水文资料人工测验数据处理系统设计与应用

陈玉斌

（云南省水文水资源局红河分局，云南 蒙自 661199）

水文资料整编成果是经济社会发展和建设的重要基础资料，对于保障防洪安全、供水安全、生态安全，开展涉水工程建设、做好水资源管理保护和生态修复等具有重要作用。随着国家经济社会的快速发展，特别是最严格水资源管理制度、河（湖）长制管理考核、生态水量管理、年报编制等都对水文资料的时效性和质量提出了更新更高的要求。人工测验数据的填报是影响水文资料时效性和质量的关键环节之一，因此，实施水文资料人工测验数据智能动态处理迫在眉睫。

1 数据处理系统及功能需求

水文资料人工测验数据处理系统通过网络在线系统软件对人工测验项目（水准测量、水位、流量、输沙率、水温、岸温、降水量、蒸发量、气温）数据值进行实时填报。数据经校验和计算后进入过渡数据库，参与实时在线整编。

数据处理系统功能需求包括以下3个方面：①数据填报，按特定的数据格式，在网络在线软件处理系统填报人工测验获取的水准测量、水位、流量、输沙率、水温、岸温、降水量、蒸发量、气温等45个表项资料数据。②数据校验，根据测验项目内容设置相应的边界条件及参数，对填报数据进行校验，对不满足条件的数据要进行完善修改，直到数据准确。③数据计算与入库，根据数据内容及功能需求，采用对应的计算公式对填报数据进行处理，得到的成果直接进入水文资料在线整编系统过渡数据库，参与水文资料实时在线整编。

2 存在的问题及解决思路

受人力、设备等客观条件限制，理论上的单站“四随”（随测、随算、随整理、随分析）工作难以实现。具体表现为：①人工观测水位与遥测水位脱节，观测水位无法对遥测水位起到校测作用；②水温、岸温观测中，不能及时发现读数错误及填报错误；③流量测验中测深及测速分析流于形式；④无法落实泥沙测验结果的合理性检查；⑤降水的人工观测值与遥测值需要进行比对；⑥不能及时发现蒸发观测错误。

充分利用互联网+数据库模式，使人工观测值与遥测值能够及时比对，发现问题及时处理。同时，还要利用计算机的计算功能，把日常的合理性判断条件固化，实现对每一个结果的筛选。

3 系统智能动态架构设计

B/S（Browser/Server）结构即浏览器和服务器结构，使用户通过浏览器实现对服务器的访问。前端（Browser）实现部分事务逻辑，服务器端（Server）实现主要事务逻辑，简化了客户端载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量。

水文资料人工测验数据具有站点多、分布广的特点，结合B/S结构特性，对处理系统用户使用端进行开发设计，B/S结构示意见图1。

图1 B/S结构示意

Browser浏览器是水文资料人工测验数据处理系统的人机界面，实现人工水准测量、水位、流量、输沙率、水温、岸温、降水量、蒸发量、气温等测验项目的人机交互。对于复杂的人机界面和交互过程，如绘制过程线、水位流量关系图、站点降水量分布图等，采用Highcharts技术进行处理。Web服务接收Browser发送的填报或查询请求，发送至应用服务器处理，并将填报或查询结果返回。应用服务器对各水文站点工作人员请求起到处理调度和负载均衡作用，所有Web服务接收到的请求首先都发送至应用服务器进行任务分派，根据不同需求的请求类型，应用服务器将实际的水、流、沙等要素的读取、处理和计算等分配到对应计算服务器中处理。应用服务器可实现填报、查询层和计算、校验层的主要功能。水文要素计算、校验是系统技术支撑层的核心处理部分。模型运算包括水准测量，流量计算，水位、降水订正等。应用层的各逻辑服务器之间均采用Xml进行数据交换和通讯。

过渡数据库平台存储所有人工测验及计算数据。通过数据库连接池，实现填报、查询服务对数据库的访问。空间数据库存放数字地形图。没有存放到关系型数据库中的测验河段平面图、观测场位置图、水利工程分布图等格式数据作为非结构数据文件。

4 数据校验方法

除建立完整的全国水文资料整编系统测站基本信息表外，还应建立特有的测站基本特征参数信息表作为判断依据，供计算机对填报值进行判断。建立水准点考证表、水尺零点高程考证表、大断面成果表作为基础表直接调用。初作在原始数据提交后，若发现错误，只能在审查开始前或测量开始后24 h内进行修正。对有规律的选项进行固化，用下拉菜单方式选择。通过对邻近值、历史值、经验值的比较及图表辅助判断观测值，确保观测数值可靠。同一个数据录入后，通过数据库查询语句查询并调用，避免同一数值因人为多次填报带来的错误。

5 系统功能设计

水文资料人工测验数据处理系统运行界面见图2。

图2 水文资料人工测验数据处理系统运行界面

水文资料人工测验数据处理系统功能结构见图3。

6 系统特性

（1）易用性。填报界面简洁，每张测验表格填报窗口仅设置人工测验最原始数值元素。对于一些稳定要素，采用下拉菜单形式避免填报错误。对于时间等要素，通过提取系统时间再根据实际修改，降低填报错误。对站名、水尺零点高程等要素，通过查询方式进行调用。

（2）共享性。原始数值经过校验计算得到的成果，部分供进一步的资料整编或直接形成成果，如实测流量成果表，既是整编成果又作为定线依据；部分作为资料整编成果或返回调用，如实测大断面成果，既是整编成果又作为单次流量水边点查用及河段高程借用；部分作为说明资料或返回调用，如水准点考证表、水尺零点高程考证表，既是说明资料又可作为水准测量引用点资料（如水位观测中直接调用水尺零点高程的来源）。

（3）可靠性。水文资料的可靠性包括观测数据的代表性和准确性。该系统利用计算机运算检索功能，对每张表的数据填报均进行校验，尽量降低二次错误率。

（4）时效性。以流速仪法测验流量为例，该软件每测完一条垂线就绘制一条垂线的测点流速横向分布图及断面图，流量测验结束即显示到水位流量关系图上，理论上实现了单站“四随”工作。

图3 水文资料人工测验数据处理系统功能结构

7 系统应用

该系统处于测试阶段，于2018年12月投入运行，云南省内的156个基本水文站、13个水位站，136个中小河流水文站、111个水位站和州市界河22个水文站均采用该系统进行测报处理。系统能满足测站、分局对人工测验数据实时及现场智能、动态处理的要求，能同步查看测验结果，并将数据传入数据库进行实时水文资料在线整编。

系统应用后，实现了人工测验结果现场实时校验并得到测验结果，节省了大量时间和人力，修改错情简便快捷，极大提高了工作效率，产生了显著的社会和经济效益。

8 结语

水文资料人工测验数据处理系统改变了以往人工测验项目资料计算需要外业作业的特点，调整完善了水文资料人工测验计算的工作机制，实时在线计算提升了人工测验计算的自动化水平，实现人工测验资料的“日清月结”。系统的设计研发及应用，使水文资料人工测验项目工作更为省时省力，切实提高了人工测验水文资料计算分析检查的时效性。