数字黄河 李国英

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1、数字黄河李国英(水利部黄河水利委员会)1、背景1998年1月31日，美国前副总统戈尔在加利福尼亚科学中心作了题为“数字地球：认识21世纪我们的星球”的演讲，首次公开提出数字地球的概念（[1]）。在他看来，数字地球就是一种可以嵌入海量数据的、多分辨率的、关于地球的三维表示。演讲中列举了数字地球需要的技术，主要包括：计算科学、海量存储、卫星影像、宽带网络、互操作性及元数据等技术。演讲的最后指出，在数字地球第一阶段应该集中精力整合已有的数据，第二阶段实现1米分辨率的数字世界地图。显然，数字地球的实现是一个浩大的工程，需要全世界各个国家、组织、企业以及科研院所等的共同努力。在

2、戈尔演讲之后，美国、法国等许多国家的政府组织、企业和科研院校等纷纷启动了相关的课题，如1999年9月美国国防部高级研究计划署（DARPA）资助斯坦福研究院（SRI，StanfordResearchInstitute）的“数字地球”项目（[2]）以及法国地矿局BRGM的InfoTerre系统（[3]）。数字地球的核心思想就是用数字化手段处理整个地球的自然和社会活动诸方面的问题，最大限度地利用资源，并使公众能够通过一定方式方便地获得所想了解的有关地球的信息；其特点是嵌入海量地理数据，实现对地球的多分辨率、三维描述。通俗地讲，数字地球就是用数字的手法将地球、地球上的活动及整

3、个地球环境的时空变化装入电脑中，并实现网上流通，最大限度地为人类的生存、可持续发展和日常的工作、学习、生活、娱乐服务。严格地讲，数字地球是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，并利用它作为工具来支持和改善人类活动和生活质量。数字地球概念的提出具有深刻的技术、环境、经济、社会、政治及军事等背景，也是信息技术高度综合发展的必然。同时，数字地球概念在许多领域产生了广泛影响，繁衍了数字城市（[6]）、数字流域（[7]）等许多概念。在吸收数字地球先进理念的基础上，根据黄河的实际情况

4、，围绕21世纪黄河治理开发与管理的目标，2001年7月我们提出了“数字黄河”的概念（[4]）。“数字黄河”概念的提出具有鲜明的黄河流域背景，具体表现在以下两个主要方面：（1）进入21世纪，黄河治理开发与管理仍面临四个方面的主要问题：一是河床淤积萎缩加剧，过洪能力急剧下降，洪水威胁依然是心腹之患；二是水资源供需矛盾突出，大量生态用水被挤占；三是水土流失尚未得到有效遏制；四是水质污染日趋严重。针对上述问题，新时期黄河治理开发与管理的目标确定为：一是初步建成黄河下游防洪减淤体系。二是完善水资源统一管理与调度体制，优化黄河水资源配置。三是加强黄土高原特别是多沙粗沙区的治理，努

5、力实现入黄泥沙再减２亿吨。四是加强水质监测体系建设，为遏制黄河水质恶化的趋势创造条件。（2）从20世纪80年代初开始，特别是90年代以来，黄委的信息化在数据采集、通信与计算机网络、专业数据库建设，以及遥感和地理信息系统应用、业务应用系统开发等方面取得了很大成绩，先后建成的各种信息系统在黄河治理开发与管理的实践中发挥了重要作用。更重要的是，各类信息系统的运行积累了海量数据，包括水文气象数据、流域空间地理数据、河道及断面数据等。但总体上讲，由于缺乏从基础设施建设到业务应用的整体规划，基础设施功能比较松散、数据采集技术不够完善、各种专业模型没有充分开发运用，缺乏统一的标准和

6、规范，低水平重复建设和信息孤岛现象比较普遍，信息资源不能得到有效共享和利用，系统的整体性能不高。分析新时期黄河治理开发与管理的目标及其面临的一系列问题、对比治黄工作的信息化水平，发现治黄工作的信息化现状已不能满足治黄工作对管理和决策的科学性、准确性及时效性的要求。以“数字黄河”概念为指导，充分吸收当今世界先进成熟的理论和技术，对治黄工作的信息化建设进行统一规划、设计和开发部署是治黄通往现代化的必由之路。“数字黄河”能够以信息化为主要技术手段加速黄河治理开发与管理方式的现代化，为快速采集各类数据、准确无误传输数据、安全高效地存储数据、最大限度地共享各类资源提供先进的平台

7、，提高问题预测、决策的反应能力。2、数字黄河的科学含义2.1基本概念“数字黄河”，就是借助全数字摄影测量、遥测、遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）等现代化手段及传统手段采集基础数据，通过微波、超短波、光缆、卫星等快捷传输方式，对黄河流域及其相关地区的自然、经济、社会等要素构建一体化的数字集成平台和虚拟环境，在这一平台和环境中，以功能强大的应用软件系统与数学模型对黄河治理开发和管理的各种方案进行模拟、分析和研究，并在可视化的条件下提供决策支持，增强决策的科学性和预见性（[4]）。简单地说，“数字黄河”就是“原型黄河”的虚拟对照