水文資料人工測驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳玉斌

（云南省水文水資源局紅河分局，云南 蒙自 661199）

水文資料整編成果是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和建設(shè)的重要基礎(chǔ)資料，對于保障防洪安全、供水安全、生態(tài)安全，開展涉水工程建設(shè)、做好水資源管理保護(hù)和生態(tài)修復(fù)等具有重要作用。隨著國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，特別是最嚴(yán)格水資源管理制度、河（湖）長制管理考核、生態(tài)水量管理、年報(bào)編制等都對水文資料的時(shí)效性和質(zhì)量提出了更新更高的要求。人工測驗(yàn)數(shù)據(jù)的填報(bào)是影響水文資料時(shí)效性和質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，因此，實(shí)施水文資料人工測驗(yàn)數(shù)據(jù)智能動(dòng)態(tài)處理迫在眉睫。

1 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及功能需求

水文資料人工測驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)在線系統(tǒng)軟件對人工測驗(yàn)項(xiàng)目（水準(zhǔn)測量、水位、流量、輸沙率、水溫、岸溫、降水量、蒸發(fā)量、氣溫）數(shù)據(jù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)填報(bào)。數(shù)據(jù)經(jīng)校驗(yàn)和計(jì)算后進(jìn)入過渡數(shù)據(jù)庫，參與實(shí)時(shí)在線整編。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)功能需求包括以下3個(gè)方面：①數(shù)據(jù)填報(bào)，按特定的數(shù)據(jù)格式，在網(wǎng)絡(luò)在線軟件處理系統(tǒng)填報(bào)人工測驗(yàn)獲取的水準(zhǔn)測量、水位、流量、輸沙率、水溫、岸溫、降水量、蒸發(fā)量、氣溫等45個(gè)表項(xiàng)資料數(shù)據(jù)。②數(shù)據(jù)校驗(yàn)，根據(jù)測驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容設(shè)置相應(yīng)的邊界條件及參數(shù)，對填報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，對不滿足條件的數(shù)據(jù)要進(jìn)行完善修改，直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。③數(shù)據(jù)計(jì)算與入庫，根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容及功能需求，采用對應(yīng)的計(jì)算公式對填報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到的成果直接進(jìn)入水文資料在線整編系統(tǒng)過渡數(shù)據(jù)庫，參與水文資料實(shí)時(shí)在線整編。

2 存在的問題及解決思路

受人力、設(shè)備等客觀條件限制，理論上的單站“四隨”（隨測、隨算、隨整理、隨分析）工作難以實(shí)現(xiàn)。具體表現(xiàn)為：①人工觀測水位與遙測水位脫節(jié)，觀測水位無法對遙測水位起到校測作用；②水溫、岸溫觀測中，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)讀數(shù)錯(cuò)誤及填報(bào)錯(cuò)誤；③流量測驗(yàn)中測深及測速分析流于形式；④無法落實(shí)泥沙測驗(yàn)結(jié)果的合理性檢查；⑤降水的人工觀測值與遙測值需要進(jìn)行比對；⑥不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)觀測錯(cuò)誤。

充分利用互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)據(jù)庫模式，使人工觀測值與遙測值能夠及時(shí)比對，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。同時(shí)，還要利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算功能，把日常的合理性判斷條件固化，實(shí)現(xiàn)對每一個(gè)結(jié)果的篩選。

3 系統(tǒng)智能動(dòng)態(tài)架構(gòu)設(shè)計(jì)

B/S（Browser/Server）結(jié)構(gòu)即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)，使用戶通過瀏覽器實(shí)現(xiàn)對服務(wù)器的訪問。前端（Browser）實(shí)現(xiàn)部分事務(wù)邏輯，服務(wù)器端（Server）實(shí)現(xiàn)主要事務(wù)邏輯，簡化了客戶端載荷，減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級的成本和工作量。

水文資料人工測驗(yàn)數(shù)據(jù)具有站點(diǎn)多、分布廣的特點(diǎn)，結(jié)合B/S結(jié)構(gòu)特性，對處理系統(tǒng)用戶使用端進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，B/S結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 B/S結(jié)構(gòu)示意

Browser瀏覽器是水文資料人工測驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)人工水準(zhǔn)測量、水位、流量、輸沙率、水溫、岸溫、降水量、蒸發(fā)量、氣溫等測驗(yàn)項(xiàng)目的人機(jī)交互。對于復(fù)雜的人機(jī)界面和交互過程，如繪制過程線、水位流量關(guān)系圖、站點(diǎn)降水量分布圖等，采用Highcharts技術(shù)進(jìn)行處理。Web服務(wù)接收Browser發(fā)送的填報(bào)或查詢請求，發(fā)送至應(yīng)用服務(wù)器處理，并將填報(bào)或查詢結(jié)果返回。應(yīng)用服務(wù)器對各水文站點(diǎn)工作人員請求起到處理調(diào)度和負(fù)載均衡作用，所有Web服務(wù)接收到的請求首先都發(fā)送至應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行任務(wù)分派，根據(jù)不同需求的請求類型，應(yīng)用服務(wù)器將實(shí)際的水、流、沙等要素的讀取、處理和計(jì)算等分配到對應(yīng)計(jì)算服務(wù)器中處理。應(yīng)用服務(wù)器可實(shí)現(xiàn)填報(bào)、查詢層和計(jì)算、校驗(yàn)層的主要功能。水文要素計(jì)算、校驗(yàn)是系統(tǒng)技術(shù)支撐層的核心處理部分。模型運(yùn)算包括水準(zhǔn)測量，流量計(jì)算，水位、降水訂正等。應(yīng)用層的各邏輯服務(wù)器之間均采用Xml進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通訊。

過渡數(shù)據(jù)庫平臺存儲(chǔ)所有人工測驗(yàn)及計(jì)算數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)庫連接池，實(shí)現(xiàn)填報(bào)、查詢服務(wù)對數(shù)據(jù)庫的訪問?？臻g數(shù)據(jù)庫存放數(shù)字地形圖。沒有存放到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的測驗(yàn)河段平面圖、觀測場位置圖、水利工程分布圖等格式數(shù)據(jù)作為非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)文件。

4 數(shù)據(jù)校驗(yàn)方法

除建立完整的全國水文資料整編系統(tǒng)測站基本信息表外，還應(yīng)建立特有的測站基本特征參數(shù)信息表作為判斷依據(jù)，供計(jì)算機(jī)對填報(bào)值進(jìn)行判斷。建立水準(zhǔn)點(diǎn)考證表、水尺零點(diǎn)高程考證表、大斷面成果表作為基礎(chǔ)表直接調(diào)用。初作在原始數(shù)據(jù)提交后，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，只能在審查開始前或測量開始后24 h內(nèi)進(jìn)行修正。對有規(guī)律的選項(xiàng)進(jìn)行固化，用下拉菜單方式選擇。通過對鄰近值、歷史值、經(jīng)驗(yàn)值的比較及圖表輔助判斷觀測值，確保觀測數(shù)值可靠。同一個(gè)數(shù)據(jù)錄入后，通過數(shù)據(jù)庫查詢語句查詢并調(diào)用，避免同一數(shù)值因人為多次填報(bào)帶來的錯(cuò)誤。

5 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

水文資料人工測驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)運(yùn)行界面見圖2。

圖2 水文資料人工測驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)運(yùn)行界面

水文資料人工測驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)見圖3。

6 系統(tǒng)特性

（1）易用性。填報(bào)界面簡潔，每張測驗(yàn)表格填報(bào)窗口僅設(shè)置人工測驗(yàn)最原始數(shù)值元素。對于一些穩(wěn)定要素，采用下拉菜單形式避免填報(bào)錯(cuò)誤。對于時(shí)間等要素，通過提取系統(tǒng)時(shí)間再根據(jù)實(shí)際修改，降低填報(bào)錯(cuò)誤。對站名、水尺零點(diǎn)高程等要素，通過查詢方式進(jìn)行調(diào)用。

（2）共享性。原始數(shù)值經(jīng)過校驗(yàn)計(jì)算得到的成果，部分供進(jìn)一步的資料整編或直接形成成果，如實(shí)測流量成果表，既是整編成果又作為定線依據(jù)；部分作為資料整編成果或返回調(diào)用，如實(shí)測大斷面成果，既是整編成果又作為單次流量水邊點(diǎn)查用及河段高程借用；部分作為說明資料或返回調(diào)用，如水準(zhǔn)點(diǎn)考證表、水尺零點(diǎn)高程考證表，既是說明資料又可作為水準(zhǔn)測量引用點(diǎn)資料（如水位觀測中直接調(diào)用水尺零點(diǎn)高程的來源）。

（3）可靠性。水文資料的可靠性包括觀測數(shù)據(jù)的代表性和準(zhǔn)確性。該系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算檢索功能，對每張表的數(shù)據(jù)填報(bào)均進(jìn)行校驗(yàn)，盡量降低二次錯(cuò)誤率。

（4）時(shí)效性。以流速儀法測驗(yàn)流量為例，該軟件每測完一條垂線就繪制一條垂線的測點(diǎn)流速橫向分布圖及斷面圖，流量測驗(yàn)結(jié)束即顯示到水位流量關(guān)系圖上，理論上實(shí)現(xiàn)了單站“四隨”工作。

圖3 水文資料人工測驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

7 系統(tǒng)應(yīng)用

該系統(tǒng)處于測試階段，于2018年12月投入運(yùn)行，云南省內(nèi)的156個(gè)基本水文站、13個(gè)水位站，136個(gè)中小河流水文站、111個(gè)水位站和州市界河22個(gè)水文站均采用該系統(tǒng)進(jìn)行測報(bào)處理。系統(tǒng)能滿足測站、分局對人工測驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)及現(xiàn)場智能、動(dòng)態(tài)處理的要求，能同步查看測驗(yàn)結(jié)果，并將數(shù)據(jù)傳入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實(shí)時(shí)水文資料在線整編。

系統(tǒng)應(yīng)用后，實(shí)現(xiàn)了人工測驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)場實(shí)時(shí)校驗(yàn)并得到測驗(yàn)結(jié)果，節(jié)省了大量時(shí)間和人力，修改錯(cuò)情簡便快捷，極大提高了工作效率，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

8 結(jié)語

水文資料人工測驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)改變了以往人工測驗(yàn)項(xiàng)目資料計(jì)算需要外業(yè)作業(yè)的特點(diǎn)，調(diào)整完善了水文資料人工測驗(yàn)計(jì)算的工作機(jī)制，實(shí)時(shí)在線計(jì)算提升了人工測驗(yàn)計(jì)算的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)人工測驗(yàn)資料的“日清月結(jié)”。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)及應(yīng)用，使水文資料人工測驗(yàn)項(xiàng)目工作更為省時(shí)省力，切實(shí)提高了人工測驗(yàn)水文資料計(jì)算分析檢查的時(shí)效性。