一、引言

　　水利現(xiàn)代化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是水利信息化，其中信息源建設(shè)是水利信息化的重要基礎(chǔ)工作之一，水利管理部門與決策者需要對管理對象進(jìn)行全面而準(zhǔn)確的了解，這就需要大面積的衛(wèi)星遙感影像、局部的動態(tài)監(jiān)控圖像與靜態(tài)圖片以及大量的測量數(shù)據(jù)。水利行業(yè)對現(xiàn)場定點圖片的快速傳輸與管理有著巨大而迫切的需求，但此前還沒有很好的技術(shù)手段，傳統(tǒng)現(xiàn)場信息采集設(shè)備主要由GPS定位儀、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等組成，傳輸主要由筆記本電腦通過有線電話撥號上網(wǎng)或無線上網(wǎng)等方式來實現(xiàn)。現(xiàn)場采集設(shè)備復(fù)雜，現(xiàn)場工作人員進(jìn)行信息采集時，需要掌握所有設(shè)備的操作方式，非常麻煩。定點監(jiān)測方式存在不能隨時移動的弊病，直接影響著水利工程的監(jiān)測范圍，導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)信息不完整，不能全面反映水利工程的運(yùn)行狀況。水利數(shù)碼通的出現(xiàn)能很好地滿足現(xiàn)場定位圖片采集、實時傳輸?shù)男枨蟆?

　　水利數(shù)碼通無線衛(wèi)星定位圖片采集系統(tǒng)作為應(yīng)用于水利工程現(xiàn)場信息采集的高新技術(shù)產(chǎn)品，其主要功能是實時獲取現(xiàn)場信息，能夠完成對水利工程現(xiàn)場運(yùn)行狀況的監(jiān)測，并實時發(fā)送到監(jiān)測中心，同時終端設(shè)備具有體積小、功能全，易于攜帶和操作等特點。該系統(tǒng)還是水利管理部門工作人員的可靠助手，為領(lǐng)導(dǎo)決策、專家會商提供有力技術(shù)保障和數(shù)據(jù)支持，有利于提高科學(xué)管理的水平與決策速度；該系統(tǒng)應(yīng)用于工程建設(shè)項目管理中，可記錄擬建、在建或完工項目的信息(包括實地圖片、項目位置等)，為以后水利項目審批提供依據(jù)，避免重復(fù)投入，提高資金使用效率。該系統(tǒng)在技術(shù)上填補(bǔ)了國內(nèi)空白，經(jīng)水利部成果鑒定整體達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，它的推廣應(yīng)用有利于提高水利管理部門的決策速度。

　　二、工作原理

　　1．系統(tǒng)組成

　　水利數(shù)碼通無線衛(wèi)星定位圖片采集系統(tǒng)由三部分組成。第一部分為無線移動便攜式信息采集終端(簡稱水利數(shù)碼通)。第二部分為圖片接收軟件。將無線終端設(shè)備傳來的各種圖片、數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行接受處理，并自動存儲到后臺目錄或數(shù)據(jù)庫，便于其他應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用。第三部分為基于GIS平臺的信息查詢管理軟件。實現(xiàn)在電子地圖上閃爍信息采集點具體位置的功能，用戶只需點擊該位置，就能看到現(xiàn)場圖片信息和豐富的數(shù)據(jù)信息。

　　2．系統(tǒng)創(chuàng)新點

　　(1)整合DC技術(shù)、GPS技術(shù)和GPRS技術(shù)等多項高新技術(shù)，形成一體化的無線移動信息采集終端。

　　(2)結(jié)合GIS管理系統(tǒng)，形成一套完整的移動式實時信息采集和顯示系統(tǒng)，能提高水利管理工作的實時性和科學(xué)性，這在國內(nèi)尚屬首創(chuàng)。

　　3．系統(tǒng)工作原理

　　該系統(tǒng)采用全球定位技術(shù)(GPS)、無線傳輸技術(shù)(GPRS)、數(shù)碼攝像技術(shù)(DC)、單片機(jī)技術(shù)(MCU)、嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)(EOS)以及后臺地理信息系統(tǒng)技術(shù)(CIS)，利用無線通信和計算機(jī)因特網(wǎng)，將各種分布式的精確定位信息，如防汛險情地段的圖片、抗旱數(shù)據(jù)信息、取水工程信息、水土流失信息、水事案件證據(jù)信息等自動導(dǎo)入指揮中心或辦公室的服務(wù)器，并在服務(wù)器的地理信息系統(tǒng)(GIS)中清晰顯示出來，高速智能地完成對實時現(xiàn)場信息采集一傳輸一存儲一顯示的全過程。

　　三、系統(tǒng)功能

　　1．清晰拍攝圖像

　　水利數(shù)碼通移動信息采集終端，內(nèi)置200萬～500萬像素的CCD，具有6倍變焦功能，拍攝的圖片清晰、分辨率高(最高可以達(dá)到500萬像素)。同時具有自拍、近拍、影像回放等功能。

　　2．精確定位定時

　　數(shù)碼通移動信息采集終端具有自動圖片信息實時定位的功能，采用GPS導(dǎo)航型OEM模塊，定位精度高(誤差小于15m)，定時精確。

　　3．手寫文字輸入

　　數(shù)碼通終端設(shè)備配備有寫字板，支持簡體中文(GB2312)、英文大小寫字母、數(shù)字、符號、筆勢以及部分繁體漢字和異體字的手寫輸入，巡堤人員、水政監(jiān)察人員在采集圖片信息時可隨時輸入提示信息，并在圖片右側(cè)顯示，操作簡單，使用方便。

　　4．無線實時傳輸

　　水利數(shù)碼通解決了無線實時傳輸?shù)膯栴}，使用終端設(shè)備拍照后，只需按傳輸鍵就可以實時將現(xiàn)場圖片(帶有GPS定位信息和文字信息)傳輸?shù)街笓]中心，很好地滿足水利管理所要求的時效性。

　　5．自動高效管理

　　該系統(tǒng)的后臺軟件部分以多線程數(shù)據(jù)接收軟件和基于GIS平臺的信息查詢管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)實現(xiàn)高效管理，并可根據(jù)用戶的需求量身定制，例如多線程數(shù)據(jù)接收軟件、數(shù)據(jù)應(yīng)用管理軟件及工情會商軟件結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、系統(tǒng)管理等功能，為工情會商提供支持。

　　四、系統(tǒng)特點

　　1.采集終端設(shè)備技術(shù)集成度高

　　水利數(shù)碼通圖片采集終端設(shè)備綜合采用了目前比較成熟的高新技術(shù)，如基于微操作管理系統(tǒng)的控制技術(shù)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)、數(shù)碼攝像(DC)技術(shù)、通用無線分組業(yè)務(wù)(GPRS)技術(shù)等，并將這些技術(shù)有效地集成在一起，形成了一臺體積輕巧、攜帶方便、操作簡單的新型通信設(shè)備。

　　2．采集到的圖片信息集成度高

　　通過該系統(tǒng)采集到的現(xiàn)場圖片具有時間信息、定位信息、備注的文字信息、某一個點的圖片數(shù)量等，使圖片信息集成度很高。

　　3．對采集到的圖片自動高效管理

　　該系統(tǒng)不僅解決了多線程接受等多項技術(shù)難題，而且管理系統(tǒng)對采集到的現(xiàn)場圖片信息進(jìn)行自動高效管理，并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)用。可以實現(xiàn)對地圖的新建、導(dǎo)入、編輯，以及放大、縮小、漫游、全圖顯示、數(shù)據(jù)刷新、信息查詢、添加設(shè)備等功能。

　　4．傳輸速度快

　　該系統(tǒng)采用GPRS通信方式，并使用UDP/IP協(xié)議傳輸。相對其他通信方式，GPRS服務(wù)具有高速和永遠(yuǎn)在線的優(yōu)點。

　　5．運(yùn)行成本低廉

　　從對采集終端要求來看，由于水利數(shù)碼通采用GPRS無線通訊技術(shù)進(jìn)行信息傳輸，因此在使用前應(yīng)配置GPRS卡；從對管理中心要求來看，由于采集信息的傳輸需要經(jīng)過Internet因特網(wǎng)進(jìn)行傳輸，因此對于監(jiān)測中心來說，需配置一臺能直接連接到因特網(wǎng)的計算機(jī)；同時該計算機(jī)應(yīng)配置SQL Server數(shù)據(jù)庫軟件和所在地區(qū)的電子地圖；另外從人員要求上看，由于采集終端設(shè)備操作與數(shù)碼相機(jī)大致相同，因此對于采集終端的使用者只需要簡單的培訓(xùn)，管理中心操作人員也只需要對計算機(jī)和該系統(tǒng)有一定了解，總體運(yùn)行成本很低。

　　6. 引入安全機(jī)制

　　為保證使用過程中信息的安全性，系統(tǒng)設(shè)計過程中引入安全機(jī)制，以立足實用、保證重點、整體安全、有效管理、合理折中、保障運(yùn)行穩(wěn)定為設(shè)計原則，采用用戶權(quán)限和數(shù)據(jù)權(quán)限管理雙重保障。

　　在用戶權(quán)限設(shè)計方面，除了采用操作系統(tǒng)級和網(wǎng)絡(luò)層的常規(guī)安全措施外，在應(yīng)用系統(tǒng)級通過建立一套嚴(yán)格的用戶權(quán)限管理機(jī)制為所有用戶分配合法的用戶名和對應(yīng)的登錄密碼以及相應(yīng)的操作權(quán)限來保證數(shù)據(jù)安全和資源庫系統(tǒng)不被非法用戶訪問。在數(shù)據(jù)權(quán)限管理方面，對所有使用資源庫的用戶，建立一套嚴(yán)格的權(quán)限管理機(jī)制，為每個授權(quán)用戶設(shè)置用戶名和口令，并賦予不同的訪問權(quán)限，以保證監(jiān)管系統(tǒng)不被非法用戶訪問。

　　五、應(yīng)用領(lǐng)域

　　目前水利數(shù)碼通無線衛(wèi)星定位圖片采集系統(tǒng)主要開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域包括：

　　1．防汛搶險

　　主要應(yīng)用于汛期水情監(jiān)測和巡堤(壩)查險工作。巡堤(壩)查險人員在發(fā)現(xiàn)管涌、潰堤、塌方等險情及其他突發(fā)事件后，將險情地段的地理位置及現(xiàn)場的詳細(xì)圖片和數(shù)據(jù)信息及時傳回指揮中心，并在中心屏幕上顯示出來，為領(lǐng)導(dǎo)和專家提供分析決策依據(jù)，以便及時制定和實施合理的防汛搶險方案。

　　2.旱情監(jiān)測

　　錄旱災(zāi)前的實際狀況和旱災(zāi)發(fā)生后的受災(zāi)情況，結(jié)合其他旱情信息，為抗旱預(yù)案制定、災(zāi)情分析、救災(zāi)措施制定等提供依據(jù)。

　　3．水政監(jiān)察

　　可將水事案件的發(fā)案時間、地點、現(xiàn)場相關(guān)證據(jù)等各種信息實時地傳回管理中心服務(wù)器，并存人后臺數(shù)據(jù)庫，為水政監(jiān)察提供科學(xué)的管理手段和強(qiáng)有力的法律證據(jù)。

　　4．水資源管理

　　對農(nóng)業(yè)灌溉用水、工業(yè)用水和城市供水的取水工程進(jìn)行有效監(jiān)控，應(yīng)用于取水許可管理、水污染突發(fā)事件處理、排污口調(diào)查與監(jiān)控、河道水質(zhì)巡查、污水處理監(jiān)控等領(lǐng)域。水資源管理人員可利用水利數(shù)碼通并配備相應(yīng)的量水設(shè)備，定期(如年審)到取水口拍攝取水工程運(yùn)行狀況(包括GPS定位信息)，如水位、取水量等，指揮中心可接收到取水口的圖片和取水量等屬性資料，并自動儲存到系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫。這樣可方便對各取水點的取水狀況進(jìn)行對比分析，從而實現(xiàn)對取水許可進(jìn)行科學(xué)的管理。當(dāng)發(fā)生水污染突發(fā)事件時，可利用水利數(shù)碼通并配以相應(yīng)的污染物檢測設(shè)備，及時將水污染地點、擴(kuò)散情況、水質(zhì)狀況傳回指揮中心，以便及時制定相應(yīng)的措施。

　　5．水土保持

　　可定期將水土流失區(qū)的現(xiàn)場或水土保持治理措施的現(xiàn)場調(diào)查資料、GPS定位信息，自動及時地傳回管理中心的服務(wù)器，并存人后臺數(shù)據(jù)庫。通過對水土流失區(qū)現(xiàn)場信息的分析對比，并依據(jù)相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)，為水土保持管理提供直觀的管理分析工具。采用水利數(shù)碼通監(jiān)測可以與衛(wèi)星遙感監(jiān)測組成完整的動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

　　6．水利工程項目管理

　　①宏觀監(jiān)督管理：項目管理單位可記錄擬建、在建或完工項目的信息，包括項目實地圖片、項目位置等資料。為以后水利項目審批提供依據(jù)，避免重復(fù)投入。

　　②水管部門日常運(yùn)行管理：應(yīng)用于水庫、堤壩、閘、泵等水利工程的日常監(jiān)測、維護(hù)工作，可定期將實時工情信息傳回管理中心，并保存到管理中心數(shù)據(jù)庫中，為水利工程的管理和維護(hù)工作提供實時和歷史資料。

　　7．水庫移民

　　靈活采集移民地區(qū)的各種現(xiàn)場信息、GPS定位信息，及時傳回移民辦的服務(wù)器，存入后臺數(shù)據(jù)庫。通過對現(xiàn)場信息的分析對比，并依據(jù)相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)，可為水庫移民調(diào)查、淹沒補(bǔ)償估算、移民安置前后的狀況對比提供直觀的分析依據(jù)。

　　水利數(shù)碼通無線衛(wèi)星定位圖片采集系統(tǒng)于2004年2月18日通過水利部科技成果鑒定，現(xiàn)已在全國20多個省(自治區(qū)、直轄市)完成圖片采集工作并在水利廳局進(jìn)行了推廣與演示，取得良好的效果。隨著產(chǎn)品使用范圍的加大，該系統(tǒng)必將在各項水利事業(yè)中發(fā)揮更大的作用。