實時水情數(shù)據(jù)庫的建設(shè)及應(yīng)用

□王姝（遼寧省盤錦水文局）

實時水情數(shù)據(jù)庫的建設(shè)及應(yīng)用

□王姝（遼寧省盤錦水文局）

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

水情；數(shù)據(jù)庫；建設(shè)；應(yīng)用

1 實時水情數(shù)據(jù)庫建設(shè)內(nèi)容

按照水利部關(guān)于實時水情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)的設(shè)計，實時水情數(shù)據(jù)庫內(nèi)容包括：降水、蒸發(fā)、河道、水庫、閘壩、泵站、潮汐、沙情、冰情、地下水、墑情、特殊水情、水文預(yù)報等13大類實時雨水情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)。

2 實時水情數(shù)據(jù)庫運行環(huán)境

實時數(shù)據(jù)庫是洪水預(yù)報以及調(diào)度決策的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，要求其必須穩(wěn)定、可靠，需要配置高性能的服務(wù)器作為其運行平臺。

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

實時水情數(shù)據(jù)庫必須進行雙機備份，同時定期進行數(shù)據(jù)庫的備份工作，確保數(shù)據(jù)庫的運行正常。

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)庫中；進行數(shù)據(jù)查錯，剔除錯誤數(shù)據(jù)；對原始數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行再處理，生成時段數(shù)據(jù)存入實時數(shù)據(jù)庫中；自動按照水位流量關(guān)系查算流量；提供用戶管理功能，不同的用戶對系統(tǒng)具有不同的訪問權(quán)限；提供系統(tǒng)參數(shù)管理功能，對保障系統(tǒng)運行的基本參數(shù)進行維護；提供數(shù)據(jù)維護功能，可以對系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)、時段數(shù)據(jù)進行維護，同時提供測站或傳輸線路出現(xiàn)故障時的人工錄入功能；提供信息檢索查詢功能。提供水情報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

針對每個測站的實際情況設(shè)置其拍報項目、報汛段次等信息。

4.2 水情信息自動編碼

按照拍報項目和報汛段次，系統(tǒng)自動從數(shù)據(jù)庫中提取相關(guān)要素，自動編碼時段雨量、日雨量、旬月雨量；實時水位、流量；實測水位流量、墑情等報文，水情信息編碼由系統(tǒng)在后臺自動完成。

4.3 水情信息人工編碼

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

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)包用來封裝需要交換的數(shù)據(jù)，在不同計算機之間進行交換，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)包長度為N個字節(jié)，6≤N≤1 024。

數(shù)據(jù)包的第1～4個字節(jié)用來填列發(fā)送方計算機的IP地址，供接收方進行信息傳輸?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)地址表中沒有，接收方就認為本次傳輸?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，認為傳輸?shù)男畔⑹呛戏ǖ?，繼續(xù)進行信息傳輸。第5～N-1個字節(jié)用來填列需要交換的數(shù)據(jù)。一般情況下，順序填列若干收發(fā)信息，也有可能是單個收發(fā)信息或單個收發(fā)信息的一部分，以及它們的組合。當(dāng)實際需要傳輸?shù)膬?nèi)容＞N-5個字節(jié)時，傳輸?shù)膬?nèi)容被分成若干個數(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個字節(jié)，或最后剩余的內(nèi)容不足N-5個字節(jié)時，該數(shù)據(jù)包內(nèi)容將根據(jù)實際需要動態(tài)填列空格字符；第N個字節(jié)用來填列數(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、末號數(shù)據(jù)包和對時數(shù)據(jù)包。

5.1.2 收發(fā)信息

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

5.1.3 對時數(shù)據(jù)

對時數(shù)據(jù)是用來同步發(fā)送方和接收方的及其時間，請求對時方發(fā)送時機器時間格式為：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，nn為分鐘，ss為秒，ddd為毫秒。年采用4位表示法，月、日、時、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”。

被請求對時方回送時機器時間格式為：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，nn為分鐘，ss為秒，ddd為毫秒。年采用4位表示法，月、日、時、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”。

請求對時方發(fā)送時機器時間和被請求對時方回送時機器時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)傳輸過程中的應(yīng)答有2個，一個是確認應(yīng)答，另一個是否認應(yīng)答。當(dāng)接收方認為正確地接收到發(fā)方送來的數(shù)據(jù)后，接收方必須向發(fā)送方回送確認應(yīng)答，確認應(yīng)答為ASCII碼為6的字符。當(dāng)接收方認為錯誤地接收到發(fā)方送來的數(shù)據(jù)后，接收方必須向發(fā)送方回送否認應(yīng)答，確認應(yīng)答為ASCII碼為21的字符。

5.2.2 建立連接

進行網(wǎng)絡(luò)水情交換的發(fā)送方和接收方進行數(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，開始交換實時水情信息，發(fā)送方除第一個數(shù)據(jù)包之外，發(fā)送方只有收到接收方的確認之后，才發(fā)送下一個數(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)送對時數(shù)據(jù)包后，等待接收回送的對時數(shù)據(jù)包，接收方收到對時數(shù)據(jù)包后，立即填列本機時間并回送給發(fā)送方，發(fā)送方按照接收的時間同步本機時鐘。

5.2.4 結(jié)束通信

當(dāng)發(fā)送方成功收到最后一個數(shù)據(jù)包的確認以后，啟動結(jié)束通信進程，首先由發(fā)送方關(guān)閉通信連接，結(jié)束通信過程如圖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)

水情分中心通過該系統(tǒng)接收所屬測站通過不同信道傳輸?shù)膶崟r水情信息，按照規(guī)劃的數(shù)據(jù)格式進行保存，是水情信息處理系統(tǒng)的輸入。

5.3.2 信息處理系統(tǒng)

對水情信息接收系統(tǒng)接收的實時水情信息進行分類處理和整合，進行解碼、排錯、轉(zhuǎn)換、入庫，是水情分中心實時水情數(shù)據(jù)庫的最主要的輸入。

5.3.3 信息編碼系統(tǒng)

以水情分中心實時數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，按照各測站的報汛任務(wù)書，按照水情信息編碼標(biāo)準(zhǔn)進行信息編碼。編碼后的信息存入轉(zhuǎn)發(fā)隊列，由信息傳輸系統(tǒng)將其向其它節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)。

5.3.4 信息傳輸系統(tǒng)

完成報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，計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫是其核心，以數(shù)據(jù)為中心，各個系統(tǒng)之間可以進行信息交換。

［1］肖堅，陸存樂.水資源實時監(jiān)控系統(tǒng)中的無線數(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)度運行水情監(jiān)測與管理系統(tǒng)分析與設(shè)計［D］.山東大學(xué)，2014.

［4］中小河流山洪監(jiān)測與預(yù)警預(yù)測技術(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，費如君，趙志宏.水情自動測報系統(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：劉長垠 邢博輝

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