水文智慧平臺設計與實現

曾瑞 龔朝海 曹貫中 陳佳偉

摘要：基于水文信息的各項工作職能，在充分整合業務和測站資源的基礎上，借助物聯網、Spring Boot 微服務、前端VUE開發框架、谷歌地圖API等技術，建立起一套以業務為主線、管理為主體、宣傳服務為驅動，集水雨沙情、人員分工、資料整編、黨建廉建、安全生產、儀器管理為一體的綜合信息化管理智慧平臺，并將該平臺作為實現精細化管理的主要技術手段，初步形成平臺整合、數據協同的布局，對測站精細化管理、水利信息化建設具有積極的推動意義。

關鍵詞： 智慧平臺;水文信息;物聯網;大數據;精細化管理

中圖法分類號：P33文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.04.014

文章編號：1006 - 0081（2021）04 - 0079 - 04

1 研究背景

水文是信息密集的基礎行業。水文信息既是國民經濟建設與社會發展中一切水事活動決策的依據，也是水文行業服務于社會、經濟、環境、生態和國防等領域的主體信息產品。一方面，信息化工程是水利改革發展總基調中的一項重要短板，隨著水文測報新技術應用水平的提升，水利信息感知網的進一步完善以及長江流域經濟的快速發展，對水文信息服務能力的要求越來越高，智慧水文建設工作的要求越發迫切;另一方面，當前的各類水文信息平臺存在條塊分割的現象，各類數據源形成信息孤島、無法共享，以及各類建設標準不統一、整合困難等，制約了信息共享與社會服務水平[1-4]。

基于信息收集、數據整理與服務社會的各項工作職能，基層水文測驗業務部門對規范化、精細化和信息化管理的需求日趨強烈。長江委水文下游局南京分局在充分整合業務和測站資源的基礎上，形成了一套以數據為核心，集成業務管理的一體化信息化智慧平臺。

2 主要技術與總體架構

長江委水文下游局南京分局智慧平臺主要技術包括物聯網、Spring Boot 微服務、前端VUE開發框架、谷歌地圖API等[5-9]。總體架構涵蓋：①數據同步微服務，實時同步下游局數據庫測驗數據;②安裝GPS定位傳輸模塊硬件，將船舶實時位置、航速、航向信息傳輸至數據同步微服務;③數據分析微服務，通過匯總分析測驗數據，結合算法，精確計算;④用戶層WEB端，以先進的VUE前后端分離框架，結合主流圖表化組件，集成谷歌地圖API，調取數據分析微服務提供的計算結果，直觀展示信息，系統架構如圖1所示。

3 功能設計

智慧平臺將轄區內各類水文河道信息借助物聯網等技術架構進行整合輸出，提供水文信息的匯聚、存儲、供給與服務，平臺功能結構如圖2所示。目前設計模塊有：人員排班、實時汛情、站點概覽、船舶管理、儀器設備管理、黨建廉建、安全生產等。同時設置數據上傳及新聞上傳模板，支持用戶權限管理、數據導入導出、歷史查詢、統計分析等。通過賬號管理和授權管理等方式用來支撐平臺的網絡安全和信息安全。

平臺將整個分局轄區內涵蓋江蘇、安徽兩省的共2個水文站，1個直管水位站，以及5個共建共管水位站在GIS地圖集成，實現了分局一張圖;將實時水情、雨情、沙情集成展示，實現汛情一張圖;同時將測站管理中常用的儀器設備出入庫、人員排班安排、黨建廉建、安全生產及測站文化建設等項目整合在一起，實現測站全要素管理。各個模塊設計合理，項目劃分清晰，覆蓋面廣，分工明確，便于控制與落實，可作為分局實現精細化管理的有力載體（圖3）。

4 平臺應用與特性展示

4.1 實時汛情展示

實時汛情以水文勘測分局為單位，集中展示長江下游干流水情。包含站點概況，長江下游干流（安慶、大通、南京）水位過程線，滁河流域共建共管站水位過程線，大通、南京流量過程線，大通、南京沙情過程線等。通過平臺展示各測站水、流、沙的變化，可以比較分析上下游水沙平衡情況，并根據水沙變化趨勢，分局或測站管理人員能夠及時準確地增加流量、含沙量測次，掌握洪峰與沙峰變化情況，同時后臺自動統計生成各類歷史極值、均值圖表，對水情報汛、防洪抗災、資料整編起到積極作用。

4.2 測站特性差異化動畫展示

長江委水文下游局南京分局下轄南京水文實驗站和大通水文站兩個水文站。2014年，南京水文實驗站在線測流系統正式投產運行（圖4），使長江下游感潮河段流量的實時報汛和整編成為可能，滿足了長江下游防洪減災、水資源優化配置的需要，為感潮河段以及易受各種水力因素影響河段的流量報汛及整編提供一種科學、有效的方法。大通水文站2014年起開始采用落差指數法進行流量整編，且精度滿足規范要求，提高了大通水文站受感潮影響下流量的整編精度。智慧平臺通過動畫演示及單值化曲線實時更新對測站特性進行直觀展示，提高了“一站一策”信息化管理水平。

4.3 數據監測連續性預警提示

智慧平臺實時監測水情，并生成水位預警和指標流速預警兩類預警表。對應站點水位值超過警戒水位時，通知水位告警;系統規定時長內未同步到水位數據，通知無數據;主備用自記儀器記錄差值超過3 cm時通知差值告警。南京水文實驗站在線測流系統中規定時長內 2個指標流速有數據缺少時，通知數據缺失;系統固定時段未同步到數據時，通知無數據等，便于管理人員及時發現與排除問題。

4.4 基于物聯網的船舶動態實時展示

測船是水文測驗工作中的重要工具，船舶管理模塊對所管轄的4艘水文測船進行遠程管控，為測船加裝GPS傳輸模塊，掌握每條船舶的實時動態。通過平臺界面可查看每艘測船在地圖上的動態位置，開展水文測驗時，管理人員可以通過船舶當前位置、航行距離、航向、航速、航行時間等掌握測驗進度，為測驗任務和生產安全工作提供了更細致、更有力的保障。

4.5 儀器設備出入庫動態管理

儀器設備模塊實現了對各類測驗設施設備的需求、配置、檢定、使用等各方面全過程的管控，同時實現了儀器設備在線管理功能。該模塊對儀器進出庫進行登記，同時具有儀器的檢定及檢查時間提醒功能，確保儀器在使用期內發生變化實時更新、同步上報。做到備品備件調配科學、合理，設備狀態、存放地點、責任人員的管理規范有序，一目了然。

5 結 語

長江委水文局下游局南京分局以測站信息化為依托，將平臺建設與管理作為實現精細化管理的一項重要技術手段。水文智慧平臺關注當下測站管理中信息散亂、共享困難的痛點，抓住了分局各個測站實時汛情綜合實時展示、水文數據自動統計分析的重點，增加了船舶動態管理、測站特性差異化展示等亮點，整體提升水文測站的工作效率、信息化程度和管理決策水平，實現水文信息服務共享的功能。自2019年4月試運行后，該平臺不僅服務于分局信息化、精細化管理，更是通過實時展示南京水文實驗站在線測流系統水位、指標流速及流量數據，動態更新大通站水位-流量單值化曲線，動態提醒水位超警等模塊，于汛期為地方政府決策提供服務。

在智慧水文的整體規劃下，初步形成平臺整合、數據協同的布局，對測站精細化管理、水利信息化建設具有積極的推動意義。同時保留了平臺二次開發的接口，便于后續進一步完善更新。但是平臺開發及后期軟硬件運行、升級、維護等需要測站投入較多的人力物力，外包開發公司存在技術人員流動頻繁等問題，給平臺管理增加了難度，這也是類似智慧平臺建設需要解決的共性問題。

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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