江蘇省水文自動測報運維考核平臺的開發與應用

王 培

(江蘇省水文水資源勘測局， 江蘇 南京 210029)

2011年，江蘇省水文局在省級報汛站改擴建工程中建成了覆蓋全省的、標準統一的水文自動測報系統[1]，實現了全省水雨情信息及時、準確、可靠的采集、傳輸、存儲和管理。近年來，隨著系統的進一步發展和擴充，自動測報系統的各類采集站點已達3 000多個，監測要素包含雨量、地表水和地下水水位、墑情、流量、流速、閘位、風速、風向、徑流、水質等各類水文基礎信息，這些信息為防汛抗旱、水資源配置、河湖管理提供了實時、準確的信息支撐。做好自動測報系統的運維工作，確保核心水文信息準確及時，對于水文行業的發展尤為重要。

在以往工作中，通過各分局人員的定期巡檢和省局組織的集中巡檢，以及省水文局的監督考核等方式，基本保障了自動測報系統的平穩有效運行。然而，也存在人工成本高，故障發現不及時，管理考核任務繁重等問題。

為解決上述問題，江蘇省水文水資源勘測局牽頭研究開發一套自動測報運維考核系統，對全省所有測站和采集平臺的運行狀態進行持續監測，構建數據分析預警模型，研究建立遙測數據質量考核、系統故障處理及分中心考核評價機制[2]，推動自動測報系統更加高質量地穩定運行。

1 總體設計

1.1 總體架構設計

系統采用B/S架構，采用TOMCAT中間件部署WEB應用，總體框架分為4層，分別為數據采集層、數據庫支撐層、框架支撐層和人機交互層[3-4]，系統架構如圖1。

圖1 水文遙測系統運維考核平臺系統架構

系統最底層是數據采集層，包括全省各個分中心的自動測報系統采集平臺，負責接收各個遙測站點實時采集的各類水文數據。

第二層是數據庫支撐層，包括各分中心數據庫和運維考核平臺自建的業務預警數據庫。各分中心數據庫存儲和管理自動測報系統的水文數據，業務預警數據庫負責統一存儲和管理運維考核平臺相關的成果數據和配置信息。

第三層是框架支撐層，負責對各個分中心數據庫提供統一的連接和訪問接口、預警報警服務，并對系統報警信息提供統一的輸出接口和服務；后臺統計服務負責對自動測報數據的實時性、缺數率等考核指標進行定時統計服務；權限管理提供用戶、用戶組、角色、數據組相關聯的權限管理體系，實現分區分域的權限管理。

最上層是人機交互層：包含平臺所有基本信息的維護與查詢、數據考核指標統計與查詢，數據考核指標報表定制查詢，告警信息查詢與展示等。

1.2 安全性設計

安全性的考量貫穿于系統建設的全過程。經過深入研究，通過統一用戶身份鑒別機制確定用戶身份，提高系統的安全性和可靠性。用戶通過認證進入系統后，根據指定授權訪問機制，不同用戶對不同資源分配享有特定的操作權限。系統開發完成后，軟件部分部署在江蘇水利數據中心云平臺，數據庫部分部署在江蘇水利數據中心內網業務區，系統整體運行在江蘇水利專網內部，與外網邏輯隔離，依靠江蘇水利數據中心和水利專網安全性，進一步提升系統的抗攻擊能力。

2 系統功能

根據江蘇省水文自動測報系統實際運維需求，系統整體分為5大功能模塊，分別為：基于GIS的遙測站點展示、基礎信息維護管理、數據監視與展示、數據質量考核服務、運維信息告警服務和系統管理。

圖2 運維考核平臺功能模塊結構

2.1 遙測站點展示

平臺接入了江蘇水利自有的地理信息系統，利用全省水利一張圖上展示了水文分中心區域劃分、站點經緯度分布、站名、站碼等基本信息，以及站點的自動測報數據完整率等，且在地圖上提供了放大、縮小、查詢等基本功能。

2.2 基礎信息維護管理

基礎信息主要包括數據管理所需的各類基礎配置，包括建設項目信息、站點基本信息、分中心信息、設備信息、測驗項目、通信卡信息等，為平臺各項指標的分析與考核提供基礎的數據支撐。

建設項目管理：提供對建設項目信息的管理與配置，包括建設項目的名稱、年代、規模等。主要用于掛載站點，一個站點可以同時屬于多個建設項目。

站點類型管理：提供各種站點類型的配置，如水文站、河道站、堰閘站等，用于掛載站點，一個站點可以同時屬于多種站點類型。

水情分中心管理：提供對全省各水情分中心信息的管理與配置，包括分中心名稱、數據庫信息、地址、分中心負責人、網絡拓補圖等。通過分中心管理可以對其下掛載的測站信息進行靈活的統一管理。

站點基本信息管理：提供對水文自動測報站點信息的管理與查詢，包括如下內容：

(1)基礎信息：站名、站碼、建設時間、站址、經緯度、所處河流/流域、接地電阻等

(2)歸類信息：所屬分中心、建設項目、站點類型

(3)考核信息：站點擁有的測驗項目以及是否考核等情況

(4)設備信息：傳感器設備、RTU設備、通信設備、供電設備等

站點設備管理：提供自動測報站點所使用的設備的掛載，并對該設備的詳細信息進行管理，包括該設備在站點的安裝時間、序列號、版本號。對于RTU設備，提供RTU中使用的通訊卡的信息查看，包括通訊卡的號碼、信道、套餐以及辦卡時間。

測驗項目管理：提供對自動測報系統所涉及的測驗項目類型的全局性配置，包括數據庫中所屬的數據表表名、每日采集頻率、默認上/下限以及缺值產生告警的比例等。配置好的測驗項目可以通過“站點基本信息管理”功能的“測驗項目管理”掛載到站點上。

設備管理：提供自動測報系統所涉及的設備類型的全局性配置，可以對設備的類型(傳感器設備、RTU設備、通信設備、供電設備)、名稱、型號、廠家等信息進行管理和維護。配置好的設備可以通過“站點設備管理”功能掛載到站點上。

通信卡管理：提供對站點使用的的通信卡的配置管理，只有配置了RTU的站點才能對通訊卡進行配置。配置時可以對所屬分中心、站點、RTU設備以及通訊卡的號碼、信道、套餐、辦卡時間進行管理和維護。

維護記錄：提供對站點設備維護、更換進行記錄以及記錄的查看(此功能只提供記錄，不影響具體數據)。

參數設置：提供對平臺的考核頻率(表示時效性、完整性多久統計一次，單位為h/次，有效值為可被24整除的數字)、考核時間偏移量(表示整點過后偏移多久進行考核，單位為min，有效值為0～60之間的整數且為5的倍數)、監控頻率(表示系統多久進行一次數據監控，單位為h/次，有效值為可被24整除的數字)、監控時間偏移量(表示整點過后偏移多久進行監控，單位為min，有效值為0～60之間的整數且為5的倍數)、輔助信道產生告警的百分比(表示輔助信道在監控時間段內使用次數的告警百分比閾值，按輔助信道數量/信道總數×100%計算，當達到閾值時產生告警，單位為%，有效值為0～100之間的數字)的設置。

手動考核計算：提供按分中心或者站點對某一天的考核結果進行重新計算功能，重計算過的站點的考核將被覆蓋。

設備統計管理：提供按分中心、建設項目、或者設備類型對設備數量的統計信息。

告警管理：提供按分中心、建設項目等分類的操作，對所選類型的告警進行關閉或者開啟，關閉后該分中心或者建設項目下的站點不再產生相應的告警信息。

影響特色農產品英語標準化翻譯的原因，主要是農產品自身具有相當濃厚的地域文化色彩，而漢語語言文化博大精深，可以很大程度地概括農產品的特色。但英漢互譯不是逐字逐詞對照著翻譯，用英文翻譯特色農產品時很難做到精簡與干練，往往會出現詞不達意、翻譯出錯等情況。

免考核管理：提供對站點及測驗項目的免考核配置，可以批量或單個設置站點、測驗項目的考核和免考核狀態，設置免考核時可以提供時間段，時間到之后會自動恢復考核狀態。

2.3 數據監視與展示

平臺抽取出19個分中心原始庫的數據，處理成統一的格式，以便于系統向用戶多層次展示全省水文自動測報系統的運行狀態。數據監視與展示主要提供分中心的數據監控和分中心數據的列表展示，并從完整性和時效性等方面提供數據展示和報表導出等功能。所有報表都提供手動的數據校核，并記錄校核時間與校核人，但是該校核數據不覆蓋站點的考核數據。該功能的流程如圖3所示。

圖3 數據監視功能

2.3.1 分中心數據監控

按照建設項目分別顯示每個分中心的在線率和主備信道數量，直觀展示每個分中心的數據運行情況。

2.3.2 站點測驗項目完整性統計

2.3.3 站點完整性統計

按照小時、日、月、年維度的統計站點所有采集數據的完整性，包括實際入庫數、應入庫數、入庫率，其中實際入庫數提供人工校核。

2.3.4 站點時效性統計

按照小時、日、月、年維度統計站點時效性，包括入庫時間差和到數時間差，2種時間差又各分為小于0 min、0～1 min、1～5 min、5～10 min、10 min以上5種統計維度，其中的入庫數提供人工校核。

2.4 運維信息告警服務

運維信息告警服務分兩大模塊，報警列表針對系統需報警的內容提供列表的查看與處理，監視計算屬于后臺程序，為報警列表提供數據核算服務。

2.4.1 告警列表

告警列表主要提供各個分中心的缺值告警、數據越界告警、信道告警、網絡異常、數據庫連接異常等情況的統計和查看。

幾種告警類型的說明如下：

(1)缺值告警：當某分中心、某個站出現大量數據缺報或整點數缺報，或雨量數據的日雨量計算缺失時，提供缺值告警。

(2)數據越界告警：當某個站出現數據越界(數據超出上限或下限)時，提供告警信息。

(3)信道告警：當某個站使用備用信道的比例達到警戒值時，提供告警信息。

(4)網絡異常：當分中心網絡連接異常時，提供報警信息。

(5)數據庫連接異常：當分中心數據庫連接異常時，提供報警信息。

2.4.2 監視計算

(1)數據獲取：根據監控的配置，定時從分中心拉取數據，進行核算

(2)產生報警：逐個核算數據，對數據異常、越界、缺失等情況，以及網絡、數據庫異常情況，產生報警列表。

2.5 數據質量考核服務

數據質量考核提供數據考核所需的報表數據以及系統運行掃描日志，并且提供手工反算和數據補錄，有效增加數據的完整性與入庫率。

2.5.1 自動計算

根據考核的相關配置，定時掃描各分中心的數據，產生日、月、年的入庫考核報表。

2.5.2 數據質量指標計算服務

當出現需要手工補錄數據質量指標時，提供手工補錄功能，提供按分中心、站點和日期等條件的手工補錄功能，增加數據的完整性與入庫率。

2.6 系統管理

系統管理模塊主要包含用戶管理和角色管理2個部分，可以對系統用戶及系統角色進行配置。

2.6.1 用戶管理

維護系統用戶，并且可以對用戶進行新增、修改、刪除、鎖定/解鎖、重置密碼和角色賦權等功能。

2.6.2 角色管理

提供相應角色，角色對應界面權限。該模塊提供新增角色、修改角色、刪除角色和分配權限。

3 系統應用

系統自建成以來，已在江蘇水文系統內部推廣應用，效果顯著。據測算，系統投入以來，故障的發現時間平均縮短了25%，故障的確診效率平均提升了30%，工作人員的工作效率平均提升了60%。系統的投入運行最大程度地保障了各個站點的穩定性，站點的無故障運行時間也得到了很大提升。平臺進一步規范了江蘇水文自動測報系統的運維、考核和管理的工作標準，為自動測報站點的日常管理和維護維修工作提供了及時、可靠的依據，降低了運行維護成本。

4 結 語

江蘇省水文水資源勘測局在前期對江蘇省水文自動測報系統運維工作中暴露出的問題進行歸納總結基礎上，開發了水文自動測報運維考核系統，以實時計算的形式，實現了自動測報數據質量監測，故障及時告警，提升了江蘇水文自動測報系統管理的規范化、智能化和精細化水平；進一步解放了水文工作者生產力，降低了水文自動測報數據的延誤率和丟失率，為防汛抗旱和水資源管理提供了堅實的數據保障。