陳 宇

(巴音郭楞水文勘測局,新疆 巴州 841000)

0 引言

近年來,隨著貫徹落實(shí)“十六字治水方針”不斷深入,“智慧水文”成為“數(shù)字孿生流域”、“智慧水利”等一系列重大發(fā)展理念的重要支撐要件。水文資料日常監(jiān)測、處理及整編的全面、快捷、精準(zhǔn)又是“智慧水文”的重中之重。本文結(jié)合巴州水文數(shù)據(jù)一體化智能處理系統(tǒng)研發(fā)運(yùn)行經(jīng)歷,淺析水文資料在線智能處理軟件構(gòu)架思路,結(jié)合巴州水文工作實(shí)際需求,探索性提出開發(fā)及升級需求及建議[1]。為全面提升水文資料整編的時(shí)效性及精準(zhǔn)性,提供更優(yōu)質(zhì)的水文社會(huì)服務(wù)打下基礎(chǔ)。

1 新疆水文資料整編現(xiàn)狀

目前,新疆區(qū)域內(nèi)水文資料整編現(xiàn)狀為:日、月資料整編主要還是依靠傳統(tǒng)的紙質(zhì)界面人工計(jì)算整理,各級提交的整編成果主要以紙質(zhì)版資料為主,年資料整編基本上依靠單機(jī)系統(tǒng)(南方片整編軟件)和人工手寫相結(jié)合的方式。近年來,新疆少數(shù)地州水文部門開始了日資料、月資料在線整編軟件網(wǎng)頁版或者單機(jī)版編制的探索,但在資料自動(dòng)采集整編的全面性、高效性、精準(zhǔn)性上尚未完全達(dá)到“智慧水文”的高標(biāo)準(zhǔn)。從全面性來講,泥沙、流量等部分水文參數(shù)尚未實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)采集和自動(dòng)整編;從高效性來講,“日清月結(jié)”基本靠人工處理,不能完全滿足適時(shí)提供水文數(shù)據(jù)服務(wù)的要求,年資料整編更是耗時(shí)耗力,僅每個(gè)地州水文勘測局每年年度資料整編就要投入2～3人耗時(shí)4個(gè)月左右,這還不算水文測站每年在年資料整編時(shí)投入的人力和時(shí)間;從精準(zhǔn)性來講,傳統(tǒng)水文資料整編方式限制了“感知建?！睌?shù)字化發(fā)展趨勢,不能及時(shí)根據(jù)各行業(yè)需求及時(shí)精準(zhǔn)提供相應(yīng)水文服務(wù)產(chǎn)品,不能為流域“高保真”預(yù)演提供動(dòng)態(tài)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)[2]。因此,建立一套高效運(yùn)轉(zhuǎn)的水文資料在線智能處理系統(tǒng)是“智慧水文”發(fā)展進(jìn)程在現(xiàn)階段的剛需。

2 巴州水文數(shù)據(jù)一體化智能處理系統(tǒng)構(gòu)架及思路

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)介紹

軟件采用B/S架構(gòu),客戶端無需安裝專用軟件,有瀏覽器即可;可根據(jù)特定權(quán)限實(shí)現(xiàn)多用戶交互;軟件需要升級時(shí)只升級服務(wù)端即可,無需升級客戶端。系統(tǒng)構(gòu)架及參數(shù)見圖1。

圖1 系統(tǒng)參數(shù)簡介圖

2.2 設(shè)計(jì)思路及主要功能解析

軟件編制構(gòu)想主要包括展示頁面、多級上報(bào)、數(shù)據(jù)查看、數(shù)據(jù)編輯、統(tǒng)計(jì)信息、基礎(chǔ)信息、一鍵導(dǎo)出、系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)留痕等模塊。巴州水文數(shù)據(jù)一體化智能處理系統(tǒng)架構(gòu)見圖2。

2.2.1 多級上報(bào)模塊

該功能作為核心模塊,主要用于測驗(yàn)任務(wù)布置,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)填報(bào)、審核和審定,可根據(jù)崗位或具體人員分別設(shè)置工作任務(wù)和相應(yīng)權(quán)限,實(shí)現(xiàn)分級管理、分布實(shí)施、責(zé)任到人。

(1)著重解決了網(wǎng)絡(luò)版資料報(bào)審流程,最大限度貼近人工填報(bào)審核時(shí)的“四隨”以及“一算、二校、三審”要求,報(bào)送流程可根據(jù)水文站實(shí)際工作需要任意增減節(jié)點(diǎn)并配置相應(yīng)功能。比如:英巴扎水文站2022年11月水位、水溫觀測任務(wù),第一步由英巴扎水文站站長下達(dá)“2022年11月水位、水溫記載簿”任務(wù),指定完成人員為該站所有職工,工作內(nèi)容為瞬時(shí)水位觀測、日資料整理上報(bào)、月資料整理上報(bào),完成時(shí)限為日資料于第二日8:10分前完成填報(bào),月資料為次月2日20:00前完成填報(bào);第二步是站員(該站所有站員均可)按規(guī)范要求完成填報(bào);第三步是站長審核站員填報(bào)內(nèi)容,如正確則點(diǎn)擊“通過”上報(bào)到測整科,如有錯(cuò)誤則點(diǎn)擊“退回”返回到站員處重新填報(bào);第四部是測整科人員審定站長報(bào)送的資料,如正確則點(diǎn)擊“通過”確保數(shù)據(jù)入庫,如發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤則點(diǎn)擊“回退”,然后再次重復(fù)上述第二至第四步的步驟進(jìn)行輪轉(zhuǎn)。審核流程見圖3。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)架圖

圖3 報(bào)審流程

(2)嚴(yán)格執(zhí)行水文規(guī)范相關(guān)要求,并設(shè)置了自檢功能。該功能主要作用是確保原始數(shù)據(jù)進(jìn)庫后根據(jù)水文測驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)算,包括統(tǒng)計(jì)運(yùn)算、特征值挑選、特殊符號繪制等均是自動(dòng)計(jì)算,并對自動(dòng)運(yùn)算成果進(jìn)行相互比對,自動(dòng)檢測是否存在計(jì)算結(jié)果異常的情況,對可能異常成果泛黃提醒但不影響正常報(bào)送,對明顯不符合邏輯的數(shù)據(jù)泛紅提醒并不允許報(bào)送。比如同時(shí)間人工觀測水位值和儀器自動(dòng)觀測水位值超過2 cm,則該數(shù)據(jù)泛黃,提醒工作人員注意復(fù)核;又比如日最低氣溫大于某一瞬時(shí)觀測氣溫,則該數(shù)據(jù)泛紅并禁止進(jìn)行下一步操作,提示工作人員復(fù)核修正。

(3)考慮到部分水文參數(shù)尚未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集以及自動(dòng)采集設(shè)備受限等因素,融合了水文數(shù)據(jù)自動(dòng)采集填報(bào)和人工采集填報(bào)兩種通道模式,實(shí)現(xiàn)了自記設(shè)備數(shù)據(jù)自動(dòng)填報(bào)為主,人工觀測數(shù)據(jù)手動(dòng)填報(bào)為輔的填報(bào)機(jī)制,兼容實(shí)用性強(qiáng)。比如某站沒有泥沙自動(dòng)測驗(yàn)設(shè)備,則可以通過人工填入人工觀測值,又比如自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備故障則可人工填入觀測值進(jìn)行有效銜接。

(4)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)填報(bào)并生成水文成果的功能,包括自記水位數(shù)據(jù)的自動(dòng)摘錄、氣象數(shù)據(jù)的自動(dòng)摘錄、水面系數(shù)法的自動(dòng)計(jì)算等等。比如水位自動(dòng)摘錄過程為:第一步是進(jìn)行水位摘錄的斜率設(shè)置,一般根據(jù)水文站水位變幅特性設(shè)置,設(shè)置范圍為0.2～0.7;第二步是自動(dòng)整理每日0:00至24:00的自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù),缺少0:00數(shù)據(jù)的,自動(dòng)通過0:00前后兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)自動(dòng)插補(bǔ)得到0:00水位數(shù)據(jù);第三步是次日0:18分自動(dòng)進(jìn)行水位摘錄,摘錄是以水位變化斜率作為控制指標(biāo),當(dāng)相鄰已摘點(diǎn)間未摘錄點(diǎn)的△h未超過設(shè)定的值,則把點(diǎn)到點(diǎn)視為一直線,否則就摘錄這個(gè)△h最大的點(diǎn),如此循環(huán)數(shù)次即可摘錄處需要的點(diǎn)據(jù)[1];第四步自動(dòng)檢測經(jīng)處理后計(jì)算的日平均水位與未處理前的全部數(shù)據(jù)計(jì)算的日平均水位是否相差2cm,相差不能大于2cm;第五步可按需進(jìn)行人工復(fù)核,主要復(fù)核為摘錄的水位過程線與摘錄后的水位過程線變化趨勢是否一致、峰谷變化是否同步等等。

圖4 水位摘錄圖 圖5 導(dǎo)出數(shù)據(jù)格式

2.2.2 基礎(chǔ)信息模塊

該功能主要用于基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)的可視化展示。通過自記數(shù)據(jù)接收平臺(tái)和自記數(shù)據(jù)整理模塊實(shí)現(xiàn)了水文自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備自主接收、自主調(diào)參以及自記數(shù)據(jù)初篩、統(tǒng)一規(guī)格等功能,便于自記設(shè)備的增減或更換,一定程度解決了以往設(shè)備調(diào)參、數(shù)據(jù)接入受儀器設(shè)備商約束的難題。

2.2.3 一鍵導(dǎo)出模塊

該功能主要用于軟件成果與南方片整編軟件對接,實(shí)現(xiàn)年資料整編規(guī)格統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化,解決資料成果在上級部門組織驗(yàn)收時(shí)不被認(rèn)可的尷尬難題。通過巴州水文數(shù)據(jù)一體化智能處理系統(tǒng)一鍵導(dǎo)出,然后通過南方片整編軟件一鍵導(dǎo)入即可實(shí)現(xiàn)快捷兼容。

2.2.4 數(shù)據(jù)留痕模塊

該功能主要用于測驗(yàn)任務(wù)布置后的跟蹤落實(shí)和績效考核,確保水文數(shù)據(jù)采集填報(bào)的真實(shí)性和嚴(yán)肅性。如圖6,詳細(xì)描述了記載表名稱、原有數(shù)據(jù)、修改后數(shù)據(jù)、修改操作人員和修改時(shí)間。

圖6 留痕界面展示

2.2.5 系統(tǒng)設(shè)置模塊

該功能主要作用是:儀器設(shè)備參數(shù)設(shè)置、部門(人員)權(quán)限配置、測站基礎(chǔ)信息配置、水位參數(shù)配置以及預(yù)警閾值配置等等。一次配置,長期使用(見圖7)。

圖7 系統(tǒng)設(shè)置界面展示

3 巴州水文數(shù)據(jù)一體化智能處理系統(tǒng)特點(diǎn)分析

(1)嚴(yán)格執(zhí)行水文規(guī)范,完全自主研發(fā)。在架構(gòu)搭建軟件框架結(jié)構(gòu)時(shí)既要考慮適應(yīng)現(xiàn)行水文規(guī)范要求,也要適度考慮兼容行業(yè)需求變化導(dǎo)致的升級優(yōu)化問題。

(2)管理流程創(chuàng)新,創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)水文資料日清月結(jié)和“一算、二校、三檢”的網(wǎng)絡(luò)審查流程。

(3)數(shù)據(jù)接收自主化,最大限度避免儀器設(shè)備商后期維護(hù)可能發(fā)生的掐脖子現(xiàn)象。比如部分儀器設(shè)備年久維護(hù)時(shí)聯(lián)系不上廠家、數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置變更時(shí)求助于廠家、設(shè)備配套軟件運(yùn)行故障或運(yùn)行升級依賴廠家等等。

(4)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)“人工填報(bào)”+“自動(dòng)采集”雙軌運(yùn)行,自動(dòng)計(jì)算,實(shí)用性強(qiáng),易于普及。同時(shí),“自動(dòng)為主,人工為輻”模式智能化水平高,自動(dòng)采集能力越強(qiáng)的單位使用該軟件時(shí)人工干預(yù)越少,凡是達(dá)到儀器設(shè)備自動(dòng)監(jiān)測條件的項(xiàng)目均可實(shí)現(xiàn)人工零干預(yù)即可自動(dòng)生成水文日資料、月資料(包括表格和圖件)。

(5)人工網(wǎng)絡(luò)填報(bào)按照人工紙質(zhì)填報(bào)摸板及習(xí)慣1:1還原,保證摸板一致、數(shù)據(jù)輸入方式一致,便于操作使用,尤其是便于電腦操作水平差的高齡職工使用。

(6)資料整編準(zhǔn)確率、時(shí)效性得到質(zhì)的提升。真正意義上實(shí)現(xiàn)日資料當(dāng)日審查完畢,月資料3日內(nèi)審查完畢;年資料7日內(nèi)審查完畢。真正意義上實(shí)現(xiàn)了水文資料整理“日清月結(jié)”的行業(yè)要求。

(7)可與現(xiàn)行黃委片轄區(qū)水文資料審查使用的《南方片資料整編軟件》無縫對接,實(shí)現(xiàn)了該軟件資料一鍵導(dǎo)出和南方片資料整編軟件一鍵導(dǎo)入功能。

4 水文資料在線智能處理系統(tǒng)升級開發(fā)建議

(1)要在實(shí)現(xiàn)水文資料在線智能處理的基礎(chǔ)上,逐步全面接入轄區(qū)內(nèi)流域管理機(jī)構(gòu)和水行政管理部門管轄站點(diǎn)的水文數(shù)據(jù)。首先,大范圍接入掌握水文基礎(chǔ)數(shù)據(jù),便于水文部門重要科研課題的成果輸出;其次,將接入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)整編,再實(shí)時(shí)反饋給相關(guān)水行政主管部門,能夠有力提升水行政主管部門的水資源治理、調(diào)配能力,從而最大化發(fā)揮水文行業(yè)的支撐保障能力,經(jīng)濟(jì)效益乃至社會(huì)效益都能得到質(zhì)的提升;最后,在系統(tǒng)軟件的支撐下,能夠?qū)崿F(xiàn)對接入數(shù)據(jù)處理的人力投入最小化,能夠在極小投入下產(chǎn)生極大回報(bào)。

(2)建議大力增加對水文成果“智慧輸出”的投入力度。包括重點(diǎn)課題研發(fā)經(jīng)費(fèi)保障、人力保障、技術(shù)人員能力培養(yǎng)以及合理的職務(wù)職級晉升機(jī)制等等。

(3)建議職能機(jī)構(gòu)適時(shí)修編完善相關(guān)水文規(guī)范,確保為水文信息化發(fā)展提供更好的技術(shù)保障和制度保障?，F(xiàn)行水文規(guī)范更多涉及的是人工觀測數(shù)據(jù)的整理匯編,對部分參數(shù)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)的整編沒有特別細(xì)化的指導(dǎo),比如:泥沙、蒸發(fā)、氣象等水文參數(shù)的自記表格沒有統(tǒng)一規(guī)格;現(xiàn)行的“冰壩”標(biāo)識(shí)符計(jì)算機(jī)無法輸入;現(xiàn)行的填報(bào)表格便于人工填寫但不利于電腦編程計(jì)算等等。

(4)建議水文資料整編等最基礎(chǔ)的軟件編制應(yīng)由具有法人資質(zhì)的最低一級水位機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)完成。主要原因是水文參數(shù)較多且相對復(fù)雜,同時(shí)采集水文參數(shù)的設(shè)備種類也是不計(jì)其數(shù),因此要想從較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集到自動(dòng)生成整編成果的難度極大,不易實(shí)現(xiàn),而最低一級水文機(jī)構(gòu)在采集設(shè)備規(guī)格統(tǒng)一、傳輸方式統(tǒng)一、整編方式統(tǒng)一以及自記數(shù)據(jù)可靠性復(fù)核等諸多方面都有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢;而上級水文機(jī)構(gòu)應(yīng)該主要負(fù)責(zé)解決各基層水文部門的成果接收匯集,尤其是后期的高階水文成果自動(dòng)輸出研發(fā)工作,比如:大區(qū)域范圍內(nèi)的地表水、地下水變化與對應(yīng)區(qū)域的植被生長、農(nóng)作物生產(chǎn)、動(dòng)物活動(dòng)軌跡等的關(guān)聯(lián)影響等等。

(5)在現(xiàn)行水文資料測驗(yàn)、整編等相關(guān)規(guī)范很難及時(shí)進(jìn)行修編完善而水文信息化發(fā)展有的前提下,各省級水文部門的站網(wǎng)處(測整處)對相關(guān)規(guī)范理解、解釋、應(yīng)用的時(shí)候,應(yīng)進(jìn)一步梳理“必須”、“要”、“可以”的區(qū)別,不宜像過去那樣一律采用最嚴(yán)格的方式把“要”、“可以”等都等同為“必須”,尤其是對于一些規(guī)范中沒有明確要求且又明顯不會(huì)導(dǎo)致水文資料“失真”的事項(xiàng),建議多從利于水文現(xiàn)代化發(fā)展的方向考慮、理解、解釋和應(yīng)用。

5 結(jié)語

綜述所述,巴州水文數(shù)據(jù)一體化智能處理系統(tǒng)應(yīng)用后,可以在水文數(shù)據(jù)從測驗(yàn)斷面采集到滿足水文資料“日清月結(jié)”的基礎(chǔ)上,最終實(shí)現(xiàn)年資料的在線智能處理,實(shí)現(xiàn)水文數(shù)據(jù)從測驗(yàn)斷面自動(dòng)采集到自動(dòng)形成水文成果(中間成果),進(jìn)而從水文成果到自動(dòng)形成產(chǎn)品類成果。通過應(yīng)用水文資料在線智能處理軟件,可進(jìn)一步踐行“五大水文”發(fā)展理念,為現(xiàn)代水文“有人看管、無人值守”以及水文資料“日清月結(jié)”筑牢“成果智慧輸出”的硬件基礎(chǔ)。從而全面提升水文資料整編的時(shí)效性、精準(zhǔn)性以及解放更多人力資源投入到更深層次的水文成果科研工作中。