水文资料在线整编系统研究与探索

陈才明，潘忠斌，李 琼

（温州市水文站，浙江 温州 325000）

1 概述

水文资料在线整编系统研究近年来成为我国水文系统热门课题。美国 20 世纪 50 年代开始研究水文资料整编自动化，至 1971 年建立全国集中式水文资料贮存、检索系统（WATSTORE）即水文资料库[1]，1975 年与 4 个大区和 46 个分区联网，通过电子计算机网络控制，在各州的终端机上可获得全美任一地点的资料。英国、加拿大、日本、苏联、比利时和意大利等国都建立了水文资料库和流域或地区性的水文自动测报与联机网络系统，也相继采用卫星技术研究水文问题。1958 年，美国 H.W. 海泽等人开始研究用雷达观测降雨量。这些科学技术的采用，推进了水文、水资源的研究。

近年来，我国水文广泛引进和应用国内外先进的科学技术和仪器设备，水文测验、预报方法结合自动化信息化而不断升级改造，各水文要素采集逐步实现自动化，传统的以人工为主的资料整编处理模式已不能满足水文现代化发展的要求[2]，因此，水文要充分利用现代信息技术，在计算机网络的支持下，加大研发“互联网 + 水文”技术，实现“互联网 +”与水文资料整编的融合应用[3]，开发在线整编系统，搭建省、市、县三级分层次，分地域的水文信息处理架构，实现水文信息的采集、整编、贮存、分析、应用、管理一体化系统化在线处理。

温州市水文站在现有水文要素监测信息化成果的基础上，通过浙江省防汛通信平台自动采集水文遥测数据，开发建设水文资料在线整编系统。系统可对测站数据的完整性、异常性、合理性进行智能甄别，过滤出需要人工介入处理的数据，提供给运行平台系统。测站技术员通过系统对监测数据进行校核，在线完成一算二校后提交市级审核，完成测站在线整编任务；市级技术员对测站整编成果进行审核，确保成果正确后提交省级管理机构，完成资料整编工作，实现即时整编，即时提交整编成果。同时在线整编系统利用数据库技术将分散存储的国家基本水文测站历史整编数据统一存储到历史水文资料整编数据库中[4]，利用现代水文综合分析技术对历史水文资料整编数据资源进行全面的、系统的、科学的分析与管理，实现历史水文资料整编数据统一贮存、应用、管理，为防汛防旱、水利建设、水资源开发管理保护及其它国民经济建设提供科学，准确，高效的水文技术支撑。

2 研究目标

通过研发水文资料在线整编系统，实现水文遥测数据向水文成果数据的转换与质量检查，并构建数据整合和流转机制[5]，实现数据质量检查、过滤、插补等数据处理功能，最终建成水文资料整编成果和原始数据库。为了保障水文资料整编成果的合理、准确、符合整编规范要求，建立水文数据审查系统，能够与南方片 5.0 数据库对接，用于审查南方片系统的成果数据。同时建设各类水文资料专用数据库，存储各类成果资料，对水文资料进行信息化管理，为防汛会商、水资源管理等提供决策支撑信息。

3 系统结构及主要功能

水文资料在线整编系统主要由地图查询、基础信息、数据智能甄别、数据统计分析、省市县联动整编、基础数据库管理、标准化管理、用户管理等系统组成，其中地图查询、数据智能甄别、数据统计分析、省市县联动整编为本系统关键技术。系统逻辑结构如图 1 所示。

图 1 系统逻辑结构图

3.1 地图查询

地图查询充分应用 GIS 地理信息处理、数据挖掘及时间序列分析等技术，GIS 展示功能以 WebGIS形式展示测站的空间位置，可随时查询测站站码、位置、河流水系、站别、实时数据等信息。实时数据通过图和表 2 种方式显示站点多套设备当前水雨情信息。左侧有查询检索窗口，可以按行政区域、水系、站别或站码、站名进行检索。

3.2 数据智能甄别系统

该子系统是关键技术，主要实现自动采集测站遥测数据，并根据数据合格分析规则进行智能化判断，将可疑、缺测数据甄别过滤。功能模块主要分为数据采集、过滤规则管理和过滤等模块。

3.2.1 数据采集模块

实现与浙江省防汛通信平台连接，实时获取测站的遥测数据。模块内置自启动及网络判断功能，实现完全自动化，无需人工介入操作。模块内置数据完整性线程，对每个测站的遥测参数进行数据判断，对缺测的参数进行时间段标识，提供给市县联动模块处理。

3.2.2 数据过滤规则管理

管理遥测数据的正确性判断规则供后端模块使用。一般模块将进行默认设置，在某些站点需要人工介入时修改即可；过滤规则根据监测参数不同设置不同规则。以下列举雨量和水位参数以说明。

1）雨量参数。该参数特点为每 5 min 有 1 个数据，前端雨量测量的雨量传感器分辨力为 0.5 mm，雨强为 0～4 mm/min（允许通过最大雨强 8 mm/min），温州市国家基本站中一般有多套雨量遥测设备。根据这些特点，雨量参数过滤的规则设定有：a. 雨量完整性判断。每 5 min 应有 1 个雨量数据。b. 5 min雨量判断。根据雨量传感器的雨强，一般 5 min 雨量不应超过 40 mm，超过该数值则将该时段数据标记为异常数据。c. 相邻雨量设备数据对比。1 个国家基本站中有 2 套及以上的雨量遥测设备，对这些设备进行编号，对采集到的雨量进行统计对比，一般采用小时雨量进行对比，若 2 套设备雨量对比相差超过某个预定数值（用户自行设定），则将该时段数值标记为异常数据。

2）水位参数。该参数特点为每 5 min 1 个数据，一般水位分辨力为 1 cm，前端传感器多为格雷码水位计。根据这些特点，水位参数过滤的规则设定有：a. 水位完整性判断。每 5 min 应有 1 个水位数据。b. 水位正常范围判断。由于格雷码水位计的量程为 0～40 m，故一般要增加水位基面，在调整水位基面时往往会造成数据变化很大，所以设定该基本站的正常水位变化范围，将超出该范围的数据标记为异常数据。c. 水位突变判断。将实时传输的水位数据与上一时刻的水位进行对比，若突变超过某个预定数值（用户自行设定），则将该时刻数值标记为异常数据。

3.2.3 数据过滤模块

根据过滤规则对数据进行完整性和准确性分析，将过滤出的信息及数据存储到日志中，供运行维护管理平台使用。

3.3 数据统计分析系统

该子系统主要是对数据进行分析和展示，主要包括逐日、月、年数据 3 个子模块。逐日、月、年数据分析可对单站点多套设备进行对比分析[6]；也可以对多站点（比如邻近测站或上下游测站）进行面审，系统性对比分析站点测验数据；用户也可以自定义时间选择多站点进行比对分析。

按照《水文资料整编规范》的要求[7]，数据统计分析系统可显示测站的数据报表，用图形或者表格展示这些站点的监测数据，可以帮助用户直观地判断数据的正确性，对修改过的数据可以点击查看该数据的修改日志等信息。

3.4 省市县联动整编系统

该子系统是在线整编的核心部分，由实时、整编、成果数据 3 个部分组成。主要功能如下：

1）实时数据。用户登陆后显示需要处理的异常数据列表和已经处理的数据列表。经数据实时接收系统过滤出的异常数据，自动分配到对应的责任测站，由具备管理权限的测站技术员进行数据的处理工作，同时将这些数据存储到日志，供审核。经审核后，确认修改，并且形成修改日志。修改日志记录数据修改时间、内容、原因及操作人员等以备后查。

2）整编数据。用户通过该窗口整编测站水文资料，该目录由整编一览、三校用户管理、降水量和水位日常监测、南方片数据接口、数据审查授权、整编数据审核等组成。

a. “整编一览”显示当前各个测站水文资料整编进度，是否通过审核等，该界面直观显示市县资料整编互动情况，可监督管理各县（市、区）测站水文资料整编情况。

b. “三校用户管理”是为了实现在线完成一算二校任务，由测站指定一算二校人员，定期完成计算校核工作，只有完成一算二校的站点，才能提交市站审核。

c. “降水量日常监测”显示人工、多套遥测日雨量对比分析，当各设备观测值相当时，默认选择主设备作为整编数据，同时提供主副遥测设备数据误差分析，当两者数据误差超过 5% 时，再参考人工观测数据。当三者数据不同时，可点击过程数据对比分析，过程数据对比可以选择 5 min 和 1，3，6 h 等多种时段对比数据，也可以与临近站点进行对照分析，进一步分析主副设备数据准确性，当发现主设备有问题时，点击选择采用副设备，则当日全部采用副设备整编。整个过程操作简单，数据分析效率快，大大减少水文原始资料审查时间，并提高了审查精度。

d. “水位日常监测”功能与降水量大致相同，其中人工与主副设备对比数据均采用 8:00 整观测值，水位原始数据处理采用水位自动摘录和人工干预摘录相结合，合理摘录水位过程，精简水位数据整编。

e. “南方片数据接口”提供整编数据无缝对接南方片 5.0 整编数据库，减少中间坏节，提高工作效率；“数据审查授权”是资料审查权限授权，采用网络分散审查，打破以往集中整编模式；“整编数据审核”由市站完成数据审核，发现整编数据有问题的可退回测站进一步审查。

3）成果数据。成果数据录入提供实测流量成果表、大断面、蒸发、水温等成果录入窗口，数据可以人工录入也可批量导入，经审核后，可生成南方片格式，导入南方片 5.0 数据库。

3.5 基础数据库管理系统

按照 SL 324—2005《基础水文数据库表结构与标识符标准》库表结构规范要求[8]，对降水、水位、流量等水文数据进行查漏，补缺，纠错，在此基础上，进行一致性处理，保证数据的完整、准确入库存储。另针对水文监测技术发展和服务社会的需求，建立水文数据的扩展库和非结构化数据库，并与原始遥测、水雨情数据库集成一体化，统一构成具有数据分析、统计应用功能的基础数据库管理系统[9]。

3.6 标准化管理系统

该系统接口衔接浙江省水文测站标准化运行管理平台，按照标准化管理要求做好水文测站的日常观测、巡查、工作台账并上报等测验任务。

4 系统特点

水文资料在线整编系统投入使用以来，系统运行稳定、操作方便简单，得到水文技术人员一致好评，与传统整编方式相比具有以下优点：

1）简化整编程序，提高整编效率。在线整编系统依据计算机智能甄别对比分析，数据直观 ，操作简单，降低了传统整编模式易造成的漏判、误判，提高了整编质量和效率。传统整编模式采用定期集中式整编，依靠大量人力审查数据，而在线整编实现网络化无纸化工作，减少了集中整编人力、物力和财力投入。

2）基于“互联网 +”技术，实现水文资料整编网络化。水文资料在线整编系统基于“互联网 +”技术，资料校核、审查、复审均可在互联网上进行。

3）在线即时整编，加快水文成果服务社会的转换应用。传统的整编模式一年收集的水文数据须到次年才完成整编，影响水文成果及时使用。该系统实现了测站水文资料在线即时日清月结、一算二校、审查复审等工作，实时输出水文成果，较大地增强了水文为社会服务的时效性。

4）整合历史数据库，提供多样化水文信息服务。该系统将实时水雨情、历史水文资料整编等数据库相结合，提供历史查询、统计分析、成果输出等多样化水文信息服务，实现水文资料查阅“最多跑一次”快捷服务。

5 结语

水文作为水利基石与防汛耳目，高效及时提供水文数据是社会对水文行业提出的更高要求，水文资料在线整编改革是推进水文现代化的重要创新。通过水文资料在线整编系统实现了在站整编、在线审核与复审等工作，为水文资料日清月结提供了保障，有力提升了水文资料整编质量和效率，加快了水文成果服务社会的转换应用。