劉劍鋒

（上海市水文總站，200232，上海）

上海市防汛自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)是上海防汛決策系統(tǒng)的重要組成部分，多年來為防汛減災(zāi)提供了大量及時(shí)準(zhǔn)確的水情信息，它的主要任務(wù)是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)降雨量、潮水位、風(fēng)速風(fēng)向等水文要素自然變化的情況，是一項(xiàng)基礎(chǔ)和前期工作，是防汛工作的耳目和參謀，其質(zhì)量和精度將直接影響防汛決策的科學(xué)性。通信技術(shù)的快速發(fā)展，使防汛自動(dòng)測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)的時(shí)效性得到了顯著提高，但同時(shí)也導(dǎo)致遙測(cè)站點(diǎn)及監(jiān)測(cè)頻率的不斷增加，海量的數(shù)據(jù)過濾、質(zhì)量審核工作給常規(guī)水文數(shù)據(jù)處理方式帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。保證水情信息的準(zhǔn)確性和完整性，提高水情測(cè)報(bào)質(zhì)量，為各級(jí)防汛指揮部門提供決策依據(jù)成為當(dāng)務(wù)之急。

一、上海市防汛自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理要求

上海市防汛自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)是防汛工作非工程措施的重要組成部分，共有82個(gè)測(cè)報(bào)站點(diǎn)，主要采集雨量、潮 （水）位、風(fēng)速和風(fēng)向等信息，以GPRS為主信道、VHF、PSTN 及 GSM等為備用信道，每五分鐘一次以自報(bào)方式向中心站發(fā)送數(shù)據(jù)。由于防汛數(shù)據(jù)從采集、傳輸、存儲(chǔ)到發(fā)布全流程自動(dòng)操作，大量的數(shù)據(jù)處理成為系統(tǒng)管理的關(guān)鍵。結(jié)合實(shí)際情況數(shù)據(jù)管理需滿足幾方面要求。

1.數(shù)據(jù)合理性檢查亟須自動(dòng)化

防汛自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)受外因影響會(huì)有不合理數(shù)據(jù)出現(xiàn)，如雨量信號(hào)線浸水、雷擊導(dǎo)致循環(huán)碼跳變、雨量筒清洗造成數(shù)據(jù)過大、施工場(chǎng)地震動(dòng)造成降雨日數(shù)據(jù)偏多以及潮水位受船行波影響數(shù)據(jù)過大、信號(hào)轉(zhuǎn)換器運(yùn)行不穩(wěn)定導(dǎo)致潮水位數(shù)據(jù)歸零等，這些數(shù)據(jù)不合理的情況出現(xiàn)的頻率高，偶然性強(qiáng)，難以全部通過人工干預(yù)加以解決，亟須實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)檢查的自動(dòng)化。

2.數(shù)據(jù)完整性有待進(jìn)一步提高

防汛數(shù)據(jù)既要實(shí)時(shí)發(fā)布，又要用于分析預(yù)報(bào)，對(duì)測(cè)站數(shù)據(jù)特別是重點(diǎn)站潮水位數(shù)據(jù)的完整性要求很高。雖然系統(tǒng)通信組網(wǎng)方式科學(xué)，但由于設(shè)備故障及信道狀態(tài)不穩(wěn)定，仍會(huì)有短時(shí)數(shù)據(jù)缺失現(xiàn)象，導(dǎo)致高低潮位等特征值無法測(cè)出。

3.數(shù)據(jù)維護(hù)操作需便利快捷

由于遙測(cè)站點(diǎn)多、數(shù)據(jù)量大，除存儲(chǔ)處理原始數(shù)據(jù)外，還會(huì)根據(jù)防汛要求進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)成特征值，生成報(bào)表等。使用人員雜，涉及環(huán)節(jié)多，較易出錯(cuò)，需要數(shù)據(jù)維護(hù)操作簡單、計(jì)算更新便利快捷的數(shù)據(jù)處理工具。

二、WISKI軟件簡介

1.WISKI軟件的總體功能

水文水環(huán)境基礎(chǔ)信息分析處理系統(tǒng)（Water Management Information System Kisters）是德國Kisters公司的軟件產(chǎn)品，該系統(tǒng)采取模塊化設(shè)計(jì)方法，利用時(shí)間序列數(shù)據(jù)，進(jìn)行基本運(yùn)算、數(shù)據(jù)管理、可靠性檢驗(yàn)、編輯與聯(lián)動(dòng)、數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)注、統(tǒng)計(jì)與分析等數(shù)據(jù)處理工作。經(jīng)20多年不斷的開發(fā)與應(yīng)用，成為較完善的軟件產(chǎn)品，現(xiàn)已在德國、瑞典、法國、美國等十幾個(gè)國家得到廣泛應(yīng)用。

2.WISKI軟件的特點(diǎn)與先進(jìn)性

①采用時(shí)序數(shù)據(jù)三層管理的設(shè)計(jì)思路，在保證原始數(shù)據(jù)的安全性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)管理和聯(lián)動(dòng)計(jì)算。

②靈活的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)方法，支持龐大遙測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)錯(cuò)誤篩檢和人工數(shù)據(jù)的自動(dòng)標(biāo)注和警示。

③完善的數(shù)據(jù)質(zhì)量及全面的測(cè)站信息，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)量與質(zhì)的同步管理。

④內(nèi)置水文常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析功能，能按照水環(huán)境評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。

⑤自定義的參數(shù)和數(shù)據(jù)格式設(shè)計(jì)方式，不僅適應(yīng)現(xiàn)行的水文技術(shù)要求，也為將來可能增設(shè)的規(guī)定預(yù)留空間。

⑥提供統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出工具，便于不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)整合與共享。

三、WISKI軟件在上海市防汛自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

上海市水文總站從2008年開始應(yīng)用WISKI進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理工作，利用上海感潮河網(wǎng)地區(qū)的特點(diǎn)，進(jìn)行防汛自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)合理性檢查、自動(dòng)插補(bǔ)等工作，通過對(duì)WISKI的功能挖掘及二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)的全面管理。

1.數(shù)據(jù)的合理性檢查

（1）雨量跳變的過濾

根據(jù)遙測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)際情況，分別對(duì)各個(gè)站設(shè)置了雨量上下限值、允許時(shí)間間隔等檢驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)采取自動(dòng)檢測(cè)，超過設(shè)置值的被自動(dòng)標(biāo)識(shí)，在時(shí)間序列圖形瀏覽窗口中展示。

（2）毛刺數(shù)據(jù)的剔除

利用斜率檢驗(yàn)，通過設(shè)置最大斜率和最小斜率，判斷數(shù)據(jù)是否存在突變，如水位的驟漲驟落，自動(dòng)去除突變數(shù)據(jù)，也可通過去除毛刺數(shù)據(jù)功能人工干預(yù)。

2.潮位自動(dòng)測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)的插補(bǔ)

（1）利用人工報(bào)汛數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)

上海地區(qū)部分防汛自動(dòng)測(cè)報(bào)站點(diǎn)與人工報(bào)汛站點(diǎn)重合，當(dāng)自動(dòng)測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)缺失時(shí)，利用同一站點(diǎn)人工報(bào)汛中的高低潮位等特征值作為控制點(diǎn)進(jìn)行樣條插補(bǔ)，可自動(dòng)生成準(zhǔn)確的潮位過程線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)插補(bǔ)。

（2）備份站數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)

利用距離較近的站點(diǎn)，對(duì)重要站點(diǎn)進(jìn)行測(cè)站備份，也是上海市防汛自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的一種測(cè)站管理方式。例如國家重點(diǎn)站黃浦公園，由于位置限制僅建設(shè)了自動(dòng)測(cè)報(bào)站點(diǎn)，為了保證數(shù)據(jù)的完整性，總站將距離僅百米的基本水文站蘇州河站作為備份站點(diǎn)，兩站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本一致，利用該站對(duì)黃浦公園進(jìn)行了自動(dòng)數(shù)據(jù)缺失插補(bǔ)。

（3）相關(guān)站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)

上海防汛自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的潮位站點(diǎn)，特別是黃浦江水系、長江南北支及杭州灣地區(qū)的潮位站，由于受潮汐影響，彼此間有很強(qiáng)的相關(guān)性，利用WISKI軟件，可自動(dòng)配置站點(diǎn)，進(jìn)行相關(guān)系數(shù)計(jì)算，設(shè)定條件進(jìn)行推算，可實(shí)現(xiàn)這類站點(diǎn)間的數(shù)據(jù)缺失插補(bǔ)，提高數(shù)據(jù)的完整性。例如，外高橋、吳淞口站可利用相關(guān)性數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)。

四、結(jié) 語

水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)快速發(fā)展，自動(dòng)測(cè)報(bào)站點(diǎn)的推廣建設(shè)，導(dǎo)致遙測(cè)數(shù)據(jù)量迅速增加，大量的水文數(shù)據(jù)管理需要先進(jìn)的處理軟件完成。目前國內(nèi)的遙測(cè)數(shù)據(jù)存在重前期系統(tǒng)建設(shè)、輕后期數(shù)據(jù)管理的現(xiàn)象，同時(shí)已開發(fā)的系統(tǒng)功能有局限，再次開發(fā)需增加成本，直接導(dǎo)致了數(shù)據(jù)除了滿足日常防汛需要及常規(guī)統(tǒng)計(jì)外，不能提供對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)深層次的開發(fā)應(yīng)用，影響決策支持系統(tǒng)的建設(shè)。上海市水文總站通過實(shí)踐證明，利用WISKI軟件可以提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，提高數(shù)據(jù)維護(hù)的工作效率，降低系統(tǒng)管理成本，有利于數(shù)據(jù)的二次開發(fā)和應(yīng)用，非常適用于上海地區(qū)的實(shí)際情況。

[1]水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（SL 61-2003）[S].北京：中國水利水電出版社，2003.

[2]水文資料整編規(guī)范（SL 247-1999）[S].北京：中國水利水電出版社，1999.

[3]WISKI技術(shù)手冊(cè)[S].