水文資料在線整編系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

韋賢彬

（云南省水文水資源局，云南 昆明 650106）

0 引言

水文信息化是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，對(duì)水文信息進(jìn)行詳細(xì)分析，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)水文水資源的深入研究[1]。在“十一五”和“十二五”期間，國(guó)家、省、市信息化應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用，使得水文信息化有了一定基礎(chǔ)，為水文信息監(jiān)測(cè)、業(yè)務(wù)應(yīng)用和管理決策帶來(lái)了極大的便利[2]。目前，水文發(fā)展面臨如何適應(yīng)新形勢(shì)發(fā)展需要，更好地滿足各方需求，走出一條水文事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展之路，樹立水文服務(wù)社會(huì)的發(fā)展理念，推進(jìn)水文工作從側(cè)重局部建設(shè)向注重整體發(fā)展轉(zhuǎn)變，從技術(shù)導(dǎo)向型向服務(wù)導(dǎo)向型轉(zhuǎn)變，從數(shù)據(jù)服務(wù)型向成果服務(wù)型轉(zhuǎn)變，從行業(yè)水文向社會(huì)水文轉(zhuǎn)變等現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題[3]。

水文數(shù)據(jù)是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)支撐和信息資源[4]，基于水文資料整編工作，加強(qiáng)水文數(shù)據(jù)的應(yīng)用和共享，可提升實(shí)時(shí)水文信息的處理和分析能力，為各級(jí)防汛抗旱部門的決策工作提供及時(shí)可靠的技術(shù)支撐。水文資料整編工作是水文工作中重要的一部分，傳統(tǒng)水文資料整編是人工統(tǒng)計(jì)、儲(chǔ)存、匯編、審核、刊印或分析所有水文觀測(cè)獲得的原始資料，并采用標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)的方式匯總所有的水文資料[5]。

隨著科技的日益發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸改變了傳統(tǒng)的水文工作模式，信息技術(shù)支撐水文事業(yè)新跨越、新發(fā)展的作用越來(lái)越明顯，需要不斷促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)水文工作的深度融合，為此設(shè)計(jì)并應(yīng)用水文資料在線整編系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于“互聯(lián)網(wǎng) +”的水文資料在線整編。

1 傳統(tǒng)整編工作現(xiàn)狀及問(wèn)題

近年來(lái)，國(guó)家加大了對(duì)水文的投入[6]，基本實(shí)現(xiàn)了中小河流水文站網(wǎng)的全覆蓋，水文測(cè)站大幅增加，監(jiān)測(cè)和運(yùn)行維護(hù)管理任務(wù)異常繁重，監(jiān)測(cè)資料整編任務(wù)重，所需人力資源急速增加，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不能及時(shí)分析應(yīng)用，傳統(tǒng)水文資料整編系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法充分滿足日常資料整編工作，在效率和用戶體驗(yàn)性上有待提高。以云南省為例，目前云南省水文局已有數(shù)據(jù)合理性檢驗(yàn)軟件、水文資料測(cè)驗(yàn)應(yīng)用和整編系統(tǒng)（整編系統(tǒng)又稱南方片系統(tǒng)），在一定程度上解決了數(shù)據(jù)資料整編的部分問(wèn)題，但考慮到資料整編工作的復(fù)雜性、數(shù)據(jù)檢查工作的反復(fù)性、整編人員的經(jīng)驗(yàn)性等問(wèn)題，依舊面臨以下3個(gè)問(wèn)題：

1）傳統(tǒng)數(shù)據(jù)整編過(guò)程復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)工；

2）傳統(tǒng)整編基本是當(dāng)年測(cè)驗(yàn)完成后，第2年開展整編工作，時(shí)效性差，不能滿足當(dāng)今日益緊迫的工作需求；

3）數(shù)據(jù)成果應(yīng)用性較低，未能充分發(fā)揮數(shù)據(jù)應(yīng)有的使用效果。

2 水文資料在線整編系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

針對(duì)傳統(tǒng)整編工作存在的問(wèn)題，云南省水文水資源局基于已有水文資料整編系統(tǒng)，設(shè)置水文資料在線整編試點(diǎn)單位，積極推進(jìn)水文資料在線整編工作。

水文資料在線整編系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)所有遙測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、入庫(kù)、存儲(chǔ)、展示，對(duì)傳輸?shù)狡脚_(tái)的水文各要素的數(shù)據(jù)，具有人工和自動(dòng)合理性分析糾錯(cuò)功能，將合理性分析糾錯(cuò)后的數(shù)據(jù)分別入庫(kù)；

2）對(duì)各水文要素提供在線實(shí)時(shí)分析計(jì)算整編與審查管理等處理功能；

3）對(duì)不同用戶提供不同需求類型的水文服務(wù)產(chǎn)品的輸出功能（電子、紙質(zhì)、手機(jī) App 服務(wù)等產(chǎn)品）。

3 水文資料在線整編系統(tǒng)建設(shè)要點(diǎn)

3.1 統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺(tái)建設(shè)

過(guò)去受信息化建設(shè)條件限制，信息化建設(shè)過(guò)程中沒(méi)有確立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集傳輸標(biāo)準(zhǔn)，由不同廠商建設(shè)的站點(diǎn)有不同的數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，造成數(shù)據(jù)采集維護(hù)困難，站點(diǎn)數(shù)據(jù)與具體業(yè)務(wù)處理緊密綁定，服務(wù)目標(biāo)單一，形成了成果與信息共享和交換的重要障礙，給日常工作帶來(lái)嚴(yán)重影響，水文信息化發(fā)展受限。因此，在遙測(cè)體系基礎(chǔ)上，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，形成一個(gè)從數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理到存儲(chǔ)一體化的流程。對(duì)新入的設(shè)備/廠家采用統(tǒng)一通信協(xié)議，舊的站點(diǎn)經(jīng)過(guò)更新?lián)Q代慢慢淘汰，最終實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)數(shù)據(jù)完全接入該采集平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)所有遙測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、入庫(kù)、存儲(chǔ)、展示。

在統(tǒng)一的水文、水資源、水質(zhì)傳輸規(guī)約上建立一套數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)水文、水資源、水質(zhì)等信息數(shù)據(jù)的傳輸和管理。通過(guò)建設(shè)統(tǒng)一傳輸規(guī)約，可以將水文、水資源、水質(zhì)的數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行統(tǒng)一，這樣可節(jié)約成本，也為后期的維護(hù)和擴(kuò)展提供方便。水文資料在線整編系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)接收和解碼進(jìn)庫(kù)軟件，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)信息接收處理；對(duì)接收的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼、檢錯(cuò)、處理、分類、超限判斷等一系列處理后，初步對(duì)數(shù)據(jù)的合理性進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析預(yù)處理及入庫(kù)。統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺(tái)數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1 統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺(tái)數(shù)據(jù)處理流程

3.2 水文數(shù)據(jù)智能糾錯(cuò)

水文資料在線整編系統(tǒng)對(duì)入庫(kù)的實(shí)時(shí)水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提供智能糾錯(cuò)功能，根據(jù)事先設(shè)定好的數(shù)據(jù)規(guī)則，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常檢測(cè)，并提供數(shù)據(jù)異常警報(bào)。用戶可基于直觀的數(shù)據(jù)過(guò)程線進(jìn)行數(shù)據(jù)糾錯(cuò)維護(hù)，提高數(shù)據(jù)糾錯(cuò)效率，同時(shí)后臺(tái)進(jìn)行糾錯(cuò)行為記錄，形成數(shù)據(jù)維護(hù)日志，方便后期用戶進(jìn)行跟蹤管理。

1）數(shù)據(jù)入庫(kù)管理。提供數(shù)據(jù)錄入與管理界面，業(yè)務(wù)人員可人工輸入或從 Excel 文件導(dǎo)入實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，方便業(yè)務(wù)人員進(jìn)行水文數(shù)據(jù)入庫(kù)與管理、更新與應(yīng)用。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)包括流量、泥沙、水溫岸溫、蒸發(fā)等測(cè)驗(yàn)資料，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直接由統(tǒng)一的水文數(shù)據(jù)采集平臺(tái)采集入庫(kù)。

2）數(shù)據(jù)規(guī)則設(shè)定。根據(jù)事先設(shè)定好的水文數(shù)據(jù)審查規(guī)則，對(duì)水文數(shù)據(jù)的完整性、實(shí)時(shí)性、合理性進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)人工設(shè)定的水雨情數(shù)據(jù)規(guī)則，及時(shí)對(duì)水雨情異常數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警顯示，如果要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，可直接定位關(guān)聯(lián)到數(shù)據(jù)維護(hù)模塊。以雨情數(shù)據(jù)為例，假設(shè)在 15:00，15:10，15:20 收到的雨量值都為 0 mm，但如果在 15:30 收到的雨量值為35 mm，則系統(tǒng)會(huì)判斷該數(shù)據(jù)虛假，這可能是傳輸過(guò)程中信號(hào)或線路造成的，系統(tǒng)會(huì)對(duì)此數(shù)據(jù)做標(biāo)記，然后由人工修改當(dāng)時(shí)的雨量值。

3）數(shù)據(jù)異常檢測(cè)與警報(bào)。根據(jù)事先設(shè)定的規(guī)則，提供相應(yīng)的異常數(shù)據(jù)檢測(cè)機(jī)制對(duì)數(shù)據(jù)的合理性進(jìn)行檢查（包括異常和超限等數(shù)據(jù)合理性檢查）；可對(duì)特征數(shù)據(jù)值進(jìn)行判斷（包括雨量、水位、流速、流量等特征值判斷）；同時(shí)能夠根據(jù)時(shí)間和空間范圍對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行范圍檢驗(yàn)。當(dāng)水位、雨量、流量、水質(zhì)匯集數(shù)值超出站點(diǎn)自定義的閾值設(shè)定時(shí)，提供桌面和相關(guān)責(zé)任人短信警報(bào)，及時(shí)提醒相關(guān)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)糾錯(cuò)維護(hù)。

4）數(shù)據(jù)糾錯(cuò)管理。提供后臺(tái)預(yù)糾錯(cuò)的數(shù)據(jù)查詢及人工交互糾錯(cuò)的功能。用戶可基于直觀的數(shù)據(jù)過(guò)程線進(jìn)行數(shù)據(jù)糾錯(cuò)維護(hù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)糾錯(cuò)維護(hù)可視化。水文信息查詢展示系統(tǒng)數(shù)據(jù)糾錯(cuò)服務(wù)不對(duì)原始數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容產(chǎn)生影響，提供相關(guān)權(quán)限人員對(duì)修改數(shù)據(jù)的審核功能。

5）維護(hù)日志查詢。通過(guò)日志的方式記錄數(shù)據(jù)發(fā)生異常和糾錯(cuò)維護(hù)情況，并按照時(shí)間為檢索條件查看具體情況，方便數(shù)據(jù)糾錯(cuò)維護(hù)，過(guò)程可追溯。

與傳統(tǒng)水文資料整編方式相比，在線整編系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)如下：改變以往1a 的數(shù)據(jù)匯總后再做整編的方式，采用人機(jī)交互的方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)糾錯(cuò)，及時(shí)保證信息源數(shù)據(jù)質(zhì)量；基于數(shù)據(jù)報(bào)錯(cuò)預(yù)警規(guī)則，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)報(bào)錯(cuò)，并能夠在日常的值班中及時(shí)分析，去除異常、不合理值，減少人工數(shù)據(jù)糾錯(cuò)的工作量和難度。

3.3 在線分析計(jì)算整編

水文資料在線整編系統(tǒng)對(duì)各水文要素進(jìn)行在線實(shí)時(shí)分析計(jì)算整編與審查管理，技術(shù)上實(shí)現(xiàn)水位-流量關(guān)系單值化及計(jì)算機(jī)自動(dòng)定線的處理。實(shí)現(xiàn)水文資料在線整編審查實(shí)驗(yàn)，有效驗(yàn)證現(xiàn)在推行的水文測(cè)驗(yàn)整編改革的思路和方法。

1）考證管理。實(shí)現(xiàn)對(duì)考證成果的管理，內(nèi)容包括測(cè)站地點(diǎn)及所屬水系、流域特征、測(cè)驗(yàn)河段特性、水準(zhǔn)基面、水準(zhǔn)點(diǎn)、水尺零點(diǎn)高程及其變動(dòng)情況、地下水測(cè)井所測(cè)含水層的情況、各項(xiàng)目主要測(cè)驗(yàn)儀器的型號(hào)、主要測(cè)驗(yàn)方法等。

2）定線管理。提供定線管理功能，根據(jù)實(shí)測(cè)資料，選定合適的數(shù)學(xué)模型，率定適合測(cè)站特性的曲線，包括水位-流量、單樣含沙量與斷面平均含沙量、斷面平均流速（或流量）與推移質(zhì)輸沙率、水位-面積、水位-流速、水位-庫(kù)容等關(guān)系曲線。

采用可視化界面展示定線，選擇計(jì)算機(jī)定線方法，調(diào)整好有關(guān)參數(shù)，進(jìn)入定線界面。在顯示圖形界面時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)相應(yīng)數(shù)據(jù)均已調(diào)入，用戶可選擇菜單調(diào)出水位、流量等資料，了解各種要素之間的關(guān)系，劃分定線時(shí)段，以便更準(zhǔn)確地選擇定線方法，如水位、流量、面積、流速綜合相關(guān)圖。

同時(shí)提供計(jì)算機(jī)自動(dòng)定線功能，實(shí)現(xiàn)水位-流量關(guān)系曲線自動(dòng)優(yōu)化率定，基于水位-流量關(guān)系曲線模型，采用智能算法，解決傳統(tǒng)手工定線的繁瑣、易錯(cuò)、費(fèi)時(shí)等問(wèn)題。

3）合理性檢查。水文資料整編的合理性檢查是提高成果質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，可以消除資料錯(cuò)誤，保障成果應(yīng)用價(jià)值。利用各種圖表檢驗(yàn)整理成果是否符合水文要素的變化規(guī)律，對(duì)數(shù)據(jù)的合理性進(jìn)行分析，以便發(fā)現(xiàn)和處理差錯(cuò)。

與傳統(tǒng)方式相比，采用多種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)合理性檢查，降低數(shù)據(jù)合理性檢查難度，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，具體包括：采用人工智能算法進(jìn)行優(yōu)化適線；自動(dòng)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率，支持多個(gè)考證期系列；采用多曲線模式，便于對(duì)比檢查成果；根據(jù)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)頻率與設(shè)計(jì)值互查；采用頻率曲線多值批量互查。

4）水文成果整編。以 SL 247—2012《水文資料整編規(guī)范》為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水文成果進(jìn)行整編，生成水文相關(guān)成果表，包括逐日平均水位表、流量表、懸移質(zhì)輸沙率表、含沙量表，以及洪水水文要素摘錄表、實(shí)測(cè)流量和大斷面成果表等，實(shí)現(xiàn)成果表信息快速導(dǎo)出打印功能。

3.4 水文信息服務(wù)產(chǎn)品介紹

水文資料在線整編系統(tǒng)提供水文數(shù)據(jù)查詢?yōu)g覽，以站名、站碼、時(shí)間為條件，進(jìn)行水文數(shù)據(jù)查詢，并以圖、表等形式展示水文實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

同時(shí)提供水文數(shù)據(jù)多樣發(fā)布功能，對(duì)不同用戶提供不同類型的水文服務(wù)產(chǎn)品的輸出功能，包括電子、紙質(zhì)、手機(jī) App 服務(wù)等產(chǎn)品多種方式的發(fā)布。實(shí)現(xiàn)面向不同用戶和發(fā)布端的水文信息服務(wù)產(chǎn)品的高效便捷制作、管理、發(fā)布，提升水文信息產(chǎn)品服務(wù)能力。

與傳統(tǒng)模式相比，在線整編系統(tǒng)注重提高水文信息發(fā)布的及時(shí)性，并考慮針對(duì)不同的用戶提供不同精度的水文信息服務(wù)，滿足不同用戶使用要求，充分體現(xiàn)水文數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值。

3.5 用戶權(quán)限分配管理

涉及到更新數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的操作，需給予一定權(quán)限，水文資料在線整編系統(tǒng)可提供用戶權(quán)限分配管理功能。

4 水文資料在線整編系統(tǒng)應(yīng)用特點(diǎn)

云南省水文資料在線整編系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用后，與傳統(tǒng)水文資料整編方式相比，主要有以下特點(diǎn)：

1）實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)整編輸出成果。區(qū)別于傳統(tǒng)水文資料整編需要在第2年才能開展整編工作，水文資料在線整編系統(tǒng)具有對(duì)傳輸?shù)狡脚_(tái)的各水文要素的數(shù)據(jù)進(jìn)行人工和自動(dòng)合理性分析糾錯(cuò)功能，以及對(duì)各水文要素進(jìn)行在線實(shí)時(shí)分析計(jì)算整編與審查管理等處理功能，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)整編輸出成果。

2）提高水文整編效率和質(zhì)量。水文資料在線整編系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)識(shí)別和人工值班值守相結(jié)合的方法實(shí)時(shí)排除異常值，減少人力資源投入，大大提高水文整編效率，同時(shí)提高資料整編精度和質(zhì)量。傳統(tǒng)方式需要幾個(gè)月才能做好的整編工作，通過(guò)水文資料在線整編系統(tǒng)，可在半個(gè)月內(nèi)完成。

3）基于“互聯(lián)網(wǎng) +”實(shí)現(xiàn)水文信息個(gè)性化服務(wù)。面向不同用戶的水文在線整編系統(tǒng)可及時(shí)、高效地提供多樣化的水文信息服務(wù)，提升水文數(shù)據(jù)利用率，讓水文數(shù)據(jù)的價(jià)值充分體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)水文信息服務(wù)社會(huì)。

5 結(jié)語(yǔ)

水文信息化建設(shè)作為現(xiàn)代水文工作的重中之重，是一個(gè)必不可缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[7]。現(xiàn)代水文的發(fā)展，離不開思想觀念、體制、科技的創(chuàng)新，離不開信息技術(shù)的發(fā)展[8]。隨著我國(guó)四水問(wèn)題的日益突出，各界對(duì)水文信息服務(wù)能力與水平要求越來(lái)越高，為此，提高水文資料整編精度，建設(shè)水文資料在線整編系統(tǒng)可以為水文改革工作的開展提供保障，也可為社會(huì)健康、穩(wěn)定發(fā)展提供科學(xué)的理論依據(jù)。云南省水文水資源局通過(guò)水文數(shù)據(jù)資料在線整編系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，嘗試新的水文資料整編方式，可提高數(shù)據(jù)整編效率，加強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)的及時(shí)性，更突出水文數(shù)據(jù)價(jià)值。今后，可在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)算法做優(yōu)化完善，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)編制精度和效率。

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