大坝安全监测资料整编分析报告自动生成系统

周启 谭界雄 高全 张玉炳 阿旺次仁

摘要：监测资料整编分析是水库大坝安全管理的重要内容，该业务涉及的数据多、范围广、专业性强，目前主要采用人工方法。但随着大坝安全监测数据采集自动化的快速发展和大坝安全的重要性不断提高，监测资料整编分析及成果的时效性、快速性、规范性要求越来越高，传统的人工整编与分析已无法满足水利现代化管理的需求。以大坝安全监测资料分析报告自动生成系统为研究对象，以系统方案、实现技术、功能要求等为研究内容，实现监测资料整编分析报告生成的自动化、规范化和专业化。通过工程应用验证，该系统科学高效，满足水库大坝安全管理需要，可为同类报告生成系统开发提供一定参考。

关 键 词：安全监测; 资料整编分析; 报告自动生成; 水利信息化; 水库大坝

中图法分类号： TP391 文献标志码： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.01.039

1 研究背景

我国是世界上大坝数量最多的国家，各类大坝超过9.8万座[1]。随着我国经济持续高速发展，水库大坝安全在社会经济和国家安全稳定中的位置越来越突出。作为判断水库大坝安全重要途径之一的大坝安全监测日益受到重视。大坝安全监测资料整编与分析是大坝安全监测的主要内容，亦是相关管理单位的重要业务工作，需定期将整编分析成果以报告形式报送主管单位[2]。大坝监测资料整编分析的内容涵盖面大，涉及到的数据量大、种类多，整编分析专业性强，而且成果质量要求高、时效性强，但目前仍主要靠人工完成，亟待实现自动化。近年，虽然信息技术取得长足发展，数据自动化采集技术日趋成熟，但水库管理信息化中安全监测资料分析报告自动生成还没取得突破。这既限制了水库管理信息化的发展，也没有解决水库管理最迫切关心的问题[3]。报告自动生成技术已在健康检查、电网运行、实验科学等领域得到了较好的应用[4-6]，亟需引进到大坝安全管理领域。

为弥补水库管理单位专业技术人员缺乏、运行管理资金有限等因素限制，真正实现水库管理由传统人工为主向水利现代化转变，必须解决大坝安全监测资料分析报告自动生成的技术瓶颈[7]。本文总结监测资料整编分析报告特点和需求，从系统设计和功能实现等方面进行探索研究，并开展成果应用，系统可实现监测报告自动化编制，降低管理人员技术要求，减轻编制监测报告的工作量，规范报告编制内容，提供高端的专业技术服务。

2 监测资料整编分析报告特点及需求

监测资料整编分析对及时了解工程性态、指导工程运行和领导决策以及积累工程技术档案具有重要意义。根据现行规范要求，水库大坝管理单位应及时对监测资料进行整编和分析，编制成册，为大坝安全管理提供依据。监测资料整编分析报告工作有以下特點。

（1） 监测资料复杂。一方面，监测资料来源复杂，包括实时监测、人工观测、巡视检查和监测施工及改造资料等。另一方面，大坝安全监测类别繁多，包括巡检、变形、渗流、压力（应力）、环境量等，且同一监测类别下监测项目也各不相同，如变形监测项目包括坝体表面变形、坝体（基）内部变形等，而同一监测项目因观测方法或目的不同也存在不同。监测资料复杂导致资料整编分析工作量巨大，目前主要采用人工方法，必须依靠先进计算机技术来提高工作效率。

（2） 监测资料分析专业性强。大坝安全监测涉及的专业门类广泛，除了水工结构专业基础外，还包括传感、测量、计算机、信息处理等专业，这对监测资料分析人员的专业素质提出了较高要求。监测信息由于受到外部环境、通讯条件等影响，可能存在粗差或异常值等情况，资料整编分析前必须采用专业手段进行可靠性分析，并采用绘制过程线、分布图、相关图及测值比较等一系列专业方法进行资料整编，再基于必要的数学模型和工程经验进行专业分析。而水库管理单位安全监测相关专业技术人员普遍欠缺，造成分析报告不专业、分析深度不够、成果质量差，难以发现工程运行中存在的问题。

（3） 报告时效性要求高。监测资料分析主要是为了了解工程性态和指导工程运行，尤其是在监测数据异常和汛期防洪形势紧急时，对分析大坝安全状态、指导防汛决策具有重要意义。1962年安徽梅山连拱坝右岸13号坝跺连续3 d观测向左岸倾斜了57.2 mm，通过及时进行资料分析，发现右岸基岩发生错动，通过采取措施避免了溃坝事件[8]。此外，各水库管理单位根据管理要求，需定期整编分析，并将分析成果以报告形式报送主管单位。由于水库现场管理条件有限，报告成果难以满足时效性要求。

（4） 相关规范要求明确。《土石坝安全监测资料整编规程》《土石坝安全监测技术规范》和《水库大坝安全管理条例》等相关技术要求和规程规范，对监测资料整编方式方法和资料分析报内容、范围和深度都提出了明确要求。2017年最新发布的《水库大坝安全评价导则》也将“安全监测资料分析”单列成章，明确将安全监测资料分析作为大坝安全评价的重要内容[9]。相关规范对报告提出了规范性和质量等方面的更高要求。

综上所述，目前监测资料整编分析主要采用人工方法，且监测相关专业技术力量普遍欠缺，造成监测资料分析存在分析不及时、报告不专业、成果质量低，难以满足水库管理单位的安全管理需要，也不符合国家相关规程规范的要求。随着水利信息化的快速发展和相关管理日益规范，在安全监测数据自动采集和信息系统运行环境不断改善的基础上，实现监测资料自动整编分析已成为必然要求和必然趋势。

3 系统设计

3.1 系统结构设计

报告生成自动系统涉及到数据来源、整编要求、报告编制、文本生成等方面，系统结构主要由数据库、模板库、数据整编、资料分析、报告生成以及成果展示子系统等组成。大坝安全监测资料分析报告生成系统建立在大坝安全监测自动化系统基础上，以安全监测自动化系统实时监测数据、水雨情数据、大坝监测历年数据、人工观测数据、巡视检查记录以及工程相关背景资料等建立数据库，实现报告自动生成。报告生成系统结构与流程见图1。

首先根据相关规范要求定制可配置的模板库，并将相关监测数据纳入到数据库中，为报告自动生成提供基础。根据数据成果设计数据整编模块，实现数据查询、数据管理、数据检验等功能，为监测资料分析提供基础。根据整编数据和模板格式及内容要求，进行图表制作、模型建立以及在线分析，必要时提供专业离线分析，实现监测资料专业分析。最后根据分析结果和模板要求，自动进行监测资料分析报告配置和生成。用户可以在Web端进行模板报告样式设计，在服务器端实现数据整编、专业分析和报告生成工作。

3.2 系统功能设计

报告自动生成系统要求實现数据自动整编分析和报告自动生成，实现监测资料整编分析自动化、专业化、智能化。子系统功能设计如下。

3.2.1 数据整编

监测数据整编是监测资料分析的基础，采用系统分析工具，利用专业知识对原始监测数据进行整理，对测值进行检验，剔除不合理数据和偶然误差，并进行合理修正后所得到的数据才具有可用性，可为监测资料分析提供可靠数据成果。同时，系统保存原始数据以保证数据的真实性，避免因整编人员受水平限制而对数据进行不合理的修改，确保数据安全。

3.2.2 资料分析

根据监测资料整编成果，采用比较法、作图法、特征值统计法及数学模型法等，进行数据分析，并在此基础上采用各种方法进行定性、定量以及综合分析，并对工作状态作出评价。过程线主要用于检查、判断和分析监测物理量随时间而变化的规律、变化趋势是否存在异常。分布图用于分析监测物理量随空间而变化的情况，测值主要比较同一部位不同时间，或同一部位不同监测量，以分析各自变化量的大小、规律是否一致。定量分析主要用于建立效应量（如位移、渗流压力等）与原因量（如上游水位、降雨量、气温等）之间的关系和相关程度，通过相关分析、多元回归分析、逐步回归分析等定量分析方法，计算出相关系数、回归方程，并绘制相关图，可以满足资料计算分析要求。通过定性和定量分析效益量的时空分布特点及测值异常原因，预报效应量的发展趋势[10]，并判断工程的安全性态。

3.2.3 报告生成

整编报告生成功能根据工程具体特点，通过配置不同整编报告模版，如安全监测整编报告（年、季、月报）、运行管理报告、综合分析报告等，进行报告汇编。报告内容要求满足规范要求，如监测资料整编分析报告包含封面、目录、整编说明、基本资料、监测项目汇总表、监测资料初步分析成果、监测资料整编图表和封底等完整内容。水库管理人员只要选取需要的报告模板，并输入相应的时间，即可预览报告内容，并保存和下载，该功能可大大提高工作效率，减轻劳动强度，提高报告质量。

4 系统功能实现

4.1 功能实现方法

监测资料整编分析报告在形式和内容上均存在不同类型，需要从两个角度同时考虑功能的实现。从报告的表现形式角度看，资料分析报告由文字、图形、表格等形式组成;从报告内容角度看，一般报告包含封面、目录、分析成果、监测资料整编图表和封底等。

自动生成报告首先根据表现形式，将报告分解为文字、表格、图形等，再根据报告内容，以模板目录为基础，进行结构内容配置。其中项目背景、工程概况等整编说明、基本资料内容属于静态部分内容，而监测项目汇总表、监测资料初步分析成果、监测资料整编图表等内容属于动态部分，需要系统自动统计和深层分析。动态内容可通过数据库自动统计，包括监测项目汇总表（监测项目、类型、布置、考证表等）和监测资料整编图表（包括特征值、过程线、渗透系数、相关性等）。而测值发展趋势、模型分析、异常原因分析、测值耦合作用分析以及结论与建议等分析内容有待根据数据结果和工程经验进行深度分析，甚至有待人为进一步干预，需预留相关配置窗口和算法。报告生成关键部分程序流程见图2。

4.2 系统实现技术

整编报告生成功能根据水库的具体特点，通过配置不同整编报告模版，水库管理人员只要选取需要的报告模板，即可预览报告内容，并下载和打印，为管理人员决策支持提供依据。报告自动生成系统总体框架如图3所示。系统实现技术包括基础技术和关键技术等方面。

4.2.1 基础技术

目前大坝安全监测资料分析报告主要以Word文档格式为主，Microsoft office提供的编程接口技术能够利用编程工具进行灵活控制。C#是Microsoft推出的一种专门以.NET设计为面向对象的程序语言，而.NET是微软用来实现可扩展标记语言、模块化组件、面向服务架构的技术[11-12]。利用C#与.NET Framework结合，实现对Word编程灵活控制，实现自动化生成报告的图表文管理。在报告生成系统的图形报表功能中，过程线、相关性以及回归分析采用Hightchart插件基于html5 canvas绘图功能实现，特征值表等表格基于MS SQL Server 关系数据库的数据管理功能;专业分析中，浸润线图结合渗流场理论基于.NET Framework 图形绘制功能来实现;报告文档生成利用NPOI组件操作Word办公系统实现，并获取存在服务器上的图表信息。

4.2.2 关键技术

报表自动生成是报告自动生成系统的核心部分，采用B/S模式和C/S模式结合的形式进行系统设计。用户交互界面按照B/S模式设计实现，提供报告模板选择、任务下发、报告展示和在线编辑等功能，便于适应不同工程个性化需求。报告生成模块按照C/S模式实现，用WinForms技术进行开发应用程序，实时获取用户提交的报告生成任务，采用多线程技术进行开发，获取用户选择的报表类型;利用COM组件实现报表模板的加载;后台异步调用word实例对象，对word中的元素如Application、Document、Range、Section、Fields、Font、Color等实现实例调用、范围控制、文字写入、表格操作、图片插入、字体控制、颜色更改等功能，并将运行结果保存在内存中，实现报告中文字、表格、数据、图片内容的写入，最终形成用户需要的Word报告文档并保存在文件服务器。在用户交互界面端，用户可以在线查看、标注、人工编辑已生成的报告，形成最终的文本供下载、打印和利用。

5 系统成果应用

水库大坝安全监测资料整编分析报告自动生成系统已依托于水库大坝管理一体化信息系统，成功应用于陆水水利枢纽工程[13]。该工程位于湖北省赤壁市城区南端，是长江三峡工程的试验坝。工程以防洪为主，兼有灌溉、发电、城市供水、航运、养殖、旅游和水利科学试验任务，工程规模为大（2）型。水库管理单位利用大坝安全监测资料分析报告自动生成系统，实现了监测资料自动整编和报告自动生成。

陆水水库安全监测资料整编分析报告自动生成系统包括数据入库、数据查询、巡视检查、图形报表、报告生成等功能菜单。基于报告自动生成系统，可对变形、渗流等监测数据进行初步整理、专业分析，其中包括对各主、副坝典型断面实时浸润线图、各测压管水位和渗流量变化过程线图、测压管水位与库水位相关线图、大坝变形等值线图等进行绘制，以及基于环境量和效应量的统计模型建立，并进行系统专业分析，形成专业资料整编分析报告，实现报告自动生成，见图4。

报告自动生成系统预设了周、月、季、年及任意时间段的资料分析和汛期检查等报告模板，水库管理人员只要选取需要的报告模板，并输入相应的时间，即可预览报告内容，并保存和下载。报告自动生成系统极大地方便了监测数据的实时整理和异常测值反馈，极大地提高了监测资料与分析报告的规范性和专业性，适应了陆水水库工程管理规范化、精细化和现代化的要求，提高了陆水水库大坝管理效率，为陆水水库发挥综合效益提供了有力支撑[14]。

6 结 语

大坝安全监测资料分析报告自动生成技术突破人工编写水库运行管理报告的传统模式，解决了水库管理单位专业人员缺乏的问题，提高了资料整编分析的规范性和专业性，为工程安全运行提供了更专业的支撑依据和更快速的分析成果，提高了水库管理单位的工作效率和管理水平。该报告自动生成系统适应现行水库管理单位的业务需求和水利信息化的发展需要，具有推广应用价值，也可为同类报告生成系统开发提供参考。

参考文献：

[1]水利部.第一次全国水利普查公报[R].北京：中国水利水电出版社，2013.

[2]何金平.大壩安全监测理论与应用[M].北京：中国水利水电出版社，2010.

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[4]李碧君，付红军，胡扬宇，等.电网年度运行方式自动优化计算与报告生成系统[J].电力系统自动化，2010，34（4）：112-115.

[5]黄兵锋，盛俏.基于模版定制的报告自动生成方法[J].湖北汽车工业学院学报，2016，30（4）：39-42.

[6]冯士勇，蔡艳，华吴平.学生健康体检管理系统的应用[J].中国医药指南，2012，10（9）：303-305.

[7]谭界雄，周启.水库大坝管理信息化技术[M].武汉：华中科技大学出版社，2017.

[8]国家电力监管委员会大坝安全监察中心.岩土工程安全监测手册[M].北京：中国水利水电出版社，2013.

[9]SL 725-2017 水库大坝安全评价导则[S].北京：中国水利水电出版社，2017.

[10]高全，施玉群，吴洁莲.深圳水库主坝坝体渗流监控指标拟定方法[J].水电与新能源，2016，140（2）：21-25.

[11]董高祯.基于.NET的录井报告生成系统的设计与实现[J].录井工程，2014，25（1）：70-72.

[12]何向阳，周启，周和清，等.水库大坝监测资料整编分析系统的研究与开发[J].人民长江，2015，46（23）：108-110.

[13]黄本忠，饶松柏.陆水枢纽大坝安全运行管理信息化建设初探[J].人民长江，2013，44（523）：30-35.

[14]黄本忠，郑春地.管理一体化信息系统在陆水水库中的应用[C]∥中国水利学会2016年学术年会论文集，成都，2016.

引用本文：周 启，谭界雄，高 全，张玉炳，阿旺次仁.大坝安全监测资料整编分析报告自动生成系统[J].人民长江，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