水文資料人工測驗數據處理系統設計與應用

陳玉斌

（云南省水文水資源局紅河分局，云南 蒙自 661199）

水文資料整編成果是經濟社會發展和建設的重要基礎資料，對于保障防洪安全、供水安全、生態安全，開展涉水工程建設、做好水資源管理保護和生態修復等具有重要作用。隨著國家經濟社會的快速發展，特別是最嚴格水資源管理制度、河（湖）長制管理考核、生態水量管理、年報編制等都對水文資料的時效性和質量提出了更新更高的要求。人工測驗數據的填報是影響水文資料時效性和質量的關鍵環節之一，因此，實施水文資料人工測驗數據智能動態處理迫在眉睫。

1 數據處理系統及功能需求

水文資料人工測驗數據處理系統通過網絡在線系統軟件對人工測驗項目（水準測量、水位、流量、輸沙率、水溫、岸溫、降水量、蒸發量、氣溫）數據值進行實時填報。數據經校驗和計算后進入過渡數據庫，參與實時在線整編。

數據處理系統功能需求包括以下3個方面：①數據填報，按特定的數據格式，在網絡在線軟件處理系統填報人工測驗獲取的水準測量、水位、流量、輸沙率、水溫、岸溫、降水量、蒸發量、氣溫等45個表項資料數據。②數據校驗，根據測驗項目內容設置相應的邊界條件及參數，對填報數據進行校驗，對不滿足條件的數據要進行完善修改，直到數據準確。③數據計算與入庫，根據數據內容及功能需求，采用對應的計算公式對填報數據進行處理，得到的成果直接進入水文資料在線整編系統過渡數據庫，參與水文資料實時在線整編。

2 存在的問題及解決思路

受人力、設備等客觀條件限制，理論上的單站“四隨”（隨測、隨算、隨整理、隨分析）工作難以實現。具體表現為：①人工觀測水位與遙測水位脫節，觀測水位無法對遙測水位起到校測作用；②水溫、岸溫觀測中，不能及時發現讀數錯誤及填報錯誤；③流量測驗中測深及測速分析流于形式；④無法落實泥沙測驗結果的合理性檢查；⑤降水的人工觀測值與遙測值需要進行比對；⑥不能及時發現蒸發觀測錯誤。

充分利用互聯網+數據庫模式，使人工觀測值與遙測值能夠及時比對，發現問題及時處理。同時，還要利用計算機的計算功能，把日常的合理性判斷條件固化，實現對每一個結果的篩選。

3 系統智能動態架構設計

B/S（Browser/Server）結構即瀏覽器和服務器結構，使用戶通過瀏覽器實現對服務器的訪問。前端（Browser）實現部分事務邏輯，服務器端（Server）實現主要事務邏輯，簡化了客戶端載荷，減輕了系統維護與升級的成本和工作量。

水文資料人工測驗數據具有站點多、分布廣的特點，結合B/S結構特性，對處理系統用戶使用端進行開發設計，B/S結構示意見圖1。

圖1 B/S結構示意

Browser瀏覽器是水文資料人工測驗數據處理系統的人機界面，實現人工水準測量、水位、流量、輸沙率、水溫、岸溫、降水量、蒸發量、氣溫等測驗項目的人機交互。對于復雜的人機界面和交互過程，如繪制過程線、水位流量關系圖、站點降水量分布圖等，采用Highcharts技術進行處理。Web服務接收Browser發送的填報或查詢請求，發送至應用服務器處理，并將填報或查詢結果返回。應用服務器對各水文站點工作人員請求起到處理調度和負載均衡作用，所有Web服務接收到的請求首先都發送至應用服務器進行任務分派，根據不同需求的請求類型，應用服務器將實際的水、流、沙等要素的讀取、處理和計算等分配到對應計算服務器中處理。應用服務器可實現填報、查詢層和計算、校驗層的主要功能。水文要素計算、校驗是系統技術支撐層的核心處理部分。模型運算包括水準測量，流量計算，水位、降水訂正等。應用層的各邏輯服務器之間均采用Xml進行數據交換和通訊。

過渡數據庫平臺存儲所有人工測驗及計算數據。通過數據庫連接池，實現填報、查詢服務對數據庫的訪問。空間數據庫存放數字地形圖。沒有存放到關系型數據庫中的測驗河段平面圖、觀測場位置圖、水利工程分布圖等格式數據作為非結構數據文件。

4 數據校驗方法

除建立完整的全國水文資料整編系統測站基本信息表外，還應建立特有的測站基本特征參數信息表作為判斷依據，供計算機對填報值進行判斷。建立水準點考證表、水尺零點高程考證表、大斷面成果表作為基礎表直接調用。初作在原始數據提交后，若發現錯誤，只能在審查開始前或測量開始后24 h內進行修正。對有規律的選項進行固化，用下拉菜單方式選擇。通過對鄰近值、歷史值、經驗值的比較及圖表輔助判斷觀測值，確保觀測數值可靠。同一個數據錄入后，通過數據庫查詢語句查詢并調用，避免同一數值因人為多次填報帶來的錯誤。

5 系統功能設計

水文資料人工測驗數據處理系統運行界面見圖2。

圖2 水文資料人工測驗數據處理系統運行界面

水文資料人工測驗數據處理系統功能結構見圖3。

6 系統特性

（1）易用性。填報界面簡潔，每張測驗表格填報窗口僅設置人工測驗最原始數值元素。對于一些穩定要素，采用下拉菜單形式避免填報錯誤。對于時間等要素，通過提取系統時間再根據實際修改，降低填報錯誤。對站名、水尺零點高程等要素，通過查詢方式進行調用。

（2）共享性。原始數值經過校驗計算得到的成果，部分供進一步的資料整編或直接形成成果，如實測流量成果表，既是整編成果又作為定線依據；部分作為資料整編成果或返回調用，如實測大斷面成果，既是整編成果又作為單次流量水邊點查用及河段高程借用；部分作為說明資料或返回調用，如水準點考證表、水尺零點高程考證表，既是說明資料又可作為水準測量引用點資料（如水位觀測中直接調用水尺零點高程的來源）。

（3）可靠性。水文資料的可靠性包括觀測數據的代表性和準確性。該系統利用計算機運算檢索功能，對每張表的數據填報均進行校驗，盡量降低二次錯誤率。

（4）時效性。以流速儀法測驗流量為例，該軟件每測完一條垂線就繪制一條垂線的測點流速橫向分布圖及斷面圖，流量測驗結束即顯示到水位流量關系圖上，理論上實現了單站“四隨”工作。

圖3 水文資料人工測驗數據處理系統功能結構

7 系統應用

該系統處于測試階段，于2018年12月投入運行，云南省內的156個基本水文站、13個水位站，136個中小河流水文站、111個水位站和州市界河22個水文站均采用該系統進行測報處理。系統能滿足測站、分局對人工測驗數據實時及現場智能、動態處理的要求，能同步查看測驗結果，并將數據傳入數據庫進行實時水文資料在線整編。

系統應用后，實現了人工測驗結果現場實時校驗并得到測驗結果，節省了大量時間和人力，修改錯情簡便快捷，極大提高了工作效率，產生了顯著的社會和經濟效益。

8 結語

水文資料人工測驗數據處理系統改變了以往人工測驗項目資料計算需要外業作業的特點，調整完善了水文資料人工測驗計算的工作機制，實時在線計算提升了人工測驗計算的自動化水平，實現人工測驗資料的“日清月結”。系統的設計研發及應用，使水文資料人工測驗項目工作更為省時省力，切實提高了人工測驗水文資料計算分析檢查的時效性。