面向水文數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用的編碼管理系統(tǒng)

王 穎 ，羅 藝 ，李 玨 ，許 潔 ，杜蓓蓓

（1.寧波市水文站，浙江 寧波 315020；2.長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局，湖北 武漢 430010）

1 問題的提出

近年來，水文信息化[1]發(fā)展迅速，各地區(qū)各部門都針對(duì)具體的業(yè)務(wù)要求，開發(fā)眾多的信息化系統(tǒng)[2-4]，部分系統(tǒng)結(jié)合GIS[2]等先進(jìn)技術(shù)，為水文工作提供更快捷、高效的方式。然而，由于水文數(shù)據(jù)分散、管理方式各異以及信息孤島、業(yè)務(wù)割據(jù)等問題[5]，嚴(yán)重制約水文信息化發(fā)展。為在“十三五”期間解決好水文信息化資源整合共享的問題[6]，一些學(xué)者對(duì)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)交換、信息發(fā)布等諸多方面的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探討[7-9]。然而，由于歷史原因，各級(jí)管理部門對(duì)各類水文信息分別制定了不同的編碼標(biāo)準(zhǔn)，造成同一水文站的不同類水文數(shù)據(jù)之間一站多碼、站碼混亂等情況普遍存在，水文數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、交換、整合標(biāo)準(zhǔn)難以得到很好的貫徹，為水文數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用等信息化進(jìn)程的推進(jìn)造成一定困難。因此，基于統(tǒng)一的編碼規(guī)則，為水文數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一的編碼關(guān)系勢(shì)在必行。

本文以寧波地區(qū)測(cè)站為例，針對(duì)存在“一站多碼（信道）”的情況，根據(jù)水文數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用的需求，對(duì)測(cè)站的基本信息，基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)庫、遙測(cè)數(shù)據(jù)庫的站碼進(jìn)行管理，為測(cè)站制定統(tǒng)一的信息化編碼規(guī)則，設(shè)計(jì)開發(fā)寧波地區(qū)水文編碼管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)一站一碼，水文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)無縫對(duì)接，為水文數(shù)據(jù)在線整編奠定基礎(chǔ)，該系統(tǒng)的編碼管理規(guī)則可進(jìn)一步推廣至浙江省乃至全國(guó)。

2 測(cè)站編碼現(xiàn)狀分析

寧波地區(qū)水文測(cè)站數(shù)據(jù)類型較多，關(guān)系較為復(fù)雜，一直以來，不同類型的數(shù)據(jù)都是分開保存管理，各自利用不同的編碼作為唯一標(biāo)識(shí)。主要有基礎(chǔ)水文站碼、遙測(cè)信道碼2種編碼形式。其中，寧波市水文站的基礎(chǔ)水文站碼根據(jù)水利部制定的SL 502 — 2010《水文測(cè)站代碼編制導(dǎo)則》進(jìn)行編碼，遙測(cè)信道碼根據(jù)浙江省遙測(cè)信道碼規(guī)則編寫。

2.1 測(cè)站基本信息

寧波市水文站涉及801個(gè)測(cè)站的數(shù)據(jù)管理，其中153個(gè)雨量站，32個(gè)水庫水文站，212個(gè)水庫水位站，55個(gè)潮位站，22個(gè)河道水文站，327個(gè)河道水位站。這些測(cè)站的名稱、經(jīng)緯度、地址、測(cè)站類型、施測(cè)項(xiàng)目等信息，對(duì)于測(cè)站管理、數(shù)據(jù)整理、整編等方面都具有重要作用，各類水文數(shù)據(jù)庫都單獨(dú)建表進(jìn)行管理，導(dǎo)致測(cè)站信息發(fā)生變化時(shí)，需在多個(gè)數(shù)據(jù)庫中，對(duì)相同數(shù)據(jù)進(jìn)行多次修改。為實(shí)現(xiàn)一數(shù)一源，一點(diǎn)更新，需要對(duì)這些數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行管理。行政區(qū)劃、管理單位等基本信息較為固定，但在實(shí)際中，由于錄入習(xí)慣不同和管理不規(guī)范，導(dǎo)致相同內(nèi)容存儲(chǔ)的信息不一致。同一測(cè)站的站名在不同數(shù)據(jù)庫中存在名稱不一致的情況，需要在管理中統(tǒng)一站名。

2.2 基礎(chǔ)水文站碼

基礎(chǔ)水文站碼為8位數(shù)字編碼，是對(duì)整編成果數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的一種編碼，用于指向整編成果數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)測(cè)站的水文數(shù)據(jù)，常用的有水文水位站碼、降水站碼、水質(zhì)站碼。目前，寧波市水文站只有國(guó)家基本站和大中型水庫站需要整編，因此只有部分測(cè)站擁有此編碼。其中，擁有水文水位站碼的測(cè)站有69個(gè)，擁有雨量站碼的測(cè)站有140個(gè)，部分測(cè)站包含分?jǐn)嗝嫘畔?，這些信息需要用于水文整編中，因此也編制了8位碼，分?jǐn)嗝婀?36個(gè)。在擁有基礎(chǔ)水文站碼的測(cè)站中，一些測(cè)站同時(shí)包含水文水位站碼和雨量站碼，一些只有其中一種，同時(shí)包含水文水位站碼和雨量站碼的測(cè)站，2種碼可能相同，也可能不同。由于基礎(chǔ)水文站碼的復(fù)雜狀況，決定了在測(cè)站編碼和信息管理過程中，無法用基礎(chǔ)水文碼作為唯一標(biāo)識(shí)。

2.3 遙測(cè)信道碼

遙測(cè)信道碼是各測(cè)站利用GPRS、雷達(dá)、短波等方式接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的信道號(hào)碼，為4 ～ 5位。測(cè)站的信道類型多樣，施測(cè)項(xiàng)目也不同。目前，接收的各施測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)有一個(gè)首選的信道，當(dāng)首選信道出現(xiàn)臨時(shí)故障時(shí)，需選擇其他信道接收數(shù)據(jù)。因此，每個(gè)測(cè)站可能存在一個(gè)或多個(gè)遙測(cè)信道碼，而一個(gè)遙測(cè)信道碼也可能在不同的數(shù)據(jù)接收方式里對(duì)應(yīng)多個(gè)施測(cè)項(xiàng)目，因此，無法使用遙測(cè)信道碼作為測(cè)站編碼和信息管理過程的唯一標(biāo)識(shí)。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 水文數(shù)據(jù)對(duì)象化組織

水文數(shù)據(jù)對(duì)象化組織的主要目標(biāo)是，將分散、分布、異構(gòu)的各類水文信息，通過對(duì)象化信息組織形式進(jìn)行信息組織，實(shí)現(xiàn)基于水文對(duì)象的信息組織存儲(chǔ)模式和基于水文對(duì)象的信息應(yīng)用體系。具體來說，就是整合多類水文數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)水文信息的關(guān)聯(lián)，并在信息整合的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)基于水文對(duì)象的信息查詢和應(yīng)用。

本系統(tǒng)將寧波市的單個(gè)測(cè)站作為一個(gè)對(duì)象，將該測(cè)站的基本信息、基礎(chǔ)水文碼和遙測(cè)信道碼，通過一個(gè)唯一的信息化標(biāo)識(shí)進(jìn)行聯(lián)系，當(dāng)需要獲取該測(cè)站的任何類型水文數(shù)據(jù)時(shí)，只需通過這個(gè)唯一的信息化標(biāo)識(shí)獲取。

3.2 編碼規(guī)則設(shè)計(jì)

將各部分?jǐn)?shù)據(jù)的編碼，利用一個(gè)唯一的信息化標(biāo)識(shí)來建立各部分?jǐn)?shù)據(jù)的統(tǒng)一關(guān)系。本文針對(duì)寧波市的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一種信息化碼，具有可讀性、唯一性、可擴(kuò)展性。形式如下：

AABB.CCCC.DD

其中，AA為2位，表示市級(jí)行政區(qū)劃，寧波市為01，當(dāng)推廣至整個(gè)浙江省的地區(qū)時(shí)，可繼續(xù)編號(hào)。BB為2位，表示區(qū)縣級(jí)行政區(qū)劃，如海曙區(qū)為01，江北區(qū)為02，如果測(cè)站直接由寧波市管轄，則為00。CCCC為4位，表示測(cè)站在區(qū)縣級(jí)行政區(qū)劃下的具體編號(hào)，沒有具體含義，每新增一個(gè)站，編號(hào)加1。DD為斷面號(hào)，若無分?jǐn)嗝?，則直接為00。

利用該編碼能確定唯一測(cè)站，將測(cè)站的基礎(chǔ)水文碼的水文水位站碼、雨量站碼、水質(zhì)站碼統(tǒng)一起來。由于單一測(cè)站可能存在多個(gè)施測(cè)項(xiàng)目和多個(gè)數(shù)據(jù)接收信道，因此，必須利用信息化碼組合施測(cè)項(xiàng)目和信道類型，才可以唯一定位到該測(cè)站的某類遙測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。測(cè)站關(guān)聯(lián)關(guān)系可通過2個(gè)信息化碼確定唯一一組關(guān)聯(lián)關(guān)系。由此得到的信息化碼與基礎(chǔ)水文碼、遙測(cè)信道碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可在日后水文數(shù)據(jù)綜合處理與應(yīng)用相關(guān)系統(tǒng)的開發(fā)中，進(jìn)一步獲得信息化碼與基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)、遙測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主要依據(jù)SL 324 — 1005《基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)及標(biāo)識(shí)符標(biāo)準(zhǔn)》的庫表結(jié)構(gòu)構(gòu)建，由于工作業(yè)務(wù)需要，需進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)的表，字段標(biāo)識(shí)符也盡可能與標(biāo)準(zhǔn)保持一致。庫表主要包括：

（1）測(cè)站基本信息表：按SL 324 — 1005《基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)及標(biāo)識(shí)符標(biāo)準(zhǔn)》的庫表結(jié)構(gòu)的測(cè)站一覽表結(jié)構(gòu)建表，主鍵為信息化碼。

（2）基礎(chǔ)水文碼對(duì)應(yīng)關(guān)系表：建立信息化碼與基礎(chǔ)水文碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系，主鍵為信息化碼，水文水位站碼、雨量站碼、水質(zhì)站碼單獨(dú)作為屬性字段進(jìn)行存儲(chǔ)。

（3）遙測(cè)信道碼對(duì)應(yīng)關(guān)系表：建立信息化碼與遙測(cè)信道碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系，信息化碼、信道類型、施測(cè)項(xiàng)目聯(lián)合作為主鍵，遙測(cè)信道碼單獨(dú)作為屬性字段進(jìn)行存儲(chǔ)。

（4）測(cè)站屬性字典表：將上述表中涉及到的屬性碼字段各自建立字典表，解釋各個(gè)屬性碼的含義，如施測(cè)項(xiàng)目碼、行政區(qū)劃碼等，主鍵為屬性碼，對(duì)應(yīng)其屬性名稱。

3.4 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要用于對(duì)寧波測(cè)站的基本信息、基礎(chǔ)水文碼、遙測(cè)信道碼、測(cè)站關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行查看、管理，各功能模塊之間，通過唯一的信息化標(biāo)識(shí)進(jìn)行連接，其中基礎(chǔ)水文碼包括該測(cè)站的基礎(chǔ)水文碼和分?jǐn)嗝娴乃拇a。為方便對(duì)系統(tǒng)的管理，向部分用戶提供字典管理和用戶權(quán)限管理的功能。功能模塊設(shè)計(jì)見圖1。為實(shí)現(xiàn)多種站碼的一站式管理，方便用戶使用，提供對(duì)站碼管理的統(tǒng)一入口。

圖1 系統(tǒng)功能模塊圖

3.5 站碼一站式管理流程設(shè)計(jì)

為方便用戶對(duì)站碼進(jìn)行管理，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了站碼一站式管理流程（見圖2）。首先新建測(cè)站，錄入測(cè)站的關(guān)鍵基本信息，生成信息化碼，接著錄入基礎(chǔ)水文碼和遙測(cè)信道碼，建立多種站碼與信息化碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系?；A(chǔ)水文碼要求一站一碼，因此當(dāng)錄入站碼與已有站碼重復(fù)時(shí)，退回重新錄入站碼，反之，則保存成功，結(jié)束流程。遙測(cè)信道碼要求單站、單個(gè)施測(cè)項(xiàng)目、單個(gè)信道類型的信道碼唯一，若與測(cè)站、施測(cè)項(xiàng)目、信道類型完全重復(fù)，則退回重新錄入，反之，則保存成功，結(jié)束流程。

圖2 站碼一站式管理流程圖

3.6 系統(tǒng)框架

基于上述功能模塊設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫使用SqlServer，底層開發(fā)語言使用Java，前端使用JavaScript，采用MVC[10]框架（見圖3）。MVC框架的模型（Model）、視圖（View）、控制器（Controller）間劃分清晰，各層間耦合較低。

圖3 MVC架構(gòu)圖

利用該框架時(shí)，只需分別實(shí)現(xiàn)上述3部分的功能，即可完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。模型（Model）負(fù)責(zé)在數(shù)據(jù)庫中存取數(shù)據(jù)，即根據(jù)數(shù)據(jù)庫中各個(gè)表的結(jié)構(gòu)建立類，類中的變量對(duì)應(yīng)表中字段，并定義對(duì)表進(jìn)行查詢、修改、新增數(shù)據(jù)的函數(shù)。視圖（View）依據(jù)模型數(shù)據(jù)創(chuàng)建，通過實(shí)現(xiàn)用戶可理解的可視化界面，顯示數(shù)據(jù)并發(fā)送請(qǐng)求?？刂破鳎–ontroller）負(fù)責(zé)從視圖讀取用戶輸入，并調(diào)用相應(yīng)模型中的函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)完成用戶的操作。通過實(shí)現(xiàn)控制器接口中的方法，可實(shí)現(xiàn)用戶的業(yè)務(wù)邏輯控制。本系統(tǒng)采用Spring MVC框架進(jìn)行編程，有較強(qiáng)的靈活性和擴(kuò)展性。

用戶提取數(shù)據(jù)時(shí)，若數(shù)據(jù)量較大或網(wǎng)絡(luò)狀況不理想，系統(tǒng)會(huì)消耗較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行一項(xiàng)任務(wù)，在視圖部分，利用AJAX異步處理機(jī)制[11-12]，在不刷新整個(gè)頁面的前提下，向Web服務(wù)器請(qǐng)求數(shù)據(jù)。當(dāng)服務(wù)器在客戶端發(fā)來命令時(shí)，不會(huì)影響系統(tǒng)頁面響應(yīng)，客戶端將提醒用戶等待，并允許進(jìn)行其他操作。服務(wù)器處理完成后，將結(jié)果返回給客戶端。由此，可避免頁面重復(fù)刷新，減少等待時(shí)間，這一機(jī)制極大地提高了系統(tǒng)用戶的操作體驗(yàn)。AJAX異步處理機(jī)制見圖4。本系統(tǒng)前端采用Ext框架，該框架可通過調(diào)用.Ajax實(shí)現(xiàn)異步處理機(jī)制。

圖4 AJAX異步處理機(jī)制圖

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

為實(shí)現(xiàn)所有測(cè)站統(tǒng)一管理，在明確編碼規(guī)則基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開發(fā)編碼管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)中存儲(chǔ)每個(gè)測(cè)站的基本信息，包括名稱、經(jīng)緯度、地址、測(cè)站類型、施測(cè)項(xiàng)目、地址、管理單位等。在系統(tǒng)中，可以更改測(cè)站信息，當(dāng)有站點(diǎn)增加備份設(shè)備時(shí)，可以添加相應(yīng)設(shè)備的信息，以便其他數(shù)據(jù)庫讀取對(duì)應(yīng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，當(dāng)有站點(diǎn)增加施測(cè)項(xiàng)目時(shí)，也可以進(jìn)行設(shè)置，以便開展新項(xiàng)目的整編?？傮w而言，站點(diǎn)信息的變動(dòng)都可以在系統(tǒng)中體現(xiàn)，是其他應(yīng)用系統(tǒng)讀取站點(diǎn)信息的基礎(chǔ)。

4.1 測(cè)站基本信息

本系統(tǒng)提供對(duì)水文測(cè)站基本信息的數(shù)據(jù)維護(hù)，數(shù)據(jù)以表格方式展示（見圖5）。

圖5 寧波市水文測(cè)站基本信息圖

4.2 基礎(chǔ)水文站碼對(duì)應(yīng)關(guān)系

提供對(duì)基礎(chǔ)水文碼的映射關(guān)系管理，包括水文水位站碼、雨量站碼、水質(zhì)站碼，同時(shí)提供測(cè)站分?jǐn)嗝嬲敬a管理。所有數(shù)據(jù)以表格的形式展現(xiàn)（見圖6、圖7）。

圖6 基礎(chǔ)水文站碼對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

圖7 測(cè)站分?jǐn)嗝嬲敬a管理圖

4.3 遙測(cè)信道碼對(duì)應(yīng)關(guān)系

遙測(cè)信道碼對(duì)應(yīng)關(guān)系管理提供測(cè)站與其碼類型、施測(cè)項(xiàng)目、站碼、首選項(xiàng)以及啟用日期的對(duì)應(yīng)關(guān)系。所有數(shù)據(jù)以表格的形式展現(xiàn)（見圖8）。

圖8 遙測(cè)信道碼對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

4.4 數(shù)據(jù)字典維護(hù)

數(shù)據(jù)字典維護(hù)提供測(cè)站基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中相關(guān)顯示內(nèi)容的配置表信息管理功能（見圖9）。其中數(shù)據(jù)字典包括流域基本信息、河流信息、管理單位信息、水系信息、測(cè)站等級(jí)信息、測(cè)站類型信息、測(cè)站分類信息、實(shí)施項(xiàng)目信息、行政區(qū)劃信息、遙測(cè)信道碼信息。

圖9 數(shù)據(jù)字典維護(hù)界面圖

5 結(jié) 語

針對(duì)數(shù)據(jù)整合過程中，遇到的多類水文數(shù)據(jù)之間一站多碼、站名混亂的問題，以寧波地區(qū)測(cè)站為例，應(yīng)用水文數(shù)據(jù)對(duì)象化組織技術(shù)，制定編碼規(guī)則，并設(shè)計(jì)寧波信息化編碼系統(tǒng)，利用統(tǒng)一規(guī)則的信息化碼，對(duì)測(cè)站的基礎(chǔ)水文碼、遙測(cè)信道碼進(jìn)行統(tǒng)一管理，利用字典管理，將測(cè)站的基本信息和站碼基本信息進(jìn)行規(guī)范化統(tǒng)一管理。為后續(xù)水文數(shù)據(jù)的綜合處理與應(yīng)用提供依據(jù)，為水文資料在線系統(tǒng)的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。從目前系統(tǒng)的使用情況看，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作方便，有較高的安全性。