遼寧省水文站網綜合智能管理系統研發與應用

劉 丹

(遼寧省河庫管理服務中心(遼寧省水文局)，遼寧 沈陽 110003)

隨著水文站網監測體系的日益完善，水文監測站點、觀測項目和內容不斷增加，水文站網的基礎信息沒有進行計算機管理，如站網基本信息、測驗設施設備信息、各種項目的觀測或測驗方案、測站采用的各種計算系數(如流速系數，岸邊系數等等)情況、測站檔案資料等均沒有共享，不便于水文管理部門對水文監測的質量控制和特殊水情的測驗指導，同時影響對實測資料的加工和處理[1]。隨著遼寧省自動測報系統的建設實施，信息采集、傳輸的方式和信息量都發生了極大的變化，遙測到的水位、降水量及自動化測流的流量信息量巨大(按每6分鐘一個記錄，單項信息記錄達10萬多條)[2]。面對這種情況，必須解決資料整編前的數據傳輸、分揀、篩選、校對及檢索等信息處理問題，緩解由于信息量的突然增加導致人工處理數據的困難。流量、泥沙等測驗大多采用常規儀器，由人工記錄并輸入計算機通過互聯網將實時的測驗成果傳送至省中心服務器[3]。部分站采用了較為先進的測流設備和測沙設備，可形成數字化的成果，但數據還需人工上傳[4]。對于水文站網管理系統的研究近些年來取了一些成果[5-15]，但是還未進行集數據采集、站網管理和資料整編于一體的系統集成研究。為此本文對水文站網綜合管理集成技術進行研究并進行系統研發和應用。研究成果對于水文資料整編和水文站網管理工作，具有重要的推廣和運用價值。

1 系統總體架構

水文站網綜合管理系統基于Internet網絡的B/S模式，部署在省中心的應用服務器上，實現全省水文系統范圍內的水文站網綜合管理，系統的使用人員限定為全省水文系統的職工。系統的開發采用模塊化的設計方式，以確保在系統各功能模塊開發完成后，可以依據生產管理的流程選擇不同的模塊或組件進行組合，通過設置模塊的功能和模塊之間的關系滿足不同的管理需求，這樣有助于提高軟件的可靠性、可繼承性、可維護性和可擴充性。水文站網綜合管理系統采用模塊化設計，并遵循“自上而下”的整體設計方法和“自下而上”的實現方式，真正在系統的建設方面貫徹“整體規劃，分布實施”的原則，使得系統按照系統工程的特點分期、分批逐步建設和完善。系統總體架構如圖1所示。

圖1 水文站網綜合管理系統總體架構

2 水文監測數據全自動一體化處理

遼寧水文站網綜合管理系統采用后臺監聽技術完成水文監測的信息收集、檢查、分析、計算，成果與全國水文資料整編系統無縫對接并進行月報成果歸檔，實現了全自動一體化處理。自動處理的任務有監測信息收集、系列合理性檢查、成果分析計算、成果歸檔、成果改算等。這些自動完成的任務，必須以后臺運行的方式工作。

在后臺有一個專用的任務監聽處理進程，在系統啟動時自動啟動運行。監聽進程一方面按照系統安排的任務定時啟動子進程完成相應的工作；另一方面，根據各用戶的相應請求，處理相應的臨時任務。通過監聽了解是否有新的信息需要接收，及是否有具備處理條件的事務需要處理。當檢測到要處理的任務后，系統按每項事務即定流程完成自動處理。水文監測數據全自動一體化處理實現了相關水文資料的即時整編。

3 人工智能專家數據庫與在線審查

本系統將原始人工記錄電子化，將電子化信息處理成果進行規范化歸檔處理，通過這些處理過程將被審查資料上傳互聯網；為了使審查有序進行，系統根據審查作業流程進行控制。水文資料整編審查流程包括整編基本信息維護、審查資料上傳下載、資料審查會議組織、資料復審會議組織、參審站成果審查、資料錯誤查復、資料錯誤仲裁、審查資料綜合評定。通過上述作業流程，實現了在線審查，提高了水文資料整編的工作效率。

審查過程中數據類問題審查是審查專家面對的大難題，系統通過大量的合理性檢查功能，將歷年審查問題清單進行分類、梳理和歸檔，形成歷年水文人工智能專家數據庫，供審查專家參考、查找，同時，系統能夠對當年水文原始資料進行問題排查，提供問題清單，供審查專家進行問題審核，極大的提高了專家審查速度。

4 系統模塊

4.1 系統功能劃分

按水文站網管理、水文監測管理、設施設備管理、水文資料數據分析等分類，在每一類中將功能細化，并按純檢索型、信息維護型將功能分成檢索組、維護組。各功能模塊的劃分為初步劃分。

4.2 水文站網管理模塊

水文站網管理模塊功能包括現有站網信息、歷史站網信息、規劃站網信息、站網文檔資料信息和測站基礎資料信息的維護和檢索。

4.2.1現有站網信息維護和檢索

現有站網信息維護完成對現有水文水位站、降水蒸發站的信息維護，包括新增、修改、刪除測站信息等功能，對于現有站點有變遷時實現變遷信息的維護。現有站網信息檢索根據選定的測站，以表格的形式顯示測站信息，如圖2所示。可根據用戶選擇提供Excel表格形式的站信息表下載。

圖2 站網信息維護和檢索模塊

4.2.2歷史站網信息維護與檢索

歷史站網信息維護完成對歷史水文水位站、降水蒸發站的站信息維護；維護功能包括新增、修改、刪除站信息等功能。歷史站網信息檢索根據選定的測站，以表格的形式顯示測站信息，如圖3所示。可根據用戶選擇提供Excel表格形式的站信息表下載。

圖3 歷史站網信息維護與檢索

4.2.3站網文檔資料維護與檢索

保存與站網有關的文件及相關資料，供當前用戶所在部門及其下屬部門的所有用戶瀏覽下載，如圖4所示。用戶可選擇同級部門及上級部門共享入庫的文件及資料。所謂共享，指的是能檢索和下載相關的文件及資料。

圖4 站網文檔資料維護與檢索模塊

4.2.4測站基礎資料信息維護與檢索

全省的水文水位站都建有測站檔案。測站檔案的內容主要包括測站任務書、測站建站時的各種查勘及設計資料、各種測驗方案的審批成果、各種分析報告等。測站檔案另一部分內容應包括測站基礎設施建設的設計、施工等資料。本系統設計實現將測站檔案資料以圖文方式保存，供管理者查閱。測站基本情況檢索實現對測站相關信息的綜合檢索，用圖、表結合的方式展示給用戶各種測站信息，如圖5所示。

圖5 測站基礎資料信息維護與檢索模塊

4.3 水文監測管理模塊

水文監測管理模塊包括主要項目監測方式信息、水文水位站、降水蒸發站監測方案信息、應急監測預案信息、水文監測文檔資料信息的維護與檢索。

4.3.1主要項目監測方式信息維護與檢索

遼寧水文站網監測體系基本上以站網為單元進行水文監測工作。信息內容包括項目的監測時期、監測方式及信息記錄與傳輸方式等。以表格形式列出測區、水文水位站及降水蒸發站的各種主要監測項目，如圖6所示。

圖6 水文監測方式管理模塊

4.3.2水文水位站、降水蒸發站監測方案信息維護與檢索

水文水位站、降水蒸發站監測方案包括測站任務書、監測斷面布設及斷面相關圖片信息、測站水位級和洪水等級劃分、測站的測洪報汛方案等信息，如圖7所示。通過以上信息的維護，能向管理者提供測站的測驗任務、測站的監測場地布設及監測方案等。

圖7 水文監測方式管理模塊

4.3.4水文監測文檔資料信息的維護與檢索

保存與水文監測有關的文件及相關的資料，供當前用戶所在部門及其下屬部門的所有用戶瀏覽下載，如圖8所示。用戶在輸入與水文監測有關的文件及相關資料的過程中可選擇同級及上級部門共享入庫的文件及資料。所謂共享，指的是能檢索和下載相關的文件及資料。

圖8 水文監測文檔資料信息的維護與檢索模塊

4.4 水文資料數據分析模塊

水文資料數據分析模塊包括實時監測信息處理和水文資料整編管理，如圖9所示。實時監測信息處理包括信息收集、合理性檢查、分析計算；水文資料整編管理包括整編基本信息維護、審查資料上傳下載、資料審查會議組織、資料復審會議組織、參審站成果審查、資料錯誤查復、資料錯誤仲裁、審查資料綜合評定。

圖9 水文資料數據分析模塊

4.5 水文資料整編及成果審查

水文資料整編及成果審查的基本信息包括：統分參數約定信息、參審站觀測斷面信息、參審站降水管理關系信息、水文監測項目提交成果分類信息、水文水位站提交成果信息、降水蒸發站提交成果信息、市局提交成果信息、錯誤分類及扣分標準信息、測驗獎分記錄信息。

4.5.1數據組織

根據各種信息的差異，每類資料采用不同表結構描述，各表的名稱如下：統分參數約定表、參審站觀測斷面信息說明表、參審站降水管理關系表、水文監測項目成果分類說明表、水文水位站提交成果一覽表、降水蒸發站提交成果一覽表、市局提交成果一覽表、錯誤分類及扣分標準表、測驗獎分記錄表。

4.5.2設計要求

(1)評分參數：包括各部分質量分占單站質量分權重指標、等級分占單站總分權重指標、非基本站折算成基本站折算系數指標、等級評定指標、水文站單項權重指標、輔助觀測斷面單項權重指標、水位站單項權重指標、流量單項獎勵指標等，要求操作簡單。修改評分參數的相應項目后，與評分參數有關的各種信息要自動更新。功能的操作僅要求全省管理資料整編的一人有權限。

(2)評分標準：包括錯誤的類別、錯誤的名稱、扣分的數量等。該標準為市局審查和省中心復審的錯誤扣分標準，要求能隨時加入新的條款，修改相應的扣分信息，資料復審期間不能修改扣分標準，權限要求同評分參數。

(3)參審站點：從現有的水文水位站信息中導入參審站點表，添加參審站點作為資料審查的對象。信息維護權限同評分參數。

(4)測站提交成果：定義水文水位站、降水蒸發站可能提交的成果項目及項目的相關要求。要求信息能增加、修改和刪除，信息維護權限同評分參數。

(5)市局提交成果：定義市局根據測站的整編成果進行綜合統計和分析的資料項目，要求信息能增加、修改和刪除，信息維護權限同評分參數。

(6)輔助站維護：各市局在省中心定義的參審站基礎上，對有輔助觀測項目的站，加入輔助觀測站點及觀測的內容，對參審站信息作進一步補充。輔助站信息變動較多，要求系統有增加、修改及刪除功能。每個市局級用戶只能有一人有此權限。

(7)降蒸關系：遼寧省水文系統的測站編碼歷史上不是一站一碼。對本站的降水觀測項目采用另一個測站編碼表示，另外，一個參審站可能管理多個降水站，除本站降水為直接觀測外，其余站的降水委托他人觀測或看管，操作上有增加和刪除功能，每個市局級用戶只能有一人有此權限。

(8)測站提交成果：對每個參審站、參審站管理的每個輔助觀測站及每個降水站指定相應的提交成果清單。指定參審站管理的資料。審查資料時按此清單提交、審查。操作上要求有增加和刪除提交成果條目功能。每個市局級用戶只能有一人有此權限。

(9)測站測驗項目調整：水文測驗項目一般比較穩定，但由于站的性質調整或測驗方式改變，某些年有些項目需要調整。此功能實現測站測驗項目的微調。每個市局級用戶只能有一人有此權限。

5 結語

(1)考慮到水文監測數據的高度關聯性和海量性特征，采用后臺處理技術跟蹤處理，當發現某項水文要素發生變動，建議根據水文要素的時間和項目，自動分析受影響范圍，在確定范圍內逐一定位影響對象，對影響對象進行自動改算。

(2)建設站網綜合智能管理系統建議將水文監測信息庫表中的數據字段，通過設計檢索表，關聯到其他表中含有該字段的數據及與該數據相關的數據，從而實現跨表檢索和數據自動批量修改。

(3)水文站網綜合智能管理系統目前只涵蓋站網信息管理和水文監測數據處理層面，自動數據采集僅限于遙測水位、降水量及自動化測流的信息，如果能增加電子手簿徹底解決監測記錄信息及時傳輸問題，并增加在移動平臺上實時信息檢索和工作預警服務等模塊，將使系統的功能更加強大，服務更加全面。