“数字黄河”之启示： 数字时代的冲击

十年之前，一部名为《数字化生存》的书风靡全球，其作者尼克罗庞蒂描绘出的一幅幅美妙的数字时代生活画卷，令全世界的人们为之心驰神往。今天，书中所设想的种种场景已经成为现实。

的确，这是个天翻地覆的时代，从收看电视到拨打电话，从利用电脑处理数据到收发电子邮件，从飞机升降到现代战争，须臾离不开信息技术，人类正在经历一场全球性的信息技术革命，大步迈向“网络时代”和信息化社会。

信息技术，是指利用电子计算机和现代通信手段实现信息采集、传输、存储处理和利用的相关技术。主要包括感测技术、通信技术、计算机技术和施用技术等。

感测技术即信息采集。它的任务是延长人的感觉器官收集信息的功能；包括信息识别、提取、检测等技术。传感技术与测量技术和通信技术相结合而产生的遥感技术，使“千里眼”、“顺风耳”不再是神话故事中的传说。

以遥感为代表的数据采集技术进入以高精度、全天候信息获取和自动化处理为特征的新时期。卫星的遥感空间分辨率从1米提高到0.62米，高光谱分辨率则已达到5－6纳米。1－5米分辨率的卫星遥感已经成为新一代民用遥感卫星空间分辨率的基本指标。

以Google Earth为例，叠加的矢量化地图与卫星遥感影像的完美结合，带你从地球的一个角落“飞到”另一个角落。用户只要在地址搜寻栏里输入美国、英国的街道名，或者任何地方的经纬度数据，所查找地方的高清晰卫星图像都能够迅速被放大，呈现在用户面前。你甚至还可以从中找到自家屋顶。

与此同时，能够穿透云层和植被的微波遥感及其自动测图技术，使人类不受天气影响，实现全天候对地观测和对地面高程模型的快速自动化更新。目前，中分辨卫星的时间分辨率已缩短到1天以内。这意味着人类已经具备每天对地球任意区域进行卫星监测的能力。

与卫星遥感技术日趋成熟同步的全球定位系统技术也得到长足发展，亦可提供全天候、实时、高精度三维位置、速度以及精密的时间信息。以GPS导航和地图数据匹配技术为基础的电子导航产品开始进入市场，成为GPS最大的消费市场，从一个侧面也带动了导航电子地图数据生产的发展。

通信技术即信息传递技术。它的主要功能是延长人的神经系统传递信息的功能。

　光通信技术的飞速发展为信息技术的传递铺平了道路。在过去的10年中，光传输速率提高了100倍，预计在未来10年里还将提高100倍左右。波分多路技术的问世实现了一根光纤理论上同时可以传输近百亿路电话和一千亿路电视节目。

伴随着光通信技术高速发展起来的是互联网的迅速崛起，因特网的产生与发展，对人们的思维方式、工作模式以及生产理念都产生了巨大的影响和冲击：以电子邮件为主要应用功能的第一代因特网把遍布于世界各地的计算机用TCP/IP协议连接在一起；第二代因特网则通过网页信息浏览及电子商务应用等信息服务，实现了全球网页的连通；第三代因特网将实现互联网上所有资源的全面连通。简单地讲，传统因特网实现了计算机硬件的连通，Web实现了网页的连通，第三代因特网将把整个因特网整合成一台巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源等资源的全面共享。

信息处理技术它的主要功能是延长人的思维器官处理信息和决策。

业内人士都知道，3G是第三代移动通信的简称，它将给移动通信产业带来全球化+移动数据业务的革命。巧得很，网格技术也可以简写为3G。

现代计算机的超凡功能实现了海量信息的处理，伴随着互联网而迅速发展起来的网格计算，成为专门针对复杂科学计算的新型计算模式。

这种计算模式是利用互联网，把分散在不同地理位置的电脑组成一个数据处理能力超强，并能充分利用网上闲置处理能力的“虚拟超级计算机”。其中，每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，而整个计算机是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”。

这种“蚂蚁搬山”式的网格计算，看似普通，却有着极其出色的表现。科研人员曾将分布于世界各地的２００万台个人电脑组成计算机阵列，用于搜索射电天文望远镜信号中的外星文明迹象。该项目组称，在不到两年的时间里，这种计算方法已经完成了单台计算机３４５０００年的计算量。

在超级计算机制造技术上，浮点运算速度达136.8亿万次每秒的IBM蓝色基因/L系统，曾是世界最高效率的超级计算机。不过，2006年9月6日，IBM公司又发布了现今世界上最强大的计算机，其浮点运算能力超过了1600亿万次每秒。

控制技术即信息施用技术 它的作用是根据输入的指令，对外部事物的运动状态实施干预。信息技术最直接有效的应用就是决策支持和仿真技术。

决策支持系统是辅助决策者制定各类决策的人机结合的计算机系统，这一概念提出２０多年来，随着决策理论、信息技术、数据库技术等相关技术的发展，在许多领域得到应用，并已成为相关行业管理中一个不可缺少的现代化支持工具。

我们知道，世界上最繁忙的机场平均每每3分钟就有一架飞机起落。这一高频率的调度决策主要得益基于卫星技术、网络技术和数据通信技术的空中交通管理系统。其标志就是卫星技术的应用，卫星技术的应用就是将陆地上设置的通信、导航、监视系统，过渡到以卫星为基站的星机导航和监视系统。在数字化和自动化的新航行系统中，空地通信网络系统应用数据链技术，能够实现管制员、飞行员和机载设备、地面设备以及人机之间的数据传递，使我们的空中旅行更加迅速安全。

可以想象，不久的将来，坐在办公室里的你就能了解任何想知道的事情，并真实地感受到它的存在、成长对你或者自然界的影响是个什么样的景象。

   模拟仿真技术的最高运用就是虚拟现实。虚拟现实系统是集成计算机图形技术、仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，结合业务模型，由计算机软件、硬件和相关设备构成的高技术模拟系统。虚拟现实技术的特点在于计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过业务模型计算后再由计算机图形构成三维数字模型，并编制到计算机中去生成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境，从而使得在视觉上产生一种沉浸于这个环境的感觉，可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化，并能与之发生“交互”作用，使人和计算机很好地“融为一体”，给人一种“身临其境”的感觉。在虚拟现实系统中，业务模型运算是核心，是灵魂。

 在伊拉克战争中，美军将战争的进程进行了各个级别和各个层次的作战模拟。虚拟环境中可以显示城市的每棵树、每座建筑。作战部队可以快速地得到模拟支持，并被部署到地面上的任何位置。从而可以放心大胆地使用一个机步师直突巴格达。其中，作战模拟系统起着功不可没的作用。

信息化作为当今世界经济和社会发展的一大趋势，已被许多国家作为发展国民经济的基本方针。人类正是利用了信息技术的成果，才创造出如今世界的繁荣；也正是人类对信息技术不间断的创新，繁荣的世界才更趋精彩。

        “数字黄河”之借鉴： “数字水利”百舸争流

随着信息技术的飞速发展，水利信息化已成为水利现代化的基本标志。

水利信息化，就是充分利用现代信息技术，深入开发和广泛利用水利信息资源，包括对水利信息进行采集、传输、存储、处理和服务，全面提升水利事业活动效率和效能的过程。

按照这一思路，疾驰在“信息高速”上的中国水利，正以博采众长的胸襟，计划到2010年重点建设并运行10大应用领域。即：国家防汛指挥系统、水利行政资源管理、水质监测与评价、水土保持监测与管理、水利工程建设与管理、水利信息公众服务、水利规划设计管理、水利专业数字图书馆等。

今天，曾经大胆的设想正在渐次成为现实。水利信息化的魔力让人们在悄悄地刷新着自己的意识，改变着自己的行为。一个水利的ｅ时代正在开启。

人们形象地把GPS、RS、GIS组成的“3S”技术称之为“两只眼睛一个大脑”。我国部分地区已广泛运用“3S”技术，建立了完善的防灾减灾网络，对洪水演进进行预测预报，对洪涝灾害和滞洪方案进行风险评估。

在水资源监测中，只有掌握瞬时变化的供水和需水信息，才能科学、准确地进行水资源的配置及调度；只有掌握瞬时变化的水质信息，才能从容应对水污染突发事件，保证供水安全。

运用GIS对水质信息进行管理，可以合理地选择出那些能代表具体流域或地区的水质总体状况，以便进行水质水量连续自动实时监测、水量调度和水污染控制。并借助GIS的空间数据和GPS的定位数据的分析处理，快速获取水污染的类型、地点及其污染范围。

2005年，中国航天科工集团对桂林市中心城区的水体环境进行了一个水文年的监测和调查，建立了高精度的数字模型，对多个治污方案可能产生的结果，都得出了是否可行的科学结论，并提出资金投入的具体建议。科研人员还把仿真系统与桂林水环境的实时监测系统进行连接，一旦发生突发污染和环境事件，该系统能快速启动防污预案，减少污染对经济和人民生活带来的损失。

在GIS技术支持下，利用遥感技术可进行地表水和地下水资源量的估算，并结合估算的灌溉水资源的分布及供求量情况，通过水流演进和调度系统模型，直观演示水流演进过程，模拟不同的水量调度方案，为水资源的开发利用和调度管理提供科学决策依据。

说起仿真技术，洪水仿真模型的研制和开发历史悠久，应用广泛。世界上一些发达国家对洪水仿真模型研究起步较早，建立了相对规范的洪水仿真模型，并实现了产品化研究成果。

丹麦水力学研究所自20世纪70年代开始，就致力于水流、泥沙、水资源、水环境等相关数值模拟计算技术开发。到目前为止，已经形成了一套完整的模拟系统。该系统集数据前后处理、GIS系统应用、模型模拟计算、动画演示等多种功能于一体，是国际上公认的最先进水力模拟系统之一。荷兰德尔伏特水力学研究所，在洪水仿真技术、洪水预测预报技术、波浪仿真技术、泥沙仿真技术上遥遥领先；在软件系统方面的二维和三维水动力学模型、河道一维水流仿真模型、流域仿真模型等领域的诸多成果为水利称道。

《南水北调工程投资计划项目管理及基建统计系统》就是利用计算机数字三维视景仿真技术设计的代表作。它将“3S”集成技术与工程、地质、环境、管理等学科有机地结合起来，形成一整套根据实际业务量身定制的计划管理体系，通过图形库、模型库、属性库的彼此关联，利用空间数据与属性数据的有机结合，对数据、信息、模型以二维或三维的形式予以动态演示，丰富、详实地展示工程建设进程，为工程建设管理者随时了解、掌握各类工程建设和环境动态，把握工程进展和分析工程建设目标的实现程度提供科学、全面的基础信息。

一个个突破，一项项成功，开阔了水利人的视野，增强了推进水利信息化的信心和勇气。中国水利，这一历史悠久的传统行业，在席卷全球的信息化浪潮的砥砺中，正浴火重生，激越流淌。

“数字黄河”之盛宴：“数字黄河”工程

在全球信息化的浪潮中，数字化、信息化建设已无可争辩地成为现代治黄的重要内容。建设“数字黄河”工程，是现代化、信息化对黄河治理开发与管理现代化的挑战。

2001年，黄委正式启动了黄河信息化建设的标志性工程——“数字黄河”工程。2003年，水利部正式批复《“数字黄河”工程规划》。古老的黄河以其海纳百川的气魄，携手“数字化”踏上新世纪的征程。

按照构架，“数字黄河”工程包括基础设施、应用服务平台、业务系统以及技术支持和工程保障体系。工程包括防汛减灾、水资源管理与调度、水资源保护、水土保持生态环境检测、水利工程建设与管理、电子政务等6个应用系统。

“数字黄河”工程理念的提出，使黄河水利信息化建设统一于一个总体框架之下成为可能，使黄河水利信息化建设从分散到集中，从无序到有序，从信息资源低层次重复开发到高水平整合与共建共享成为现实。

而今，在万里黄河之上，我们已清晰地听到治黄信息化实践的铿锵足音。

在电子政务领域，黄委依托公用信息平台，基本实现了各类治黄信息的网络传输与共享，向全河及时、准确地传递着信息。

摒弃了启闭闸门的手摇把子，丢掉了紧锁闸门房100多把铁锁。取而代之的是一个涵盖下游近百座引黄涵闸的现代水量调度管理系统。这一集智能化与自动化于一身的水量调度管理系统，不但实现了涵闸的无人值守、远程控制、水位数据的实时采集、引水流量的自动计算，还能自动预告几天后黄河入海口处最后一个水文站的流量大小，并提醒水调人员应对各种突发事件，保证黄河不断流。　

２００２年，黄河第一座“数字化”水文站在花园口建成，实现了测船的自动测流，借助测站的计算机网络系统、水文遥测系统、图像监视系统、信息查询与处理系统，全方位实现了防汛信息的远程传输和资源共享。特别是“小花间暴雨洪水预警预报系统”的投入使用，延长了小浪底至花园口这段无控区的洪水预警时间，洪水预见期由原来的８小时提高到３０小时。

“黄河下游工情、险情会商系统”、“水情信息查询及会商系统”“洪水预报与调度耦合系统”、“黄河下游三维视景系统”…““数字防汛”让千里之外正在发生和已经发生的汛情、险情、灾情、工情立时毕现，防汛指挥所必备的抢险人数、物料配备、抢险方法运用等数据，轻点鼠标，便一目了然。

随着黄河流域水土保持生态环境监测系统的建成，当你来到一个纵横交错、四通八达的计算机管理系统前，你会发现，一切变得那么快捷、有序。足不出户，那些沟沟梁梁一举一动就可以尽收眼底。就好象突然获得了一位太空人的视角，你可以尽情俯瞰那个地球上最大的黄土高原。

前不久建设成的我国第一个水资源保护监控中心——黄河流域水资源保护监控中心。它以先进的计算机网络技术、信息采集数字工程技术为支撑，为实现黄河流域水资源保护、监督与管理技术现代化、数据采集自动化、信息资源共享化、管理决策智能化提供了有力的技术保障。

２００６年９月１４日，作为“数字黄河”工程建设转向数学模拟系统建设的一个重要载体和重要标志的黄河超级计算中心揭开了神秘的面纱。黄河水利水电大型科学计算，复杂水利水电科学问题的求解分析将不再坚不可破。

然而， 我们不能否认，黄河是世界上最为复杂、难治的河流，这就决定了“数字黄河”工程是一项功能要求高、涉及多学科、高技术、跨地区、跨部门，复杂而庞大的信息系统工程。“把黄河装进计算机”，绝非一时之功，而是需要经过不懈努力。

“数字黄河”工程建设的核心内容是数学模拟系统。按照《“数字黄河”工程》规划的勾画，未来几年，“数字黄河”工程将黄土高原土壤侵蚀模型、水库群模拟调度系统、下游河道模拟系统、河口演变模型、污染物扩散输移模型、宁蒙河段冰凌预报模型作为建设重点，以期通过预测指导生产决策和运行，为治黄决策提供预测性的参考。

到２０１０年，“数字黄河”工程将建立起完善的基础设施和应用服务平台，实现其信息技术标准化，采集自动化、传输网络化、管理集成化、业务处理智能化、政务办公电子化。

 到那时，我们将有能力通过卫星、雷达和地面组成的立体监测体系，更准确地捕捉到大气和水汽的活动，从而预测暴雨的形成时间、范围和水量，做到未雨绸缪；接着通过超级计算机的模拟，在短时间内对下游水库和河道进行多方案三维模拟，得出最优的水库调度方案，更快地做出关键点的流量和水位预报，从而更好地做出下游防洪调度决策。

到那时，当下游出现大洪水时，通过三维电子江河和二维水沙模型计算，我们将能更快更准确地预知滩区淹没的情况，从而尽早组织抢险和滩区群众的迁安工作，最大限度地减少人民群众的生命财产损失。

到那时，通过中长期水资源预测预报，和对社会经济发展的用水需求分析，我们可以更有效地调度黄河水资源，使之发挥更大的效益。不论发生什么情况，沿黄数十个大中城市的生活用水都能得到保障；同时确保黄河不断流。

到那时，黄河干流和重大支流的水质情况将通过水质自动监测网，及时地采集并传送到黄河流域水资源保护监控中心。一旦出现突发性水污染事件，水质模型将把水污染沿河发展的形势和污染物到达各重要城市和重点取水口的时间描绘得一清二楚，从而更快地启动应急机制。

到那时，在立体监测体系的支持下，黄土高原区的水土流失治理和重点建设项目水土保持治理情况将及时传送到黄河水土保持生态环境监测中心，为水土保持规划计划，监督管理提供有力的手段和措施。

到那时，黄河的水沙调控体系已经建成，从哪里来水，在哪里产沙以及不协调的水沙关系，可以通过洪水、泥沙预测预报系统，让我们未卜先知。迅速、准确的决策支持系统将其模拟调度方案变换成调度指令驱动庞大的水沙调控体系，不协调的水沙关系在黄河人手中塑造为和谐。

到那时，政务公开、网上办公和网上办事将进入到我们工作生活的方方面面。不论你在何时何地，只要你能登陆互联网，你就和坐在办公室一样，了解水雨情，了解工作进展，查看你的工资单，提交你的电话费和暖气费。

到那时，整个黄河流域及相关地区的数字地形和在此基础上镶嵌的GIS、GPS、RS系统均已形成，能够揭示黄河自然规律的数学决策场已经建立，黄河治理开发和管理的任何一种方案均可在数字场中得到预演和检验，从中发现不足，并加以修正完善，从而确保决策的科学，运行的有效。

你会深切感受到，有了“数字黄河”工程，我们的治黄业务工作可以如此之好；有了“数字黄河”工程，我们的工作效率原来可以如此之高；有了“数字黄河”工程，我们的生活原来可以如此简单。

黄河，这条生命之河，正在“数字黄河”的精彩逾越中，开始了新的生命传奇。