基于分布式采集的水文现代化感知体系初探

王 妍，张 夏

（海河水利委员会水利信息网络中心，天津 300170）

1 概述

随着科学技术的迅猛发展，云计算、物联网、大数据、移动互联网、人工智能等新一代信息技术与经济社会各领域不断深度融合，带来了生产力又一次质的飞跃和各个行业从数字化向智慧化的转变。水文现代化正在从水文信息的采集、传输、存储及处理等方面积极探索和实践运用新型信息技术提高水文信息资源的应用水平和共享程度，从而全面提升水文建设水平和水事处理效能、效益。

水文信息是整个水文业务的基础，水文感知体系的智慧化是水文现代化发展的基础和关键。但目前，水文感知的现代化水平总体较低，存在着监测手段自动化程度不高、新型传感设备和遥感等新技术应用不足、监测仍以单点信息采集为主等问题。如何稳定、高效地采集、传输、解析水文信息就成为水文现代化发展过程中的重中之重。

2 分布式水文感知体系架构和功能

分布式水文感知体系是运用现代计算机、自动化和通信控制等先进的软、硬件技术，对水文行业中各监测对象进行信息的采集、传输、收集和解析。通过一套功能齐全、稳定可靠、使用方便的安全监测自动化系统的感知体系架构设计，能够快速完成监测数据的采集，做到观测数据及时分析、及时反馈和及时入库，达到少人值守或无人值守的效果。通过该体系的实施，能够实现水文信息采集、管理、实时监测和水文设备运行状况等传统工作流程的一体化和智能化，为决策者提供可靠的数据来源。

2.1 体系架构

分布式水文感知体系采用自下而上的感知终端、通道层、感控层、协议层、展示层的分布式5层架构设计。

（1）感知终端。感知终端主要包含水位计、雨量计等各种传感设备以及摄像头、电子围栏、巡检机器人等智能化终端设备，主要功能是采集和感应各种水文要素、状态和事件信息。

（2）通道层。通道层用于传输整个系统中数据。网络通信中的所有节点模型均在此层配置，对不同通道的数据进行分拨，不同的采集设备拥有各自的解析通道，其数据流转也不尽相同；不同设备、协议可通过配置工具进行配置。

（3）感控层。其本质是一个综合处理的平台，它管理着从通道层获取的监测数据、解析数据，并对这些业务数据进行初步的业务分析及入库，最后再将结果反馈到展示层。系统中本层具有多个子模块，

（4）协议层。协议层是针对采集设备对应的各种解析协议的专门层级。不同类型、不同厂商、不同版本的设备成百上千，如果将这些设备的协议内容都放置到对应的业务模块中，无疑会造成系统的臃肿以及维护性和生产性能的极大浪费。因此，对协议进行整体的切割，分离出特定的协议层来针对性地处理各式各样协议。

（5）展示层。展示层可最终体现数据分析、信息查询等，并提供用于配置整个系统流转的静态信息以及固定参数。通过模块，可以十分清晰地展示业务结构。

2.2 功能实现

分布式水文感知体系主要具备指令学习、数据接收、数据存储转换、运行分析、数据监测等功能，实现步骤如下。

（1）不断学习迭代各类采集设施设备的操作指令，智能化传输和下达指令对监测区域的遥测水文数据包括新建遥测点的水位、雨量、流量、人工置数等内容的实时接收，完成对接收数据库数据信息的智能化组织处理，去掉接收数据库里的冗余和不合理数据，提取接收数据库里的特征数据并加以处理，使之成为能正确反映监测区域水位、雨量、蒸发量、流量等水文要素变化过程的数据。

（2）对遥测数据接收系统每日接收的监测数据进行分析，对数据接收的准确性、误码率、畅通率、迟报、误报、漏报进行分析，得出各种统计信息，以便于维护、改进软硬件工作环境和系统的通信方式。

（3）数据监测提供各遥测站信息的监测及查询，系统配置模块承担着对整改体系内各模块静态数据、常量数据的设定，同时提供了针对系统内各功能模块的业务设置。

2.3 技术特点

（1）先进的SOA体系架构平台。根据需求，通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件进行分布式部署、组合和使用，可以更加迅速、可靠、更具重用性架构整个业务系统。较之以往，以SOA为架构的体系能够更加从容地面对业务的急剧变化，在正常工作中可以更轻松地面对各种突发情况。

（2）采用分布式部署。分布式部署可把各系统模块拆分，使用标准统一的接口通信，降低模块之间的耦合度，把体系拆分成若干个子项目，通过不同的建设团队进行实施，避免了传统的信息采集系统独立开发、信息传输不畅等问题。

（3）良好的技术集成能力。通过采集操作集成、流程集成与系统间集成，使任何一个新增的采集模块都可以用统一的方式与其他业务模块相互访问。通过对统一业务接口的管理保证了系统功能之间访问的紧密性及一致性，所有采集水文信息相关的流程和操作都可以集中地被系统控制，其他系统可以非常容易地理解系统的结构，并通过统一的方式与系统进行通信。其克服了目前传统的采集系统互相受制，模块之间信息传递不及时等问题。

（4）具有开放性与拓展性。整个体系架构具有开放性和拓展性，适应不同型号、版本、协议设备以及运行环境，无需考虑数据存储、传输等技术细节，简化了应用集成的复杂度。感控平台的设计具有灵活的拓展性，可以适应水文行业的不断更新发展，可以在现有的体系中添加新的功能模块，同时保证了不同水利业务间的协同。

（5）操作简单易行。该体系中具有指令学习的功能，可以学习和记忆并优化用户的常用动作，操作上较传统的采集系统更为人性化，具备一定的容错功能，可减少由于操作不熟练和失误带来的损失；根据水利业务应用统一业务门户的要求，用户界面趋于标准化和一致性，大大降低了用户对于界面使用的学习成本。

3 结语

水文感知体系作为获取、监控与测量水文信息的重要手段，推进其智慧化建设是实现水文现代发展的基础。分布式水文感知体系的设计融合了当前先进的采集技术、通信传输技术以及人工智能技术等，但要实现全面的透彻感知不可能一蹴而就，需要一个过程，周期长、投资大、维护难，本着急用先建的原则，应按照不同规模等级、不同地域分区、不同重要程度，分阶段分批次纳入智能感知体系。