劉劍鋒

（上海市水文總站，200232，上海）

上海市防汛自動測報系統(tǒng)是上海防汛決策系統(tǒng)的重要組成部分，多年來為防汛減災(zāi)提供了大量及時準確的水情信息，它的主要任務(wù)是實時監(jiān)測降雨量、潮水位、風速風向等水文要素自然變化的情況，是一項基礎(chǔ)和前期工作，是防汛工作的耳目和參謀，其質(zhì)量和精度將直接影響防汛決策的科學性。通信技術(shù)的快速發(fā)展，使防汛自動測報數(shù)據(jù)的時效性得到了顯著提高，但同時也導(dǎo)致遙測站點及監(jiān)測頻率的不斷增加，海量的數(shù)據(jù)過濾、質(zhì)量審核工作給常規(guī)水文數(shù)據(jù)處理方式帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。保證水情信息的準確性和完整性，提高水情測報質(zhì)量，為各級防汛指揮部門提供決策依據(jù)成為當務(wù)之急。

一、上海市防汛自動測報系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理要求

上海市防汛自動測報系統(tǒng)是防汛工作非工程措施的重要組成部分，共有82個測報站點，主要采集雨量、潮 （水）位、風速和風向等信息，以GPRS為主信道、VHF、PSTN 及 GSM等為備用信道，每五分鐘一次以自報方式向中心站發(fā)送數(shù)據(jù)。由于防汛數(shù)據(jù)從采集、傳輸、存儲到發(fā)布全流程自動操作，大量的數(shù)據(jù)處理成為系統(tǒng)管理的關(guān)鍵。結(jié)合實際情況數(shù)據(jù)管理需滿足幾方面要求。

1.數(shù)據(jù)合理性檢查亟須自動化

防汛自動測報系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)受外因影響會有不合理數(shù)據(jù)出現(xiàn)，如雨量信號線浸水、雷擊導(dǎo)致循環(huán)碼跳變、雨量筒清洗造成數(shù)據(jù)過大、施工場地震動造成降雨日數(shù)據(jù)偏多以及潮水位受船行波影響數(shù)據(jù)過大、信號轉(zhuǎn)換器運行不穩(wěn)定導(dǎo)致潮水位數(shù)據(jù)歸零等，這些數(shù)據(jù)不合理的情況出現(xiàn)的頻率高，偶然性強，難以全部通過人工干預(yù)加以解決，亟須實現(xiàn)數(shù)據(jù)檢查的自動化。

2.數(shù)據(jù)完整性有待進一步提高

防汛數(shù)據(jù)既要實時發(fā)布，又要用于分析預(yù)報，對測站數(shù)據(jù)特別是重點站潮水位數(shù)據(jù)的完整性要求很高。雖然系統(tǒng)通信組網(wǎng)方式科學，但由于設(shè)備故障及信道狀態(tài)不穩(wěn)定，仍會有短時數(shù)據(jù)缺失現(xiàn)象，導(dǎo)致高低潮位等特征值無法測出。

3.數(shù)據(jù)維護操作需便利快捷

由于遙測站點多、數(shù)據(jù)量大，除存儲處理原始數(shù)據(jù)外，還會根據(jù)防汛要求進行分析統(tǒng)計，產(chǎn)成特征值，生成報表等。使用人員雜，涉及環(huán)節(jié)多，較易出錯，需要數(shù)據(jù)維護操作簡單、計算更新便利快捷的數(shù)據(jù)處理工具。

二、WISKI軟件簡介

1.WISKI軟件的總體功能

水文水環(huán)境基礎(chǔ)信息分析處理系統(tǒng)（Water Management Information System Kisters）是德國Kisters公司的軟件產(chǎn)品，該系統(tǒng)采取模塊化設(shè)計方法，利用時間序列數(shù)據(jù)，進行基本運算、數(shù)據(jù)管理、可靠性檢驗、編輯與聯(lián)動、數(shù)據(jù)質(zhì)量標注、統(tǒng)計與分析等數(shù)據(jù)處理工作。經(jīng)20多年不斷的開發(fā)與應(yīng)用，成為較完善的軟件產(chǎn)品，現(xiàn)已在德國、瑞典、法國、美國等十幾個國家得到廣泛應(yīng)用。

2.WISKI軟件的特點與先進性

①采用時序數(shù)據(jù)三層管理的設(shè)計思路，在保證原始數(shù)據(jù)的安全性的同時，實現(xiàn)對復(fù)雜數(shù)據(jù)管理和聯(lián)動計算。

②靈活的數(shù)據(jù)檢驗方法，支持龐大遙測數(shù)據(jù)的自動錯誤篩檢和人工數(shù)據(jù)的自動標注和警示。

③完善的數(shù)據(jù)質(zhì)量及全面的測站信息，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)量與質(zhì)的同步管理。

④內(nèi)置水文常規(guī)統(tǒng)計分析功能，能按照水環(huán)境評價技術(shù)規(guī)程對數(shù)據(jù)進行評價和分析。

⑤自定義的參數(shù)和數(shù)據(jù)格式設(shè)計方式，不僅適應(yīng)現(xiàn)行的水文技術(shù)要求，也為將來可能增設(shè)的規(guī)定預(yù)留空間。

⑥提供統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出工具，便于不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)整合與共享。

三、WISKI軟件在上海市防汛自動測報系統(tǒng)中的應(yīng)用

上海市水文總站從2008年開始應(yīng)用WISKI進行數(shù)據(jù)分析處理工作，利用上海感潮河網(wǎng)地區(qū)的特點，進行防汛自動測報系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)合理性檢查、自動插補等工作，通過對WISKI的功能挖掘及二次開發(fā)實現(xiàn)了自動測報數(shù)據(jù)的全面管理。

1.數(shù)據(jù)的合理性檢查

（1）雨量跳變的過濾

根據(jù)遙測數(shù)據(jù)的實際情況，分別對各個站設(shè)置了雨量上下限值、允許時間間隔等檢驗，對數(shù)據(jù)采取自動檢測，超過設(shè)置值的被自動標識，在時間序列圖形瀏覽窗口中展示。

（2）毛刺數(shù)據(jù)的剔除

利用斜率檢驗，通過設(shè)置最大斜率和最小斜率，判斷數(shù)據(jù)是否存在突變，如水位的驟漲驟落，自動去除突變數(shù)據(jù)，也可通過去除毛刺數(shù)據(jù)功能人工干預(yù)。

2.潮位自動測報數(shù)據(jù)的插補

（1）利用人工報汛數(shù)據(jù)進行插補

上海地區(qū)部分防汛自動測報站點與人工報汛站點重合，當自動測報數(shù)據(jù)缺失時，利用同一站點人工報汛中的高低潮位等特征值作為控制點進行樣條插補，可自動生成準確的潮位過程線，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動插補。

（2）備份站數(shù)據(jù)進行插補

利用距離較近的站點，對重要站點進行測站備份，也是上海市防汛自動測報系統(tǒng)的一種測站管理方式。例如國家重點站黃浦公園，由于位置限制僅建設(shè)了自動測報站點，為了保證數(shù)據(jù)的完整性，總站將距離僅百米的基本水文站蘇州河站作為備份站點，兩站監(jiān)測數(shù)據(jù)基本一致，利用該站對黃浦公園進行了自動數(shù)據(jù)缺失插補。

（3）相關(guān)站點數(shù)據(jù)進行插補

上海防汛自動測報系統(tǒng)中的潮位站點，特別是黃浦江水系、長江南北支及杭州灣地區(qū)的潮位站，由于受潮汐影響，彼此間有很強的相關(guān)性，利用WISKI軟件，可自動配置站點，進行相關(guān)系數(shù)計算，設(shè)定條件進行推算，可實現(xiàn)這類站點間的數(shù)據(jù)缺失插補，提高數(shù)據(jù)的完整性。例如，外高橋、吳淞口站可利用相關(guān)性數(shù)據(jù)進行插補。

四、結(jié) 語

水文測驗技術(shù)快速發(fā)展，自動測報站點的推廣建設(shè)，導(dǎo)致遙測數(shù)據(jù)量迅速增加，大量的水文數(shù)據(jù)管理需要先進的處理軟件完成。目前國內(nèi)的遙測數(shù)據(jù)存在重前期系統(tǒng)建設(shè)、輕后期數(shù)據(jù)管理的現(xiàn)象，同時已開發(fā)的系統(tǒng)功能有局限，再次開發(fā)需增加成本，直接導(dǎo)致了數(shù)據(jù)除了滿足日常防汛需要及常規(guī)統(tǒng)計外，不能提供對現(xiàn)有數(shù)據(jù)深層次的開發(fā)應(yīng)用，影響決策支持系統(tǒng)的建設(shè)。上海市水文總站通過實踐證明，利用WISKI軟件可以提升數(shù)據(jù)的準確性和完整性，提高數(shù)據(jù)維護的工作效率，降低系統(tǒng)管理成本，有利于數(shù)據(jù)的二次開發(fā)和應(yīng)用，非常適用于上海地區(qū)的實際情況。

[1]水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（SL 61-2003）[S].北京：中國水利水電出版社，2003.

[2]水文資料整編規(guī)范（SL 247-1999）[S].北京：中國水利水電出版社，1999.

[3]WISKI技術(shù)手冊[S].