□王姝（遼寧省盤(pán)錦水文局）

實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)及應(yīng)用

□王姝（遼寧省盤(pán)錦水文局）

文章對(duì)實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)內(nèi)容和運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行闡述，并對(duì)數(shù)據(jù)處理和信息編碼系統(tǒng)的功能進(jìn)行介紹，最后對(duì)信息傳輸中的格式、協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)以及各系統(tǒng)之間的關(guān)系進(jìn)行了剖析和歸納。旨在為今后實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)及應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

水情；數(shù)據(jù)庫(kù)；建設(shè)；應(yīng)用

1 實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)內(nèi)容

按照水利部關(guān)于實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容包括：降水、蒸發(fā)、河道、水庫(kù)、閘壩、泵站、潮汐、沙情、冰情、地下水、墑情、特殊水情、水文預(yù)報(bào)等13大類實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)。

2 實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行環(huán)境

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是洪水預(yù)報(bào)以及調(diào)度決策的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，要求其必須穩(wěn)定、可靠，需要配置高性能的服務(wù)器作為其運(yùn)行平臺(tái)。

遼寧省水情中心數(shù)據(jù)庫(kù)采用基于Windows2000（windows XP）操作系統(tǒng)的SQL server作為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。

實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫(kù)必須進(jìn)行雙機(jī)備份，同時(shí)定期進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的備份工作，確保數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行正常。

3 數(shù)據(jù)處理

分中心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要功能如下：自動(dòng)從原始數(shù)據(jù)源中提取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)保存到原始數(shù)據(jù)庫(kù)中；進(jìn)行數(shù)據(jù)查錯(cuò)，剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)；對(duì)原始數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理，生成時(shí)段數(shù)據(jù)存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中；自動(dòng)按照水位流量關(guān)系查算流量；提供用戶管理功能，不同的用戶對(duì)系統(tǒng)具有不同的訪問(wèn)權(quán)限；提供系統(tǒng)參數(shù)管理功能，對(duì)保障系統(tǒng)運(yùn)行的基本參數(shù)進(jìn)行維護(hù)；提供數(shù)據(jù)維護(hù)功能，可以對(duì)系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)、時(shí)段數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，同時(shí)提供測(cè)站或傳輸線路出現(xiàn)故障時(shí)的人工錄入功能；提供信息檢索查詢功能。提供水情報(bào)表的生成和輸出功能。

4 信息編碼系統(tǒng)

4.1 水情信息編碼參數(shù)定義

針對(duì)每個(gè)測(cè)站的實(shí)際情況設(shè)置其拍報(bào)項(xiàng)目、報(bào)汛段次等信息。

4.2 水情信息自動(dòng)編碼

按照拍報(bào)項(xiàng)目和報(bào)汛段次，系統(tǒng)自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取相關(guān)要素，自動(dòng)編碼時(shí)段雨量、日雨量、旬月雨量；實(shí)時(shí)水位、流量；實(shí)測(cè)水位流量、墑情等報(bào)文，水情信息編碼由系統(tǒng)在后臺(tái)自動(dòng)完成。

4.3 水情信息人工編碼

水情信息人工編碼采用人機(jī)交互的方式，由用戶輸入相關(guān)要素?cái)?shù)據(jù)，系統(tǒng)按照信息編碼規(guī)范生成報(bào)文。包括：雨量報(bào)文人工編碼；河道報(bào)文人工編碼；水庫(kù)報(bào)文人工編碼；河道旬月特征值報(bào)文編碼；水庫(kù)旬月特征值報(bào)文編碼；河道預(yù)報(bào)報(bào)文人工文編碼；水情分中心批量報(bào)文編碼。

5 信息傳輸

5.1 數(shù)據(jù)格式和傳輸協(xié)議

5.1.1 數(shù)據(jù)包

數(shù)據(jù)包用來(lái)封裝需要交換的數(shù)據(jù)，在不同計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行交換，其格式如表1。

表1 數(shù)據(jù)格式與傳輸協(xié)議表

數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度為N個(gè)字節(jié)，6≤N≤1 024。

數(shù)據(jù)包的第1～4個(gè)字節(jié)用來(lái)填列發(fā)送方計(jì)算機(jī)的IP地址，供接收方進(jìn)行信息傳輸?shù)暮戏ㄐ詸z查，即當(dāng)接收方如果接收到的數(shù)據(jù)包內(nèi)所填列的IP地址在本地目標(biāo)地址表中沒(méi)有，接收方就認(rèn)為本次傳輸?shù)男畔⑹欠欠ǖ模瑥亩烦龜?shù)據(jù)鏈路終止數(shù)據(jù)傳輸，反之，認(rèn)為傳輸?shù)男畔⑹呛戏ǖ?，繼續(xù)進(jìn)行信息傳輸。第5～N-1個(gè)字節(jié)用來(lái)填列需要交換的數(shù)據(jù)。一般情況下，順序填列若干收發(fā)信息，也有可能是單個(gè)收發(fā)信息或單個(gè)收發(fā)信息的一部分，以及它們的組合。當(dāng)實(shí)際需要傳輸?shù)膬?nèi)容＞N-5個(gè)字節(jié)時(shí)，傳輸?shù)膬?nèi)容被分成若干個(gè)數(shù)據(jù)包依次發(fā)往接收方。當(dāng)一次需要傳輸?shù)膬?nèi)容不足N-5個(gè)字節(jié)，或最后剩余的內(nèi)容不足N-5個(gè)字節(jié)時(shí)，該數(shù)據(jù)包內(nèi)容將根據(jù)實(shí)際需要?jiǎng)討B(tài)填列空格字符；第N個(gè)字節(jié)用來(lái)填列數(shù)據(jù)包類型標(biāo)志，數(shù)據(jù)包的類型分為4種，普通數(shù)據(jù)包、結(jié)束數(shù)據(jù)包、末號(hào)數(shù)據(jù)包和對(duì)時(shí)數(shù)據(jù)包。

5.1.2 收發(fā)信息

收發(fā)信息由5個(gè)部分組成，即本地冠字流水、發(fā)送方冠字流水、水情編碼信息、入網(wǎng)時(shí)間、轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)和收到時(shí)間。

5.1.3 對(duì)時(shí)數(shù)據(jù)

對(duì)時(shí)數(shù)據(jù)是用來(lái)同步發(fā)送方和接收方的及其時(shí)間，請(qǐng)求對(duì)時(shí)方發(fā)送時(shí)機(jī)器時(shí)間格式為：yyyy/mm/dd_hh:nn:ss.ddd，其中：yyyy為年份，mm為月份，dd為日期，hh為小時(shí)，nn為分鐘，ss為秒，ddd為毫秒。年采用4位表示法，月、日、時(shí)、分和秒固定按2位填列，如果只有一位，在前面填充“0”，毫秒按3位填列，如果不夠3位，在前面填充“0”。

被請(qǐng)求對(duì)時(shí)方回送時(shí)機(jī)器時(shí)間格式為：yyyy/mm/dd_hh:nn: ss.ddd。

式中：yyyy為年份，mm為月份，dd為日期，hh為小時(shí)，nn為分鐘，ss為秒，ddd為毫秒。年采用4位表示法，月、日、時(shí)、分和秒固定按2位填列，如果只有1位，在前面填充“0”，毫秒按3位填列，如果不夠3位，在前面填充“0”。

請(qǐng)求對(duì)時(shí)方發(fā)送時(shí)機(jī)器時(shí)間和被請(qǐng)求對(duì)時(shí)方回送時(shí)機(jī)器時(shí)間之間填列一空格字符。

5.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸

5.2.1 應(yīng)答

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的應(yīng)答有2個(gè)，一個(gè)是確認(rèn)應(yīng)答，另一個(gè)是否認(rèn)應(yīng)答。當(dāng)接收方認(rèn)為正確地接收到發(fā)方送來(lái)的數(shù)據(jù)后，接收方必須向發(fā)送方回送確認(rèn)應(yīng)答，確認(rèn)應(yīng)答為ASCII碼為6的字符。當(dāng)接收方認(rèn)為錯(cuò)誤地接收到發(fā)方送來(lái)的數(shù)據(jù)后，接收方必須向發(fā)送方回送否認(rèn)應(yīng)答，確認(rèn)應(yīng)答為ASCII碼為21的字符。

5.2.2 建立連接

進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)水情交換的發(fā)送方和接收方進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之前首先要建立通信連接，在它們之間建立一條通信的虛電路。

5.2.3 發(fā)送數(shù)據(jù)

發(fā)送方和接收方之間在網(wǎng)絡(luò)連接成功之后，開(kāi)始交換實(shí)時(shí)水情信息，發(fā)送方除第一個(gè)數(shù)據(jù)包之外，發(fā)送方只有收到接收方的確認(rèn)之后，才發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)包，發(fā)送數(shù)據(jù)的流程如圖1。

圖1 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)流程示意圖

發(fā)送方在發(fā)送對(duì)時(shí)數(shù)據(jù)包后，等待接收回送的對(duì)時(shí)數(shù)據(jù)包，接收方收到對(duì)時(shí)數(shù)據(jù)包后，立即填列本機(jī)時(shí)間并回送給發(fā)送方，發(fā)送方按照接收的時(shí)間同步本機(jī)時(shí)鐘。

5.2.4 結(jié)束通信

當(dāng)發(fā)送方成功收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)包的確認(rèn)以后，啟動(dòng)結(jié)束通信進(jìn)程，首先由發(fā)送方關(guān)閉通信連接，結(jié)束通信過(guò)程如圖2。

圖2 結(jié)束網(wǎng)絡(luò)通信示意圖

5.3 各系統(tǒng)之間的關(guān)系

5.3.1 水情信息接收系統(tǒng)

水情分中心通過(guò)該系統(tǒng)接收所屬測(cè)站通過(guò)不同信道傳輸?shù)膶?shí)時(shí)水情信息，按照規(guī)劃的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行保存，是水情信息處理系統(tǒng)的輸入。

5.3.2 信息處理系統(tǒng)

對(duì)水情信息接收系統(tǒng)接收的實(shí)時(shí)水情信息進(jìn)行分類處理和整合，進(jìn)行解碼、排錯(cuò)、轉(zhuǎn)換、入庫(kù)，是水情分中心實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫(kù)的最主要的輸入。

5.3.3 信息編碼系統(tǒng)

以水情分中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，按照各測(cè)站的報(bào)汛任務(wù)書(shū)，按照水情信息編碼標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信息編碼。編碼后的信息存入轉(zhuǎn)發(fā)隊(duì)列，由信息傳輸系統(tǒng)將其向其它節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。

5.3.4 信息傳輸系統(tǒng)

完成報(bào)文信息從水情分中心到遼寧省水情中心的傳輸工作。在這些系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)是其核心，以數(shù)據(jù)為中心，各個(gè)系統(tǒng)之間可以進(jìn)行信息交換。

［1］肖堅(jiān)，陸存樂(lè).水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中的無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)［J］.水利水電技術(shù)，2008（10）.

［2］孫娟，張雙翼.現(xiàn)代信息技術(shù)在水文領(lǐng)域中的應(yīng)用分析［J］.科技資訊，2011（36）.

［3］展培堯.南水北調(diào)東線工程山東段調(diào)度運(yùn)行水情監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)［D］.山東大學(xué)，2014.

［4］中小河流山洪監(jiān)測(cè)與預(yù)警預(yù)測(cè)技術(shù)研究［M］.北京：科學(xué)出版社，水利部水利信息中心，2010.

［5］趙太平，費(fèi)如君，趙志宏.水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在水電工程中的應(yīng)用［J］.水力發(fā)電，2013（07）.

TP311.13

B

1673-8853（2017）03-0038-02

2017-01-16

編輯：劉長(zhǎng)垠 邢博輝

王姝（1973-），女，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事水文情報(bào)、預(yù)報(bào)、水文水資源研究。