杜耀東 梅軍亞 趙 昕

(長江水利委員會(huì)水文局，湖北 武漢 430012)

現(xiàn)代水文測(cè)驗(yàn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

杜耀東 梅軍亞 趙 昕

(長江水利委員會(huì)水文局，湖北 武漢 430012)

針對(duì)當(dāng)前水文測(cè)驗(yàn)管理工作存在的問題和不足，利用云平臺(tái)技術(shù)結(jié)合當(dāng)前工作的需求，設(shè)計(jì)了水文測(cè)驗(yàn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用云平臺(tái)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)構(gòu)建，可有效解決當(dāng)前水文測(cè)驗(yàn)管理中存在的若干問題，從而提高水文測(cè)驗(yàn)管理工作的科學(xué)性和時(shí)效性。

水文測(cè)驗(yàn)；流量測(cè)量；雷達(dá)測(cè)速；比測(cè)試驗(yàn)

近年來，通過以長江水利委員會(huì)水文局為代表的水文測(cè)驗(yàn)方式方法技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)，水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)取得了長足進(jìn)步。

然而，當(dāng)前缺乏較為全面的水文測(cè)驗(yàn)系統(tǒng)來統(tǒng)一管理運(yùn)行，造成水文站網(wǎng)和技術(shù)裝備管理滯后。此外，由于水文測(cè)驗(yàn)資料時(shí)效性不足，水文測(cè)驗(yàn)與用戶脫節(jié)，尚無有效的平臺(tái)進(jìn)行交流。水文站網(wǎng)規(guī)劃缺少較為成熟的軟件，雖然有站網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)，但未形成有效的系統(tǒng)來支持站網(wǎng)規(guī)劃工作的開展。技術(shù)裝備的維護(hù)、管理，單位之間的技術(shù)裝備調(diào)配不夠科學(xué)，一些單位部分儀器設(shè)備閑置在庫房，而另一些單位卻嚴(yán)重缺乏儀器設(shè)備，因此使用效率偏低。水文外業(yè)測(cè)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為單機(jī)儲(chǔ)存，部分?jǐn)?shù)據(jù)仍采用紙質(zhì)記錄，非常不利于后期的數(shù)據(jù)審查、調(diào)用和后處理，與當(dāng)前數(shù)字化“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代嚴(yán)重不匹配。在南方片軟件研制出來后，整編軟件取得了較大進(jìn)步，但該軟件仍是單機(jī)版數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，尚無統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的云儲(chǔ)存和在線整編。水文測(cè)驗(yàn)成果數(shù)據(jù)的發(fā)布和應(yīng)用較為單調(diào)，不能與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的需求相適應(yīng)，用戶體驗(yàn)較差。因此，亟需通過先進(jìn)的技術(shù)手段，建立一個(gè)與當(dāng)前水文測(cè)驗(yàn)工作需求相適應(yīng)的現(xiàn)代水文測(cè)驗(yàn)管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)

嘗試采用云計(jì)算平臺(tái)(下文簡稱云平臺(tái))技術(shù)以及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，設(shè)計(jì)出一個(gè)更加全面、科學(xué)、智能、面向用戶的水文測(cè)驗(yàn)管理系統(tǒng)。云平臺(tái)一般可以劃分為3類：①以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為主的存儲(chǔ)型云平臺(tái)；②以數(shù)據(jù)處理為主的計(jì)算型云平臺(tái)；③計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理兼顧的綜合云平臺(tái)。采用綜合云平臺(tái)建立水文監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，可以提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性、唯一性和可共享性，提高系統(tǒng)的運(yùn)行、分析計(jì)算和管理效率。通過對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中的站網(wǎng)數(shù)據(jù)、技術(shù)裝備數(shù)據(jù)、外業(yè)測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)、資料整編數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)的分析與數(shù)據(jù)挖掘，可獲取提高站網(wǎng)規(guī)劃科學(xué)性、優(yōu)化技術(shù)裝備配置與管理、提高外業(yè)測(cè)驗(yàn)和資料整編成果質(zhì)量的方法。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際工作的需要，在水文測(cè)驗(yàn)管理系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了水文站網(wǎng)規(guī)劃、水文技術(shù)裝備管理、外業(yè)測(cè)驗(yàn)管理、數(shù)據(jù)整編以及數(shù)據(jù)發(fā)布5個(gè)模塊。這些模塊共享云數(shù)據(jù)庫，均能實(shí)現(xiàn)BS模式操作，可對(duì)測(cè)驗(yàn)人員、管理人員及用戶等角色進(jìn)行權(quán)限劃分，且具有協(xié)同編輯、權(quán)責(zé)明確等特點(diǎn)。

2.1 水文站網(wǎng)規(guī)劃模塊

站網(wǎng)信息管理功能模塊應(yīng)具有完整的水文站網(wǎng)信息數(shù)據(jù)庫，且具有地理信息系統(tǒng)作為顯示平臺(tái)，歷史水文站網(wǎng)、現(xiàn)有水文站網(wǎng)和規(guī)劃水文站網(wǎng)均能在地圖中顯示，并具有選擇某一設(shè)定時(shí)刻查看站網(wǎng)的功能(與google地球類似)。當(dāng)設(shè)定到某一時(shí)間后，就能顯示當(dāng)時(shí)(或未來)的站網(wǎng)布設(shè)情況，具有相應(yīng)的分析功能，可實(shí)現(xiàn)某一流域、區(qū)域的站網(wǎng)統(tǒng)計(jì)與分析，能夠分析出當(dāng)前站網(wǎng)的薄弱區(qū)域，輔助開展站網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)。用戶可以連接進(jìn)入每個(gè)站點(diǎn)的網(wǎng)頁查詢更多的信息，還可通過協(xié)同編輯的方式上傳照片、資料到系統(tǒng)，補(bǔ)充、修正站點(diǎn)信息，通過水文站網(wǎng)管理人員審核后可采納為正式的站點(diǎn)信息。

2.2 水文技術(shù)裝備管理模塊

技術(shù)裝備管理模塊應(yīng)具有各級(jí)水文單位的水文設(shè)施、設(shè)備配置情況數(shù)據(jù)，且能夠記錄各單位水文設(shè)施設(shè)備的歷史建設(shè)、更新和維護(hù)情況，能夠從歷史數(shù)據(jù)中分析出使用壽命較長的技術(shù)裝備類型，以及各類技術(shù)裝備容易出現(xiàn)的問題等，能夠獲取使用儀器設(shè)備故障率高或低的單位信息，分析出同一儀器在不同區(qū)域的適用情況，統(tǒng)計(jì)出技術(shù)裝備配置偏低的單位或區(qū)域，從而合理配置、調(diào)用儀器設(shè)備。同時(shí)，可以提醒技術(shù)裝備維護(hù)人員每年需要更新、維護(hù)的儀器、設(shè)施，以及第二年需要做的采購工作等，最大程度地幫助技術(shù)裝備管理人員合理安排儀器設(shè)備維護(hù)工作，使技術(shù)裝備的配置、使用最優(yōu)化。

2.3 外業(yè)測(cè)驗(yàn)?zāi)K

外業(yè)測(cè)驗(yàn)?zāi)K應(yīng)該實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)和BS模式操作，使用手機(jī)APP或網(wǎng)頁瀏覽器就能實(shí)現(xiàn)大部分外業(yè)測(cè)驗(yàn)工作，實(shí)現(xiàn)無紙化水文外業(yè)測(cè)驗(yàn)(初期，部分測(cè)驗(yàn)內(nèi)容可采用照片形式上傳)。有互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接上傳到云端；無互聯(lián)網(wǎng)連通時(shí)，也可暫時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在手機(jī)(本地計(jì)算機(jī))里，在連網(wǎng)后實(shí)現(xiàn)云端與本機(jī)數(shù)據(jù)的同步。

類似于辦公系統(tǒng)的流程管理，該模塊中管理權(quán)限明確，外業(yè)測(cè)驗(yàn)完成后，一校、二校、審核等工作都在網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)，成果直接進(jìn)入外業(yè)數(shù)據(jù)庫云存儲(chǔ)，能在水文站網(wǎng)地圖上顯示出測(cè)驗(yàn)成果。例如檢校水位可以通過手機(jī)掃描站牌下面的二維碼或者根據(jù)GPS定位信息自動(dòng)識(shí)別所處站點(diǎn)位置，登錄檢校人員賬號(hào)，點(diǎn)擊檢校水位，輸入當(dāng)前水尺編號(hào)和讀數(shù)，檢校人員查看水位觀讀成果和水位自記成果，將數(shù)據(jù)發(fā)送到云服務(wù)器上，云服務(wù)器將本次檢校結(jié)果用于校核、修正自記水位，最終存儲(chǔ)本次檢校工作記錄。

該模塊還應(yīng)具有協(xié)同編輯功能，用戶可以在系統(tǒng)中提出異議或修改意見，可經(jīng)過各管理流程審核后修正原測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)。外業(yè)測(cè)驗(yàn)?zāi)K可進(jìn)行智能統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)外業(yè)測(cè)驗(yàn)和審核環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)的問題，供技術(shù)人員參考，并具有智能自動(dòng)查錯(cuò)和提醒功能，如校核水位時(shí)，可以根據(jù)上下游水位的關(guān)系初步判斷數(shù)據(jù)正誤，并給測(cè)驗(yàn)人員提示。可以從時(shí)間軸上看到該站點(diǎn)近期的各項(xiàng)測(cè)驗(yàn)分布情況，同時(shí)能顯示當(dāng)年度、當(dāng)季度、當(dāng)月的流量、單沙和輸沙等測(cè)次統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。能定期自動(dòng)生成質(zhì)量管理報(bào)告，供領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)管理人員了解近期外業(yè)成果質(zhì)量情況。

2.4 數(shù)據(jù)整編模塊

數(shù)據(jù)整編模塊應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)，免安裝軟件實(shí)現(xiàn)BS操作，數(shù)據(jù)分析和畫圖的后臺(tái)計(jì)算由服務(wù)器端執(zhí)行，前端只獲取操作指令和提供顯示功能。該模塊對(duì)于大部分測(cè)站的資料應(yīng)具有智能自動(dòng)整編功能，可讀取外業(yè)測(cè)驗(yàn)?zāi)K中的數(shù)據(jù)自動(dòng)整編。測(cè)站專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)自動(dòng)整編的成果進(jìn)行修訂，形成原始整編成果，經(jīng)多級(jí)審核后形成正式發(fā)布的整編成果。同時(shí)，該模塊也為用戶開放整編功能，用戶可根據(jù)自身的需求，利用已有外業(yè)資料自助進(jìn)行整編。

2.5 數(shù)據(jù)發(fā)布模塊

數(shù)據(jù)發(fā)布模塊應(yīng)盡可能滿足不同用戶的多種需求，使用大數(shù)據(jù)提供更多的水資源信息滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)需求。數(shù)據(jù)發(fā)布應(yīng)針對(duì)不同的用戶提供可定制的發(fā)布界面，如對(duì)于某一水資源管理用戶，可以選擇關(guān)注所需的幾個(gè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)，并可以設(shè)定報(bào)警值。當(dāng)水情信息超過用戶設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)可通過短信、微信等方式提醒用戶。通過綜合的數(shù)據(jù)顯示功能，用戶選定的站點(diǎn)信息或數(shù)據(jù)可通過自定義的地圖或圖表形式來顯示。可以設(shè)計(jì)更人性化的信息獲取入口，如在每個(gè)站點(diǎn)站牌內(nèi)設(shè)計(jì)二維碼，可以讓到達(dá)站點(diǎn)的其他人員快速連接并查看該站點(diǎn)數(shù)據(jù)。查看和使用數(shù)據(jù)發(fā)布成果的用戶可以通過協(xié)同編輯等方式，對(duì)資料成果提出異議或建議，專業(yè)技術(shù)管理人員及時(shí)回答用戶提出的問題。廣大用戶可以協(xié)助提供各類特殊水文情勢(shì)出現(xiàn)的信息，可以監(jiān)督涉水工程報(bào)送資料的正確性，例如，水庫管理單位若提供錯(cuò)誤的下泄流量信息，用戶(群眾)可以通過觀察河道中實(shí)際的水量來判斷其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3 結(jié) 語

利用云平臺(tái)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)構(gòu)建的水文測(cè)驗(yàn)管理系統(tǒng)，有效解決了當(dāng)前水文測(cè)驗(yàn)管理中存在的一些問題。建立了水文測(cè)驗(yàn)的云數(shù)據(jù)庫，以確保數(shù)據(jù)的安全性，避免數(shù)據(jù)在不同計(jì)算機(jī)上出現(xiàn)不同版本的情況，從而有效提高了資料的準(zhǔn)確性。通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，為站網(wǎng)管理、技術(shù)裝備管理提供了有用的輔助功能，工作效率得以提高。

云存儲(chǔ)和云平臺(tái)的建立，實(shí)現(xiàn)了水文外業(yè)的無紙化工作，提高了外業(yè)資料的時(shí)效性。建立以水文測(cè)驗(yàn)人員、技術(shù)管理人員及用戶等身份存在的多種賬號(hào)，設(shè)計(jì)了各賬號(hào)間交互式的工作協(xié)作關(guān)系，提供了較好的溝通渠道，使水文測(cè)驗(yàn)工作更加直接有效地為用戶服務(wù)。

(編輯：唐湘茜)

2017-03-31

杜耀東，男，長江水利委員會(huì)水文局，高級(jí)工程師.

1006-0081(2017)06-0001-02

P332

A

水文管理