水文分析圖件微服務(wù)化技術(shù)在文檔自動生成方面的應(yīng)用研究

張振林，姬戰(zhàn)生，孫政軒，金輝明

（1·杭州市水文水資源監(jiān)測中心，浙江 杭州 310016；2·余杭區(qū)東苕溪水利工程運管中心，浙江 杭州 311115；3·杭州知水科技有限公司，浙江 杭州 310009）

1 問題的提出

隨著水利數(shù)字化改革的不斷深入，對水文分析成果質(zhì)量提出越來越高的要求，希望在快訊、快報等實時分析材料中嵌入各類水文分析圖件，達(dá)到圖文并茂的展示效果。而水文圖件繪制是一項十分繁瑣的任務(wù)。水文圖件種類繁多，有雨量過程圖件、等值線圖件、水位圖件、水庫蓄水圖件等，而且繪制時需要整理大量的實時和歷史水文資料作為基礎(chǔ)，工作量大且容易出錯，所以水文圖件自動繪制是信息化轉(zhuǎn)換的必然要求，也是水文數(shù)字化改革中的重要一環(huán)。

水文圖件作為文檔自動生成的重要組成部分，國內(nèi)外研究較多，如：姜鵬[1]構(gòu)建基于云平臺的防汛文檔智能生成模型，實現(xiàn)水利分析文檔的自動構(gòu)建；曲明成[2]構(gòu)建基于工作流的文檔生成系統(tǒng)，實現(xiàn)電力制造企業(yè)中某些復(fù)雜計算的自動化；BUCHNER J[3]結(jié)合MVC架構(gòu)設(shè)計文檔描述模型框架HotDoc；葛芬[4]提出基于VBA、ADO和ASP等多項技術(shù)，利用模板建立Word文檔的自動生成平臺。綜上所述，在文檔自動生成方面，已有比較完善的研究可供參考，而在水文圖件的自動生成方面，目前國內(nèi)還沒有相關(guān)研究。

本文根據(jù)水利防汛和水文分析的實際應(yīng)用需要，對水文分析圖件進(jìn)行研究，提取公共分析圖件，并基于當(dāng)前主流的微服務(wù)技術(shù)，以服務(wù)調(diào)用方式提供圖件生成支持，在完成文檔報告“一鍵生成”的同時，提供水文分析圖件的自動生成和插入，大大提高了分析效率和分析質(zhì)量。

2 服務(wù)架構(gòu)

平臺采用4層系統(tǒng)架構(gòu)（見圖1）。

圖1 服務(wù)架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)服務(wù)層：為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)服務(wù)，實時準(zhǔn)確地提供各類水文應(yīng)用相關(guān)數(shù)據(jù)。

服務(wù)支撐層：為應(yīng)用層提供基礎(chǔ)性信息服務(wù)。

微服務(wù)層：通過調(diào)用基礎(chǔ)性服務(wù)，為用戶提供應(yīng)用需要的圖件。

應(yīng)用層：對于圖件的調(diào)用，目前主要是文檔生成時調(diào)用和應(yīng)用系統(tǒng)直接調(diào)用。

3 服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基于微服務(wù)的數(shù)據(jù)訪問技術(shù)

水文分析圖件生成的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)，在一個省市級的數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)量大且種類繁多。為將數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)有效隔離，采用微服務(wù)技術(shù)，對外提供各種高效方便的數(shù)據(jù)服務(wù)，各應(yīng)用只需通過調(diào)用指定服務(wù)即可獲取各類分析成果，大大提高應(yīng)用開發(fā)效率，并利于系統(tǒng)后期維護(hù)。

3.2 水文分析成果服務(wù)化

水文分析過程中會產(chǎn)生各類分析成果，由于成果未進(jìn)行服務(wù)化處理，很多固化在某個文檔中，很難在各文檔間引用或進(jìn)行成果的定制化處理。本研究將對所有水文分析成果進(jìn)行分類和抽象化處理，形成公共的水文分析成果服務(wù)。

3.3 等值線圖件生成

等值線圖是水文分析計算中最常用的圖形表現(xiàn)形式，是進(jìn)行雨量空間分布分析和平原河網(wǎng)水位分析的基礎(chǔ)。本研究對等值線常用算法的反距離權(quán)重法、最小曲率法、三角剖分線性插值法以及克立格法進(jìn)行比較分析，并綜合考慮計算機(jī)并行計算的復(fù)雜程度、計算效率等，采用逆距離加權(quán)法進(jìn)行等值面計算。通過遮蔽算法對反距離權(quán)重法進(jìn)行優(yōu)化，充分運用當(dāng)前主流服務(wù)器的并行計算能力對算法進(jìn)行并行計算，保證等值線圖件3 s內(nèi)返回結(jié)果。等值線圖件生成需要經(jīng)過5個步驟：

（1）邊界和站點數(shù)據(jù)獲取。在繪制等值線（面）之前，首先要有完整的邊界數(shù)據(jù)和用于參與計算的樣本數(shù)據(jù)，即站點信息，其中包括站點的位置信息和實時降雨量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可根據(jù)邊界數(shù)據(jù)從所有站點中提取邊界內(nèi)和周邊的站點信息。

（2）站點數(shù)據(jù)篩選。綜合考慮各站點的位置信息、實時降雨量和歷史降雨情況，篩選出布局均勻、數(shù)據(jù)可靠的站點參與等值面計算。

（3）網(wǎng)格數(shù)據(jù)生成。采用逆距離加權(quán)法，并通過遮蔽算法對網(wǎng)格數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，生成邊界內(nèi)各網(wǎng)格的雨量數(shù)據(jù)。對計算過程進(jìn)行并行化處理，提供網(wǎng)格計算效率，保證數(shù)據(jù)在規(guī)定時間內(nèi)生成。

（4）等值線生成。采用三角網(wǎng)格化方法對生成的網(wǎng)格進(jìn)行等值線提取，并對提取的等值線進(jìn)行光滑處理，刪除無效等值線，保證生成的等值線合理、準(zhǔn)確、美觀。

（5）圖片生成。根據(jù)水文規(guī)范對網(wǎng)格數(shù)據(jù)進(jìn)行色塊著色，并在畫布上繪制等值線和對應(yīng)的標(biāo)注，在一張圖上生成等值線面圖，并對圖形以Base64字符格式的接口數(shù)據(jù)返回。

3.4 統(tǒng)計圖形生成服務(wù)化

在文檔中插入圖形是豐富文檔內(nèi)容的重要手段。水文分析計算中會涉及各類圖形，如：用于表達(dá)雨量同期分析的雨量柱狀圖，用于表達(dá)水位變化過程的水位線性過程圖，用于表達(dá)水庫水量分布的餅狀圖以及用于表達(dá)降雨分布的等值線圖等，這些圖形只有通過服務(wù)化才能實現(xiàn)生成文檔時直接調(diào)用。本研究通過比較各類組件，最終選用Puppeteer作為統(tǒng)計圖形服務(wù)化的基礎(chǔ)組件，并通過集成ECharts或HighCharts控件對生成的圖形包裝成微服務(wù)，供文檔應(yīng)用程序調(diào)用。

4 服務(wù)應(yīng)用與實踐

4.1 水文業(yè)務(wù)分析系統(tǒng)簡介

水文業(yè)務(wù)分析系統(tǒng)是進(jìn)行水文分析文檔自動生成、在線編輯和發(fā)布的綜合性系統(tǒng)。用戶可通過水文分析系統(tǒng)生成各類水文分析文檔，包括實時水雨情分析文檔、歷史同期水雨情分析文檔、階段總結(jié)文檔、匯報文檔以及專題文檔等。系統(tǒng)支持一鍵生成文檔，文檔內(nèi)容包括文字描述、統(tǒng)計表格、圖形展示等，圖文并茂、主題內(nèi)容突出、結(jié)構(gòu)簡潔明了，為生成水文防汛報表、報告提供強(qiáng)大的技術(shù)和數(shù)據(jù)支持。

4.2 文檔構(gòu)建過程

以一個綜合性的文檔報告生成為例，文檔主要由實時雨情、實時河道水情、實時水庫水情、洪水預(yù)報和氣象預(yù)測信息5部分組成。各部分均采用文字、表格和圖形進(jìn)行信息表達(dá)，涉及文字生成、表格生成和圖形生成至少3個服務(wù)的調(diào)用過程。比如：實時雨情通過文字和圖形描述總體降雨情況、分區(qū)降雨情況以及同期降雨情況，通過等值線圖對全區(qū)域的降雨情況進(jìn)行表達(dá)；實時河道水情通過文字和表格對全區(qū)域內(nèi)重點河道的實時水位信息以及超警戒情況進(jìn)行描述，并對重點河道站以過程圖的方式表達(dá)。調(diào)用結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 文檔構(gòu)建過程服務(wù)調(diào)用結(jié)構(gòu)圖

4.3 文檔生成效果

通過文檔構(gòu)建過程中對各服務(wù)的調(diào)用，可生成綜合性水文分析文檔，文檔中包括文字和圖片，用戶可直接打印或?qū)С鯬DF文檔發(fā)布分享，效果見圖3。

圖3 文檔生成效果圖

5 結(jié) 語

針對當(dāng)前水文分析文檔中插入圖表繁瑣費時、生成的圖表樣式不標(biāo)準(zhǔn)等問題，本研究通過對文檔的綜合性分析，提取常用水文分析圖件，通過圖件生成技術(shù)對文檔中涉及的各類圖件進(jìn)行微服務(wù)化封裝，為各類應(yīng)用文檔的生成提供服務(wù)支持，為在防汛期間快速、高效地生成高質(zhì)量的水文分析文檔提供技術(shù)和案例參考。