［摘 要］ 通过对郑州市生态水系管理需求的分析，阐述建立基于三维GIS的数字郑州水系运行调度与管理系统的必要性，分析了系统功能，考虑系统调度管理控制和建立三维GIS系统的要求等问题，多角度、多层次、全面细致的考虑系统设计中的问题，建立并完善防汛减灾系统、水资源配置与调度系统、水质监测与评价系统、水利工程管理系统、电子政务系统、决策会商支持系统等应用子系统，可实现郑州生态水系的数字化调度和管理，提高郑州生态水系的管理决策水平。

［关键词］ 数字郑州水系 调度与管理 三维GIS

1引言

城市生态水系融合了“水安全、水环境、水景观、水文化、水经济”等众多要素，是城市生命肌体的重要组成部分。为了创造良好的生态环境，满足城市发展和社会公众的水环境需求，郑州市开展了城市生态水系规划工作。

郑州市生态水系规划，对防洪排涝、供水、水质、景观生态供水等工程体系的调度提出了较高的要求。运行调度既要考虑水库自身的安全，还要考虑河网水系各河道的行洪、分洪安全。由于供水任务的增加、中水的回用、景观水体的扩大、城市建成区的扩大和排水管网的建设，调控体系的科学决策十分必要。

数字郑州水系就是根据郑州市生态水系管理需求，利用GIS、RS、GPS、DCS、计算机网络与数据通信存贮、虚拟现实等先进技术，在对郑州市水利现有信息化资源整合的基础上，构建以水雨情、用水、水质、工程安全等监测设施为基

础，通信系统为保障，计算机网络系统为依托，管理决策支持系统为核心的郑州市生态水系管理决策支持系统，为郑州市生态水系管理提供强大的三维可视化决策支持环境，实现郑州市生态水系监测、评价、预报、管理和调度的数字化，为管理调度决策提供科学的手段，提高管理决策水平。

2数字郑州水系系统目标及设计基本思路

规划建设目标是充分利用、整合和完善现有郑州市水利水务信息系统资源，搭建“数字郑州水系”，形成以信息采集平台、数据平台、网络平台、应用平台为基础的郑州水务信息化框架体系，实现水安全、水资源、水环境、水景观的自动化监测、实时化调度、科学化决策、系统化管理、网络化办事、规范化服务，使郑州市水务信息化总体水平逐步达到国内同行业领先水平。

设计建设思路是根据郑州市内的库、河、湖的河网工程体系，区分重点，有步骤地稳步推进数字化进程。以完善郑州市防汛指挥系统为核心，结合已有建设工程，吸收整合水利信息化相关成果，以数字水系为手段，逐步建设和完善水库、河道、闸、坝的水雨情、工情、水质信息的采集、传输、会商、决策、调度体系，保障工程及河网水循环系统的正常运行。

3系统功能架构

通过各种水利专业模型的开发和空间信息服务平台的建设，为郑州市生态水系的统一调度管理提供一个实时的平台。

本系统采用三层架构模式，系统总体架构如上图所示。

1）数据采集系统建设

数据采集系统建设包括水雨情信息采集系统、工情险情信息采集系统、水质监控信息采集系统等的建设。在传统手段的基础上，结合现有的水文监测网络和水质监测站点布设，引进自动测报、测验仪器、设备和设施，整合水质和水雨情监测网络，更新设备；在控制性水库远程监控系统的基础上，开展水库、河防、闸、坝工程险情的实时监测。

2）计算机信息通信网络建设

依托国家防汛指挥系统工程，在公网建设的基础上，充分利用卫星、移动通讯、超短波多种信息传输模式，完善现

有的水利系统骨干信息网络，作为数据通道，完善网络节点的布设，改善部门局域网络，加强网络安全管理，保证各部门各类信息的畅通和信息安全。

3）数据存储和管理体系

主要任务是进一步规范防汛、供水、水质等基础数据信息的技术标准，在整合信息资源的基础上，构建以库、河、湖基础空间数据库建设为中心、以降雨径流洪水等水文信息、工程和滞洪区的社会经济等基础数据库建设为基础，利用数据仓库技术、元数据技术、建立一个开放式的水数据中心。在郑州市国家水文数据库、水利工程基本数据库、水资源数据库和水利行政管理基本信息库的基础上，初步建立水信息存储管理体系以及高效的网络数据交换和共享访问机制，保障数据的可靠性和完整性，实现水信息资源的共享。

4）运行调度管理决策系统

根据防洪排涝、供水及水生态环境保护等主要业务运行和决策需要，统一规划和设计，综合考虑对水信息、水管理以及决策的需求，建立并完善防汛减灾、水资源配置与调度、水质监测与评价、水利工程管理、电子政务等应用系统。采用中间件技术，避免低水平的重复建设，采用GIS和虚拟仿真等先进的技术，为决策及调度指挥提供科学的技术支持。逐步实现决策方案计算的网络化、业务工作的现代化和决策的科学化。

4数字郑州水系的技术及建设特点

1)数字郑州水系的构建是一项庞大复杂的系统工程，需要有先进技术的支持和应用。

在构建过程中所必需采用的技术主要包括RS、DCS、GPS、GIS、计算机网络与数据通信存贮、虚拟现实等。

RS（遥感）：采用卫星、雷达等观测技术来获取大量实际勘测数据，是重要的空间信息来源。

DCS（数据收集系统）：亦称“遥测”,主要用于集中检测分散的或难以接近的被测对象，为科学研究提供了一种重要的测试手段，使原来难以进行实测的研究项目，取得重要的动态性能数据。

GPS（全球定位系统）：主要用于获得地表空间任一位置的准确定位，能应用于水下地形测量、防汛抢险实时指挥和水利工程建设与管理等方面。

GIS（地理信息系统）：作为一种特殊的以空间数据为基础的信息管理系统，将水利专题属性数据与空间位置直观而紧密地联系起来，进行空间数据与属性数据的综合分析，为水利信息可观化表达和高效处理分析提供强有力的技术手段。

计算机网络与数据通信存贮：信息采集后，经计算机网络传输到网络服务器存贮，再交由各类应用程序分析处理，

决策结果、指令再经由计算机网络传输到各个工作站点进行执行。

虚拟现实技术：虚拟现实是通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式,是包括实时三维计算机图形技术、三维建模技术等多种技术的综合。

结合郑州水系数字化工程现状，通过对系统设施的更新，在信息采集系统中充分利用远程自动化遥测和遥感技术、全球定位和其他实时自动采集传输技术，建立完善的综合信息采集体系。在统一交换标准的情况下，建立充分的信息共享和交换机制，最终形成能够实现全自动采集和分类整理，满足各类业务需要的数据采集系统。

通过基层信息采集站点的节点布设，建设完成联接市、县及基层实时信息采集站点的多级信息传输网络系统，实现信息采集节点到各级信息汇集节点之间的互联互通。建设市级水利数据中心，运用分布式结构、服务器群集技术、存贮区域网络技术、数据仓库技术、数据备份技术、数据安全技术等先进技术，建立水利信息汇集、存储与管理、交换和服务的中心，最终实现“基础数据集中建设、统一整合；专业数据统一规划、分别建设、集中管理；无法集中的数据通过元数据提供共享”。

在数字郑州水系规划中，基于三维的运行调度与管理系统通过可视化操作环境，在统一的系统分析平台上，建立并

完善防汛减灾系统、水资源配置与调度系统、水质监测与评价系统、水利工程管理系统、电子政务系统、决策会商支持系统等应用子系统。逐步实现决策方案计算的网络化、业务工作的现代化和决策的科学化。

2)数字郑州水系的建设特点

(1)数据分类。按照功能，数据分为实时采集数据、运行管理数据、专业数据、管理数据、发布数据等等。

(2)管理分级。根据管理机构的分级、职能和管辖范围，设置相应的系统功能和界面；按照用户权限，提供调度管理功能；为保证调度指令传递的可靠性、反馈的及时性，系统将采用统一的指令界面，按权限逐级细化调度指令。

(3)结构分层。为避免重复建设，为系统的良性运行维护，分层构建，区分数据中心、会商系统等。

(4)应用分块。系统应用层划分为防洪排涝系统、水资源调配系统、水质监测系统、综合调度决策会商系统、信息服务系统等。各分块功能相对集中，避免交叉和数据重复。

(5)建设分期。以防汛抗旱指挥系统为中心，突出水调度的重点。围绕重点工作，外围库、河、湖的基础设施设备也区分重点，分期实施；内业以构建整体框架，突出重点模块并尽早投入运用。

5结语

建设基于三维GIS的数字郑州水系运行调度与管理系统，是提高城市水系调度和管理技术水平的有效手段。在统一的系统分析平台上，通过建立并完善防汛减灾系统、水资源配置与调度系统、水质监测与评价系统、水利工程管理系统、电子政务系统、决策会商支持系统等应用子系统，逐步实现信息采集的自动化、决策方案计算的网络化、业务工作的现代化和决策的科学化，为郑州市城市生态水系的建设提供有效技术保障。