馬 越

（新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞水文勘測局，新疆 庫爾勒 841000）

2020 年，新疆水利廳印發(fā)了《新疆智慧水利實施方案》，明確了智慧水利建設(shè)總體要求、總體架構(gòu)、主要任務(wù)、組織實施方法等。為了促進巴州智慧水文建設(shè)步伐，滿足巴州水文信息的時效性、準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)處理和深加工自動化要求，需對現(xiàn)有水文信息化進行一體化整合建設(shè)。

1 概況

巴音郭楞蒙古自治州總面積約為48 萬km2，占新疆總面積的1/4。境內(nèi)有塔里木河、開都河、車爾臣河三大河，同時也有黃水溝、清水河、迪那河、莫勒切河、米蘭河、瓦石峽河、阿其格庫勒河、玉浪河等中小河流。

巴音郭楞水文勘測局主要擔(dān)負巴州地表水、地下水的水量、水質(zhì)等項目的觀測、調(diào)查、監(jiān)測及資料整編和水情監(jiān)測預(yù)報等業(yè)務(wù)工作。業(yè)務(wù)工作任務(wù)涵蓋13處國家基本水文站（駐測），16處中小河流巡測水文站點，42 個國家地下水監(jiān)測站點等。水文局各業(yè)務(wù)系統(tǒng)存在重復(fù)建設(shè)、內(nèi)容分散、整合力不夠等問題，滿足不了時代發(fā)展需求。我國在“十三五”中就提出水利信息化要由數(shù)字型向智慧型轉(zhuǎn)變[1]。所以，巴音郭楞水文勘測局急需建立水文信息一體化平臺。

2 現(xiàn)存問題

巴音郭楞水文勘測局業(yè)務(wù)應(yīng)用分為兩類，即應(yīng)用決策類和事務(wù)應(yīng)用類。其中，決策類應(yīng)用主要包括中小河流水文監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、水資源監(jiān)控能力建設(shè)項目、地下水監(jiān)測應(yīng)用軟件系統(tǒng)，這些應(yīng)用系統(tǒng)涉及Net 和Java 兩大開發(fā)平臺，數(shù)據(jù)庫包括Oracle、SQL Server；事務(wù)類應(yīng)用包括水文局OA 辦公系統(tǒng)、綜合網(wǎng)站系統(tǒng)、財務(wù)核算系統(tǒng)，這些系統(tǒng)涉及SQL Server 和Oracle 兩類數(shù)據(jù)庫、Java 與Net 兩類平臺。由于各系統(tǒng)屬于不同的開發(fā)商和應(yīng)用部門，造成信息不兼容和資源浪費。

2.1 水文信息業(yè)務(wù)需求

2.1.1 內(nèi)部業(yè)務(wù)之間要求

雖然現(xiàn)有的各項業(yè)務(wù)已有應(yīng)用系統(tǒng)，但是由于技術(shù)落后，各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)已不能滿足現(xiàn)今單位工作內(nèi)容的變動，目前的業(yè)務(wù)應(yīng)用和綜合管理系統(tǒng)已無法很好地滿足水文監(jiān)測業(yè)務(wù)與水文管理的需求，不能準(zhǔn)確地累計水文資料，同時也使得該局水文水資源不能實現(xiàn)科學(xué)化、精細化管理。

2.1.2 資源共享要求

目前水文單位與其他單位之間不具備資源共享條件和基礎(chǔ)設(shè)施，沒有形成有效的資源信息化共享，不能為水資源評價、水環(huán)境保護工作提供及時準(zhǔn)確的信息服務(wù)，進而延遲或耽誤其他單位的相關(guān)工作，給國家和人民的財產(chǎn)和生活造成損失。

2.2 水文信息需求

隨著信息化發(fā)展的需要，水文信息要能夠滿足“三高三可一海量”（即高性能、高可用、高精度、可擴展、可容錯、可維護、海量數(shù)據(jù)）的性能需求。目前的水文信息系統(tǒng)不能滿足該性能。因此，在未來建設(shè)的水文信息一體化平臺設(shè)計中，要保證系統(tǒng)的實用性和可行性、先進性和成熟性、開放性與標(biāo)準(zhǔn)化、可靠性和穩(wěn)定性、可擴展性及易升級性、安全性和保密性、可管理性和可維護性等[2]。同時，既要經(jīng)濟實用、節(jié)省投資，又要技術(shù)先進、安全可靠，具有前瞻性和可擴展性，位列技術(shù)發(fā)展前沿。

2.3 自動化程度問題

2.3.1 數(shù)據(jù)庫獨立封閉

數(shù)據(jù)庫依賴于業(yè)務(wù)系統(tǒng)而存在，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)自身的封閉性造成數(shù)據(jù)庫相對獨立，不能實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)共享。

2.3.2 建庫標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

建立數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，有些數(shù)據(jù)庫雖然能很好地服務(wù)各群體，但是大多仍處于信息孤島，由于建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低不能與其他數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)兼容，不能充分發(fā)揮已積累的數(shù)據(jù)資源共享價值。

2.3.3 不同業(yè)務(wù)間數(shù)據(jù)庫差異

不同業(yè)務(wù)間的數(shù)據(jù)庫存在差異，綜合利用困難，少部分業(yè)務(wù)使用特定的數(shù)據(jù)庫服務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者數(shù)據(jù)格式，不能與其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫兼容。

3 平臺總體系統(tǒng)功能

3.1 技術(shù)方案

充分采用云計算技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和應(yīng)用支撐。采用J2EE 的技術(shù)體系，系統(tǒng)構(gòu)建于B/S 三層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)之上，并采用JSP、Servlet、EJB、XML 等編程技術(shù)和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法，將復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯、流程控制邏輯和數(shù)據(jù)存取邏輯在不同的技術(shù)層面上實現(xiàn)。在應(yīng)用服務(wù)器之上，實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的快速部署和靈活調(diào)整，充分保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全可靠訪問[3]。

3.2 平臺系統(tǒng)功能

系統(tǒng)總體框架充分考慮了“智慧水文”[4]架構(gòu)的可擴展性、可互操作性、穩(wěn)定性、可移植性和安全性等因素，結(jié)合項目的具體建設(shè)內(nèi)容及要求，將系統(tǒng)總體邏輯架構(gòu)自下而上分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和用戶層，使其具有管理功能、采集功能、通信功能、告警功能、查詢功能、存儲功能和分析功能，合理引入相關(guān)的軟件，提高工作效率[5]。

管理功能可實現(xiàn)水文信息一體化，其關(guān)鍵核心便是具有數(shù)據(jù)分級管理功能，能將水情、水資源監(jiān)測和水質(zhì)分析數(shù)據(jù)等進行整合，得到整體分析結(jié)果，相互彌補不足，實現(xiàn)管理應(yīng)用等功能。

采集功能將分布在各地站點的降雨量、氣象、水位、流量、墑情等水文數(shù)據(jù)，及時準(zhǔn)確地通過網(wǎng)絡(luò)等信息化手段進行自動采集、傳輸、處理等。

通信功能可以通過光纖使得局監(jiān)測中心可分別與被授權(quán)管理的監(jiān)測站點進行通信。

報警功能可實現(xiàn)當(dāng)降雨量和洪水流量、水位等數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)的報警數(shù)值時，監(jiān)測系統(tǒng)軟件主動報警，并顯示超警數(shù)值。

查詢功能可以隨時查詢、查閱各種歷史數(shù)據(jù)記錄及各時段數(shù)據(jù)。

存儲功能使得采集到的數(shù)據(jù)都可以保存記錄，以便查詢。局監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫具有超大容量，可以記錄所有歷史數(shù)據(jù)。

分析功能使水資源、水質(zhì)、降雨量、水位、流量、徑流等數(shù)據(jù)可以生成圖表，包括曲線、柱狀圖等，供趨勢分析研究。

4 平臺分級系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)組成

平臺系統(tǒng)由綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)、水情自動監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)[6]、水情查詢系統(tǒng)、水質(zhì)分析系統(tǒng)、資料整編系統(tǒng)組成。其中，綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)包括辦公文件的下發(fā)、傳閱、簽收和存檔；水情自動監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)由前端遙測站、測量設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)（超短波中繼站）、監(jiān)測中心站等部分組成；水情查詢系統(tǒng)由前置接收機、數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器等組成；水質(zhì)分析系統(tǒng)由自動遙測終端機、水質(zhì)分析和數(shù)據(jù)庫組成；資料整編系統(tǒng)主要由南方片資料整編系統(tǒng)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件組成。

4.2 分級系統(tǒng)設(shè)備功能

自動遙測終端機設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理，如圖1所示。

圖1 自動遙測終端機設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理示意

自動遙測終端機設(shè)備具備當(dāng)雨量每產(chǎn)生一個計量單位（1 mm）或水位每變化一個計量單位時，自動采集、存貯并向中心發(fā)送數(shù)據(jù)；達到設(shè)定的時間間隔時，自動采集、存貯和發(fā)送數(shù)據(jù)；雨量發(fā)送累計值，水位發(fā)送實時值。中心站設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理，如圖2所示。

圖2 中心站設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理示意

中心站設(shè)備具備全天候值守、實時接收遙測終端站點的數(shù)據(jù)，并對其進行處理、管理和存儲的功能，對所接收的信息進行解碼、合理性檢查、糾錯，并按要素分類進行存儲，對遙測終端站進行遠程工作設(shè)定和工作參數(shù)修改、校核，監(jiān)視遙測終端站點的工作狀態(tài)功能，自動對采集得到的數(shù)據(jù)按照水文數(shù)據(jù)規(guī)則和客戶配置的數(shù)據(jù)檢查邏輯判斷數(shù)據(jù)的合理性。數(shù)據(jù)庫滿足分中心數(shù)據(jù)查詢、洪水預(yù)報、報表輸出及其他水文業(yè)務(wù)應(yīng)用的要求，具有良好的維護功能。

4.3 分級系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫建設(shè)

在系統(tǒng)建設(shè)中，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是分級系統(tǒng)建設(shè)的重點和核心。數(shù)據(jù)存儲管理應(yīng)執(zhí)行數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)，主要建設(shè)內(nèi)容為基本信息類表、實時信息類表、交換信息類表、預(yù)報信息類表和統(tǒng)計信息類表。

4.3.1 基本信息類表

分級系統(tǒng)基本信息，詳見表1。

表1 分級系統(tǒng)基本信息

4.3.2 實時信息類表

降水量表存儲測站時段雨量、時段長、日雨量、天氣狀況等信息。日蒸發(fā)量表存儲測站日蒸發(fā)量、蒸發(fā)器類型等信息。河道水情表存儲測站水位、流量、水勢、水流特征、測流方法等信息。含沙量表存儲測站含沙量、測法等信息。河道水情多日均值表存儲水位、流量多日均值信息。蒸發(fā)量統(tǒng)計表存儲測站統(tǒng)計時段內(nèi)累計蒸發(fā)量信息。降水量統(tǒng)計表存儲測站統(tǒng)計時段內(nèi)累計降雨量信息。輸沙輸水總量表存儲測站統(tǒng)計時段內(nèi)輸水輸沙總量信息。

4.3.3 交換信息類表

交換單位信息表存儲信息交換單位交換類型、機器地址、端口號等信息。交換站點信息表存儲對外交換測站信息。交換表單信息表存儲對外交換所涉及數(shù)據(jù)庫表單信息。

4.3.4 預(yù)報信息類表

水情預(yù)報成果注釋表存儲預(yù)報發(fā)布成果的注釋信息。水情預(yù)報成果表存儲預(yù)報發(fā)布單位、發(fā)布時間、預(yù)報水位流量等信息。調(diào)度預(yù)報成果表存儲水庫湖泊預(yù)報水位、蓄水量、出流等信息。含沙量預(yù)報表存儲含沙量預(yù)報信息。

4.3.5 統(tǒng)計信息類表

日降水量均值表存儲多年日降水量均值、統(tǒng)計年數(shù)等信息。旬月降水量系列表存儲旬月降水量多年系列信息。旬月降水量均值表存儲旬月降水量多年均值、統(tǒng)計年數(shù)等信息。水位流量多年日平均統(tǒng)計表存儲多年日平均水位流量、統(tǒng)計年數(shù)等信息。水位流量旬月均值系列表存儲旬月平均水位流量多年系列信息。水位流量多年旬月平均統(tǒng)計表存儲旬月多年平均水位流量、統(tǒng)計年數(shù)等信息。水位流量旬月極值系列表存儲旬月水位流量極值、發(fā)生時間多年系列信息。水位流量年極值系列表存儲年水位流量極值、發(fā)生時間多年系列信息。

5 平臺建設(shè)效果

5.1 實現(xiàn)了水文信息自動化管理

巴州水文信息一體化平臺建成之后，巴音郭楞水文勘測局負責(zé)的巴州地表水、地下水的水量、水質(zhì)等項目的觀測、調(diào)查、監(jiān)測及資料整編和水情監(jiān)測預(yù)報等業(yè)務(wù)工作得到了極大的提高。通過巴州水文信息一體化平臺，將13 處國家基本水文站（駐測）、16處中小河流水文站和42 個國家地下水監(jiān)測站各站點引入的自動監(jiān)測設(shè)備如雨量計、水位計、流量計等的水文信息如水位、流量、雨量、氣象現(xiàn)場及時、準(zhǔn)確地傳入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了該州水文信息自動化管理【7】。

5.2 實現(xiàn)了水文信息網(wǎng)絡(luò)共享

通過優(yōu)化現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)實施方案，結(jié)合水文信息市場方向，科學(xué)規(guī)劃、優(yōu)化配置、統(tǒng)籌共建以及必要補充，構(gòu)建數(shù)據(jù)資源整合共享、業(yè)務(wù)應(yīng)用整合共享、基礎(chǔ)設(shè)施整合共享、安全體系整合共享等平臺，實現(xiàn)水文單位內(nèi)部、水文單位與水資源評價單位、水環(huán)境保護單位的信息互通、信息共享。

5.3 提升了感知智能水平

平臺實現(xiàn)對雨水情、工情、險情、旱情、水質(zhì)水環(huán)境等的大尺度動態(tài)監(jiān)測預(yù)警，實現(xiàn)對地表水體、水域岸線、水域深度、干旱指數(shù)、河勢及面積變化的動態(tài)監(jiān)測；加強遙感數(shù)據(jù)的精加工處理和水文專題產(chǎn)品的業(yè)務(wù)化應(yīng)用；建立旱情遙感監(jiān)測模型，實現(xiàn)遙感監(jiān)測的專題應(yīng)用；獲取重點河段水域岸線整體狀況，開展區(qū)域面上大范圍旱情監(jiān)測，實現(xiàn)土壤墑情評估；對人工水面情況進行監(jiān)測。通過智能識別技術(shù)，實現(xiàn)河湖水情、山洪及滑坡易發(fā)區(qū)域等情況的智能判斷識別，自動提示預(yù)警，提升了感知對象的實時監(jiān)控和自動預(yù)警能力。

6 結(jié)語

根據(jù)巴州水文局水文信息化中存在的業(yè)務(wù)分散、數(shù)據(jù)獨立、信息化水平不高的現(xiàn)狀，通過論述，提出建立水文信息一體化平臺和大數(shù)據(jù)庫建設(shè)構(gòu)架，將各項業(yè)務(wù)整合到一塊，實現(xiàn)了該局水文數(shù)據(jù)水位、流量、雨量、氣象現(xiàn)場實時狀況的自動監(jiān)測，為該區(qū)域水文資料累計、水資源評價、水環(huán)境保護工作提供及時準(zhǔn)確的信息服務(wù)，有利于促進水文工作的時效性、便捷性、統(tǒng)一性，為推進新疆水文信息化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。