水文智慧平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曾瑞 龔朝海 曹貫中 陳佳偉

摘要：基于水文信息的各項(xiàng)工作職能，在充分整合業(yè)務(wù)和測(cè)站資源的基礎(chǔ)上，借助物聯(lián)網(wǎng)、Spring Boot 微服務(wù)、前端VUE開發(fā)框架、谷歌地圖API等技術(shù)，建立起一套以業(yè)務(wù)為主線、管理為主體、宣傳服務(wù)為驅(qū)動(dòng)，集水雨沙情、人員分工、資料整編、黨建廉建、安全生產(chǎn)、儀器管理為一體的綜合信息化管理智慧平臺(tái)，并將該平臺(tái)作為實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理的主要技術(shù)手段，初步形成平臺(tái)整合、數(shù)據(jù)協(xié)同的布局，對(duì)測(cè)站精細(xì)化管理、水利信息化建設(shè)具有積極的推動(dòng)意義。

關(guān)鍵詞： 智慧平臺(tái);水文信息;物聯(lián)網(wǎng);大數(shù)據(jù);精細(xì)化管理

中圖法分類號(hào)：P33文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.04.014

文章編號(hào)：1006 - 0081（2021）04 - 0079 - 04

1 研究背景

水文是信息密集的基礎(chǔ)行業(yè)。水文信息既是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展中一切水事活動(dòng)決策的依據(jù)，也是水文行業(yè)服務(wù)于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、生態(tài)和國(guó)防等領(lǐng)域的主體信息產(chǎn)品。一方面，信息化工程是水利改革發(fā)展總基調(diào)中的一項(xiàng)重要短板，隨著水文測(cè)報(bào)新技術(shù)應(yīng)用水平的提升，水利信息感知網(wǎng)的進(jìn)一步完善以及長(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)水文信息服務(wù)能力的要求越來(lái)越高，智慧水文建設(shè)工作的要求越發(fā)迫切;另一方面，當(dāng)前的各類水文信息平臺(tái)存在條塊分割的現(xiàn)象，各類數(shù)據(jù)源形成信息孤島、無(wú)法共享，以及各類建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、整合困難等，制約了信息共享與社會(huì)服務(wù)水平[1-4]。

基于信息收集、數(shù)據(jù)整理與服務(wù)社會(huì)的各項(xiàng)工作職能，基層水文測(cè)驗(yàn)業(yè)務(wù)部門對(duì)規(guī)范化、精細(xì)化和信息化管理的需求日趨強(qiáng)烈。長(zhǎng)江委水文下游局南京分局在充分整合業(yè)務(wù)和測(cè)站資源的基礎(chǔ)上，形成了一套以數(shù)據(jù)為核心，集成業(yè)務(wù)管理的一體化信息化智慧平臺(tái)。

2 主要技術(shù)與總體架構(gòu)

長(zhǎng)江委水文下游局南京分局智慧平臺(tái)主要技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)、Spring Boot 微服務(wù)、前端VUE開發(fā)框架、谷歌地圖API等[5-9]。總體架構(gòu)涵蓋：①數(shù)據(jù)同步微服務(wù)，實(shí)時(shí)同步下游局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù);②安裝GPS定位傳輸模塊硬件，將船舶實(shí)時(shí)位置、航速、航向信息傳輸至數(shù)據(jù)同步微服務(wù);③數(shù)據(jù)分析微服務(wù)，通過(guò)匯總分析測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合算法，精確計(jì)算;④用戶層WEB端，以先進(jìn)的VUE前后端分離框架，結(jié)合主流圖表化組件，集成谷歌地圖API，調(diào)取數(shù)據(jù)分析微服務(wù)提供的計(jì)算結(jié)果，直觀展示信息，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

3 功能設(shè)計(jì)

智慧平臺(tái)將轄區(qū)內(nèi)各類水文河道信息借助物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行整合輸出，提供水文信息的匯聚、存儲(chǔ)、供給與服務(wù)，平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。目前設(shè)計(jì)模塊有：人員排班、實(shí)時(shí)汛情、站點(diǎn)概覽、船舶管理、儀器設(shè)備管理、黨建廉建、安全生產(chǎn)等。同時(shí)設(shè)置數(shù)據(jù)上傳及新聞上傳模板，支持用戶權(quán)限管理、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、歷史查詢、統(tǒng)計(jì)分析等。通過(guò)賬號(hào)管理和授權(quán)管理等方式用來(lái)支撐平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)安全和信息安全。

平臺(tái)將整個(gè)分局轄區(qū)內(nèi)涵蓋江蘇、安徽兩省的共2個(gè)水文站，1個(gè)直管水位站，以及5個(gè)共建共管水位站在GIS地圖集成，實(shí)現(xiàn)了分局一張圖;將實(shí)時(shí)水情、雨情、沙情集成展示，實(shí)現(xiàn)汛情一張圖;同時(shí)將測(cè)站管理中常用的儀器設(shè)備出入庫(kù)、人員排班安排、黨建廉建、安全生產(chǎn)及測(cè)站文化建設(shè)等項(xiàng)目整合在一起，實(shí)現(xiàn)測(cè)站全要素管理。各個(gè)模塊設(shè)計(jì)合理，項(xiàng)目劃分清晰，覆蓋面廣，分工明確，便于控制與落實(shí)，可作為分局實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理的有力載體（圖3）。

4 平臺(tái)應(yīng)用與特性展示

4.1 實(shí)時(shí)汛情展示

實(shí)時(shí)汛情以水文勘測(cè)分局為單位，集中展示長(zhǎng)江下游干流水情。包含站點(diǎn)概況，長(zhǎng)江下游干流（安慶、大通、南京）水位過(guò)程線，滁河流域共建共管站水位過(guò)程線，大通、南京流量過(guò)程線，大通、南京沙情過(guò)程線等。通過(guò)平臺(tái)展示各測(cè)站水、流、沙的變化，可以比較分析上下游水沙平衡情況，并根據(jù)水沙變化趨勢(shì)，分局或測(cè)站管理人員能夠及時(shí)準(zhǔn)確地增加流量、含沙量測(cè)次，掌握洪峰與沙峰變化情況，同時(shí)后臺(tái)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)生成各類歷史極值、均值圖表，對(duì)水情報(bào)汛、防洪抗災(zāi)、資料整編起到積極作用。

4.2 測(cè)站特性差異化動(dòng)畫展示

長(zhǎng)江委水文下游局南京分局下轄南京水文實(shí)驗(yàn)站和大通水文站兩個(gè)水文站。2014年，南京水文實(shí)驗(yàn)站在線測(cè)流系統(tǒng)正式投產(chǎn)運(yùn)行（圖4），使長(zhǎng)江下游感潮河段流量的實(shí)時(shí)報(bào)汛和整編成為可能，滿足了長(zhǎng)江下游防洪減災(zāi)、水資源優(yōu)化配置的需要，為感潮河段以及易受各種水力因素影響河段的流量報(bào)汛及整編提供一種科學(xué)、有效的方法。大通水文站2014年起開始采用落差指數(shù)法進(jìn)行流量整編，且精度滿足規(guī)范要求，提高了大通水文站受感潮影響下流量的整編精度。智慧平臺(tái)通過(guò)動(dòng)畫演示及單值化曲線實(shí)時(shí)更新對(duì)測(cè)站特性進(jìn)行直觀展示，提高了“一站一策”信息化管理水平。

4.3 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)連續(xù)性預(yù)警提示

智慧平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水情，并生成水位預(yù)警和指標(biāo)流速預(yù)警兩類預(yù)警表。對(duì)應(yīng)站點(diǎn)水位值超過(guò)警戒水位時(shí)，通知水位告警;系統(tǒng)規(guī)定時(shí)長(zhǎng)內(nèi)未同步到水位數(shù)據(jù)，通知無(wú)數(shù)據(jù);主備用自記儀器記錄差值超過(guò)3 cm時(shí)通知差值告警。南京水文實(shí)驗(yàn)站在線測(cè)流系統(tǒng)中規(guī)定時(shí)長(zhǎng)內(nèi) 2個(gè)指標(biāo)流速有數(shù)據(jù)缺少時(shí)，通知數(shù)據(jù)缺失;系統(tǒng)固定時(shí)段未同步到數(shù)據(jù)時(shí)，通知無(wú)數(shù)據(jù)等，便于管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)與排除問(wèn)題。

4.4 基于物聯(lián)網(wǎng)的船舶動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)展示

測(cè)船是水文測(cè)驗(yàn)工作中的重要工具，船舶管理模塊對(duì)所管轄的4艘水文測(cè)船進(jìn)行遠(yuǎn)程管控，為測(cè)船加裝GPS傳輸模塊，掌握每條船舶的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)。通過(guò)平臺(tái)界面可查看每艘測(cè)船在地圖上的動(dòng)態(tài)位置，開展水文測(cè)驗(yàn)時(shí)，管理人員可以通過(guò)船舶當(dāng)前位置、航行距離、航向、航速、航行時(shí)間等掌握測(cè)驗(yàn)進(jìn)度，為測(cè)驗(yàn)任務(wù)和生產(chǎn)安全工作提供了更細(xì)致、更有力的保障。

4.5 儀器設(shè)備出入庫(kù)動(dòng)態(tài)管理

儀器設(shè)備模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)各類測(cè)驗(yàn)設(shè)施設(shè)備的需求、配置、檢定、使用等各方面全過(guò)程的管控，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了儀器設(shè)備在線管理功能。該模塊對(duì)儀器進(jìn)出庫(kù)進(jìn)行登記，同時(shí)具有儀器的檢定及檢查時(shí)間提醒功能，確保儀器在使用期內(nèi)發(fā)生變化實(shí)時(shí)更新、同步上報(bào)。做到備品備件調(diào)配科學(xué)、合理，設(shè)備狀態(tài)、存放地點(diǎn)、責(zé)任人員的管理規(guī)范有序，一目了然。

5 結(jié) 語(yǔ)

長(zhǎng)江委水文局下游局南京分局以測(cè)站信息化為依托，將平臺(tái)建設(shè)與管理作為實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理的一項(xiàng)重要技術(shù)手段。水文智慧平臺(tái)關(guān)注當(dāng)下測(cè)站管理中信息散亂、共享困難的痛點(diǎn)，抓住了分局各個(gè)測(cè)站實(shí)時(shí)汛情綜合實(shí)時(shí)展示、水文數(shù)據(jù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析的重點(diǎn)，增加了船舶動(dòng)態(tài)管理、測(cè)站特性差異化展示等亮點(diǎn)，整體提升水文測(cè)站的工作效率、信息化程度和管理決策水平，實(shí)現(xiàn)水文信息服務(wù)共享的功能。自2019年4月試運(yùn)行后，該平臺(tái)不僅服務(wù)于分局信息化、精細(xì)化管理，更是通過(guò)實(shí)時(shí)展示南京水文實(shí)驗(yàn)站在線測(cè)流系統(tǒng)水位、指標(biāo)流速及流量數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)更新大通站水位-流量單值化曲線，動(dòng)態(tài)提醒水位超警等模塊，于汛期為地方政府決策提供服務(wù)。

在智慧水文的整體規(guī)劃下，初步形成平臺(tái)整合、數(shù)據(jù)協(xié)同的布局，對(duì)測(cè)站精細(xì)化管理、水利信息化建設(shè)具有積極的推動(dòng)意義。同時(shí)保留了平臺(tái)二次開發(fā)的接口，便于后續(xù)進(jìn)一步完善更新。但是平臺(tái)開發(fā)及后期軟硬件運(yùn)行、升級(jí)、維護(hù)等需要測(cè)站投入較多的人力物力，外包開發(fā)公司存在技術(shù)人員流動(dòng)頻繁等問(wèn)題，給平臺(tái)管理增加了難度，這也是類似智慧平臺(tái)建設(shè)需要解決的共性問(wèn)題。

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（編輯：李 晗）

Design and realization of hydrological smart platform

ZENG Rui， GONG Chaohai， CAO Guanzhong， CHEN Jiawei

（Lower Changjiang River Bureau of Hydrological and Water Resources Survey，Bureau of Hydrology，Changjiang Water Resources

Commission， Nanjing 210011， China）

Abstract： Considering the various functions of information collection， data processing and society services， on the basis of fully integrating hydrology business and survey station resources，? Changjiang Lower Reaches Hydrology and Water Resources Survey Bureau established a set of comprehensive information management smart platform with the aid of Internet of Things， Spring Boot microservices， front-end VUE development framework， and Google Map API. The platform， with the business being the main clue， management being the mainstay and the propaganda service being the driving force， integrates flow， rain and sediment information， labour division， data compilation， party building and incorruption construction， safety operation， and instrument management， and it will be used as the main technological means to achieve platform integration， data coordinated arrangement and promote refined management and informationization construction of water conservancy.

Key words： smart platform; hydrological information; Internet of Things; big data; refined management