韋賢彬

（云南省水文水資源局，云南 昆明 650106）

0 引言

水文信息化是指利用先進(jìn)的計算機(jī)通信技術(shù)，對水文信息進(jìn)行詳細(xì)分析，以此實現(xiàn)對水文水資源的深入研究[1]。在“十一五”和“十二五”期間，國家、省、市信息化應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用，使得水文信息化有了一定基礎(chǔ)，為水文信息監(jiān)測、業(yè)務(wù)應(yīng)用和管理決策帶來了極大的便利[2]。目前，水文發(fā)展面臨如何適應(yīng)新形勢發(fā)展需要，更好地滿足各方需求，走出一條水文事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展之路，樹立水文服務(wù)社會的發(fā)展理念，推進(jìn)水文工作從側(cè)重局部建設(shè)向注重整體發(fā)展轉(zhuǎn)變，從技術(shù)導(dǎo)向型向服務(wù)導(dǎo)向型轉(zhuǎn)變，從數(shù)據(jù)服務(wù)型向成果服務(wù)型轉(zhuǎn)變，從行業(yè)水文向社會水文轉(zhuǎn)變等現(xiàn)實的問題[3]。

水文數(shù)據(jù)是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)支撐和信息資源[4]，基于水文資料整編工作，加強(qiáng)水文數(shù)據(jù)的應(yīng)用和共享，可提升實時水文信息的處理和分析能力，為各級防汛抗旱部門的決策工作提供及時可靠的技術(shù)支撐。水文資料整編工作是水文工作中重要的一部分，傳統(tǒng)水文資料整編是人工統(tǒng)計、儲存、匯編、審核、刊印或分析所有水文觀測獲得的原始資料，并采用標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)的方式匯總所有的水文資料[5]。

隨著科技的日益發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸改變了傳統(tǒng)的水文工作模式，信息技術(shù)支撐水文事業(yè)新跨越、新發(fā)展的作用越來越明顯，需要不斷促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)水文工作的深度融合，為此設(shè)計并應(yīng)用水文資料在線整編系統(tǒng)，實現(xiàn)基于“互聯(lián)網(wǎng) +”的水文資料在線整編。

1 傳統(tǒng)整編工作現(xiàn)狀及問題

近年來，國家加大了對水文的投入[6]，基本實現(xiàn)了中小河流水文站網(wǎng)的全覆蓋，水文測站大幅增加，監(jiān)測和運行維護(hù)管理任務(wù)異常繁重，監(jiān)測資料整編任務(wù)重，所需人力資源急速增加，監(jiān)測數(shù)據(jù)不能及時分析應(yīng)用，傳統(tǒng)水文資料整編系統(tǒng)已經(jīng)無法充分滿足日常資料整編工作，在效率和用戶體驗性上有待提高。以云南省為例，目前云南省水文局已有數(shù)據(jù)合理性檢驗軟件、水文資料測驗應(yīng)用和整編系統(tǒng)（整編系統(tǒng)又稱南方片系統(tǒng)），在一定程度上解決了數(shù)據(jù)資料整編的部分問題，但考慮到資料整編工作的復(fù)雜性、數(shù)據(jù)檢查工作的反復(fù)性、整編人員的經(jīng)驗性等問題，依舊面臨以下3個問題：

1）傳統(tǒng)數(shù)據(jù)整編過程復(fù)雜，費時費工；

2）傳統(tǒng)整編基本是當(dāng)年測驗完成后，第2年開展整編工作，時效性差，不能滿足當(dāng)今日益緊迫的工作需求；

3）數(shù)據(jù)成果應(yīng)用性較低，未能充分發(fā)揮數(shù)據(jù)應(yīng)有的使用效果。

2 水文資料在線整編系統(tǒng)設(shè)計思路

針對傳統(tǒng)整編工作存在的問題，云南省水文水資源局基于已有水文資料整編系統(tǒng)，設(shè)置水文資料在線整編試點單位，積極推進(jìn)水文資料在線整編工作。

水文資料在線整編系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：

1）基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺，實現(xiàn)所有遙測數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、入庫、存儲、展示，對傳輸?shù)狡脚_的水文各要素的數(shù)據(jù)，具有人工和自動合理性分析糾錯功能，將合理性分析糾錯后的數(shù)據(jù)分別入庫；

2）對各水文要素提供在線實時分析計算整編與審查管理等處理功能；

3）對不同用戶提供不同需求類型的水文服務(wù)產(chǎn)品的輸出功能（電子、紙質(zhì)、手機(jī) App 服務(wù)等產(chǎn)品）。

3 水文資料在線整編系統(tǒng)建設(shè)要點

3.1 統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺建設(shè)

過去受信息化建設(shè)條件限制，信息化建設(shè)過程中沒有確立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集傳輸標(biāo)準(zhǔn)，由不同廠商建設(shè)的站點有不同的數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，造成數(shù)據(jù)采集維護(hù)困難，站點數(shù)據(jù)與具體業(yè)務(wù)處理緊密綁定，服務(wù)目標(biāo)單一，形成了成果與信息共享和交換的重要障礙，給日常工作帶來嚴(yán)重影響，水文信息化發(fā)展受限。因此，在遙測體系基礎(chǔ)上，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺，形成一個從數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理到存儲一體化的流程。對新入的設(shè)備/廠家采用統(tǒng)一通信協(xié)議，舊的站點經(jīng)過更新?lián)Q代慢慢淘汰，最終實現(xiàn)站點數(shù)據(jù)完全接入該采集平臺，實現(xiàn)所有遙測數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、入庫、存儲、展示。

在統(tǒng)一的水文、水資源、水質(zhì)傳輸規(guī)約上建立一套數(shù)據(jù)采集平臺，實現(xiàn)水文、水資源、水質(zhì)等信息數(shù)據(jù)的傳輸和管理。通過建設(shè)統(tǒng)一傳輸規(guī)約，可以將水文、水資源、水質(zhì)的數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行統(tǒng)一，這樣可節(jié)約成本，也為后期的維護(hù)和擴(kuò)展提供方便。水文資料在線整編系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計數(shù)據(jù)接收和解碼進(jìn)庫軟件，實現(xiàn)在線監(jiān)測信息接收處理；對接收的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼、檢錯、處理、分類、超限判斷等一系列處理后，初步對數(shù)據(jù)的合理性進(jìn)行判斷，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析預(yù)處理及入庫。統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1 統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺數(shù)據(jù)處理流程

3.2 水文數(shù)據(jù)智能糾錯

水文資料在線整編系統(tǒng)對入庫的實時水文監(jiān)測數(shù)據(jù)提供智能糾錯功能，根據(jù)事先設(shè)定好的數(shù)據(jù)規(guī)則，對數(shù)據(jù)進(jìn)行異常檢測，并提供數(shù)據(jù)異常警報。用戶可基于直觀的數(shù)據(jù)過程線進(jìn)行數(shù)據(jù)糾錯維護(hù)，提高數(shù)據(jù)糾錯效率，同時后臺進(jìn)行糾錯行為記錄，形成數(shù)據(jù)維護(hù)日志，方便后期用戶進(jìn)行跟蹤管理。

1）數(shù)據(jù)入庫管理。提供數(shù)據(jù)錄入與管理界面，業(yè)務(wù)人員可人工輸入或從 Excel 文件導(dǎo)入實測數(shù)據(jù)，方便業(yè)務(wù)人員進(jìn)行水文數(shù)據(jù)入庫與管理、更新與應(yīng)用。實測數(shù)據(jù)包括流量、泥沙、水溫岸溫、蒸發(fā)等測驗資料，實時在線監(jiān)測數(shù)據(jù)直接由統(tǒng)一的水文數(shù)據(jù)采集平臺采集入庫。

2）數(shù)據(jù)規(guī)則設(shè)定。根據(jù)事先設(shè)定好的水文數(shù)據(jù)審查規(guī)則，對水文數(shù)據(jù)的完整性、實時性、合理性進(jìn)行驗證。通過人工設(shè)定的水雨情數(shù)據(jù)規(guī)則，及時對水雨情異常數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警顯示，如果要對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，可直接定位關(guān)聯(lián)到數(shù)據(jù)維護(hù)模塊。以雨情數(shù)據(jù)為例，假設(shè)在 15:00，15:10，15:20 收到的雨量值都為 0 mm，但如果在 15:30 收到的雨量值為35 mm，則系統(tǒng)會判斷該數(shù)據(jù)虛假，這可能是傳輸過程中信號或線路造成的，系統(tǒng)會對此數(shù)據(jù)做標(biāo)記，然后由人工修改當(dāng)時的雨量值。

3）數(shù)據(jù)異常檢測與警報。根據(jù)事先設(shè)定的規(guī)則，提供相應(yīng)的異常數(shù)據(jù)檢測機(jī)制對數(shù)據(jù)的合理性進(jìn)行檢查（包括異常和超限等數(shù)據(jù)合理性檢查）；可對特征數(shù)據(jù)值進(jìn)行判斷（包括雨量、水位、流速、流量等特征值判斷）；同時能夠根據(jù)時間和空間范圍對數(shù)據(jù)資料進(jìn)行范圍檢驗。當(dāng)水位、雨量、流量、水質(zhì)匯集數(shù)值超出站點自定義的閾值設(shè)定時，提供桌面和相關(guān)責(zé)任人短信警報，及時提醒相關(guān)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)糾錯維護(hù)。

4）數(shù)據(jù)糾錯管理。提供后臺預(yù)糾錯的數(shù)據(jù)查詢及人工交互糾錯的功能。用戶可基于直觀的數(shù)據(jù)過程線進(jìn)行數(shù)據(jù)糾錯維護(hù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)糾錯維護(hù)可視化。水文信息查詢展示系統(tǒng)數(shù)據(jù)糾錯服務(wù)不對原始數(shù)據(jù)庫內(nèi)容產(chǎn)生影響，提供相關(guān)權(quán)限人員對修改數(shù)據(jù)的審核功能。

5）維護(hù)日志查詢。通過日志的方式記錄數(shù)據(jù)發(fā)生異常和糾錯維護(hù)情況，并按照時間為檢索條件查看具體情況，方便數(shù)據(jù)糾錯維護(hù)，過程可追溯。

與傳統(tǒng)水文資料整編方式相比，在線整編系統(tǒng)的優(yōu)勢如下：改變以往1a 的數(shù)據(jù)匯總后再做整編的方式，采用人機(jī)交互的方式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時糾錯，及時保證信息源數(shù)據(jù)質(zhì)量；基于數(shù)據(jù)報錯預(yù)警規(guī)則，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動報錯，并能夠在日常的值班中及時分析，去除異常、不合理值，減少人工數(shù)據(jù)糾錯的工作量和難度。

3.3 在線分析計算整編

水文資料在線整編系統(tǒng)對各水文要素進(jìn)行在線實時分析計算整編與審查管理，技術(shù)上實現(xiàn)水位-流量關(guān)系單值化及計算機(jī)自動定線的處理。實現(xiàn)水文資料在線整編審查實驗，有效驗證現(xiàn)在推行的水文測驗整編改革的思路和方法。

1）考證管理。實現(xiàn)對考證成果的管理，內(nèi)容包括測站地點及所屬水系、流域特征、測驗河段特性、水準(zhǔn)基面、水準(zhǔn)點、水尺零點高程及其變動情況、地下水測井所測含水層的情況、各項目主要測驗儀器的型號、主要測驗方法等。

2）定線管理。提供定線管理功能，根據(jù)實測資料，選定合適的數(shù)學(xué)模型，率定適合測站特性的曲線，包括水位-流量、單樣含沙量與斷面平均含沙量、斷面平均流速（或流量）與推移質(zhì)輸沙率、水位-面積、水位-流速、水位-庫容等關(guān)系曲線。

采用可視化界面展示定線，選擇計算機(jī)定線方法，調(diào)整好有關(guān)參數(shù)，進(jìn)入定線界面。在顯示圖形界面時，數(shù)據(jù)庫內(nèi)相應(yīng)數(shù)據(jù)均已調(diào)入，用戶可選擇菜單調(diào)出水位、流量等資料，了解各種要素之間的關(guān)系，劃分定線時段，以便更準(zhǔn)確地選擇定線方法，如水位、流量、面積、流速綜合相關(guān)圖。

同時提供計算機(jī)自動定線功能，實現(xiàn)水位-流量關(guān)系曲線自動優(yōu)化率定，基于水位-流量關(guān)系曲線模型，采用智能算法，解決傳統(tǒng)手工定線的繁瑣、易錯、費時等問題。

3）合理性檢查。水文資料整編的合理性檢查是提高成果質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，可以消除資料錯誤，保障成果應(yīng)用價值。利用各種圖表檢驗整理成果是否符合水文要素的變化規(guī)律，對數(shù)據(jù)的合理性進(jìn)行分析，以便發(fā)現(xiàn)和處理差錯。

與傳統(tǒng)方式相比，采用多種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)合理性檢查，降低數(shù)據(jù)合理性檢查難度，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，具體包括：采用人工智能算法進(jìn)行優(yōu)化適線；自動計算經(jīng)驗頻率，支持多個考證期系列；采用多曲線模式，便于對比檢查成果；根據(jù)統(tǒng)計參數(shù)，設(shè)計頻率與設(shè)計值互查；采用頻率曲線多值批量互查。

4）水文成果整編。以 SL 247—2012《水文資料整編規(guī)范》為標(biāo)準(zhǔn)，對水文成果進(jìn)行整編，生成水文相關(guān)成果表，包括逐日平均水位表、流量表、懸移質(zhì)輸沙率表、含沙量表，以及洪水水文要素摘錄表、實測流量和大斷面成果表等，實現(xiàn)成果表信息快速導(dǎo)出打印功能。

3.4 水文信息服務(wù)產(chǎn)品介紹

水文資料在線整編系統(tǒng)提供水文數(shù)據(jù)查詢?yōu)g覽，以站名、站碼、時間為條件，進(jìn)行水文數(shù)據(jù)查詢，并以圖、表等形式展示水文實測數(shù)據(jù)。

同時提供水文數(shù)據(jù)多樣發(fā)布功能，對不同用戶提供不同類型的水文服務(wù)產(chǎn)品的輸出功能，包括電子、紙質(zhì)、手機(jī) App 服務(wù)等產(chǎn)品多種方式的發(fā)布。實現(xiàn)面向不同用戶和發(fā)布端的水文信息服務(wù)產(chǎn)品的高效便捷制作、管理、發(fā)布，提升水文信息產(chǎn)品服務(wù)能力。

與傳統(tǒng)模式相比，在線整編系統(tǒng)注重提高水文信息發(fā)布的及時性，并考慮針對不同的用戶提供不同精度的水文信息服務(wù)，滿足不同用戶使用要求，充分體現(xiàn)水文數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值。

3.5 用戶權(quán)限分配管理

涉及到更新數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的操作，需給予一定權(quán)限，水文資料在線整編系統(tǒng)可提供用戶權(quán)限分配管理功能。

4 水文資料在線整編系統(tǒng)應(yīng)用特點

云南省水文資料在線整編系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用后，與傳統(tǒng)水文資料整編方式相比，主要有以下特點：

1）實現(xiàn)實時整編輸出成果。區(qū)別于傳統(tǒng)水文資料整編需要在第2年才能開展整編工作，水文資料在線整編系統(tǒng)具有對傳輸?shù)狡脚_的各水文要素的數(shù)據(jù)進(jìn)行人工和自動合理性分析糾錯功能，以及對各水文要素進(jìn)行在線實時分析計算整編與審查管理等處理功能，實現(xiàn)實時整編輸出成果。

2）提高水文整編效率和質(zhì)量。水文資料在線整編系統(tǒng)采用計算機(jī)程序自動識別和人工值班值守相結(jié)合的方法實時排除異常值，減少人力資源投入，大大提高水文整編效率，同時提高資料整編精度和質(zhì)量。傳統(tǒng)方式需要幾個月才能做好的整編工作，通過水文資料在線整編系統(tǒng)，可在半個月內(nèi)完成。

3）基于“互聯(lián)網(wǎng) +”實現(xiàn)水文信息個性化服務(wù)。面向不同用戶的水文在線整編系統(tǒng)可及時、高效地提供多樣化的水文信息服務(wù)，提升水文數(shù)據(jù)利用率，讓水文數(shù)據(jù)的價值充分體現(xiàn)，實現(xiàn)水文信息服務(wù)社會。

5 結(jié)語

水文信息化建設(shè)作為現(xiàn)代水文工作的重中之重，是一個必不可缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[7]?，F(xiàn)代水文的發(fā)展，離不開思想觀念、體制、科技的創(chuàng)新，離不開信息技術(shù)的發(fā)展[8]。隨著我國四水問題的日益突出，各界對水文信息服務(wù)能力與水平要求越來越高，為此，提高水文資料整編精度，建設(shè)水文資料在線整編系統(tǒng)可以為水文改革工作的開展提供保障，也可為社會健康、穩(wěn)定發(fā)展提供科學(xué)的理論依據(jù)。云南省水文水資源局通過水文數(shù)據(jù)資料在線整編系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用，嘗試新的水文資料整編方式，可提高數(shù)據(jù)整編效率，加強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)的及時性，更突出水文數(shù)據(jù)價值。今后，可在此基礎(chǔ)上，重點對數(shù)據(jù)算法做優(yōu)化完善，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)編制精度和效率。

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