周啟 譚界雄 高全 張玉炳 阿旺次仁

摘要：監(jiān)測資料整編分析是水庫大壩安全管理的重要內(nèi)容，該業(yè)務(wù)涉及的數(shù)據(jù)多、范圍廣、專業(yè)性強(qiáng)，目前主要采用人工方法。但隨著大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集自動化的快速發(fā)展和大壩安全的重要性不斷提高，監(jiān)測資料整編分析及成果的時效性、快速性、規(guī)范性要求越來越高，傳統(tǒng)的人工整編與分析已無法滿足水利現(xiàn)代化管理的需求。以大壩安全監(jiān)測資料分析報告自動生成系統(tǒng)為研究對象，以系統(tǒng)方案、實現(xiàn)技術(shù)、功能要求等為研究內(nèi)容，實現(xiàn)監(jiān)測資料整編分析報告生成的自動化、規(guī)范化和專業(yè)化。通過工程應(yīng)用驗證，該系統(tǒng)科學(xué)高效，滿足水庫大壩安全管理需要，可為同類報告生成系統(tǒng)開發(fā)提供一定參考。

關(guān)?鍵?詞：安全監(jiān)測; 資料整編分析; 報告自動生成; 水利信息化; 水庫大壩

中圖法分類號： TP391?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.01.039

1?研究背景

我國是世界上大壩數(shù)量最多的國家，各類大壩超過9.8萬座[1]。隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，水庫大壩安全在社會經(jīng)濟(jì)和國家安全穩(wěn)定中的位置越來越突出。作為判斷水庫大壩安全重要途徑之一的大壩安全監(jiān)測日益受到重視。大壩安全監(jiān)測資料整編與分析是大壩安全監(jiān)測的主要內(nèi)容，亦是相關(guān)管理單位的重要業(yè)務(wù)工作，需定期將整編分析成果以報告形式報送主管單位[2]。大壩監(jiān)測資料整編分析的內(nèi)容涵蓋面大，涉及到的數(shù)據(jù)量大、種類多，整編分析專業(yè)性強(qiáng)，而且成果質(zhì)量要求高、時效性強(qiáng)，但目前仍主要靠人工完成，亟待實現(xiàn)自動化。近年，雖然信息技術(shù)取得長足發(fā)展，數(shù)據(jù)自動化采集技術(shù)日趨成熟，但水庫管理信息化中安全監(jiān)測資料分析報告自動生成還沒取得突破。這既限制了水庫管理信息化的發(fā)展，也沒有解決水庫管理最迫切關(guān)心的問題[3]。報告自動生成技術(shù)已在健康檢查、電網(wǎng)運(yùn)行、實驗科學(xué)等領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用[4-6]，亟需引進(jìn)到大壩安全管理領(lǐng)域。

為彌補(bǔ)水庫管理單位專業(yè)技術(shù)人員缺乏、運(yùn)行管理資金有限等因素限制，真正實現(xiàn)水庫管理由傳統(tǒng)人工為主向水利現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變，必須解決大壩安全監(jiān)測資料分析報告自動生成的技術(shù)瓶頸[7]。本文總結(jié)監(jiān)測資料整編分析報告特點和需求，從系統(tǒng)設(shè)計和功能實現(xiàn)等方面進(jìn)行探索研究，并開展成果應(yīng)用，系統(tǒng)可實現(xiàn)監(jiān)測報告自動化編制，降低管理人員技術(shù)要求，減輕編制監(jiān)測報告的工作量，規(guī)范報告編制內(nèi)容，提供高端的專業(yè)技術(shù)服務(wù)。

2?監(jiān)測資料整編分析報告特點及需求

監(jiān)測資料整編分析對及時了解工程性態(tài)、指導(dǎo)工程運(yùn)行和領(lǐng)導(dǎo)決策以及積累工程技術(shù)檔案具有重要意義。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求，水庫大壩管理單位應(yīng)及時對監(jiān)測資料進(jìn)行整編和分析，編制成冊，為大壩安全管理提供依據(jù)。監(jiān)測資料整編分析報告工作有以下特點。

（1） 監(jiān)測資料復(fù)雜。一方面，監(jiān)測資料來源復(fù)雜，包括實時監(jiān)測、人工觀測、巡視檢查和監(jiān)測施工及改造資料等。另一方面，大壩安全監(jiān)測類別繁多，包括巡檢、變形、滲流、壓力（應(yīng)力）、環(huán)境量等，且同一監(jiān)測類別下監(jiān)測項目也各不相同，如變形監(jiān)測項目包括壩體表面變形、壩體（基）內(nèi)部變形等，而同一監(jiān)測項目因觀測方法或目的不同也存在不同。監(jiān)測資料復(fù)雜導(dǎo)致資料整編分析工作量巨大，目前主要采用人工方法，必須依靠先進(jìn)計算機(jī)技術(shù)來提高工作效率。

（2） 監(jiān)測資料分析專業(yè)性強(qiáng)。大壩安全監(jiān)測涉及的專業(yè)門類廣泛，除了水工結(jié)構(gòu)專業(yè)基礎(chǔ)外，還包括傳感、測量、計算機(jī)、信息處理等專業(yè)，這對監(jiān)測資料分析人員的專業(yè)素質(zhì)提出了較高要求。監(jiān)測信息由于受到外部環(huán)境、通訊條件等影響，可能存在粗差或異常值等情況，資料整編分析前必須采用專業(yè)手段進(jìn)行可靠性分析，并采用繪制過程線、分布圖、相關(guān)圖及測值比較等一系列專業(yè)方法進(jìn)行資料整編，再基于必要的數(shù)學(xué)模型和工程經(jīng)驗進(jìn)行專業(yè)分析。而水庫管理單位安全監(jiān)測相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員普遍欠缺，造成分析報告不專業(yè)、分析深度不夠、成果質(zhì)量差，難以發(fā)現(xiàn)工程運(yùn)行中存在的問題。

（3） 報告時效性要求高。監(jiān)測資料分析主要是為了了解工程性態(tài)和指導(dǎo)工程運(yùn)行，尤其是在監(jiān)測數(shù)據(jù)異常和汛期防洪形勢緊急時，對分析大壩安全狀態(tài)、指導(dǎo)防汛決策具有重要意義。1962年安徽梅山連拱壩右岸13號壩跺連續(xù)3 d觀測向左岸傾斜了57.2 mm，通過及時進(jìn)行資料分析，發(fā)現(xiàn)右岸基巖發(fā)生錯動，通過采取措施避免了潰壩事件[8]。此外，各水庫管理單位根據(jù)管理要求，需定期整編分析，并將分析成果以報告形式報送主管單位。由于水庫現(xiàn)場管理條件有限，報告成果難以滿足時效性要求。

（4） 相關(guān)規(guī)范要求明確?！锻潦瘔伟踩O(jiān)測資料整編規(guī)程》《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》和《水庫大壩安全管理條例》等相關(guān)技術(shù)要求和規(guī)程規(guī)范，對監(jiān)測資料整編方式方法和資料分析報內(nèi)容、范圍和深度都提出了明確要求。2017年最新發(fā)布的《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》也將“安全監(jiān)測資料分析”單列成章，明確將安全監(jiān)測資料分析作為大壩安全評價的重要內(nèi)容[9]。相關(guān)規(guī)范對報告提出了規(guī)范性和質(zhì)量等方面的更高要求。

綜上所述，目前監(jiān)測資料整編分析主要采用人工方法，且監(jiān)測相關(guān)專業(yè)技術(shù)力量普遍欠缺，造成監(jiān)測資料分析存在分析不及時、報告不專業(yè)、成果質(zhì)量低，難以滿足水庫管理單位的安全管理需要，也不符合國家相關(guān)規(guī)程規(guī)范的要求。隨著水利信息化的快速發(fā)展和相關(guān)管理日益規(guī)范，在安全監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集和信息系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境不斷改善的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)監(jiān)測資料自動整編分析已成為必然要求和必然趨勢。

3?系統(tǒng)設(shè)計

3.1?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

報告生成自動系統(tǒng)涉及到數(shù)據(jù)來源、整編要求、報告編制、文本生成等方面，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由數(shù)據(jù)庫、模板庫、數(shù)據(jù)整編、資料分析、報告生成以及成果展示子系統(tǒng)等組成。大壩安全監(jiān)測資料分析報告生成系統(tǒng)建立在大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)基礎(chǔ)上，以安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、水雨情數(shù)據(jù)、大壩監(jiān)測歷年數(shù)據(jù)、人工觀測數(shù)據(jù)、巡視檢查記錄以及工程相關(guān)背景資料等建立數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)報告自動生成。報告生成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與流程見圖1。

首先根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求定制可配置的模板庫，并將相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)納入到數(shù)據(jù)庫中，為報告自動生成提供基礎(chǔ)。根據(jù)數(shù)據(jù)成果設(shè)計數(shù)據(jù)整編模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)檢驗等功能，為監(jiān)測資料分析提供基礎(chǔ)。根據(jù)整編數(shù)據(jù)和模板格式及內(nèi)容要求，進(jìn)行圖表制作、模型建立以及在線分析，必要時提供專業(yè)離線分析，實現(xiàn)監(jiān)測資料專業(yè)分析。最后根據(jù)分析結(jié)果和模板要求，自動進(jìn)行監(jiān)測資料分析報告配置和生成。用戶可以在Web端進(jìn)行模板報告樣式設(shè)計，在服務(wù)器端實現(xiàn)數(shù)據(jù)整編、專業(yè)分析和報告生成工作。

3.2?系統(tǒng)功能設(shè)計

報告自動生成系統(tǒng)要求實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動整編分析和報告自動生成，實現(xiàn)監(jiān)測資料整編分析自動化、專業(yè)化、智能化。子系統(tǒng)功能設(shè)計如下。

3.2.1?數(shù)據(jù)整編

監(jiān)測數(shù)據(jù)整編是監(jiān)測資料分析的基礎(chǔ)，采用系統(tǒng)分析工具，利用專業(yè)知識對原始監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，對測值進(jìn)行檢驗，剔除不合理數(shù)據(jù)和偶然誤差，并進(jìn)行合理修正后所得到的數(shù)據(jù)才具有可用性，可為監(jiān)測資料分析提供可靠數(shù)據(jù)成果。同時，系統(tǒng)保存原始數(shù)據(jù)以保證數(shù)據(jù)的真實性，避免因整編人員受水平限制而對數(shù)據(jù)進(jìn)行不合理的修改，確保數(shù)據(jù)安全。

3.2.2?資料分析

根據(jù)監(jiān)測資料整編成果，采用比較法、作圖法、特征值統(tǒng)計法及數(shù)學(xué)模型法等，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并在此基礎(chǔ)上采用各種方法進(jìn)行定性、定量以及綜合分析，并對工作狀態(tài)作出評價。過程線主要用于檢查、判斷和分析監(jiān)測物理量隨時間而變化的規(guī)律、變化趨勢是否存在異常。分布圖用于分析監(jiān)測物理量隨空間而變化的情況，測值主要比較同一部位不同時間，或同一部位不同監(jiān)測量，以分析各自變化量的大小、規(guī)律是否一致。定量分析主要用于建立效應(yīng)量（如位移、滲流壓力等）與原因量（如上游水位、降雨量、氣溫等）之間的關(guān)系和相關(guān)程度，通過相關(guān)分析、多元回歸分析、逐步回歸分析等定量分析方法，計算出相關(guān)系數(shù)、回歸方程，并繪制相關(guān)圖，可以滿足資料計算分析要求。通過定性和定量分析效益量的時空分布特點及測值異常原因，預(yù)報效應(yīng)量的發(fā)展趨勢[10]，并判斷工程的安全性態(tài)。

3.2.3?報告生成

整編報告生成功能根據(jù)工程具體特點，通過配置不同整編報告模版，如安全監(jiān)測整編報告（年、季、月報）、運(yùn)行管理報告、綜合分析報告等，進(jìn)行報告匯編。報告內(nèi)容要求滿足規(guī)范要求，如監(jiān)測資料整編分析報告包含封面、目錄、整編說明、基本資料、監(jiān)測項目匯總表、監(jiān)測資料初步分析成果、監(jiān)測資料整編圖表和封底等完整內(nèi)容。水庫管理人員只要選取需要的報告模板，并輸入相應(yīng)的時間，即可預(yù)覽報告內(nèi)容，并保存和下載，該功能可大大提高工作效率，減輕勞動強(qiáng)度，提高報告質(zhì)量。

4?系統(tǒng)功能實現(xiàn)

4.1?功能實現(xiàn)方法

監(jiān)測資料整編分析報告在形式和內(nèi)容上均存在不同類型，需要從兩個角度同時考慮功能的實現(xiàn)。從報告的表現(xiàn)形式角度看，資料分析報告由文字、圖形、表格等形式組成;從報告內(nèi)容角度看，一般報告包含封面、目錄、分析成果、監(jiān)測資料整編圖表和封底等。

自動生成報告首先根據(jù)表現(xiàn)形式，將報告分解為文字、表格、圖形等，再根據(jù)報告內(nèi)容，以模板目錄為基礎(chǔ)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)容配置。其中項目背景、工程概況等整編說明、基本資料內(nèi)容屬于靜態(tài)部分內(nèi)容，而監(jiān)測項目匯總表、監(jiān)測資料初步分析成果、監(jiān)測資料整編圖表等內(nèi)容屬于動態(tài)部分，需要系統(tǒng)自動統(tǒng)計和深層分析。動態(tài)內(nèi)容可通過數(shù)據(jù)庫自動統(tǒng)計，包括監(jiān)測項目匯總表（監(jiān)測項目、類型、布置、考證表等）和監(jiān)測資料整編圖表（包括特征值、過程線、滲透系數(shù)、相關(guān)性等）。而測值發(fā)展趨勢、模型分析、異常原因分析、測值耦合作用分析以及結(jié)論與建議等分析內(nèi)容有待根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果和工程經(jīng)驗進(jìn)行深度分析，甚至有待人為進(jìn)一步干預(yù)，需預(yù)留相關(guān)配置窗口和算法。報告生成關(guān)鍵部分程序流程見圖2。

4.2?系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)

整編報告生成功能根據(jù)水庫的具體特點，通過配置不同整編報告模版，水庫管理人員只要選取需要的報告模板，即可預(yù)覽報告內(nèi)容，并下載和打印，為管理人員決策支持提供依據(jù)。報告自動生成系統(tǒng)總體框架如圖3所示。系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)包括基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)等方面。

4.2.1?基礎(chǔ)技術(shù)

目前大壩安全監(jiān)測資料分析報告主要以Word文檔格式為主，Microsoft office提供的編程接口技術(shù)能夠利用編程工具進(jìn)行靈活控制。C#是Microsoft推出的一種專門以.NET設(shè)計為面向?qū)ο蟮某绦蛘Z言，而.NET是微軟用來實現(xiàn)可擴(kuò)展標(biāo)記語言、模塊化組件、面向服務(wù)架構(gòu)的技術(shù)[11-12]。利用C#與.NET Framework結(jié)合，實現(xiàn)對Word編程靈活控制，實現(xiàn)自動化生成報告的圖表文管理。在報告生成系統(tǒng)的圖形報表功能中，過程線、相關(guān)性以及回歸分析采用Hightchart插件基于html5 canvas繪圖功能實現(xiàn)，特征值表等表格基于MS SQL Server 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理功能;專業(yè)分析中，浸潤線圖結(jié)合滲流場理論基于.NET Framework 圖形繪制功能來實現(xiàn);報告文檔生成利用NPOI組件操作Word辦公系統(tǒng)實現(xiàn)，并獲取存在服務(wù)器上的圖表信息。

4.2.2?關(guān)鍵技術(shù)

報表自動生成是報告自動生成系統(tǒng)的核心部分，采用B/S模式和C/S模式結(jié)合的形式進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。用戶交互界面按照B/S模式設(shè)計實現(xiàn)，提供報告模板選擇、任務(wù)下發(fā)、報告展示和在線編輯等功能，便于適應(yīng)不同工程個性化需求。報告生成模塊按照C/S模式實現(xiàn)，用WinForms技術(shù)進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用程序，實時獲取用戶提交的報告生成任務(wù)，采用多線程技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，獲取用戶選擇的報表類型;利用COM組件實現(xiàn)報表模板的加載;后臺異步調(diào)用word實例對象，對word中的元素如Application、Document、Range、Section、Fields、Font、Color等實現(xiàn)實例調(diào)用、范圍控制、文字寫入、表格操作、圖片插入、字體控制、顏色更改等功能，并將運(yùn)行結(jié)果保存在內(nèi)存中，實現(xiàn)報告中文字、表格、數(shù)據(jù)、圖片內(nèi)容的寫入，最終形成用戶需要的Word報告文檔并保存在文件服務(wù)器。在用戶交互界面端，用戶可以在線查看、標(biāo)注、人工編輯已生成的報告，形成最終的文本供下載、打印和利用。

5?系統(tǒng)成果應(yīng)用

水庫大壩安全監(jiān)測資料整編分析報告自動生成系統(tǒng)已依托于水庫大壩管理一體化信息系統(tǒng)，成功應(yīng)用于陸水水利樞紐工程[13]。該工程位于湖北省赤壁市城區(qū)南端，是長江三峽工程的試驗壩。工程以防洪為主，兼有灌溉、發(fā)電、城市供水、航運(yùn)、養(yǎng)殖、旅游和水利科學(xué)試驗任務(wù)，工程規(guī)模為大（2）型。水庫管理單位利用大壩安全監(jiān)測資料分析報告自動生成系統(tǒng)，實現(xiàn)了監(jiān)測資料自動整編和報告自動生成。

陸水水庫安全監(jiān)測資料整編分析報告自動生成系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)查詢、巡視檢查、圖形報表、報告生成等功能菜單?；趫蟾孀詣由上到y(tǒng)，可對變形、滲流等監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理、專業(yè)分析，其中包括對各主、副壩典型斷面實時浸潤線圖、各測壓管水位和滲流量變化過程線圖、測壓管水位與庫水位相關(guān)線圖、大壩變形等值線圖等進(jìn)行繪制，以及基于環(huán)境量和效應(yīng)量的統(tǒng)計模型建立，并進(jìn)行系統(tǒng)專業(yè)分析，形成專業(yè)資料整編分析報告，實現(xiàn)報告自動生成，見圖4。

報告自動生成系統(tǒng)預(yù)設(shè)了周、月、季、年及任意時間段的資料分析和汛期檢查等報告模板，水庫管理人員只要選取需要的報告模板，并輸入相應(yīng)的時間，即可預(yù)覽報告內(nèi)容，并保存和下載。報告自動生成系統(tǒng)極大地方便了監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時整理和異常測值反饋，極大地提高了監(jiān)測資料與分析報告的規(guī)范性和專業(yè)性，適應(yīng)了陸水水庫工程管理規(guī)范化、精細(xì)化和現(xiàn)代化的要求，提高了陸水水庫大壩管理效率，為陸水水庫發(fā)揮綜合效益提供了有力支撐[14]。

6?結(jié) 語

大壩安全監(jiān)測資料分析報告自動生成技術(shù)突破人工編寫水庫運(yùn)行管理報告的傳統(tǒng)模式，解決了水庫管理單位專業(yè)人員缺乏的問題，提高了資料整編分析的規(guī)范性和專業(yè)性，為工程安全運(yùn)行提供了更專業(yè)的支撐依據(jù)和更快速的分析成果，提高了水庫管理單位的工作效率和管理水平。該報告自動生成系統(tǒng)適應(yīng)現(xiàn)行水庫管理單位的業(yè)務(wù)需求和水利信息化的發(fā)展需要，具有推廣應(yīng)用價值，也可為同類報告生成系統(tǒng)開發(fā)提供參考。

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引用本文：周?啟，譚界雄，高?全，張玉炳，阿旺次仁.大壩安全監(jiān)測資料整編分析報告自動生成系統(tǒng)[J].人民長江，2019，50（1）：215-219.

Study on automatically-generate report system for datacompilation and presentation of dam safety monitoring

ZHOU Qi??TAN Jiexiong??GAO Quan??ZHANG Yubing??A′wang Ciren3

（1. National Dam Safety Research Center， Wuhan 430010， China; 2. Changjiang Institute of Survey， Planning， Design and Research， Wuhan 430010， China; 3. The Management of Manla Water Conservancy Bureau， Shigatse 857000， China）

Abstract：As a vital part of dam safety management， monitoring data compilation covers a large volume of data from multi-fields. It is a professional task and is mainly done artificially at present. However， due to the rapid development of automatic data collection for dam safety monitoring and the increasing importance of dam safety， higher requirements have been raised for the timeliness， rapidity and standardization of the data compilation and presentation. Traditional methods fail to meet the demand for modern water resources management. By focusing on automatically-generate report system for data compilation and presentation of dam safety monitoring， we study the system scheme， realization technology， functions and requirements， aiming to achieve a standard and professional automatically-generate report system. The practical application proves that the system is efficient， scientific， and suitable for modern dam safety management.

Key words：?safety monitoring; compilation and presentation; automatically-generate report; water conservancy informatization; reservoir dam