ｉ／Ｏ服务器在最快的时间里得到报警所发生的ＲＴＵ的数据，网络上的监控中心也将在最短的时间里得到报警区的数据。如果只以轮巡的方式通信则报警区数据的获得将大大滞后，轮巡到有报警信号的ＲＴＵ时，事故可能已经发生了。ＤＮＰ３．０是当今ＳＣＡＤＡ遥测系统非常先进的通信协议，是ＩＥＣ（国际电工委员会）特别推荐的遥测／遥控协议，在大规模调度系统里已广泛应用。</P>
<P>５．ＲＴＵ的智能性</P>
<P>作为ＳＣＡＤＡ系统，要完成对系统的监控，不但要实现数据采集而且要实现对现场设备的控制，这就要求ＲＴＵ具有输入／输出和智能逻辑编程能力。</P>
<P>ＭＤ３３１１ ＲＴＵ具有８路ＡＩ，１６路ＤＩ，１６路ＤＯ，通过插入子卡可配置４路ＡＯ及其他输入／输出信号。</P>
<P>ＭＤ３３１１支持ＩＥＣ１１３１－３的５种编程语言，通过编程能使ＲＴＵ实现各种算法，完成现场本地智能控制。</P>
<P>６．通过ＴＣＰ／ＩＰ网络进行实时数据传输</P>
<P>流域实时监测系统是一个跨多个省市的庞大的网络系统，在实时数据传输时，如果采用传统的串口或现场总线等技术都将非常困难，因此，在构成流域实时监测系统时，需要利用ＴＣＰ／ＩＰ来在网络上传输ＲＴＵ的实时数据。在监控中心配置通信服务器与ＲＴＵ相连。每个ＭＤ３３１１ＲＴＵ／ＰＬＣ都可被赋予一个ＩＰ地址，网络上的任何一个ＭＯＳＡＩＣ Ｉ／Ｏ服务器均可通过此ＩＰ地址实现与ＲＴＵ的数据交换，每个ＲＴＵ被赋予一个ＩＰ地址的优点还在于ＭＯＳＡＩＣ Ｉ／Ｏ服务器通过此ＩＰ地址来判断ＲＴＵ是否故障，如果在规定的时间内不能访问此ＩＰ地址即可判断此ＲＴＵ故障，就可及时对ＲＴＵ进行修复。</P>
<P>二、信号接入和实时数据输入</P>
<P>１．传感器信号接入ＲＴＵ</P>
<P>连续测量的传感器信号直接通过电缆接入ＲＴＵ，水质分析仪等其他智能分析仪的数据通过串口传输到ＲＴＵ再送往各监控中心，人工测量和分析的数据可通过与ＲＴＵ相连的ＰＤＡ、ＭＭＩ、便携式计算机等人工输入ＲＴＵ，再送往各监控中心。ＲＴＵ与监控中心的通信服务器之间可充分利用当地的各种现有通信媒介，如ＰＳＴＮ、ＤＤＮ、ＧＭＳ、ＡＤＳＬ、帧中继、无线等等。</P>
<P>２．在没有ＲＴＵ的地方</P>
<P>通过电话／手机向监控中心报数据，然后由值班人员录入Ｉ／Ｏ服务器，在没有人员值班时通过电脑值班员的提示按键输入，如电话拨通后将提示按某号键输入水位，这时，输入所测量或观察到的水位等。</P>
<P>通过ＰＤＡ、移动计算机、ＷＥＢ手机登录到系统ＷＥＢ服务器，然后通过网页的说明输入相应的数据，ＷＥＢ服务器将自动将这些数据传送给ＭＯＳＡＩＣ Ｉ／Ｏ服务器。</P>
<P>三、时钟同步</P>
<P>实时数据传输时都带有时间标签。这个大系统里有很多计算机，如果各有各的时钟，将造成时间上的混乱，给数据分析带来错误。因此，在流域委员会流域水资源数据中心配备一台ＧＰＳ时钟同步器来接收卫星传来的标准时间，网络上的所有计算机都配备时钟同步卡，以保持各计算机与ＧＰＳ时钟同步器是时间一致。</P>
<P>四、ＧＩＳ设备</P>
<P>ＧＩＳ通过将数字地图和ＲＴＵ的实时数据进行综合，给ＤＭＳ服务器提供基础支持数据。</P>
<P>五、数据管理服务器</P>
<P>对数据进行整合、筛选，将数据存入磁盘阵列和磁带机库。</P>
<P>六、ＴＣＭ（故障呼叫）</P>
<P>在网络内部进行故障呼叫，当分析系统中出现异常，在某个范围发生洪涝灾害时，即刻通过网络通知相关单位对报警进行处理，同时将事故信息通过传呼台和电信系统发送到相关人员的寻呼机和手机上。</P>
<P>七、视频会议服务器</P>
<P>在网络上随时组织视频会议，并提供相应的视频会议服务。</P>
<P>八、应用服务器</P>
<P>完成模型分析计算及办公自动化系统的服务器端软件支持。</P>
<P>流域机构在系统建设模型方面已做了大量的工作，这些模型都将在流域实时检测系统里发挥重要的作用。ＳＣＡＤＡ系统投入运行后，ＭＯＳＡＩＣ可通过ＯＤＢＣ或通过ＡＰＩ编程等其他方式将实时数据不断地补充到模型库里，使在ＭＯＳＡＩＣ投入运行后，已建成的模型数据库即可发挥作用，为流域管理提供决策指导。</P>
<P>九、ＤＭＳ工作站</P>
<P>与ＤＭＳ工作站结合，在工作站上可以给出各种综合结果以调配、管理整个流域。</P>
<P>十、ＷＥＢ服务器</P>
<P>ＷＥＢ服务器通过防火墙与系统相连。</P>
<P>用户登录系统需要有授权，不同的用户分配有不同的权限。</P>
<P>用户通过ＩＮＴＥＲＮＥＴ／ＩＮＴＲＡＮＥＴ登录到此服务器后，可借助ＩＥ、ＮＥＴＳＣＡＰＥ等浏览器来监控全流域，或从事其他工作。在实施此项工作时，可通过在ＷＥＢ ＳＥＲＶＥＲ上编制动态网页与ＭＯＳＡＩＣ实时数据库及其他数据库动态连接，这样用户在此ＷＥＢ ＳＥＲＶＥＲ上打开的网页都包含有数据库的数据，实现与系统的双向数据交换。</P>
<P>其他服务器各自完成相应的功能并使网络能共享这些资源。如气象服务器完成气象资料的处理及提供气象服务支持等。另外，系统的配置及软件的组态和编写都要符合流域机构及其他部门的实际情况，这些有待于与用户协商制定。</P>
<P>作者单位：北京天地德科技有限公司</P>

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<P>实用！！！继续呀！
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<P><b>建设“模型黄河”数字化工程（姚文艺 冷元宝 周杨 黄建通）</b></P><P>  <TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width=607 border=0><TR><TD align=middle><img src="http://www.hwcc.com.cn/NewsR/uploadImg/imag109281_1.jpg"></IMG></TD></TR><TR><TD class=font12pxblack align=middle height=20></TD></TR><TR><TD class=font12pxblack align=middle> </TD></TR></TABLE></P><P>摘 要:本文通过对“模型黄河”数字化的阐述和分析，介绍了“模型黄河”数字化的概念，论证了“模型黄河”数字化工程建设的必要性和可行性，论述了“模型黄河”数字化工程建设的目标和内容，并对其实施方式进行了探讨和研究。提出了新时期充分利用飞速发展的新技术，抓住机遇，建设“模型黄河”数字化工程，开启治黄新篇章的构想。 </P><P>关键词：模型黄河数字化　工程规划　数据采集　数据传输　数据存储　数据处理 </P><P>面对新世纪治黄形势的要求，黄委李国英主任提出并建立了“维持黄河健康生命”的“1493” 理论新框架[1]。其中，“三条黄河”即“原型黄河”、“模型黄河”和“数字黄河”是确保各条治理途径科学有效的科技支撑手段[2]。“三条黄河”之一的“模型黄河”工程是构成治黄现代化科技条件平台的重要组成部分。根据《“模型黄河”工程规划》制定的“模型黄河”工程建设的总体框架，“模型黄河”不同于一般概念的黄河模型，它是由多种类型的室内实体模型和野外原型试验场（区）构成，且相互关联、扩展性及功能性强大、测控系统先进，可与“数字黄河”耦合并与“原型黄河”信息系统相对接的实体模型体系。因此，“模型黄河”工程必须具有可以实现“三条黄河”联动的功能[3]。显然，要建成这样一项系统性、整体性强，可与“原型黄河”治理和“数字黄河”模拟达到联动的复杂工程体系，就必须建立起“模型黄河”数字化的概念，并实施建设“模型黄河”数字化工程。 </P><P>1.“模型黄河”数字化的概念 </P><P>“模型黄河”数字化，就是利用计算机技术、通信网络技术、室内GPS技术、地理信息技术、自动测控技术、虚拟仿真技术等多种现代技术，实现“模型黄河”试验数据采集的自动化、试验数据传输的网络化、试验数据管理的集成化、试验过程管理的智能化、试验办公的电子化。 </P><P>“模型黄河”数字化工程就是依据上述概念所构建的“模型黄河”一体化的数字集成平台和虚拟环境。在这一平台和环境中，以功能强大的系统软件对“模型黄河”实体模型试验进行管理，并在可视化的条件下实现实体模型试验过程的自动控制、数据采集和相关管理。最终实现与“原型黄河”、“数字黄河”的资源共享、联合互动、互为作用。 </P><P>2.建设“模型黄河”数字化工程的必要性和技术基础 </P><P>2.1建设“模型黄河”数字化工程的必要性 </P><P>“模型黄河”数字化工程是“模型黄河”工程建设的必然要求。“模型黄河”实体模型试验具有信息实时、密集、数据量大等特点。为达到与“原型黄河”、“数字黄河”的联动，试验过程的控制、试验资料的分析处理以及相关档案管理对信息化的依赖程度均会相当高。汪恕诚部长在全国水利科技工作会议上指出：对水利现代化，用手工方式是根本不可能实现的。它只能也必须采用现代化的手段，应用信息技术、计算机技术、人工智能等技术。作为“三条黄河”的重要组成部分，“模型黄河”工程建设决不可独立于信息化浪潮之外。因此，建设“模型黄河”数字化工程是实现“模型黄河”现代化的必然。 </P><P>在发达国家，模型试验正朝着信息化、自动化、高效化方向发展。它们普遍把计算机技术、自动控制技术、信息技术、系统工程技术、地理信息技术等应用于管理，实现集信息采集－处理－决策－信息反馈－监控为一体的调度系统。随着我国水利事业的发展，全国各相关研究机构、院校都开展了相当多的模型试验。对于试验过程的控制，试验数据的采集，以及试验的管理方式和工作模式，传统方法已远不能满足生产实践对科研的要求。中国水利水电科学研究院、南京水利科学研究院、河海大学等单位在模型试验信息化建设方面都已经取得不少经验。因此，建设“模型黄河”数字化工程也是科技方法现代化发展的趋势 </P><P>2.2建设“模型黄河”数字化工程的技术基础 </P><P>“模型黄河”数字化是一个新的概念，需要新的理论和技术的支持。当前，电子化、信息化、自动控制等领域快速发展的新技术为实现“模型黄河”数字化奠定了良好的基础。“模型黄河”数字化工程是从更高的层次、系统和一体化的角度来组合和应用已有的和正在发展的理论和技术。 </P><P>（1）GIS、GPS技术在水利行业和治黄实践中已经得到开发和应用，“模型黄河”数字化工程所用到的地理信息系统技术现在已非常成熟，目前，黄河水利科学研究院通过国家“948”项目已开始引进世界上最先进的地理信息系统软件； </P><P>（2）测量技术、工业控制技术在实体模型试验得到了广泛的应用。在“模型黄河”测控自动化的建设过程中，现已成功研制出了适用于高含沙低流速动床模型试验的进口流量自动控制系统、尾门水位自动测控系统和沿程水位自动采集系统。在一次仪表、控制设备、控制软件的制造和开发方面取得了丰富的成果。另外，通过国家“948”项目已开始引进国际最先进的高精度激光三维数据采集系统； </P><P>（3）“模型黄河”工程体系已经建设了完备的网络系统； </P><P>（4）经过多年的开发研究，包括黄河水利科学研究院在内的委内相关单位长期的地理信息系统开发、测量仪器研制、工业控制网络开发等工作中培养了一批相应的科研技术骨干，与此同时，也与国内有关单位建立了良好的合作关系，具有协同攻关的可靠基础。总之，“模型黄河”数字化工程的建设具有优良的人才基础。 </P><P>3.“模型黄河”数字化工程的建设目标和功能 </P><P>3.1“模型黄河”数字化工程的建设目标 </P><P>采用先进的测量控制理论和技术、信息技术、计算机技术，通过建设“模型黄河”数字化工程体系，对“模型黄河”实体模型试验的准备和管理提供电子化、网络化服务，为实体模型试验过程提供智能的测量与控制服务，为试验过程的形象化展示提供平台，为试验资料后处理提供科技支撑，为“三条黄河”的联动提供服务。从而为“模型黄河”对黄河的自然现象进行的复演、模拟和试验，探求黄河的演变规律的过程中提供强有力的技术保障。 </P><P>3.2“模型黄河”数字化工程的功能 </P><P>通过“模型黄河”数字化工程的建设，可以实现： </P><P>（1）测控手段达到自动化、现代化； </P><P>（2）从各自为政的试验管理向统一、有序的电子化管理的转变； </P><P>（3）从落后、分散的试验后处理向先进、集中的试验后处理的转变； </P><P>（4）“三条黄河”的联合互动； </P><P>（5）提高模型试验的科学水平，决策和管理水平，使“模型黄河”在黄河治理中发挥更大的科技支撑作用。 </P><P>4.“模型黄河”数字化工程的建设内容 </P><P>4.1“模型黄河”数字化工程的框架 </P><P>“模型黄河”数字化工程建设是实体模型试验现代化的最终体现，是一个复的长期的建设过程。建设“模型黄河”数字化工程，就是为适应模型试验发展的需要利用现代化的科学技术，不断增强对试验的控制能力，实现模型试验的自动化控制和现代化管理。 </P><P>“模型黄河”数字化工程总体框架[4]包括三大功能部分：基础设施、专业服务平台、应用系统。五个逻辑层：信息采集层、信息传输层、数据存储层、专业服务平台层、应用系统层，见图1。 </P><P>4.2“模型黄河”数字化工程的主要建设内容 </P><P>4.2.1基础设施 </P><P>“模型黄河”数字化工程基础设施主要承担信息资源的采集、传输、存储及管理职能等。通过建立和完善数据采集、传输体系，建设集数据设计、存储、管理及服务为一体的数据中心，为“模型黄河”数字化工程中各个系统的运行提供可靠保障。为此，基础设施建设要求达到：异构支持，支持各种通信网、硬件、操作系统和应用软件；分层管理，按照行政划分和权力分配，逐级管理和传递信息，支持多级审核；可伸缩性，根据内部机构变化调整数据传输流程；开放性，提供开放的接口标准。“模型黄河”数字化工程基础设施主要包括数据采集层、数据传输层和数据存储层的相关内容，在“模型黄河”数字化工程中所处的位置如图1所示。 </P><P>4.2.1.1信息采集层 </P><P>空间信息采集系统，用于实体模型空间信息的高精度的快速采集、合成，为制模、试验资料后处理服务。主要包括室内GPS系统、激光三维扫描系统、空间信息合成与编辑系统；模型试验信息实时采集系统，用于实验过程中各种水沙参数，地形参数的实时测量采集；模型实验控制信息实时采集系统，对于进口、尾门、出口等相关控制参数（流量、含沙量、水位等）实际值的采集，是实现精确控制的基础。 </P><P>4.2.1.2信息传输层 </P><P>信息传输层主要是指“模型黄河”通讯与网络系统，由工业控制网络、局域网、公网等组成。 </P><P>4.2.1.3数据存储层 </P><P>数据存储层用于试验前，试验过程中和试验结束后相关试验信息的存储，主要包括：基础地理信息数据库，用于实体模型试验前相关地理信息的存储；模型试验信息数据库，用于实体模型试验前和试验过程中各种水沙参数、地形参数的存储；政务信息数据库，用于实体模型试验前相关试验信息（试验目的，试验日期、试验参与人员，测控仪器投入情况等）试验过程中和结束后运行情况、异常情况等信息的存储。 </P><P>4.2.2专业服务平台 </P><P>专业服务平台是“模型黄河”数字工程资源的管理者，也是服务的提供者，是一个开放的资源共享和应用集成以及可视化表达的公用服务平台，是业务应用的重要支撑。其开放性表现为自身随业务应用的建立而不断拓展与完善。应用服务平台由中间件管理系统、模型库管理系统和标准库管理系统组成，在“模型黄河”数字化工程中所处的位置如图1所示。 </P><P>中间件管理系统，设置专业服务平台形成三层体系结构，即数据库、中间件（或称商用逻辑层，数据处理逻辑以中间件的方式放于服务器端，便于维护和功能升级）、浏览器。这种体系结构顺应了互联网的迅猛发展，并满足了网上更好，更快、更方便地发布数据的需要；模型库管理系统，根据不同的试验目的，试验原型，建立完善的数学模型库及其管理系统；标准库管理系统，用以制定管理业务规则：地理信息系统标准、规则，数据库访问、接口、处理标准等。 </P><P>4.2.3应用系统 </P><P>“模型黄河”数字工程建设的最终目的是实现模型试验的自动化、智能化、网络化，为科学试验与决策提供支持，最终实现“三条黄河”的联动。工程建设以应用为牵引，在可视化的应用服务平台的基础上，开发基础地理信息系统、模型管理与辅助制作系统、模型试验实时监控系统、模型试验信息管理系统、模型试验虚拟仿真会商系统和试验电子政务系统等应用系统，在“模型黄河”数字化工程中所处的位置如图1所示。 </P><P>基础地理信息系统，基于GIS技术的，用于实现基本的地理信息功能，主要包括：图形显示查询子系统、图形编辑与更新子系统、地理信息分析子系统、制图与输出子系统、三维地理信息子系统。 </P><P>模型管理与辅助制作系统，用以处理从“原型黄河”或“数字黄河”获得的实体模型试验的所需的实验初始参数，并且集成模型地形自动生成系统的软件部分； </P><P>模型试验实时监控系统，用以实现以实体模型电子地图为基础的对试验过程的实时监控，主要包括：远程监控可视化管理子系统、模拟信息配置与图形组态子系统； </P><P>模型试验信息管理系统，以体模型试验为管理对象，实现试验前后相关前处理、后处理工作。主要包括：试验方案规划设计子系统、试验过程管理子系统、试验结果分析子系统、试验信息查询统计子系统； </P><P>模型试验虚拟仿真会商系统，用于试验的实时和回放仿真显示，主要包括基础仿真平台、试验仿真子系统、试验会商子系统； </P><P>模型试验电子政务系统，用以实现与实体模型试验有关的办公网络化、电子化、无纸化。主要包括：办公自动化子系统、设备与材料管理子系统、试验信息网上发布子系统。 </P><P>5.“模型黄河”数字化工程的实施过程 </P><P>“模型黄河”数字化工程建设可以分为以下四个过程，即： </P><P>（1）制定“模型黄河”数字化工程的整体规划；（2）在整体规划的指导下制定“模型黄河”数字化工程建设的各类规则标准；（3）在“模型黄河”数字化工程整体规划及建设原则的指导下，以某个急需解决的应用问题为切入点开展工作（如“测控自动化GIS系统”的研究、松散介质大范围三维地形快速成型技术前期研究等）；（4）根据应用需求，逐步丰富“模型黄河”数字化工程的内容，最终实现开发目标。 </P><P>6.结语 </P><P>“模型黄河”数字化工程是“模型黄河”工程的重要组成部分，是一项大型的系统工程，是飞速发展的新技术在模型试验中应用的必然，是治黄科学实验手段走上信息化的必由之路。“模型黄河”数字化工程的建设必将从根本上改变我们的工作方式。为建设好“模型黄河”工程，必须搞好“模型黄河”数字化工程建设，实现“模型黄河”现代化，开启治黄科技新篇章，为“维持黄河健康生命”提供科技支撑。 </P><P>参考文献: </P><P>[1] 李国英.我们该怎样“维持黄河健康生命”[N]. 光明日报. 2004.2.6. </P><P>[2] 李国英.建设“三条黄河”[J].人民黄河.2002(7),1-2. </P><P>[3] 水利部黄河水利委员会.“模型黄河”工程规划 [M].郑州:黄河水利出版社,2003,26. </P><P>[4] 水利部黄河水利委员会.“数字黄河”工程规划 [M].郑州:黄河水利出版社,2003,13. </P><P>作者简介：姚文艺(1957- )，男，汉族，河南西华人，高级工程师（教授级），黄河水利科学研究院总工程师。 </P>

<P>AutoCAD在给排水设计中的应用 </P><P><TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width=708 border=0><TR><TD vAlign=top width=461><TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0><TR><TD vAlign=top><b>摘要： </b>随着计算机在各个领域的应用，AutoCAD制图的发展可谓日新月异，AutoCAD的版本从80年代我们接触的R2.16到今天的R2000，无论从各种实用的功能到软件的易用易学及软件的容错性都有了极大的改善和提高，操作平台也从原来的DOS逐渐过渡到WIN3.x到现在的WIN9x。AutoCAD本身也为各行各业提供了十分友好的外部接口，因此基于AutoCAD平台的二次开发也在各行业和各专业得到了充分的发展。给排水设计中的AutoCAD应用可以说只是AutoCAD应用的一个极小的分支，但是也同样经过了由幼稚逐渐走向成熟的过程。 </TD></TR><TR><TD height=5></TD></TR><TR><TD><b>关键词： </b>AutoCAD 给排水设计 应用 </TD></TR></TABLE></TD><TD width=10></TD><TD vAlign=top align=middle width=237 background=../images/toolsbox.gif height=105><TABLE cellSpacing=5 cellPadding=0 width=230 border=0><TR><TD></TD><TD width=75></TD></TR><TR><TD></TD><TD width=75></TD></TR><TR><TD align=right></TD><TD></TD></TR><TR><TD> </TD><TD></TD></TR></TABLE></TD></TR></TABLE><TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width=708 border=0><TR><TD><HR SIZE=1></TD></TR><TR><TD>随着计算机在各个领域的应用，AutoCAD制图的发展可谓日新月异，AutoCAD的版本从80年代我们接触的R2.16到今天的R2000，无论从各种实用的功能到软件的易用易学及软件的容错性都有了极大的改善和提高，操作平台也从原来的DOS逐渐过渡到WIN3.x到现在的WIN9x。AutoCAD本身也为各行各业提供了十分友好的外部接口，因此基于AutoCAD平台的二次开发也在各行业和各专业得到了充分的发展。给排水设计中的AutoCAD应用可以说只是AutoCAD应用的一个极小的分支，但是也同样经过了由幼稚逐渐走向成熟的过程。
最早期的AutoCAD制图可以说是十分的不便。在80年代后期AutoCAD的早期版本由于当时鼠标应用的不普及，用AutoCAD制图十分的不便。当时基本上是为AutoCAD配上数字化仪，由于数字化仪价格不菲加上一块大大的板子，使用十分的不便，因此早期的AutoCAD制图基本上没有专业之分，基本上大家都是一笔一划使用相对坐标来制一些简单的图。90年代初随着AutoCAD版本的不断更新，和各大设计单位对AutoCAD制图的重要性的认识，国内的一些大的设计单位和一些软件公司开始了基于AutoCAD平台的二次开发。早期的建筑给排水有北京的华远软件工程公司HOUSE W91及北京建筑研究院CAD工程部的WPM、电算中心的ABD-W等，就我们接触的HOUSE W91，一直到它的W95版 说它是个商业软件，实在是勉为其难，早期还接触过一些其他的给排水软件（实际上只能说是建筑给排水软件）其大致功能大多相差无几，其主要的问题在于定义平面图时过分繁琐，及容错性太差，所谓的定义平面图是指在平面设计阶段，布置一根管线需要指定它的管径、敷设标高及连接的卫生设备，以便在生成系统图是可以从平面图获得有关的数据，尤其对于一些没有接触过AutoCAD的设计人员来说其操作几乎根本不具实用性。因此在当时我们看到的大多数设计单位的设计人员仍然使用AutoCAD本身的操作命令来绘制系统图，即使只是这样的软件在当时的价格也令一般个人用户望而却步，其单机版的价格达到10000元，其实所能做的就是在平面上定义好管线、卫生设备然后生成所谓的系统图，但是由于当时的软件设计水平有限，生成的系统图往往需要经过大量的修改才能真正成图，因此虽然当时的软件广告做的也很红火，但是真正在设计中应用较好的实在不多。
90年代中期随着AutoCAD的发展，在AutoCAD平台上的二次开发的软件越来越多、二次开发的工具除了Autolisp又有了直接用C语言编程的程序，建筑软件的在设计中的应用愈来愈广泛，建筑软件相对于给排水软件起步早，相对较为成熟，带动了给排水软件的发展。需要提出的是洛阳的一家“鸿业科技开发公司”开发的“GPS”给排水软件在众多的给排水软件中表现出了它的诸多的优越性，首先是平面定义的相对简单，平面管线与卫生设备能够自动连接，并在系统图上生成相应的设备图块，具有一定的可逆性操作，生成的系统图较为详细，基本上无需经过修改便可成图，并且GPS的室外部分设计也相当的完善，GPS还包括了泵房的设计，各项的设计还包括了设备材料的统计自动生成材料表等功能，极大的满足了设计人员的需要。95年经过升级的GPS v4.2版本经过对老版本的提高和完善，确实具备了真正商业软件的成熟性，升级后的GPS软件包括3大部分：第一部分为室内给排水部分其中包括建筑图绘制，室内卫生器具布置，室内给排水立管布置，室内给排水管线布置，系统图生成，材料统计并绘制材料表。第二部分为室外部分其中包括给排水井表布置，管线布置，生成剖面图。第三部分为泵房设计其中包括选泵，水泵基础图自动绘制，各种管件的自动绘制等。这三大部分基本上涵盖了给排水设计的大部内容，因此对设计人员来说，确实具有了相当大的应用价值。但是这套软件仍然有着一些问题，如平面管线设计时的修改及操作的可逆性及系统的容错性方面仍然不尽人意经常出现的问题时平面图、系统图绘制好后无法进行材料数量的统计，软件系统的检错功能仍然较差，经常出现程序运行中途出现“cancel”就无下文了，能够出现系统的提示中也有的说法也似是而非，生成的系统图有的交叉的地方是设备图块修改不便，室外部分的化粪池绘制是示意型的不能按实际尺寸绘制，泵房设计部分的选泵泵型不全，并且没有交互式的修改可能。然而尽管有以上的诸多不足，GPS仍然是给排水设计软件中的佼佼者。
众所周知，我们国家的软件设计起步较之欧美等发达国家起步较晚，我们不能应为我们没有设计出WINDOWS、AutoCAD而自惭形秽，毕竟我们许多建筑软件也在日趋走向成熟，诸如大家知道并且很多单位都在应用的PKPM、ABD、天正CAD等，都在越来越完善，但是我们仍然希望国内的软件开发设计人员能够看到自己存在的不足，不断的提高我们的软件设计水平。
本人认为，建筑软件，包括建筑CAD、给排水CAD、暖通CAD、电气CAD、结构CAD等设计软件经过了近十年的发展已在逐步走向成熟，国家有关主管部门应该会同一些大的设计单位及软件开发商共同制定一个行业标准，同时由于现在各设计单位已大都采用AutoCAD制图，应该有部门来出版统一的光碟版的标准图集，这样使大家同心协力朝一条明确的路走，不要各单位和部门重复开发、重复投资，浪费有限的人力、物力。
其实，作为一个给排水设计人员，我们在AutoCAD的应用中亦不仅仅局限于现成软件的应用，因为再好的软件也有相对不足的地方，我们不可能要求一种软件面面俱到，并且在目前的阶段要我们的专业软件脱离AutoCAD完全独立运行看来还为时尚早，所以我们在许多的时候仍然需要AutoCAD本身的应用，因此我们在期待更好的设计软件的同时，也要提高自己本身AutoCAD的应用水平，如熟练掌握各种图块属性的应用和简单的Autolisp语言编程，这都将为AutoCAD在设计中的应用打下一个良好的基础并且在软件出现问题时有较好的应对能力。 </TD></TR></TABLE></P>

GIS在黄河下游水资源管理中应用研究（王军良 王彤 何刘鹏 马迎平 谈皓）

<P>[摘要] 地理信息系统以地理数据模型来表现自然世界，可以存储和处理大量的地理数据，具有强大的空间综合分析、显示功能，在黄河下游水资源管理中引入地理信息系统，可以增强人们对黄河下游用水系统的认识，大大提高水资源管理决策水平。</P>
<P>[关键词]黄河；水资源管理；地理信息系统(GIS)；决策支持系统(DSS)</P>
<P>1 黄河下游水资源管理特点</P>
<P>水资源管理是“水资源开发利用的组织、协调、监督和调度。运用行政、法律、经济、技术和教育等手段，组织各种社会力量开发水利和防治水害；协调社会经济发展与水资源开发利用之间的关系，处理各地区、各部门之间的用水矛盾；监督、限制不合理的开发水资源和危害水源的行为；制定供水系统和水库工程的优化调度方案，科学分配水量”① 。</P>
<P>随着人类社会经济的迅速发展，淡水相对于人的需求供给不足，尤其近年来黄河流域气候异常，降雨稀少，因此，黄河下游水资源管理重点在于对有限水资源的合理分配使用。</P>
<P>黄河下游水资源管理是一个涉及众多部门和地区的半结构化、多元化组成的多目标决策问题，具有很强的空间特性。黄河下游900多公里长的河道两旁分布了100多座引黄涵闸，约3000万亩的引黄灌区，水资源管理涉及河南、山东两省的需水协调问题。在实际调度中还要兼顾防凌或防洪安全、利津防断流、供水和灌溉等目标之间的矛盾变化，以及由于泥沙淤积等原因造成的工程运用条件的变化等。另外，在水资源调度过程中，历史水量分配、灌区社会经济、土壤墒情及预报降雨等信息，也都在不同程度上影响决策方案的确定。水资源管理与决策问题的复杂度迫切要求调度研究人员能够灵活多样地给决策者提供信息支持，辅助其制定合理的决策方案，因此，有必要探讨新的技术途径。</P>
<P>从目前的科学技术水平和实际应用情况看，解决上述复杂的半结构化问题的最好方法就是建立决策支持系统(DSS)。传统DSS与GIS(地理信息系统)的结合形成一种全新的DSS-空间决策支持系统(SDSS)，它是计算机应用系统家族的新成员。GIS技术采用地学模型模拟客观世界的真实形态，给人以视角的整体效果，同时GIS具有空间分析和基于地理图形的可视化信息查询、统计和检索功能。利用GIS的这些功能来改进DSS的每一部件，帮助决策者解决空间数据的处理问题，可以在很大程度上增强DSS的原有功能。在黄河下游水资源管理中开发基于GIS技术的应用，建立水资源管理的空间决策支持系统，可以大大提高黄河下游水资源管理水平。</P>
<P>2 地理信息系统(GIS)主要功能</P>
<P>地理信息系统(GIS)是近几十年发展起来的对地理环境有关问题分析和研究的一门学科。它利用计算机建立地理数据库，将地理环境的各种要素(包括他们的地理空间分布状况和所具有的属性数据)进行存储，开发各种分析处理功能，建立有效的数据管理系统，通过对多要素的综合分析，方便快速的获取信息，满足应用和研究的需要，并能以图形和数据的方式表达结果。地理信息系统功能主要表现在以下几个方面：</P>
<P>⑴ 空间系统直观描述功能：地理信息系统是现实世界的计算机模型。它采用点、线、面的方式模拟客观现实世界，同时它把特征数据与现实世界联系在一起。利用空间信息来说明对象在现实世界中所处的位置，利用专题属性信息来描述对象在现实世界中的状态。</P>
<P>⑵ 空间分析功能；空间分析功能是地理信息系统区别于其他系统的一个显著特点，它通过空间数据的叠加分析、建立缓冲区、特征提取等空间操作功能，为用户提供大量空间分析成果。</P>
<P>⑶ 数据管理功能：地理信息系统提供了强大的数据管理功能，它不但能管理空间数据，而且能有效地管理属性数据，实现空间数据与属性数据的统一管理，</P>
<P>⑷ 属性数据的空间显示功能：地理信息系统可以把属性信息以空间分布图、图表的形式在地理图形上动态地表现出来。</P>
<P>3 GIS技术在黄河下游水资源管理中的应用分析</P>
<P>黄河下游水资源管理具有很强的空间分布特性。由于信息技术的限制，以往的水资源管理系统中往往采用节点的方式简化处理水资源的空间分布特征，这种方式仅能表现水资源管理对象的空间相对位置，但却不能详细反映其空间分布特征及相互关联，特别是无法表现管理对象的动态变化。而GIS可以很好地解决这一问题。根据黄河下游水资源管理的特点及地理信息系统的功能，GIS在黄河下游水资源管理中的应用集中表现在以下几个方面；</P>
<P>(1) 建立黄河下游水资源管理系统空间数字模型</P>
<P>(2) 在黄河下游水资源数据库管理系统中应用</P>
<P>(3) 在黄河下游水资源管理决策支持系统中应用</P>
<P>3.1 建立黄河下游水资源管理系统空间数字模型</P>
<P>黄河下游水资源管理系统是一个具有空间分布特征的复杂的大系统，以往描述这一大系统的方法采用的是人工制图的方式，首先用不同比例尺的地图作底图，然后用人工的方式在底图上绘制相应的专题。这种方式虽然能描述系统的空间分布特征，但由于制图是一次性的，不能满足系统动态特征变化属性的描述，如显示不同时段黄河下游灌区降雨动态分布情况。但采用地理信息系统，在建立空间数据模型的基础上，只要改变属性数据就可以方便地实现系统动态特征变化的表现功能。</P>
<P>地理信息系统应用的基础是建立空间数据模型，GIS空间数据模型的基本要素是点、线、面，一个专题层就是一个或点或线或面的专题数据模型。在黄河下游水资源管理系统中，空间数据模型的建立采用了扫描矢量化方式。为了能直观表现下游水资源管理的空间分布特征，同时又能满足系统空间分析及结果表现的需求，建立了包含以下空间内容的空间数据模型(建立空间数据模型时采用国家测绘局1:25万数字地图为底图)：</P>
<P>黄河下游引黄灌区分布图；</P>
<P>黄河下游引黄城镇分布图；</P>
<P>黄河下游引黄闸及干渠分布图；</P>
<P>黄河下游引黄灌区及雨量站分布图；</P>
<P>黄河下游引黄灌区及地下水观测站分布图；</P>
<P>黄河下游引黄灌区及政区分布图(分省、分县、分地区)。</P>
<P>通过以上基本底图及专题信息图形实现了对黄河下游水资源管理系统的空间描述。</P>
<P>3.2 GIS在黄河下游水资源数据库管理系统中应用</P>
<P>基本资料是水资源管理的基础，建立有效的数据库管理系统，是黄河下游水资源管理调度的保障。单纯的数据库管理系统只能对属性数据进行管理，而不能对空间数据进行管理。在黄河下游水资源管理系统中有大量的空间信息数据，同时还有大量的属性信息需要通过空间信息来表现，因此需要建立基于GIS的数据库管理系统来满足这些功能要求。</P>
<P>建立基于GIS黄河下游水资源管理数据库系统，可以对黄河下游水资源管理资料进行有效管理。该系统不但能对属性数据进行管理，而且还能对空间数据进行有效管理，实现属性数据与空间数据的统一管理。</P>
<P>基于地理信息系统数据库管理系统可以实现以下功能：</P>
<P>⑴ 数据维护</P>
<P>具有一般数据库的数据维护功能，包括数据库记录增加、修改、删除、更新等基本操作。</P>
<P>⑵ 实现图形和属性数据的双向查询</P>
<P>用户用鼠标点击地图上某一图形要素，或画一矩形、多边形等图形，系统能够通过唯一的标识码检索出属性数据，并以表格或密度图、过渡色等形式直观形象地呈现给用户。同样用户可以根据属性数据项，查询图形位置及信息。</P>
<P>如用户查询灌区预报降雨情况，系统能够以不同颜色标注降雨量，使用户对整个灌区降雨分布情况一目了然，有助于水资源管理方案的制定。</P>
<P>⑶ 制图或报表输出</P>
<P>支持DXF、BMP和TIF等格式的地图输出。用户可以输出不同尺寸、不同图层组合的专题地图。允许用户对专题地图进行图框设定、图例标注和添加注记等操作。</P>
<P>3.3 GIS在黄河下游水资源管理决策支持系统中应用</P>
<P>GIS在决策支持系统中应用主要表现在信息管理、空间分析、方案结果的评价分析等方面。</P>
<P>⑴ 信息管理方面：通过地理信息系统与数据库管理系统的结合，实现特征数据信息与空间信息的交互式管理，实现信息管理的可视化，增强人们对信息的理解程度。</P>
<P>⑵ 空间分析：空间分析功能是通过矢量图层的叠加生成新的特征信息。例如我们已有黄河下游灌区分布图、雨量站分布图及每个雨量站的降雨资料，利用GIS的空间分析功能就可以得到每个灌区的降雨分布。首先用雨量站分布图及雨量站雨量资料生成时段雨量空间分布图，把雨量分布图与灌区分布图相叠加，就可以得到不同灌区的雨量分布图，整个过程可以通过程序自动实现。用同样的方法可以得到不同时段地下水可开采量分布图，而不同灌区降雨分布及地下水可开采量是进行灌区需水预测的基础，有了以上两个指标，再结合不同灌区作物种植结构及其不同作物的生产函数，就可以得到不同灌区的阶段需水过程。</P>
<P>⑶ 方案结果评价：方案结果评价是决策系统的一个重要环节，如何把大量的结果信息综合起来，给决策者提供一个直观、快捷的决策方式，是方案评价的目的。地理信息系统可以把不同的信息通过地理位置联系在一起，同时可以用空间分布图、图表、数字等形式把特征数据在空间位置上直观的表现出来。例如采用以下颜色分布图来描述灌区超指标引水分布情况。</P>
<P>(作者单位 ：规划环境研究院)</P>