淺談寧夏“互聯網+水文”的創新和實踐

馬永剛 杜 歷 李玉奎

(1.寧夏回族自治區水文水資源監測預警中心，寧夏 銀川 750011；2.北京艾力泰爾信息技術股份有限公司，北京 100089)

水文工作是為國民經濟建設、防汛抗旱、水資源開發利用和水環境保護等提供科學依據的重要基礎工作，也是一項傳統的專業性工作。2015年國務院印發了《關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》，指出要加強資源環境動態監測，結合互聯網大數據分析，擴大動態監控范圍，構建資源環境承載能力立體監控系統。“互聯網+水文”也成為寧夏建設水文信息化的方向和課題，并于2017—2018年開展了基于“互聯網+”的水文監測與資料整編研究，建設完成了寧夏水文監測與資料整編系統[1]。

在該系統建設過程中，針對傳統水文監測和整編工作方式在數據計算、校核、信息傳遞、存儲及整編等環節存在工作量大、時效性差、管理難度大等若干問題，提出了解決方案，并經應用實踐，效果較好。

1 水文監測工作中的短板

寧夏現有基本水文站、輔助水文站、水位站、雨量站、蒸發站、墑情站等共計1875處，其中水文站151處、水位站170處、雨量站927處，其他監測站點共627處。目前大部分水文要素的采集依舊需要人工測量，并用紙質記錄現場原始數據，通過人工計算、校核、復核、審核記錄的數據，最終得到重要的水文資料要素。各類要素進行整理后，制成圖表進行數據分析與檢驗，確認數據的合理性。通過分析數據的變化規律預測未來趨勢，以便為領導層做統籌安排提供依據。但在整編工作中，需要將全年數據手動錄入到整編軟件，并對數據進行校核、復核、審核，不僅費時費力，準確性也不能得到保障。

1.1 人工計算、校核、復核及審核耗時耗力

由于沒有完善的測驗平臺，各類測驗要素只能通過人工計算器或者套用已有的模板進行計算。計算結果的核查工作和數據分析工作都需要人為手動處理，不僅增加了人員工作量，且時效性差，準確率也無法保證[2]。

1.2 水文監測數據檢查方式較為落后

水文數據的合理性檢查是確保整編工作成果質量可靠必不可少的環節。當前水文工作中，水文資料合理性檢查仍然采用人為的三級審查，方式傳統、效率較低。

1.3 紙質資料重復輸入

在使用數據過程中，由于無電子數據，需對照紙質資料重復錄入，造成了工作量增加，時效性差，且無法保證資料準確性。另外，在重復使用紙質資料的過程中，對資料的損壞無法避免，無法保障資料的完整性。

1.4 水文監測數據處理過程分散

監測數據從測站初步整編上報到分局審查，再到水文局復審，這個過程主要依靠人工逐步完成。甚至較多地區仍然采用每年多次集中辦公方式，各站主要技術人員攜帶紙質、電子資料一起開展整編工作。沒有充分利用互聯網的實時性和便捷性，未實現在線水文資料處理，處理效率一直無法得到提升。

1.5 資料整編不及時

由于資料整編工作量大，原始數據在采集后需要經過很長一段時間的處理形成整編后的數據源，因此，導致數據不能實時調用，不能滿足現有需求[2]。

1.6 數據信息不能充分共享

水文監測數據信息存儲分散在各個測站，整編時靠紙質、移動硬盤等集中到一起。只有等到整編數據發布后才能進行共享，數據價值大打折扣，不能滿足當前對數據時效的要求。

2 系統創新方案

為解決上述問題，寧夏開展了基于“互聯網+”的寧夏水文監測與資料整編技術研究與實踐，建設完成了寧夏水文監測與資料整編系統，并提出了創新方案。

2.1 頂層設計按流程分塊

系統頂層的設計為前端數據采集、中端數據計算分析、末端成果輸出。三級獨立板塊使整個系統功能具備可拓展性、靈活性和穩定性。

2.1.1 前端數據采集

當前，鋼貿企業的發展不容樂觀，主要表現在鋼材交易受到國際國內市場環境的影響出現了大規模的下滑，這就使得很大鋼貿企業的經濟利潤得不到保證，導致企業的經營面臨著巨大的挑戰。鋼貿企業想要在市場中保持強大的活力，就必須要做好成本控制工作。不過，當前鋼貿企業財務管理中成本控制現狀不容樂觀，還存在著諸多的問題，只有針對性地解決這些問題，才能確保成本控制的有效性。

獨立庫表運行和存儲，便于采集數據合理性查證與修改。這種模式可以覆蓋所有水文采集數據進入系統，形成前端原始數據庫，便于原始記載數據的查證與審核。

2.1.2 中端數據計算分析

按照項目類型、公式算法、計算流程，將各個中端數據計算結果放在單獨的數據庫進行存儲，便于生成各類合理性檢查資料和圖表，審核檢查數據。系統內集成了水位、流量、泥沙、降雨、蒸發、墑情、暴雨洪水調查等水文監測項的各類常用公式的算法，監測數據錄入后，系統可自動完成響應數據計算、一般性合理性檢查分析。還能夠將水文資料記載計算表和各類曲線圖件導出打印。形成中端監測數據庫，便于計算結果的查證與審核。

2.1.3 末端成果輸出

將中端監測數據庫按照水文規范，生成實測大斷面圖、綜合過程線圖、水位-流量關系曲線圖等各類圖表。組建整編數據源數據庫，導出符合國家資料整編、匯編數據格式的文件，再通過全國資料整編、匯編系統完成水文資料的實時整編，實現了水文數據從監測采集、計算處理到整編數據源輸出的全流程信息化[1-4]。

2.2 云平臺支撐，全過程連接，多級應用

寧夏水文監測與資料整編系統將所有的水文監測數據從采集、計算到成果分析，用“互聯網+”的信息手段有機結合起來，整合了監測實時數據庫、水文綜合業務數據庫，實現了在線測站管理、測驗分析及資料整編功能。系統部署在省云平臺上，采用B/S結構，保證了數據集中存儲，提高了安全性。寧夏水文站技術人員均可以通過水利專網或“互聯網+VPN”連接登錄系統，開展測驗管理、數據錄入、合理性審查等測驗整編業務工作。

2.3 數據智能關聯

數據關聯是一體化應用系統運行核心支撐，包括基礎信息自動關聯、相同時間同類監測要素自動關聯、整編數據源自動關聯。基礎信息自動關聯是指測站基礎信息(水準點、水尺零點高程、流速儀型號公式等)與水準和大斷面測量、水位、流量測驗等基礎信息自動同步，極大地減少了數據人工反復錄入的工作量，降低了差錯率。相同時間同類監測要素自動關聯指流量、大斷面測驗時的水位監測值自動與水位記載表數據同步關聯，降水監測數據與蒸發記載表日降水量同步關聯，含沙量監測數據與輸沙率測驗計算中的含沙量數據同步關聯。整編數據源自動關聯是指大斷面、流量監測數據與實測大斷面成果表、實測流量成果表數據同步關聯。同時，水位、含沙量、降水、蒸發等水文要素與整編數據源也自動同步關聯。數據關聯設計流程見圖1。

圖1 數據關聯設計流程

2.4 多種算法內置、自動計算、輔助定線

對于流量監測數據計算，設計了包括常規流速儀法、電波流速儀法、小浮標法、浮標法、比降面積法、量水堰法等監測方式的公式算法，涵蓋了冰期、暢流期、分槽、測速不測深等特殊情況的公式算法等，解決了當地特殊情況的流量測驗計算。含沙量測驗中常用的過濾法、烘干法和置換法，均設計為系統自動計算。特別是設計了置換法中的比重瓶鑒定曲線自動率定與生成功能，解決了人工點繪、率定、鑒定曲線煩瑣，需人工查算計算等問題。

水位-流量關系曲線的繪制是水文資料整編的關鍵環節，水位-流量關系曲線的精度及合理性直接影響到水文資料的精度和可靠性。傳統水位-流量關系曲線的繪制受技術人員的經驗和知識水平積累影響較大，并且同樣的數據由不同的人員繪制，曲線的合理性、精度也不相同。通過系統對水位-流量關系曲線進行擬合、輔助定線，能夠避免人為誤差，提高水文資料整編的速度和精度[5-7]。

3 實踐應用效果

系統本著“互聯網+”的理念，既能收集源自人工監測數據，也可以自動對接自動監測數據。經過規劃梳理水文全業務應用所需的構建，該系統將水文要素從監測、數據錄入或自動同步、計算分析到整編數據源形成，進行了一體化集成，寧夏水文局、各分局、水文站技術人員均可通過互聯網登錄系統開展水文監測數據的錄入、校核、審核、整編等工作，在實踐過程中，解決了如下問題：

a.解決了水文信息化從采集端到計算分析、資料整編散點無集成化的問題。

b.通過系統既能收集源自人工監測或自動監測的數據，又能解決不同類型和不同情況下算法的需求。

c.通過數據關聯(包括基礎信息自動關聯、相同時間同類監測要素自動關聯、整編數據源自動關聯)解決了數據重復錄入易出現錯誤的問題。

d.通過建設自動化測站及遙測平臺，實現了不同類型自動測驗設備統一接收，解決了數據分散、不能實時入庫的問題。

e.通過建設水利專網或“互聯網+ VPN”的模式，基于移動端設備等，實現了技術人員便捷開展測驗管理、數據錄入、合理性審查等測驗整編業務工作，解決了數據上傳時效慢、周期長的問題。

f.通過數據自動關聯及算法集成自動定線，使數據能夠在獲取的時候實施校驗計算，節省了時間，提高了效率，降低了差錯率。

g.通過系統建設，實現了數據網上傳輸，規范了測站、分局各級人員的網上審核流程，使數據審核、監督、管理更加高效。

4 結 語

寧夏水文監測與資料整編系統于2019年1月1日全面啟用，實現了寧夏水文測驗管理、原始資料實時在線監測錄入、資料計算、數據分析檢查、整編數據源生成、原始資料計算表格和圖件打印、數據庫存儲與管理等全業務流程信息化。系統對水文原始資料錄入時效性、資料數據修改進行了嚴格控制，水文資料的準確性和真實性得到了有效保證，有效提升了水文監測和資料整編工作的時效性和可靠性。