水文監測信息系統需求分析

謝世堯

(1．黑龍江大學 水利電力學院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江大學 寒區地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080)

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水文監測信息系統需求分析

謝世堯1,2

(1．黑龍江大學 水利電力學院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江大學 寒區地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080)

通過對水文監測信息系統的系統需求分析，給出了水文監測信息系統的用例圖分析、功能需求分析、性能需求分析和環境需求分析，并形成了水文監測信息系統的數據流圖，為水文信息系統的研發提供參考。

水文監測；水文信息；信息管理

水文信息是反映水量、水質和水溫等數據的載體，水文信息監測的全面程度直接反映了一個國家和地區的水文管理水平[1]。國內外都在水文監測方面進行了深入研究，試圖從數據中找尋規律，挖掘潛在的水文災害，以及由此引起的對人類生存的威脅[2]。由于我國境內河流流域較廣，河道環境復雜，因此給水文監測帶來了極大困難。尤其在汛期，傳統的水文監測方法耗費大量人力和物力，任務緊、難度大、經費不足、條件艱苦，使得水文信息的及時性和準確性難以得到保證。

在此背景下，研發一套具備遠程數據采集和集中分析處理的水文監測信息系統是十分必要的[3-5]。為更好地完成對河流的水文信息監測，需進行水文監測信息系統的開發，并要求系統具備遠程數據采集和集中分析的能力。本文僅從水文監測信息系統的需求分析方面來進行論述。

1　系統需求分析

本文設計的水文監測信息系統對水位、流量、流速等信息可進行全面采集，系統需求分析主要對象為黑龍江省內包括黑龍江、松花江、烏蘇里江、嫩江、綏芬河、牡丹江、呼瑪河、遜河、結雅河和布列亞河等十余條主要河流和界河。

1.1用例圖分析

水文監測信息系統主要包括四類用戶和六個主要功能模塊，四類用戶分別是水文系統的管理員、水情科、站網科和主管領導，系統的主要功能模塊包括數據管理維護、數據收集、流量計算、附加功能、數學計算和水文工具，用例圖如圖1所示。其中主管領導主要關心水文員和統計員的各種數據采集和分析結果，根據這些采集和分析結果制定下一步工作重點，從而保證管理措施的針對性、正確性和科學性。

圖1　系統用例圖

1.2功能需求分析

通過對系統管理員、水情科、站網科和主管領導的調研和分析，確定開發的水文監測信息系統需要具備水文監測功能、流量計算功能、水文工具、數學計算、附加功能和使用幫助等主要模塊。其中水文監測功能由布置在主要河流的水文傳感器、供電設備和GPRS發射機等組成，能夠采集流速、渾濁度和含沙量等數據，并將其發送到數據收集服務器，該功能模塊主要由硬件組成。系統其他功能需求描述如下：

(1)流量計算功能。要求系統能夠根據中泓浮標法來的數據解析出監測目標的流量；能夠根據流速儀法計算監測對象流域的流量；能夠計算明渠流量等功能。

(2)水文工具模塊。要求具備計算水文頻率、面積包圍、三等測量和文本錄入等功能，能夠輔助水文員進行分析。

(3)數學計算功能模塊。為用戶提供數制轉換、角度轉換等功能，具備批量轉換能力，能完成二進制、十進制、十六進制和八進制之間的轉換，從而便于物理設備采集數據的直觀顯示。

(4)附加工具功能模塊。能夠為用戶提供計算器、記事本等功能，使得用戶能夠隨時進行各種算術計算和關鍵事項備忘。

(5)使用幫助功能模塊。用戶可以通過使用幫助模塊熟悉系統的各種操作，了解系統版本等情況。

1.3性能需求分析

水文監測信息系統對性能具有一定要求，包括數據敏感性能、數據傳輸性能、數據分析性能和數據處理性能等，這些性能直接影響這水文監測信息系統的使用效率[6]。對系統各性能指標的具體要求描述如下：

(1)數據敏感性能。主要衡量流速傳感器、渾濁度傳感器和溫度傳感器等敏感周期，系統要求各敏感器能夠24 h不間斷敏感水文數據，敏感周期在1 s以內，向數據收集中心發送數據的間隔在1 min～24 h間可調。

(2)數據傳輸性能。系統能夠將敏感的數據通過GPRS方式傳送到數據收集服務器，數據傳輸速率1 kbps。

(3)數據分析性能。系統能夠在2 h內完成重點河道水文數據的統計分析和整理。

(4)數據處理性能。系統能夠進行海量數據的存儲、分析和處理能力，數據量1000 TB以上。

1.4環境需求分析

系統從物理層面看由三個物理層次組成，分別是水文監測設備、服務器和用戶終端，每層都有其獨有的運行環境，具體環境需求如下：

(1)水文監測設備運行環境。水文監測設備布置于河流中，運行溫度-40～50 ℃，供電電壓12 V。

(2)系統運行環境。系統采用C/S架構，Server端包含多臺服務器，分別處理用戶的不同請求；客戶端采用IBM PC機或按照TCP/IP協議接入的其他終端設備。

(3)服務器運行環境。服務器運行溫度10～20 ℃之間，相對濕度30%，通風良好；客戶請求處理服務器配置：處理器2.0 GHz以上，內存帶ECC模塊16 GB以上，硬盤1000 TB以上；數據收集服務器除具備同樣的CPU和內存配置外，硬盤1000 TB以上，以保證長期水文數據的收集和存取。

(4)客戶端運行環境。客戶端采用512 MB以上內存，64 GB以上硬盤。客戶端軟件配置：Windows xp或Windows 7及以上版本。

2　數據流

2.1系統頂層數據流

系統的頂層數據流圖如圖2所示，從圖2可以看出水文監測信息系統是連接水文監測設備和管理部門的橋梁和紐帶，系統從物理設備采集數據，然后將數據經過萃取和分析，最后將重要數據向管理部門或主管領導發布，為其進行管理決策提供數據支持。

圖2　系統頂層數據流圖

2.2第0層數據流

第0層數據流圖如圖3所示，水文數據經過預處理后過濾掉重復或變化率較小的數據，然后將用戶關心的數據或異常數據送到水文監測信息處理模塊，通過數據處理，對有用數據進行水文統計，并將統計結果向管理部門發布。期間產生兩個數據表，分別是水文信息表D1和統計信息表D2，這兩個信息表存儲于服務器。

圖3　第0層數據流圖

2.3用戶檢索水文信息數據流

用戶可通過水文數據管理系統終端檢索到水文數據，但需要用戶首先正確登錄系統，并按照制定格式提交查詢命令。為保證用戶操作的可追溯性，將用戶檢索的信息存儲到臨時數據表中[7]。系統需要用戶正確登陸后才能訪問服務器數據，最大限度保證數據訪問的安全性。系統最后將用戶檢索的水文數據通過人機界面反饋給查詢用戶。

圖4　用戶檢索水文信息數據流圖

2.4水文分析數據流

用戶對水文數據的統計和分析首先以水文數據作為輸入，然后利用統計分析算法，完成對用戶關心的水文數據的統計和分析，并將結果存入統計結果表中，如用戶需要對其他數據進行統計分析，則轉回統計分析入口；如需對當前統計分析結果進行復合確認，則系統轉入符合模塊[8-9]。符合通過后系統將用戶的統計信息進行存儲。

圖5　水文分析數據流圖

2.5部門決策數據流

水文監測信息系統的部門決策需要較為嚴格的用戶權限審核，決策以水文動態為數據，并根據輸入的用戶名和密碼進行用戶信息的驗證，驗證通過后決策管理模塊進行主管領導的政策制定。

圖6　部門決策數據流程

2.6水文數據上報數據流

本文設計的水文監測信息系統能夠將本站統計分析和決策結果進行上報，上報上級主管部門審核和批復，并將處理結果以文件形式向各觀測站進行下發。整個處理數據流程如圖7所示，其中每個操作步驟都需要形成數據表，保存到數據庫中，使決策過程可追溯。下發的處理單需要下級部門確認接收，接收時需要數據用戶名和密碼，作為系統追溯責任人的依據。系統將根據用戶的水文管理政策執行情況，形成文件表。

圖7　水文數據上報數據流圖

3　結　論

需求分析作為軟件工程中連接目標系統和用戶的重要環節，是軟件工程的重要階段。系統需求分析主要通過對目標用戶的訪談和調研等形式，完成對用戶的需求分析和整理工作，重點關注用戶對系統的功能、性能和運行環境等的需求，并以數據流圖的形式理解用戶的開發意圖。通過反復溝通和調研的方式，最大限度地保證目標系統能實現用戶期望功能。本文從功能、性能、環境等方面對水文監測信息系統進行了需求分析，為水文監測信息系統的研發提供支持。

[1]舒大興．水文信息系統現代化研究——水文信息采集、傳輸、處理及應用[D]．南京：河海大學，2005．

[2]王君.水文信息管理系統的設計[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學，2010．

[3]謝世饒.黑龍江水文檢測信息管理系統設計與實現[D].北京：北京郵電大學，2012.

[4]吳偉偉.晉中地下水自動監測及控制的現狀與研究[J].山西水利科技,2008(4)：81-83．

[5]白辰曦.山西省水文信息監測管理系統的設計與開發[D].太原：太原理工大學,2010．

[6]中華人民共和國水利部.水文自動測報系統技術規范：SL 61-2015[S].北京:中國水利水電出版社出版,2003．

[7]孟祥錦.水情測報系統數據采集和傳輸的設計及研發[D].成都：四川大學,2006.

[8]韓金山,舒大興.灌區水位測量系統研究[J].水利水文自動化,2003(3)：16-18．

[9]許卓寧,于樹利,唐曉娟.渠道量測水技術研究與應用[J].水利天地，2015(2)：23-25．

Requirement analysis of hydrographic monitoring information system

XIE Shiyao

(1.SchoolofHydraulic&Electric-power,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China；2.InstituteofGroundwaterincoldregion,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China)

In the paper,through analysis of hydrographic monitoring information system,use case diagram analysis、function requirement analysis、performance requirement analysis and environment requirement analysis of hydrographic monitoring information system were given,and data flow diagram was formed through analysis,the result could provide reference for research and development of hydrographic monitoring information system.

hydrographic monitoring；hydrographic information；information management

水利部公益性行業專題經費項目(201301096-03)；黑龍江省水利廳項目(201317)；黑龍江省水文局項目 (2014230101000411)

謝世堯(1982-)，男，工程師，主要從事水文試驗即水文自動化研究。

TP391

A

2096-0506(2016)03-0004-05