数字流域研究综述

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1、数字流域研究综述刘家宏，王光谦，王开（清华大学水沙科学教育部重点实验室.北京100084）摘要:本文对数字流域的框架研究、基础平台建设、数字流域模型及相关技术、数字流域应用系统建设四个方面的研究进展进行了综述。数字流域的整体框架可分为三层：数据层、模型层和应用层。其中数据层的建设在我国已经初具规模；模型层中对分布式模型的研究较多，基于数字高程模型捉取河网的技术已经比较成熟，在国内外许多小流域都建立了分布式水文模型；应用层由丁•缺乏全流域整体模型的支撑，目前的硏究主要是提供数据服务以及一些专题的决策支持服务。综合前人的研究发现当前紧要任务就是在大范围、全流域上建立起具有应用价值

2、的费字流域模型。矢键词:数字流域;水文模型;数字地球中图分类号:P33文献标识码:A1998年1月，美国前副总统戈尔在加州科学中心作了题为《数字地球》的演讲，标志着美国“数字地球”战略计划出台。由“数字地球”衍生出来的“数字中国”、“数字城市”、“数字流域”等，是对不同领母（区域）信息的描述。“数字流域”的概念由张勇传'提出，此后研究逐渐增多，主要集中在数字流域框架研究、基础平台建设、数字流域模型及相关技术、数字流域应用系统建设等方面。进入21世纪以来，我国水利界先后提出了“数字海河”、“数字黄河”、“数字长江”等一系列数字河流的建设规划,其中“数字黄河”工程已经付诸实施。“

3、数字流域”的建设为我国研究和解决江河水利与水害问题提供了高科技手段。“数字流域”的实质就是对流域过去、现在和未來信息的多维描述。“数字流域”的研究内容是综合处理流域的空间、地理、气象、水文和历史信息，应用模拟、显示等技术手段,描述流域过去、现在和未床的各种行为，并为流域管理提供决策支持。“数字流域”建设着眼全局，用数字化的手段刻画整个流域以覆盖全流域的整体模型作为基础，模拟流域运动变化的现象和过程，处理大量的流域信息，揭示河济i运动变化的规律，预测河流某些特定行为,服务于流域管理实践。1数字流域框架研究“数字流域”概念提出后，国内许多研究者从不同角度提出了“数字流域”的整体框

4、架。周晓峰和王志坚2认为“数字流域”的主要内容首先是对海量的多维流域数据进行管理，英次是为各种应用提供可用的调用，即数据的调用平台（接口）。基于这一认识，他们提出了一种主要包含数据采集系统、数据库系统和数据调用平台三层的数字流域系统模型图。袁艳斌'等提出应用主题式点源数据库的设计思想开展数字流域工程建设,并提出了“数字流域”建设的“多S层”结构。这种以主题式点源数据库为核心的数字流域建设模式，对于信息源所在位置或基层单位而言,是功能强劲的微型工作站;而对于全流域、省局级和国家流域信息系统而言，是信息齐备的网络节点。汤君友和高峻峰4共同提出了一个由服务收稿日期:20042112

5、22皋金项冃：国家自然科学创新研究群体科学基金项冃（50221903）作者简介：刘家宏（1977-），男，湖北钟祥人，博士，助理研究员，主要从审数字流域研究。E2imil:LiiJiahongOO@r）ails.tsinghua.edu.cn体系、技术规范、数据及管理、模拟模型四种功能模块组成数字流域整体框架。牛冀平'从软件工程的角度出发提出了一种数字流域的正交软件体系结构，在这种结构中，因线索的正交性，每一个需求变动仅影响某一条线索，而不会涉及到其他线索，这样，就把软件需求的变动局部化了，产生的影响也被限制在一定范围内，因此实现起來比较容易。刘吉平6等以数字清江为例提出了以

6、互联网或企业专用网关网络支持，以ArcSDfflkrcInfo为GIS平台的数字流域空间信息系统的框架结构。该框架结构强调流域空间数据的分布式存储，对以解决数据量大，集中存储不便的问题。张秋文了等论述了包括基础层、专殛层和综合层三个层次的数字流域整体框架。这种结构把三个层次独立开来，可以根据实际情况，由下至上，逐层建设。综合以上各家的观点，可以对数字流域的整体框架作如下的描述：(1)数字流域整体框架包含三层，即数据层、模型层、应用层;(2)数据层包括数据采集、数据管理、数据挖掘和数据分析，数据仓库技术是本层的核心技术；(3)模型层是由能够模拟流域某种现象或行为的各种功能模块组

7、成，由这些模块构成的完善的模型系统理论上可以模拟流域的所有行为，实际上现有的模型系统只能模拟有限的行为，因此需要不断地完善和丰富它，模型库技术是本层的核心技术，数据层是模型层的基础；(4)应用层在数据层和模型层的基础上提供两种类型的服务，即数据提供和决策支持，数据提供服务包括各种形式的数据査询和显示，决策支持服务是在数据层数据和模型模拟结果数据的基础上综合应用专家知识库和各种评价体系进行决策评价，并给出处理方案，本层的核心技术是决策支持技术。总之，数字流域的建设，数揮是基础，模型是核心，应用是目标。2数