面向水文巡測(cè)的智能管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

崔忠偉，羅健瑞，桑海偉，曾 俊，張 健，夏錦林

（1.貴州師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與大數(shù)據(jù)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550018；2.貴州省黔南自治州水文水資源局，貴州 都勻 558099）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)水文信息化工作取得了跨越式發(fā)展，水文巡測(cè)方式[1]已經(jīng)由傳統(tǒng)的駐測(cè)方式升級(jí)為巡測(cè)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)方式，為涉水事務(wù)處理提供有力支撐。但對(duì)照新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的新內(nèi)涵和新要求[2,3]，現(xiàn)有水文信息化工作還存在不足之處。以貴州省黔南布依族苗族自治州為例，當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題包括：一是先對(duì)水文巡測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集后返回?cái)?shù)據(jù)中心進(jìn)行校對(duì)的這種傳統(tǒng)方式費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，且數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；二是水文設(shè)施設(shè)備巡檢仍采用人工巡檢、紙質(zhì)記錄，智能化管理程度較低；三是實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)沒(méi)有統(tǒng)一管理，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、可視化展示[4]、智能分析及決策；四是水文信息公眾服務(wù)及科普平臺(tái)的缺失，不利于提升公眾對(duì)水文設(shè)施的保護(hù)意識(shí)和防洪意識(shí)。

綜上，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了面向水文巡測(cè)的智能管控系統(tǒng)，借助該系統(tǒng)提高水文信息化工作的智能化程度，對(duì)于水文巡測(cè)工作發(fā)展具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

面向水文巡測(cè)的智能管控系統(tǒng)的功能架構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)由四個(gè)子系統(tǒng)和系統(tǒng)設(shè)置組成，其中四個(gè)子系統(tǒng)包括：巡測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集上傳及智能判定子系統(tǒng)、水文設(shè)施設(shè)備巡檢智能管理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)可視化展示子系統(tǒng)和水文信息公眾服務(wù)及科普子系統(tǒng)。

圖1 面向水文巡測(cè)的智能管控系統(tǒng)功能架構(gòu)

1.1 巡測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集上傳及智能判定子系統(tǒng)

巡測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集上傳及智能判定子系統(tǒng)用于解決現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)、返回?cái)?shù)據(jù)中心校對(duì)數(shù)據(jù)這一傳統(tǒng)工作方式下存在的低效率問(wèn)題。該子系統(tǒng)分為移動(dòng)微信端[5]和后臺(tái)管理端，前者通過(guò)微信小程序?qū)崿F(xiàn)巡測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、上傳、智能判定及反饋、入庫(kù)等，后者則實(shí)現(xiàn)巡測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。該子系統(tǒng)包含如下模塊：

（1）水位流量模塊：實(shí)現(xiàn)水位流量數(shù)據(jù)采集、水位流量曲線繪制。

（2）測(cè)站管理模塊：負(fù)責(zé)測(cè)站基本信息的管理。

（3）水庫(kù)水情模塊：實(shí)現(xiàn)水庫(kù)水情數(shù)據(jù)管理、水庫(kù)測(cè)站分配、庫(kù)站汛限水位表設(shè)置、水庫(kù)測(cè)試站水位曲線繪制。

（4）降雨量模塊：負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)降雨量分析、測(cè)站分組管理。

（5）河道水情模塊：完成河道水情數(shù)據(jù)管理、河道防洪指標(biāo)設(shè)置、河道測(cè)站分配、河道測(cè)站水位曲線繪制。

（6）數(shù)據(jù)智能判定模塊：實(shí)現(xiàn)對(duì)巡測(cè)數(shù)據(jù)正確性的智能判定。例如，將實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至系統(tǒng)，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)與綜合水位流量關(guān)系模型進(jìn)行誤差分析以判定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并給出錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的處理措施。

（7）告警模塊：負(fù)責(zé)水庫(kù)汛限預(yù)警、河道水情告警、降雨量告警。

1.2 水文設(shè)施設(shè)備巡檢智能管理子系統(tǒng)

傳統(tǒng)水文設(shè)施設(shè)備巡檢方式為人工巡檢、紙質(zhì)記錄，存在規(guī)范化程度不高、實(shí)時(shí)性不強(qiáng)、匯總統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確等問(wèn)題。水文設(shè)施設(shè)備巡檢智能管理子系統(tǒng)可有效解決這些問(wèn)題，該系統(tǒng)主要功能如下：

（1）設(shè)備信息管理模塊：實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息的管理，包括：設(shè)備ID、設(shè)備名稱(chēng)、供應(yīng)商、設(shè)備型號(hào)、設(shè)備參數(shù)、設(shè)備零配件、設(shè)備所屬站點(diǎn)及位置等。

（2）設(shè)備巡檢管理模塊：實(shí)現(xiàn)設(shè)備巡檢工作的任務(wù)指派，包括：設(shè)備ID、設(shè)備名稱(chēng)、設(shè)備所屬站點(diǎn)及位置、巡檢人員、巡檢時(shí)間等。

（3）設(shè)備維修記錄模塊：記錄巡檢出的設(shè)備故障信息，包括：設(shè)備ID、設(shè)備名稱(chēng)、設(shè)備所屬站點(diǎn)及位置、是否存在故障、故障登記、故障登記時(shí)間、巡檢記錄人、設(shè)備維修登記等。

該子系統(tǒng)分為設(shè)備巡檢后臺(tái)管理端和移動(dòng)微信端，前者負(fù)責(zé)設(shè)備信息管理、設(shè)備巡檢管理、存儲(chǔ)設(shè)備維修記錄，后者實(shí)現(xiàn)設(shè)備維修的登記及相關(guān)信息上傳。

1.3 實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)可視化展示子系統(tǒng)

實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)可視化展示子系統(tǒng)用于存儲(chǔ)、匯總各種雨水情數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各種雨水情數(shù)據(jù)的可視化展示，包括：降雨量GIS 展示、水庫(kù)水情GIS 展示、河道水情GIS 展示、水位流量GIS 展示、設(shè)施設(shè)備GIS 展示。此外，該子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各種雨水情數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，借助數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析模塊可以有效輔助決策。

1.4 水文信息公眾服務(wù)及科普子系統(tǒng)

水文信息公眾服務(wù)及科普子系統(tǒng)通過(guò)圖文信息向公眾展示水文設(shè)施設(shè)備、測(cè)站安全狀況、洪水情況等水文信息，并與公眾進(jìn)行互動(dòng)，以提升公眾對(duì)水文設(shè)施設(shè)備的保護(hù)意識(shí)和防洪意識(shí)。

該子系統(tǒng)分為移動(dòng)微信端和后臺(tái)管理端，公眾借助移動(dòng)微信端掃描二維碼即可查看授權(quán)公開(kāi)的水文信息，并通過(guò)上傳圖文信息的方式，提出疑問(wèn)、建議和意見(jiàn)等；后臺(tái)管理端負(fù)責(zé)水文信息的管理、發(fā)布、反饋，具體功能模塊如下：

（1）水文信息管理模塊：負(fù)責(zé)信息添加、信息編輯、信息審核、附件管理、欄目管理等。

（2）頁(yè)面管理模塊：實(shí)現(xiàn)頁(yè)面模板管理、頁(yè)面模板綁定、生成頁(yè)面等。

（3）公眾信息反饋模塊：提醒系統(tǒng)管理人員對(duì)公眾上傳的信息進(jìn)行審核并及時(shí)回復(fù)。

1.5 系統(tǒng)設(shè)置

面向水文巡測(cè)的智能管控系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)置用于系統(tǒng)訪問(wèn)的監(jiān)控、系統(tǒng)個(gè)性化設(shè)置，以更好滿(mǎn)足用戶(hù)使用習(xí)慣等，具體功能模塊如下：

（1）系統(tǒng)訪問(wèn)監(jiān)控模塊：系統(tǒng)監(jiān)控管理、連接池監(jiān)視、日志查詢(xún)等。

（2）系統(tǒng)設(shè)置模塊：用戶(hù)管理、角色管理、機(jī)構(gòu)管理、區(qū)域管理、字典管理等。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為確保面向水文巡測(cè)的智能管控系統(tǒng)能運(yùn)行在各種主流操作系統(tǒng)之上，該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)采用B/S 架構(gòu)[6-10]，并采用分層模式以降低層間的耦合度，具體分層結(jié)構(gòu)為應(yīng)用層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層。其中，應(yīng)用層包含前述的四個(gè)子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)具體業(yè)務(wù)邏輯的處理；服務(wù)層提供如雨水情數(shù)據(jù)接口服務(wù)、水文設(shè)施設(shè)備數(shù)據(jù)接口服務(wù)、GIS 接口服務(wù)等；數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)和訪問(wèn)，將存儲(chǔ)于各子數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種雨水情數(shù)據(jù)、水文設(shè)施設(shè)備數(shù)據(jù)等統(tǒng)一匯總到已建立的主數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)

基于B/S 架構(gòu)的面向水文巡測(cè)的智能管控系統(tǒng)采用HTML5 和JavaScript 作為前端開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、Java 作為后臺(tái)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server。結(jié)合系統(tǒng)在易使用性、用戶(hù)可自定義頁(yè)面和權(quán)限、易維護(hù)性、可擴(kuò)展性、安全性等方面的需求，還引入了多種開(kāi)發(fā)框架。

如圖2所示，系統(tǒng)前端開(kāi)發(fā)框架主要采用jQuery 和Bootstrap 以?xún)?yōu)化頁(yè)面文檔操作、事件響應(yīng)及處理和交互。如圖3所示，系統(tǒng)后臺(tái)開(kāi)發(fā)框架主要采用Spring MVC、MyBatis 等框架，這些框架具有集成度高、易用性強(qiáng)、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，借助這些開(kāi)發(fā)框架，能快速地開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足功能和性能需求的系統(tǒng)。

圖2 系統(tǒng)采用的前端開(kāi)發(fā)框架

圖3 系統(tǒng)采用的后臺(tái)開(kāi)發(fā)框架

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)水文巡測(cè)面臨的巡測(cè)數(shù)據(jù)處理費(fèi)時(shí)費(fèi)力且不準(zhǔn)確、設(shè)施設(shè)備巡檢智能化管理程度較低、實(shí)時(shí)雨水情無(wú)法支撐智能分析及決策、公眾服務(wù)及科普系統(tǒng)缺失等問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于B/S 架構(gòu)的面向水文巡測(cè)的智能管控系統(tǒng)，該系統(tǒng)極大地提高了水文巡測(cè)的工作效率，提升了公眾對(duì)水文工作的認(rèn)知，有效促進(jìn)了貴州省黔南布依族苗族自治州水文信息化工作的推進(jìn)，為在貴州全省乃至全國(guó)進(jìn)行推廣提供了經(jīng)驗(yàn)和借鑒。