大理水文局水情報文校核系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

解開創(chuàng)

（云南水文水資源局大理分局，云南 大理 671000）

0 引言

大理水文自動測報系統(tǒng)的遙測終端主要由水位計(jì)、雨量傳感器、數(shù)據(jù)采集終端（RTU）、數(shù)據(jù)傳輸信道、通信設(shè)備、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)和供電電源等構(gòu)成。實(shí)現(xiàn)了雨量、水位信息的自動采集、存儲，并通過通信信道實(shí)時或定時自動傳送至中心站，實(shí)現(xiàn)“有人看管、無人值守”的管理模式。目前，大理水文分局共建成 1 中心站、40 個水文（水位）遙測站和 127 個遙測雨量站。

中心站軟件由水情信息接收處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲軟件、水情報文編碼系統(tǒng)及符合 SL323-2005《實(shí)時雨水情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識符標(biāo)準(zhǔn)》[1]的 SQL Server 2000 數(shù)據(jù)庫組成；遙測站軟件由遙測終端RTU、掌上電腦接口系統(tǒng)、筆記本電腦接口系統(tǒng)等組成。水情報文編碼系統(tǒng)從 SL323-2005 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫中讀取相應(yīng)信息，定時自動編制符合 SL330-2005《水情信息編碼標(biāo)準(zhǔn)》[2]的水情報文，存儲于計(jì)算機(jī)中供水情工作人員調(diào)用并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。

由于水情報文編碼系統(tǒng)所生成的報文可能會存在的錯誤，主要表現(xiàn)為報文數(shù)據(jù)不完整，水位、流量、雨量等的異常數(shù)據(jù)。因此，必須對自動測報報文進(jìn)行合理性檢查后才能轉(zhuǎn)發(fā)。大理水文分局自動測報報文一般每天 8:10 左右生成，要求在8:25 之前通過 VPN 網(wǎng)絡(luò)報到云南省水文局，前后檢查時間只有 15 min。15 min 內(nèi)，要對 20 個水文站和 5 個水庫站的降水、水位、流量等報文數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，如果采用人工檢查，工作量大，很難在報汛規(guī)定的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)和改正錯誤，要解決此問題，只有通過軟件對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確檢查，及時發(fā)現(xiàn)和改正錯誤。

因此，需要開發(fā)水情報文校核系統(tǒng)，對報文進(jìn)行快速準(zhǔn)確檢查，并將結(jié)果及時反饋給水情值班人員，由值班人員根據(jù)提示的錯誤進(jìn)行確認(rèn)，改正。

1 校核方案對比

1） Excel版的報文校核系統(tǒng)。Excel 版的報文校核系統(tǒng)，主要用于對人工報文進(jìn)行校核，能對日、旬、月報文進(jìn)行全面校核，并進(jìn)行編碼。

優(yōu)點(diǎn)：水情報文信息要素自動匹配到對應(yīng)單元格里面；報文各項(xiàng)水情要素信息形象、直觀展現(xiàn)給用戶，保證用戶能及時檢查出錯誤；建立了圖形化界面顯示水位過程線、降水柱形圖。

缺點(diǎn)：歷史數(shù)據(jù)沒有保存在數(shù)據(jù)庫中，只保存在表格里面，當(dāng)保存的數(shù)據(jù)累積到一定程度，影響到電子表格的運(yùn)算速度；表與表之間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)程度高，容易產(chǎn)生關(guān)聯(lián)錯誤，很難及時進(jìn)行糾正；在報文校核時，1 次只能粘貼 1 條對應(yīng)站點(diǎn)的報文，用戶需自行查找對應(yīng)站點(diǎn)，不能批量校核報文，從而增加校核工作量。

2）軟件版報文校核系統(tǒng)。云南省昆明水文分局開發(fā)了類似的報文校核軟件。

優(yōu)點(diǎn)：建立了數(shù)據(jù)庫存放水位流量關(guān)系表，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的分層結(jié)構(gòu)；通過下拉列表框動態(tài)選擇站點(diǎn)進(jìn)行編碼和校核。

缺點(diǎn)：功能單一，校核要素不完整，只能進(jìn)行水位流量關(guān)系等部分水情要素校核；僅能實(shí)現(xiàn)單站水情數(shù)據(jù)編碼功能，不能同時對多站進(jìn)行校核和編碼；不能動態(tài)添加校核站點(diǎn)，動態(tài)設(shè)置校核參數(shù)；數(shù)據(jù)分析、匯總、圖形顯示化功能缺失。

3）大理水情報文校核系統(tǒng)。大理水情報文校核系統(tǒng)充分吸收借鑒上述版本報文校核系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，使其具有報文校核功能為主，其他輔助功能兼有的報文校核系統(tǒng)。

經(jīng)過對比分析，選擇方案 3 實(shí)現(xiàn)報文校核。

2 校核系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

大理分局水情報文校核系統(tǒng)對 20 個水文站、5 個水庫站的自動測報報文進(jìn)行校核和編碼，其中自動測報報文采用 SL330-2005 中的河道水庫水情A 格式編碼。當(dāng)水文站自動測報報文出現(xiàn)問題時，采用人工報文編報，要求對人工報文進(jìn)行校核和編碼，所以報文校核系統(tǒng)至少應(yīng)具有人工和自動測報報文校核功能和人工報文編碼功能。經(jīng)過對報文校核系統(tǒng)的功能進(jìn)行分析，報文校核系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖如圖1 所示。

圖1 報文校核系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖

3 校核系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過具體分析，報文校核系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理為：首先根據(jù)測站信息表中站碼，批量提取文本報文的各項(xiàng)水情要素，然后匹配到對應(yīng)站碼的網(wǎng)格單元里面，這是報文校核系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟，是實(shí)現(xiàn)報文校核的前提條件；報文水情要素提取后，通過提取設(shè)置好的校核參數(shù)對報文進(jìn)行校核，水情報文校核流程如圖2 所示。

圖2 水情報文校核流程

3.1 水情要素提取

1）自動測報報文編碼格式。大理自動測報報文采用 SL330-2005 河道水庫水情 A 格式編碼。

自動測報日報文編碼格式舉例：AH 9020050007020800 PD 0.0 WS 9 Z 2059.19 ZS 6 Q 1550 QS 1 NN；人工日報文格式舉例：9020330002180800 20.08 2229.666 0.0211。

自動測報、人工旬報文、月報文格式類似，這里不多敘述。

2）報文格式預(yù)檢查。在進(jìn)行切割報文前，要對報文進(jìn)行預(yù)檢查，主要檢查報文各項(xiàng)水情要素是否完整，有沒有非上述格式的數(shù)據(jù)存在，例如：日報文一般由站碼、時間、雨量、天氣、水位、水勢、流量、測法信息構(gòu)成[2]，如果報文不包含或是多于這些要素，就需要對報文進(jìn)行合理性檢查；對報文的站碼要素進(jìn)行檢查，判斷其是否存在錯誤的站碼，例如：如果報文中站碼不在測站信息的站碼列表中，則以警示顏色標(biāo)識對應(yīng)文本行，提示用戶進(jìn)行檢查。

3）文本字符串的處理。完成對報文預(yù)檢查后，對于正確的報文，就可以開始提取報文各水情要素。通過對上述自動測報報文格式的仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)可以通過水情要素標(biāo)識符號與報文信息相對應(yīng)原則進(jìn)行提取，如 AH 與 PD 之間對應(yīng)站碼和時間碼，PD 與 WS 之間對應(yīng)日雨量，其他項(xiàng)以此類推。在實(shí)際編程過程中，可以采用字符串字符查找和分割函數(shù)[3]相結(jié)合的方式對水情要素進(jìn)行提取，將結(jié)果保存到數(shù)組中。人工報文處理更為簡單，通過空格字符對報文信息進(jìn)行分割，用數(shù)組進(jìn)行存儲。

提取到各站碼對應(yīng)的水情要素后，根據(jù)報文中的站碼要素與測站信息表中的站碼進(jìn)行比對，然后自動匹配到相應(yīng)測站網(wǎng)格單元里[1]。通過這樣對報文進(jìn)行處理后，網(wǎng)格單元形象直觀的顯示報文信息，為下一步軟件對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核提供更便捷的處理方式。

3.2 參數(shù)設(shè)置

為更準(zhǔn)確的檢查出報文存在的問題，需要為雨量、水位、流量等水情要素設(shè)置校核參數(shù)。

1）水位流量關(guān)系數(shù)據(jù)導(dǎo)入[4]。水位流量關(guān)系數(shù)據(jù)文件的是整個報文校核系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，是水位流量相互校核的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為方便導(dǎo)入水位流量關(guān)系線，簡化數(shù)據(jù)錄入量，特設(shè)計(jì)水位流量關(guān)系數(shù)據(jù)文本導(dǎo)入維護(hù)功能。同時設(shè)計(jì)了水位流量關(guān)系數(shù)據(jù)維護(hù)界面，包括用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行添加、刪除、修改、查詢等功能。

2）雨量、水位流量關(guān)系線等校核參數(shù)設(shè)置。主要通過軟件參數(shù)設(shè)置界面動態(tài)設(shè)置雨量、水位變幅范圍，設(shè)置校核水位流量的關(guān)系線，然后將設(shè)置參數(shù)保存到數(shù)據(jù)庫中。

3.3 功能實(shí)現(xiàn)

報文水情要素提取到對應(yīng)站點(diǎn)的單元格，水位流量關(guān)系數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，各項(xiàng)校核參數(shù)設(shè)置完畢后，就可以對報文要素進(jìn)行校核，具體校核原理如下：

1）報文完整性檢查，判斷其報文編碼是否完整，是否有漏項(xiàng)，同時對報文中的站碼進(jìn)行檢查，如果有錯誤，則提示水情值班人員。

2）報汛時間檢查[2]，根據(jù)報汛時間來核對報文編碼的時間是否正確。觀測時間碼應(yīng)由月日時分組成，編碼格式：MMDDHHNN。報汛時間主要是提取當(dāng)前系統(tǒng)的時間，然后轉(zhuǎn)化成對應(yīng)格式進(jìn)行校核，也可以人工輸入校核時間。

3）日雨量變幅檢查，通過軟件的校核參數(shù)設(shè)置日雨量變幅范圍，若日雨量超過規(guī)定的范圍時，提示值班人員。值班人員對提示信息進(jìn)行確認(rèn)，及時發(fā)現(xiàn)異常報文。

4）水位變化檢查，有 2 種校核方法：設(shè)定站點(diǎn)的最高和最低水位值來進(jìn)行檢查；通過與校核數(shù)據(jù)時間最近的歷史水位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將水位變幅信息提示值班人員。本系統(tǒng)的水位校核采用這 2 者相結(jié)合的方式。

5）水位流量關(guān)系檢查，用戶通過報文水位數(shù)據(jù)查詢水位流量關(guān)系表，獲取相應(yīng)流量數(shù)據(jù)，再與報文流量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比來檢查錯誤。

6）旬雨量、月雨量檢查，通過對歷史的旬、月雨量數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，然后與報文旬、月雨量進(jìn)行比較校核。

7）天氣、水勢、測法檢查[2]，主要按照水情信息編碼標(biāo)準(zhǔn)，其可能出現(xiàn)的值范圍進(jìn)行編碼檢查。水情信息編碼中，天氣的編碼只能是 5，6，7，8，9 中的 1 個，水勢只能是 4，5，6 中的 1 個，測法只能有 1，2，3，4，5，6，9 中的 1 個（一般測法為 1）。

3.4 編碼和數(shù)據(jù)保存

檢查無誤或人工修正后的報文，通過軟件的報文編碼功能對其進(jìn)行編碼，同時保存報文要素形成歷史數(shù)據(jù)，供校核和報文統(tǒng)計(jì)分析使用。

4 功能擴(kuò)展

結(jié)合大理水文分局的工作實(shí)際需要，對報文校核系統(tǒng)功能進(jìn)一步擴(kuò)展如下：

1）金沙江上游公司水情報文生成。部分站點(diǎn)的報文進(jìn)行二次加工后形成對金沙江中游公司的報汛報文。

2）華能瀾滄江水情報文生成。根據(jù)華能瀾滄江的報文編碼規(guī)則，生成相應(yīng)水情報文。

3）水情報文編碼功能。手工輸入數(shù)據(jù)，或批量粘貼人工報文，直接生產(chǎn)水情編碼報文。

4）圖形化顯示。顯示降水柱形圖和水位過程線，為水情分析及數(shù)據(jù)合理性檢查提供參考。

5）水情分析。通過校核軟件對報文再加工，形成降水量月、年統(tǒng)計(jì)等水情分析資料。

5 結(jié)語

水情報文校核系統(tǒng)作為其輔助軟件，編制完成后，經(jīng)過近 2 a 的運(yùn)行，各項(xiàng)功能逐步完善，形成以報文校核功能為主，水情信息編碼及其他分析輔助功能兼有的報文信息處理系統(tǒng)，為提高報汛的準(zhǔn)確、時效性，減少了工作量，提高工作效率發(fā)揮重要作用。同時，鑒于水情報汛都是按照水情信息編碼標(biāo)準(zhǔn)編報，所以該水情報文校核系統(tǒng)可供同行參考使用。

[1]水利部水利信息中心. SL323-2005 實(shí)時雨水情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識符標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國水利水電出版社，2005: 7-26.

[2]水利部水利信息中心. SL330-2005 水情信息編碼標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國水利水電出版社，2005: 3-44.

[3]求是科技. Visual Basic 6.0 程序設(shè)計(jì)技術(shù)與開發(fā)大全[M].北京：人民郵電出版社，2004: 10-123.

[4]明日科技，高春燕，安劍，等. Visual Basic 程序開發(fā)范例寶典[M]. 2版. 北京：人民郵電出版社，2009: 225-332.