遼寧省水文站網(wǎng)綜合智能管理系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

劉 丹

(遼寧省河庫管理服務(wù)中心(遼寧省水文局)，遼寧 沈陽 110003)

隨著水文站網(wǎng)監(jiān)測體系的日益完善，水文監(jiān)測站點、觀測項目和內(nèi)容不斷增加，水文站網(wǎng)的基礎(chǔ)信息沒有進行計算機管理，如站網(wǎng)基本信息、測驗設(shè)施設(shè)備信息、各種項目的觀測或測驗方案、測站采用的各種計算系數(shù)(如流速系數(shù)，岸邊系數(shù)等等)情況、測站檔案資料等均沒有共享，不便于水文管理部門對水文監(jiān)測的質(zhì)量控制和特殊水情的測驗指導(dǎo)，同時影響對實測資料的加工和處理[1]。隨著遼寧省自動測報系統(tǒng)的建設(shè)實施，信息采集、傳輸?shù)姆绞胶托畔⒘慷及l(fā)生了極大的變化，遙測到的水位、降水量及自動化測流的流量信息量巨大(按每6分鐘一個記錄，單項信息記錄達10萬多條)[2]。面對這種情況，必須解決資料整編前的數(shù)據(jù)傳輸、分揀、篩選、校對及檢索等信息處理問題，緩解由于信息量的突然增加導(dǎo)致人工處理數(shù)據(jù)的困難。流量、泥沙等測驗大多采用常規(guī)儀器，由人工記錄并輸入計算機通過互聯(lián)網(wǎng)將實時的測驗成果傳送至省中心服務(wù)器[3]。部分站采用了較為先進的測流設(shè)備和測沙設(shè)備，可形成數(shù)字化的成果，但數(shù)據(jù)還需人工上傳[4]。對于水文站網(wǎng)管理系統(tǒng)的研究近些年來取了一些成果[5-15]，但是還未進行集數(shù)據(jù)采集、站網(wǎng)管理和資料整編于一體的系統(tǒng)集成研究。為此本文對水文站網(wǎng)綜合管理集成技術(shù)進行研究并進行系統(tǒng)研發(fā)和應(yīng)用。研究成果對于水文資料整編和水文站網(wǎng)管理工作，具有重要的推廣和運用價值。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

水文站網(wǎng)綜合管理系統(tǒng)基于Internet網(wǎng)絡(luò)的B/S模式，部署在省中心的應(yīng)用服務(wù)器上，實現(xiàn)全省水文系統(tǒng)范圍內(nèi)的水文站網(wǎng)綜合管理，系統(tǒng)的使用人員限定為全省水文系統(tǒng)的職工。系統(tǒng)的開發(fā)采用模塊化的設(shè)計方式，以確保在系統(tǒng)各功能模塊開發(fā)完成后，可以依據(jù)生產(chǎn)管理的流程選擇不同的模塊或組件進行組合，通過設(shè)置模塊的功能和模塊之間的關(guān)系滿足不同的管理需求，這樣有助于提高軟件的可靠性、可繼承性、可維護性和可擴充性。水文站網(wǎng)綜合管理系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，并遵循“自上而下”的整體設(shè)計方法和“自下而上”的實現(xiàn)方式，真正在系統(tǒng)的建設(shè)方面貫徹“整體規(guī)劃，分布實施”的原則，使得系統(tǒng)按照系統(tǒng)工程的特點分期、分批逐步建設(shè)和完善。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 水文站網(wǎng)綜合管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

2 水文監(jiān)測數(shù)據(jù)全自動一體化處理

遼寧水文站網(wǎng)綜合管理系統(tǒng)采用后臺監(jiān)聽技術(shù)完成水文監(jiān)測的信息收集、檢查、分析、計算，成果與全國水文資料整編系統(tǒng)無縫對接并進行月報成果歸檔，實現(xiàn)了全自動一體化處理。自動處理的任務(wù)有監(jiān)測信息收集、系列合理性檢查、成果分析計算、成果歸檔、成果改算等。這些自動完成的任務(wù)，必須以后臺運行的方式工作。

在后臺有一個專用的任務(wù)監(jiān)聽處理進程，在系統(tǒng)啟動時自動啟動運行。監(jiān)聽進程一方面按照系統(tǒng)安排的任務(wù)定時啟動子進程完成相應(yīng)的工作；另一方面，根據(jù)各用戶的相應(yīng)請求，處理相應(yīng)的臨時任務(wù)。通過監(jiān)聽了解是否有新的信息需要接收，及是否有具備處理條件的事務(wù)需要處理。當(dāng)檢測到要處理的任務(wù)后，系統(tǒng)按每項事務(wù)即定流程完成自動處理。水文監(jiān)測數(shù)據(jù)全自動一體化處理實現(xiàn)了相關(guān)水文資料的即時整編。

3 人工智能專家數(shù)據(jù)庫與在線審查

本系統(tǒng)將原始人工記錄電子化，將電子化信息處理成果進行規(guī)范化歸檔處理，通過這些處理過程將被審查資料上傳互聯(lián)網(wǎng)；為了使審查有序進行，系統(tǒng)根據(jù)審查作業(yè)流程進行控制。水文資料整編審查流程包括整編基本信息維護、審查資料上傳下載、資料審查會議組織、資料復(fù)審會議組織、參審站成果審查、資料錯誤查復(fù)、資料錯誤仲裁、審查資料綜合評定。通過上述作業(yè)流程，實現(xiàn)了在線審查，提高了水文資料整編的工作效率。

審查過程中數(shù)據(jù)類問題審查是審查專家面對的大難題，系統(tǒng)通過大量的合理性檢查功能，將歷年審查問題清單進行分類、梳理和歸檔，形成歷年水文人工智能專家數(shù)據(jù)庫，供審查專家參考、查找，同時，系統(tǒng)能夠?qū)Ξ?dāng)年水文原始資料進行問題排查，提供問題清單，供審查專家進行問題審核，極大的提高了專家審查速度。

4 系統(tǒng)模塊

4.1 系統(tǒng)功能劃分

按水文站網(wǎng)管理、水文監(jiān)測管理、設(shè)施設(shè)備管理、水文資料數(shù)據(jù)分析等分類，在每一類中將功能細化，并按純檢索型、信息維護型將功能分成檢索組、維護組。各功能模塊的劃分為初步劃分。

4.2 水文站網(wǎng)管理模塊

水文站網(wǎng)管理模塊功能包括現(xiàn)有站網(wǎng)信息、歷史站網(wǎng)信息、規(guī)劃站網(wǎng)信息、站網(wǎng)文檔資料信息和測站基礎(chǔ)資料信息的維護和檢索。

4.2.1現(xiàn)有站網(wǎng)信息維護和檢索

現(xiàn)有站網(wǎng)信息維護完成對現(xiàn)有水文水位站、降水蒸發(fā)站的信息維護，包括新增、修改、刪除測站信息等功能，對于現(xiàn)有站點有變遷時實現(xiàn)變遷信息的維護?，F(xiàn)有站網(wǎng)信息檢索根據(jù)選定的測站，以表格的形式顯示測站信息，如圖2所示。可根據(jù)用戶選擇提供Excel表格形式的站信息表下載。

圖2 站網(wǎng)信息維護和檢索模塊

4.2.2歷史站網(wǎng)信息維護與檢索

歷史站網(wǎng)信息維護完成對歷史水文水位站、降水蒸發(fā)站的站信息維護；維護功能包括新增、修改、刪除站信息等功能。歷史站網(wǎng)信息檢索根據(jù)選定的測站，以表格的形式顯示測站信息，如圖3所示?？筛鶕?jù)用戶選擇提供Excel表格形式的站信息表下載。

圖3 歷史站網(wǎng)信息維護與檢索

4.2.3站網(wǎng)文檔資料維護與檢索

保存與站網(wǎng)有關(guān)的文件及相關(guān)資料，供當(dāng)前用戶所在部門及其下屬部門的所有用戶瀏覽下載，如圖4所示。用戶可選擇同級部門及上級部門共享入庫的文件及資料。所謂共享，指的是能檢索和下載相關(guān)的文件及資料。

圖4 站網(wǎng)文檔資料維護與檢索模塊

4.2.4測站基礎(chǔ)資料信息維護與檢索

全省的水文水位站都建有測站檔案。測站檔案的內(nèi)容主要包括測站任務(wù)書、測站建站時的各種查勘及設(shè)計資料、各種測驗方案的審批成果、各種分析報告等。測站檔案另一部分內(nèi)容應(yīng)包括測站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的設(shè)計、施工等資料。本系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)將測站檔案資料以圖文方式保存，供管理者查閱。測站基本情況檢索實現(xiàn)對測站相關(guān)信息的綜合檢索，用圖、表結(jié)合的方式展示給用戶各種測站信息，如圖5所示。

圖5 測站基礎(chǔ)資料信息維護與檢索模塊

4.3 水文監(jiān)測管理模塊

水文監(jiān)測管理模塊包括主要項目監(jiān)測方式信息、水文水位站、降水蒸發(fā)站監(jiān)測方案信息、應(yīng)急監(jiān)測預(yù)案信息、水文監(jiān)測文檔資料信息的維護與檢索。

4.3.1主要項目監(jiān)測方式信息維護與檢索

遼寧水文站網(wǎng)監(jiān)測體系基本上以站網(wǎng)為單元進行水文監(jiān)測工作。信息內(nèi)容包括項目的監(jiān)測時期、監(jiān)測方式及信息記錄與傳輸方式等。以表格形式列出測區(qū)、水文水位站及降水蒸發(fā)站的各種主要監(jiān)測項目，如圖6所示。

圖6 水文監(jiān)測方式管理模塊

4.3.2水文水位站、降水蒸發(fā)站監(jiān)測方案信息維護與檢索

水文水位站、降水蒸發(fā)站監(jiān)測方案包括測站任務(wù)書、監(jiān)測斷面布設(shè)及斷面相關(guān)圖片信息、測站水位級和洪水等級劃分、測站的測洪報汛方案等信息，如圖7所示。通過以上信息的維護，能向管理者提供測站的測驗任務(wù)、測站的監(jiān)測場地布設(shè)及監(jiān)測方案等。

圖7 水文監(jiān)測方式管理模塊

4.3.4水文監(jiān)測文檔資料信息的維護與檢索

保存與水文監(jiān)測有關(guān)的文件及相關(guān)的資料，供當(dāng)前用戶所在部門及其下屬部門的所有用戶瀏覽下載，如圖8所示。用戶在輸入與水文監(jiān)測有關(guān)的文件及相關(guān)資料的過程中可選擇同級及上級部門共享入庫的文件及資料。所謂共享，指的是能檢索和下載相關(guān)的文件及資料。

圖8 水文監(jiān)測文檔資料信息的維護與檢索模塊

4.4 水文資料數(shù)據(jù)分析模塊

水文資料數(shù)據(jù)分析模塊包括實時監(jiān)測信息處理和水文資料整編管理，如圖9所示。實時監(jiān)測信息處理包括信息收集、合理性檢查、分析計算；水文資料整編管理包括整編基本信息維護、審查資料上傳下載、資料審查會議組織、資料復(fù)審會議組織、參審站成果審查、資料錯誤查復(fù)、資料錯誤仲裁、審查資料綜合評定。

圖9 水文資料數(shù)據(jù)分析模塊

4.5 水文資料整編及成果審查

水文資料整編及成果審查的基本信息包括：統(tǒng)分參數(shù)約定信息、參審站觀測斷面信息、參審站降水管理關(guān)系信息、水文監(jiān)測項目提交成果分類信息、水文水位站提交成果信息、降水蒸發(fā)站提交成果信息、市局提交成果信息、錯誤分類及扣分標(biāo)準(zhǔn)信息、測驗獎分記錄信息。

4.5.1數(shù)據(jù)組織

根據(jù)各種信息的差異，每類資料采用不同表結(jié)構(gòu)描述，各表的名稱如下：統(tǒng)分參數(shù)約定表、參審站觀測斷面信息說明表、參審站降水管理關(guān)系表、水文監(jiān)測項目成果分類說明表、水文水位站提交成果一覽表、降水蒸發(fā)站提交成果一覽表、市局提交成果一覽表、錯誤分類及扣分標(biāo)準(zhǔn)表、測驗獎分記錄表。

4.5.2設(shè)計要求

(1)評分參數(shù)：包括各部分質(zhì)量分占單站質(zhì)量分權(quán)重指標(biāo)、等級分占單站總分權(quán)重指標(biāo)、非基本站折算成基本站折算系數(shù)指標(biāo)、等級評定指標(biāo)、水文站單項權(quán)重指標(biāo)、輔助觀測斷面單項權(quán)重指標(biāo)、水位站單項權(quán)重指標(biāo)、流量單項獎勵指標(biāo)等，要求操作簡單。修改評分參數(shù)的相應(yīng)項目后，與評分參數(shù)有關(guān)的各種信息要自動更新。功能的操作僅要求全省管理資料整編的一人有權(quán)限。

(2)評分標(biāo)準(zhǔn)：包括錯誤的類別、錯誤的名稱、扣分的數(shù)量等。該標(biāo)準(zhǔn)為市局審查和省中心復(fù)審的錯誤扣分標(biāo)準(zhǔn)，要求能隨時加入新的條款，修改相應(yīng)的扣分信息，資料復(fù)審期間不能修改扣分標(biāo)準(zhǔn)，權(quán)限要求同評分參數(shù)。

(3)參審站點：從現(xiàn)有的水文水位站信息中導(dǎo)入?yún)徴军c表，添加參審站點作為資料審查的對象。信息維護權(quán)限同評分參數(shù)。

(4)測站提交成果：定義水文水位站、降水蒸發(fā)站可能提交的成果項目及項目的相關(guān)要求。要求信息能增加、修改和刪除，信息維護權(quán)限同評分參數(shù)。

(5)市局提交成果：定義市局根據(jù)測站的整編成果進行綜合統(tǒng)計和分析的資料項目，要求信息能增加、修改和刪除，信息維護權(quán)限同評分參數(shù)。

(6)輔助站維護：各市局在省中心定義的參審站基礎(chǔ)上，對有輔助觀測項目的站，加入輔助觀測站點及觀測的內(nèi)容，對參審站信息作進一步補充。輔助站信息變動較多，要求系統(tǒng)有增加、修改及刪除功能。每個市局級用戶只能有一人有此權(quán)限。

(7)降蒸關(guān)系：遼寧省水文系統(tǒng)的測站編碼歷史上不是一站一碼。對本站的降水觀測項目采用另一個測站編碼表示，另外，一個參審站可能管理多個降水站，除本站降水為直接觀測外，其余站的降水委托他人觀測或看管，操作上有增加和刪除功能，每個市局級用戶只能有一人有此權(quán)限。

(8)測站提交成果：對每個參審站、參審站管理的每個輔助觀測站及每個降水站指定相應(yīng)的提交成果清單。指定參審站管理的資料。審查資料時按此清單提交、審查。操作上要求有增加和刪除提交成果條目功能。每個市局級用戶只能有一人有此權(quán)限。

(9)測站測驗項目調(diào)整：水文測驗項目一般比較穩(wěn)定，但由于站的性質(zhì)調(diào)整或測驗方式改變，某些年有些項目需要調(diào)整。此功能實現(xiàn)測站測驗項目的微調(diào)。每個市局級用戶只能有一人有此權(quán)限。

5 結(jié)語

(1)考慮到水文監(jiān)測數(shù)據(jù)的高度關(guān)聯(lián)性和海量性特征，采用后臺處理技術(shù)跟蹤處理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某項水文要素發(fā)生變動，建議根據(jù)水文要素的時間和項目，自動分析受影響范圍，在確定范圍內(nèi)逐一定位影響對象，對影響對象進行自動改算。

(2)建設(shè)站網(wǎng)綜合智能管理系統(tǒng)建議將水文監(jiān)測信息庫表中的數(shù)據(jù)字段，通過設(shè)計檢索表，關(guān)聯(lián)到其他表中含有該字段的數(shù)據(jù)及與該數(shù)據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)跨表檢索和數(shù)據(jù)自動批量修改。

(3)水文站網(wǎng)綜合智能管理系統(tǒng)目前只涵蓋站網(wǎng)信息管理和水文監(jiān)測數(shù)據(jù)處理層面，自動數(shù)據(jù)采集僅限于遙測水位、降水量及自動化測流的信息，如果能增加電子手簿徹底解決監(jiān)測記錄信息及時傳輸問題，并增加在移動平臺上實時信息檢索和工作預(yù)警服務(wù)等模塊，將使系統(tǒng)的功能更加強大，服務(wù)更加全面。