淺談寧夏“互聯(lián)網(wǎng)+水文”的創(chuàng)新和實(shí)踐

馬永剛 杜 歷 李玉奎

(1.寧夏回族自治區(qū)水文水資源監(jiān)測(cè)預(yù)警中心，寧夏 銀川 750011；2.北京艾力泰爾信息技術(shù)股份有限公司，北京 100089)

水文工作是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、防汛抗旱、水資源開發(fā)利用和水環(huán)境保護(hù)等提供科學(xué)依據(jù)的重要基礎(chǔ)工作，也是一項(xiàng)傳統(tǒng)的專業(yè)性工作。2015年國(guó)務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見》，指出要加強(qiáng)資源環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析，擴(kuò)大動(dòng)態(tài)監(jiān)控范圍，構(gòu)建資源環(huán)境承載能力立體監(jiān)控系統(tǒng)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+水文”也成為寧夏建設(shè)水文信息化的方向和課題，并于2017—2018年開展了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的水文監(jiān)測(cè)與資料整編研究，建設(shè)完成了寧夏水文監(jiān)測(cè)與資料整編系統(tǒng)[1]。

在該系統(tǒng)建設(shè)過程中，針對(duì)傳統(tǒng)水文監(jiān)測(cè)和整編工作方式在數(shù)據(jù)計(jì)算、校核、信息傳遞、存儲(chǔ)及整編等環(huán)節(jié)存在工作量大、時(shí)效性差、管理難度大等若干問題，提出了解決方案，并經(jīng)應(yīng)用實(shí)踐，效果較好。

1 水文監(jiān)測(cè)工作中的短板

寧夏現(xiàn)有基本水文站、輔助水文站、水位站、雨量站、蒸發(fā)站、墑情站等共計(jì)1875處，其中水文站151處、水位站170處、雨量站927處，其他監(jiān)測(cè)站點(diǎn)共627處。目前大部分水文要素的采集依舊需要人工測(cè)量，并用紙質(zhì)記錄現(xiàn)場(chǎng)原始數(shù)據(jù)，通過人工計(jì)算、校核、復(fù)核、審核記錄的數(shù)據(jù)，最終得到重要的水文資料要素。各類要素進(jìn)行整理后，制成圖表進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與檢驗(yàn)，確認(rèn)數(shù)據(jù)的合理性。通過分析數(shù)據(jù)的變化規(guī)律預(yù)測(cè)未來(lái)趨勢(shì)，以便為領(lǐng)導(dǎo)層做統(tǒng)籌安排提供依據(jù)。但在整編工作中，需要將全年數(shù)據(jù)手動(dòng)錄入到整編軟件，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核、復(fù)核、審核，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，準(zhǔn)確性也不能得到保障。

1.1 人工計(jì)算、校核、復(fù)核及審核耗時(shí)耗力

由于沒有完善的測(cè)驗(yàn)平臺(tái)，各類測(cè)驗(yàn)要素只能通過人工計(jì)算器或者套用已有的模板進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果的核查工作和數(shù)據(jù)分析工作都需要人為手動(dòng)處理，不僅增加了人員工作量，且時(shí)效性差，準(zhǔn)確率也無(wú)法保證[2]。

1.2 水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)檢查方式較為落后

水文數(shù)據(jù)的合理性檢查是確保整編工作成果質(zhì)量可靠必不可少的環(huán)節(jié)。當(dāng)前水文工作中，水文資料合理性檢查仍然采用人為的三級(jí)審查，方式傳統(tǒng)、效率較低。

1.3 紙質(zhì)資料重復(fù)輸入

在使用數(shù)據(jù)過程中，由于無(wú)電子數(shù)據(jù)，需對(duì)照紙質(zhì)資料重復(fù)錄入，造成了工作量增加，時(shí)效性差，且無(wú)法保證資料準(zhǔn)確性。另外，在重復(fù)使用紙質(zhì)資料的過程中，對(duì)資料的損壞無(wú)法避免，無(wú)法保障資料的完整性。

1.4 水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理過程分散

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)從測(cè)站初步整編上報(bào)到分局審查，再到水文局復(fù)審，這個(gè)過程主要依靠人工逐步完成。甚至較多地區(qū)仍然采用每年多次集中辦公方式，各站主要技術(shù)人員攜帶紙質(zhì)、電子資料一起開展整編工作。沒有充分利用互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)性和便捷性，未實(shí)現(xiàn)在線水文資料處理，處理效率一直無(wú)法得到提升。

1.5 資料整編不及時(shí)

由于資料整編工作量大，原始數(shù)據(jù)在采集后需要經(jīng)過很長(zhǎng)一段時(shí)間的處理形成整編后的數(shù)據(jù)源，因此，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)調(diào)用，不能滿足現(xiàn)有需求[2]。

1.6 數(shù)據(jù)信息不能充分共享

水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)分散在各個(gè)測(cè)站，整編時(shí)靠紙質(zhì)、移動(dòng)硬盤等集中到一起。只有等到整編數(shù)據(jù)發(fā)布后才能進(jìn)行共享，數(shù)據(jù)價(jià)值大打折扣，不能滿足當(dāng)前對(duì)數(shù)據(jù)時(shí)效的要求。

2 系統(tǒng)創(chuàng)新方案

為解決上述問題，寧夏開展了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的寧夏水文監(jiān)測(cè)與資料整編技術(shù)研究與實(shí)踐，建設(shè)完成了寧夏水文監(jiān)測(cè)與資料整編系統(tǒng)，并提出了創(chuàng)新方案。

2.1 頂層設(shè)計(jì)按流程分塊

系統(tǒng)頂層的設(shè)計(jì)為前端數(shù)據(jù)采集、中端數(shù)據(jù)計(jì)算分析、末端成果輸出。三級(jí)獨(dú)立板塊使整個(gè)系統(tǒng)功能具備可拓展性、靈活性和穩(wěn)定性。

2.1.1 前端數(shù)據(jù)采集

當(dāng)前，鋼貿(mào)企業(yè)的發(fā)展不容樂觀，主要表現(xiàn)在鋼材交易受到國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)環(huán)境的影響出現(xiàn)了大規(guī)模的下滑，這就使得很大鋼貿(mào)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)得不到保證，導(dǎo)致企業(yè)的經(jīng)營(yíng)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。鋼貿(mào)企業(yè)想要在市場(chǎng)中保持強(qiáng)大的活力，就必須要做好成本控制工作。不過，當(dāng)前鋼貿(mào)企業(yè)財(cái)務(wù)管理中成本控制現(xiàn)狀不容樂觀，還存在著諸多的問題，只有針對(duì)性地解決這些問題，才能確保成本控制的有效性。

獨(dú)立庫(kù)表運(yùn)行和存儲(chǔ)，便于采集數(shù)據(jù)合理性查證與修改。這種模式可以覆蓋所有水文采集數(shù)據(jù)進(jìn)入系統(tǒng)，形成前端原始數(shù)據(jù)庫(kù)，便于原始記載數(shù)據(jù)的查證與審核。

2.1.2 中端數(shù)據(jù)計(jì)算分析

按照項(xiàng)目類型、公式算法、計(jì)算流程，將各個(gè)中端數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果放在單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)，便于生成各類合理性檢查資料和圖表，審核檢查數(shù)據(jù)。系統(tǒng)內(nèi)集成了水位、流量、泥沙、降雨、蒸發(fā)、墑情、暴雨洪水調(diào)查等水文監(jiān)測(cè)項(xiàng)的各類常用公式的算法，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)錄入后，系統(tǒng)可自動(dòng)完成響應(yīng)數(shù)據(jù)計(jì)算、一般性合理性檢查分析。還能夠?qū)⑺馁Y料記載計(jì)算表和各類曲線圖件導(dǎo)出打印。形成中端監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，便于計(jì)算結(jié)果的查證與審核。

2.1.3 末端成果輸出

將中端監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)按照水文規(guī)范，生成實(shí)測(cè)大斷面圖、綜合過程線圖、水位-流量關(guān)系曲線圖等各類圖表。組建整編數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)庫(kù)，導(dǎo)出符合國(guó)家資料整編、匯編數(shù)據(jù)格式的文件，再通過全國(guó)資料整編、匯編系統(tǒng)完成水文資料的實(shí)時(shí)整編，實(shí)現(xiàn)了水文數(shù)據(jù)從監(jiān)測(cè)采集、計(jì)算處理到整編數(shù)據(jù)源輸出的全流程信息化[1-4]。

2.2 云平臺(tái)支撐，全過程連接，多級(jí)應(yīng)用

寧夏水文監(jiān)測(cè)與資料整編系統(tǒng)將所有的水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)從采集、計(jì)算到成果分析，用“互聯(lián)網(wǎng)+”的信息手段有機(jī)結(jié)合起來(lái)，整合了監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、水文綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了在線測(cè)站管理、測(cè)驗(yàn)分析及資料整編功能。系統(tǒng)部署在省云平臺(tái)上，采用B/S結(jié)構(gòu)，保證了數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)，提高了安全性。寧夏水文站技術(shù)人員均可以通過水利專網(wǎng)或“互聯(lián)網(wǎng)+VPN”連接登錄系統(tǒng)，開展測(cè)驗(yàn)管理、數(shù)據(jù)錄入、合理性審查等測(cè)驗(yàn)整編業(yè)務(wù)工作。

2.3 數(shù)據(jù)智能關(guān)聯(lián)

數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)是一體化應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行核心支撐，包括基礎(chǔ)信息自動(dòng)關(guān)聯(lián)、相同時(shí)間同類監(jiān)測(cè)要素自動(dòng)關(guān)聯(lián)、整編數(shù)據(jù)源自動(dòng)關(guān)聯(lián)?；A(chǔ)信息自動(dòng)關(guān)聯(lián)是指測(cè)站基礎(chǔ)信息(水準(zhǔn)點(diǎn)、水尺零點(diǎn)高程、流速儀型號(hào)公式等)與水準(zhǔn)和大斷面測(cè)量、水位、流量測(cè)驗(yàn)等基礎(chǔ)信息自動(dòng)同步，極大地減少了數(shù)據(jù)人工反復(fù)錄入的工作量，降低了差錯(cuò)率。相同時(shí)間同類監(jiān)測(cè)要素自動(dòng)關(guān)聯(lián)指流量、大斷面測(cè)驗(yàn)時(shí)的水位監(jiān)測(cè)值自動(dòng)與水位記載表數(shù)據(jù)同步關(guān)聯(lián)，降水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與蒸發(fā)記載表日降水量同步關(guān)聯(lián)，含沙量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與輸沙率測(cè)驗(yàn)計(jì)算中的含沙量數(shù)據(jù)同步關(guān)聯(lián)。整編數(shù)據(jù)源自動(dòng)關(guān)聯(lián)是指大斷面、流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)大斷面成果表、實(shí)測(cè)流量成果表數(shù)據(jù)同步關(guān)聯(lián)。同時(shí)，水位、含沙量、降水、蒸發(fā)等水文要素與整編數(shù)據(jù)源也自動(dòng)同步關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)流程見圖1。

圖1 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)流程

2.4 多種算法內(nèi)置、自動(dòng)計(jì)算、輔助定線

對(duì)于流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算，設(shè)計(jì)了包括常規(guī)流速儀法、電波流速儀法、小浮標(biāo)法、浮標(biāo)法、比降面積法、量水堰法等監(jiān)測(cè)方式的公式算法，涵蓋了冰期、暢流期、分槽、測(cè)速不測(cè)深等特殊情況的公式算法等，解決了當(dāng)?shù)靥厥馇闆r的流量測(cè)驗(yàn)計(jì)算。含沙量測(cè)驗(yàn)中常用的過濾法、烘干法和置換法，均設(shè)計(jì)為系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算。特別是設(shè)計(jì)了置換法中的比重瓶鑒定曲線自動(dòng)率定與生成功能，解決了人工點(diǎn)繪、率定、鑒定曲線煩瑣，需人工查算計(jì)算等問題。

水位-流量關(guān)系曲線的繪制是水文資料整編的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，水位-流量關(guān)系曲線的精度及合理性直接影響到水文資料的精度和可靠性。傳統(tǒng)水位-流量關(guān)系曲線的繪制受技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平積累影響較大，并且同樣的數(shù)據(jù)由不同的人員繪制，曲線的合理性、精度也不相同。通過系統(tǒng)對(duì)水位-流量關(guān)系曲線進(jìn)行擬合、輔助定線，能夠避免人為誤差，提高水文資料整編的速度和精度[5-7]。

3 實(shí)踐應(yīng)用效果

系統(tǒng)本著“互聯(lián)網(wǎng)+”的理念，既能收集源自人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，也可以自動(dòng)對(duì)接自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。經(jīng)過規(guī)劃梳理水文全業(yè)務(wù)應(yīng)用所需的構(gòu)建，該系統(tǒng)將水文要素從監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)錄入或自動(dòng)同步、計(jì)算分析到整編數(shù)據(jù)源形成，進(jìn)行了一體化集成，寧夏水文局、各分局、水文站技術(shù)人員均可通過互聯(lián)網(wǎng)登錄系統(tǒng)開展水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的錄入、校核、審核、整編等工作，在實(shí)踐過程中，解決了如下問題：

a.解決了水文信息化從采集端到計(jì)算分析、資料整編散點(diǎn)無(wú)集成化的問題。

b.通過系統(tǒng)既能收集源自人工監(jiān)測(cè)或自動(dòng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，又能解決不同類型和不同情況下算法的需求。

c.通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)(包括基礎(chǔ)信息自動(dòng)關(guān)聯(lián)、相同時(shí)間同類監(jiān)測(cè)要素自動(dòng)關(guān)聯(lián)、整編數(shù)據(jù)源自動(dòng)關(guān)聯(lián))解決了數(shù)據(jù)重復(fù)錄入易出現(xiàn)錯(cuò)誤的問題。

d.通過建設(shè)自動(dòng)化測(cè)站及遙測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了不同類型自動(dòng)測(cè)驗(yàn)設(shè)備統(tǒng)一接收，解決了數(shù)據(jù)分散、不能實(shí)時(shí)入庫(kù)的問題。

e.通過建設(shè)水利專網(wǎng)或“互聯(lián)網(wǎng)+ VPN”的模式，基于移動(dòng)端設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)人員便捷開展測(cè)驗(yàn)管理、數(shù)據(jù)錄入、合理性審查等測(cè)驗(yàn)整編業(yè)務(wù)工作，解決了數(shù)據(jù)上傳時(shí)效慢、周期長(zhǎng)的問題。

f.通過數(shù)據(jù)自動(dòng)關(guān)聯(lián)及算法集成自動(dòng)定線，使數(shù)據(jù)能夠在獲取的時(shí)候?qū)嵤┬ｒ?yàn)計(jì)算，節(jié)省了時(shí)間，提高了效率，降低了差錯(cuò)率。

g.通過系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳輸，規(guī)范了測(cè)站、分局各級(jí)人員的網(wǎng)上審核流程，使數(shù)據(jù)審核、監(jiān)督、管理更加高效。

4 結(jié) 語(yǔ)

寧夏水文監(jiān)測(cè)與資料整編系統(tǒng)于2019年1月1日全面啟用，實(shí)現(xiàn)了寧夏水文測(cè)驗(yàn)管理、原始資料實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)錄入、資料計(jì)算、數(shù)據(jù)分析檢查、整編數(shù)據(jù)源生成、原始資料計(jì)算表格和圖件打印、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)與管理等全業(yè)務(wù)流程信息化。系統(tǒng)對(duì)水文原始資料錄入時(shí)效性、資料數(shù)據(jù)修改進(jìn)行了嚴(yán)格控制，水文資料的準(zhǔn)確性和真實(shí)性得到了有效保證，有效提升了水文監(jiān)測(cè)和資料整編工作的時(shí)效性和可靠性。