环境管理_水利信息技术

1 水利信息技术 河海大学水利水电学院郭龙珠Mobilemail guolongzhu 2 水利信息技术 课程安排 1 总课时 242 2013年2月25日 4月3日3 本学期 4节 6周 24 24理论 1节复习答疑4 成绩5次课堂作业 3 3次课后作业 5 30 0 7 期末成绩 3 规划和前期准备 信息采集 信息处理 地理信息系统 管理信息系统设计及应用 水利信息仿真与决策 水利信息技术 水利信息技术概述 精确农业水利技术及推广 信息传输与自动测报系统 4 第一章水利信息技术概述 信息技术发展概述 1 水利信息技术 2 水利信息化 3 5 第一节信息技术发展概述 一 信息技术的概念二 信息技术的发展历程三 现代信息技术内容四 数字地球 构想五 智慧地球 愿景 6 第一节信息技术发展概述 信息 information 是信息源所发生的各种信号和消息经过传递被人们所感知 接收 认识和理解的内容的统称 信息技术 informationtechnology IT 是指获取 处理 传递 存储 使用信息的技术 是能够扩展人们的信息功能的技术 感觉器官 传导神经网络 思维器官 效应器官 信息控制技术 信息采集技术 信息传递技术 信息处理技术 一 信息技术的概念 7 第一节信息技术发展概述 一 信息采集技术 信息采集技术指能有效地扩展人类感觉器官的感知域 灵敏度 分辨力和作用范围的技术 包括传感 测量 识别和遥感遥测技术等但目前广泛使用的主要是传感技术 遥测技术 遥感技术和全球卫星定位技术等 一 信息技术的概念 8 第一节信息技术发展概述 二 信息传递技术 数字程控交换技术综合业务数字通信网光纤通讯数字移动通信卫星通讯信息高速公路 信息传递技术也称通信技术 一 信息技术的概念 9 第一节信息技术发展概述 三 信息处理技术 信息处理技术就是应用计算机硬件 软件及数字传输网 对信息进行文字 图形 特征识别 信息与交换码之间的转换 信息的整理 加工 生成 以及利用数据库 知识库实现信息存储和积累的技术 信息识别技术信息转换技术信息加工技术信息存储技术 一 信息技术的概念 10 第一节信息技术发展概述 四 信息控制技术 信息控制技术的功能是根据输入的指令信息 决策信息 对外部事物的运动状态和方式实施干预 是效应器官功能的扩展延伸 显现技术人机接口技术遥控技术自动控制技术机器人技术 一 信息技术的概念 11 信息技术组成及其功能示意图 信息技术的核心 与外部世界的接口 第一节信息技术发展概述 二 信息技术的发展历程 12 已形成的综合应用开发技术 数据库技术人工智能专家系统遥感技术地理信息系统 全球定位系统计算机辅助决策系统自动控制技术多媒体技术计算机网络技术 第一节信息技术发展概述 二 信息技术的发展历程 13 一 古代信息技术 第一节信息技术发展概述 二 信息技术的发展历程 14 二 近代信息技术 广播与电视技术 摄影技术 电影技术 电报与电话技术 第一节信息技术发展概述 二 信息技术的发展历程 15 三 现代信息技术 以微电子技术为基础技术 以计算机技术和现代通信技术为主要代表 信息获取技术信息处理技术信息传递技术信息存储技术 第一节信息技术发展概述 二 信息技术的发展历程 16 现代信息技术是指20世纪70年代以来 随着微电子技术 计算机技术和通信技术的发展 围绕着信息的产生 收集 存储 处理 检索和传递 形成的一个全新的 用以开发和利用信息资源的高技术群 其中以微电子技术 计算机技术 软件技术 通信技术为主导 第一节信息技术发展概述 三 现代信息技术内容 17 微电子产品已经广泛的应用于生产和生活的各个领域 一 微电子技术 微电子技术是随着集成电路技术发展起来的一门新兴技术 以芯片和集成电路为研究重点 趋势 不断缩小电路元件的尺寸提高集成度 第一节信息技术发展概述 三 现代信息技术内容 18 现代传感技术就是人们采集获取信息的技术 二 传感技术 传感器技术雷达技术遥测技术遥感技术 第一节信息技术发展概述 三 现代信息技术内容 19 信息存储技术是人们记录保存信息的技术 三 信息存储技术 磁存储技术光存储技术微缩存储技术 第一节信息技术发展概述 三 现代信息技术内容 20 四 计算机技术 计算机是一种能自动 快速 精确进行信息处理的电子设备 应用广泛 第一节信息技术发展概述 三 现代信息技术内容 21 五 多媒体技术 多媒体技术是指能对音乐 声音 文字 图像 照片 动画 电影 电视等多种形式信息进行处理和传输的技术 能使用户获得图 声 文并茂的计算机画面 第一节信息技术发展概述 三 现代信息技术内容 22 文化 娱乐 教育 卫生 金融等方面广泛的信息服务 六 通信技术 通信是信息的传输与交换 也就是将语言 文字 符号 音乐 图像等信息从发送者传输给另一个时空点的收集者 通信系统是指实现这一通信过程的全部技术设备和信道 传输媒介 的总和 长途和本地的有线电话网 包括光缆 同轴电缆网 无线电话网 包括卫星通信 微波中继通信网 有线电视网计算机数据网 第一节信息技术发展概述 三 现代信息技术内容 23 一 数字地球的提出 数字地球一个以地球坐标为依据的 具有多分辨率的海量数据和多维显示的地球虚拟系统 数字地球看成是 对地球的三维多分辨率表示 它能够放入大量的地理数据 在接下来对数字地球的直观实例解释中可以发现 戈尔的数字地球学是关于整个地球 全方位的GIS与虚拟现实技术 网络技术相结合的产物 第一节信息技术发展概述 四 数字地球 构想 24 二 数字地球的特点 具有空间性 数字性和整体性 数据具有无边无缝的分布式数据层结构 包括多源 多比例尺 多分辨率 历史和现时的 矢量格式和栅格格式的海量数据 具有迅速充实 联网的地理数据库 以图像 图形 文本报告等形式提供服务 采用开放平台 构件技术 动态互操作等最先进的技术方案 任何一个用户都可以在宽带网上根据自己的权限实时查询和调用数字地球中的信息 无论生产者是谁 无论数据在什么地方 运用具有传感器功能的特制数据手套 还可以对数字地球进行各类可视化操作 服务对象覆盖整个社会层面 无论政府机关还是科教 生产单位 无论专业技术人员还是普通老百姓 都可以找到自己所需要的信息 第一节信息技术发展概述 四 数字地球 构想 25 三 数字地球的技术基础 1 信息高速公路和计算机宽带高速网2 高分辨率卫星影像3 空间信息技术与空间数据基础设施4 大容量数据存贮及元数据5 科学计算6 可视化和虚拟现实技术 数字地球的核心是地球空间信息科学 地球空间信息科学的技术体系中最基础和基本的技术核心是 3S 技术及其集成 第一节信息技术发展概述 四 数字地球 构想 26 由于在传感器 计算机 通讯以及综合国力等方面与先进国家存在较大差距 落后于国际先进水平 只有发挥自己的优势 不断努力 才能逐步缩小与国际先进水平的差距 四 数字地球的应用 1 对全球变化与社会可持续发展的作用2 数字地球对社会经济和生活的影响3 数字地球与精细农业4 数字地球与智能化交通5 数字地球与Cybercity6 数字地球为专家服务7 数字地球与现代化战争 第一节信息技术发展概述 四 数字地球 构想 27 第一节信息技术发展概述 四 数字地球 构想 五 我国 数字地球 发展 1999年11月 由中国科学院和中国政府15个部委局联合举办的 数字地球国际会议 在北京成功举行 对数字地球进行了充分讨论 提出了在我国发展 数字中国 的初步构想 近年来 我国在 数字地球 领域的研究也正在深入和拓宽 已举行有关 数字地球 方面的大型研讨会近10次 许多权威专家著文阐述 数字地球 技术 国家 863 计划也把 数字地球 列为发展战略研究的内容 我国 十五发展纲要 中已把数字化 信息化的内容列入重中之重的项目中 28 第一节信息技术发展概述 五 智慧地球 愿景 这是一种运用先进信息技术手段构建新的世界运行模型的 愿景 构想 提出 2008年11月美国IBM公司发布了 智慧地球 战略 智慧地球 战略被奥巴马政府借鉴和列入美国经济振兴计划 已批准投资300亿美元在美国发展 智慧电网 和 智慧医疗 29 第一节信息技术发展概述 五 智慧地球 愿景 一 智慧地球 的含义 核心内容 基于信息基础架构与高度整合的基础设施的完美结合 能够以一种更智慧的方法通过利用新一代信息技术来改变政府 公司和人们相互交互的方式 以便提高交互的明确性 效率 灵活性和响应速度 使得政府 企业和市民可以做出更明智的决策 30 第一节信息技术发展概述 五 智慧地球 愿景 一 智慧地球 的含义 智慧地球 31 第一节信息技术发展概述 五 智慧地球 愿景 一 智慧地球 的含义 32 第一节信息技术发展概述 五 智慧地球 愿景 一 智慧地球 的含义 六大智慧行动方案 智慧的电力智慧的医疗智慧的城市智慧的交通智慧的供应链智慧的银行 33 第一节信息技术发展概述 五 智慧地球 愿景 简单地讲 互联网 物联网 智慧地球 一 智慧地球 的含义 把各类传感器嵌入和装备到电网 铁路 桥梁 隧道 公路 建筑 供水系统 大坝 油气管道 家用电器等各种物品中 并且被普遍连接而形成 物联网 并通过超级计算机和 云计算 来处理所有网络数据 实现人类社会与物理系统的整合 实时管理和控制人员 机器 设备和基础设施 以更加智慧 精细和动态的方式管理生产和生活 提高资源利用率和生产力水平 改善人与自然间的关系 具体来讲 智慧地球 是 34 第一节信息技术发展概述 五 智慧地球 愿景 二 物联网 物联网 theInternetofthings 是指通过射频识别 红外感应器 全球定位系统 激光扫描器等信息传感设备 按约定的协议 把任何物品与互联网连接起来 进行信息交换和通讯 以实现智能化识别 定位 跟踪 监控和管理的一种网络 核心和基础仍然是互联网 是在互联网基础上的延伸和扩展的网络其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间 进行信息交换和通讯 物联网就是 物物相连的互联网 有两层含义 35 第一节信息技术发展概述 五 智慧地球 愿景 二 物联网 结构 36 第一节信息技术发展概述 五 智慧地球 愿景 二 物联网 建立物联网的步骤 对物体属性进行标识 读取物体属性转换为适合网络传输的数据格式 将物体信息网络传输到信息处理中心 完成物体通信的相关计算 37 第一节信息技术发展概述 五 智慧地球 愿景 物联网的发展是以移动技术为代表的普适计算和泛在网络发展的结果 也将通过应用创新带动经济社会形态和创新形态的变革 推动面向知识社会的下一代创新 创新2 0 形态的形成 中国电信提出了智能物联网产品的主要应用领域 包括智能家居 智能医疗 智能城市 智能环保 智能交通 智能司法 智能农业 智能物流 智能校园 智能文博和M2M平台 二 物联网 38 第一节信息技术发展概述 五 智慧地球 愿景 三 云计算 云计算 CloudComputing 是一种新兴的共享基础架构方法和商业计算模型 也是一种IT基础设施的交付和使用模式 是将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上 使各种应用系统能够根据需要获取计算力 存储空间和各种软件服务 用户通过网络以按需 易扩展的方式获得所需的资源 硬件 平台 软件 提供资源的网络被称为 云 云 是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源 通常是由计算服务器 存储服务器 宽带资源等组成的大型服务器集群 特征 类似于现实中的云 39 第一节信息技术发展概述 五 智慧地球 愿景 三 云计算应用及特点 革命性的计算模型 它使得超级计算能力通过互联网自由流通成为了可能 云计算 将所有的计算资源集中起来 并由软件实现自动管理 无需人为参与 企业与个人用户无需投入昂贵的硬件购置成本 只需要通过互联网来购买和租赁计算力 在使用者看来 云 中的资源是可以无限扩展的 并且可以随时获取 按需使用 随时扩展 按使用付费 这种特性经常被称为像水电一样使用IT基础设施 云计算 具有超大规模 虚拟化 高可靠性 通用性 高可扩展性 按需服务 极其廉价等特点 40 第一节信息技术发展概述 五 智慧地球 愿景 智慧地球 的目标就是将智能信息技术应用到生产的各行各业和生活的方方面面 IBM希望地球上的每种信息都能被充分的利用 每个企业都具备智慧 它们之间有越来越广泛与深入的联系 如果把网络看作是神经 那么遍布全球的这些网络就可以看成是地球的神经 按照有条理的 繁杂的 可控的 灵活的规则去运转 让地球上的信息互联互通 让每个企业 每个设备都能发挥到自己最大的能量与能力 从而让这个星球充满智慧 并愈发的繁荣 四 智慧地球 的意义 41 第二节水利信息技术 一 水利信息技术的概念二 水利信息技术的发展三 数字水利 42 第二节水利信息技术 一 水利信息技术的概念 水利信息技术就是指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 包括水利信息的采集 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技术 水利行业是一个信息密集型行业 凡人类的治水活动 都离不开水情 工情和社情的综合利用 因此 古今中外的水利工作者都十分重视收集整编和利用信息 掌握水利信息技术的必要性 43 第二节水利信息技术 二 水利信息技术的发展 我国早在公元前20世纪就已有洪水记录 16世纪已有了水旱信息的记载 而在科学技术迅猛发展的今天 由计算机技术和通信技术相结合的信息技术 在水利行业逐步得到推广和应用 2011年 中央一号文 把实现水资源可持续利用提到事关我国经济社会可持续发展的战略高度 要求下大力气解决洪涝灾害 水资源不足和水污染问题 2012年 中央一号文 农业科技依然涉及信息技术 一 历程 44 第二节水利信息技术 二 水利信息技术的发展 二 现状 45 一 投入严重不足 第二节水利信息技术 二 水利信息技术的发展 三 问题 受经济 技术等条件的限制 存在很多问题 1 投入严重不足我国水利信息化基础设施还十分薄弱 特别是信息资源的开发严重滞后 水利信息的采集和传输至今也未形成覆盖全国的信息网络 2 缺乏统一的规划和规范化的建设管理除了防汛方面情况相对较好以外对于全行业来说 缺乏统筹规划 在建设和管理上还存在着条块分割和低水平重复开发等现象 46 信息化有着一个系统性强 集成度高和技术更新周期短的特点 在信息化中 对信息的规范化和标准化有着严格的要求 否则难以实现网络的互联互通和信息的大规模集成 我国目前尚未形成一个集信息源和基础数据库为一体的水利信息公用平台 无法真正实现全行业资源共享 第二节水利信息技术 二 水利信息技术的发展 3 尚未形成全国的水利会商信息平台 47 一 投入严重不足 第二节水利信息技术 三 数字水利 一 概念 数字水利是指以可持续发展理念为指导 以人水和谐作为终极目标 采用以信息技术为核心的一系列高新技术手段 对水利行业进行技术升级和改造以全面提升水事活动效率和效能的发展战略和发展过程 水循环的基本规律中国的三大水问题解决水问题的基本方略当前水利发展的形势水利行业需要信息技术 二 提出背景 48 一 投入严重不足 第二节水利信息技术 三 数字水利 三 内涵 1 数字水利是水利行业基于可持续发展理念的高技术发展战略 水利政务 防汛减灾 水资源监控管理 水环境综合治理 大型水利工程的设计和施工 大中型灌区的综合管理等都迫切需要采用计算机技术 通信网络技术 微电子技术 计算机辅助设计技术 3S技术 遥感 地理信息系统 全球定位系统 等一系列高新技术进行技术改造 水利行业有必要站在当今科学技术的制高点 结合水利行业的应用需求 提出一个较为系统的技术发展战略 为可持续发展水利这一理念体系提供可操作的技术内涵 可持续发展水利和数字水利将分别成为我国水利现代化发展的理论基石和技术基石 49 一 投入严重不足 第二节水利信息技术 三 数字水利 三 内涵 2 数字水利是水利行业进行技术升级的一个历史过程 我们不仅要清楚地明白水利发展的任务 正确甄别某一区域的水问题所在 分析围绕水问题解决的应用需求 梳理水利业务运作的信息流程 找到提高水事活动效率和效能的切入点 更要跟踪把握当今信息技术的最新进展 研究各类信息技术与水利行业需求结合的解决方案 开发和步署水利各类业务应用信息系统 培养使用和维护这些业务系统的技术人才 这些都是实施数字水利战略必须的过程 50 一 投入严重不足 第二节水利信息技术 三 数字水利 三 内涵 3 数字水利的前沿研究领域是数字流域 尽管数字地球是数字水利提出的重要技术背景 但数字地球的自然延伸不是数字水利 而是数字流域 流域和地球都是自然空间地理概念 而水利是行业概念 有人简单地套用数字地球的技术概念 把数字水利等同于数字流域 把数字水利的内涵大大缩小了 数字流域很自然地延用数字地球的空间地理信息框架 运用远程自动测控技术采集各类流域相关水信息 采用数学模型手段对流域水循环 包括自然循环和人工循环 运动进行仿真模拟 建立三维流域水信息平台 为流域水问题解决和社会经济宏观决策提供依据 构成数字水利最为活跃的前沿研究领域 51 一 投入严重不足 第二节水利信息技术 三 数字水利 三 内涵 4 数字水利可以成为一门新的学科 从学科建设的角度 我们可以把支撑数字水利战略实施的知识技术体系叫做数字水利 正如水信息学脱胎于计算水力学 数字水利是传承水信息学的进一步发展 是2000年以来发展了的现代水信息学 水信息学 52 第三节水利信息化 一 水利信息化建设的必要性二 水利信息化的应用三 水利信息化标准 53 信息是防汛抗旱决策的基础 是正确分析和判断形势 科学地制定防汛抗旱调度方案的依据 一 水利信息化建设的必要性 一 水利信息化是提高抗灾减灾决策水平的需要 水利信息系统的建立 将大大提高雨情 水情 工情 旱情和灾情信息采集的准确性和传输的时效性 对洪涝干旱灾害的发展趋势作出及时 准确的预测和预报 制定防洪抗旱调度方案 为决策部门科学决策提供依据 充分发挥已建工程设施的效能 第三节水利信息化 54 水利作为传统行业 在深化改革中不但面临着体制创新和机制创新的问题 而且还面临着技术创新和管理创新 一 水利信息化建设的必要性 二 水利信息化是捉高水利科技含量和管理水平的需要 水利信息系统的建立 将会为技术创新和管理创新创造良好的条件 全面提高水利事业的科技含量和管理水平 第三节水利信息化 55 信息资源已经成为与物质资源同等重要的资源 政府充分开发和利用庞大的政府信息资源 是正确 高效行使国家行政职能的重要环节 一 水利信息化建设的必要性 三 水利信息化是实现水行政主管部门机构改革和职能转变的需要 信息化将使水利部门有可能广泛获取和利用各种信息资源 更好地管理复杂的水行政事物 提高政府部门的决策水平 管理水平和工作效率 同时 信息化也有助于实行政务公开 加强政府工作人员与广大人民群众之间的联系 使社会各界更加有效地监督政府工作 第三节水利信息化 56 水利与工业 农业 林业 交通等相关行业的发展 关系十分密切 一 水利信息化建设的必要性 四 水利信息化是满足行业之间实现信惠资源共享 促进国民经济协调发展的需要 实现水利信息化 使水利信息资源与相关行业共享 水利行业也从相关行业获取信息 这对于建立节水型工业 节水型农业和节水型社会 促进生态建设与环境保护 都有重要的意义 第三节水利信息化 57 二 水利信息化的应用 一 水利工程施工管理信息系统 第三节水利信息化 小浪底水库工程一期通信系统 58 二 水利信息化的应用 二 现代化灌区管理思路 第三节水利信