浅谈宁夏“互联网+水文”的创新和实践

马永刚 杜 历 李玉奎

(1.宁夏回族自治区水文水资源监测预警中心，宁夏 银川 750011；2.北京艾力泰尔信息技术股份有限公司，北京 100089)

水文工作是为国民经济建设、防汛抗旱、水资源开发利用和水环境保护等提供科学依据的重要基础工作，也是一项传统的专业性工作。2015年国务院印发了《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》，指出要加强资源环境动态监测，结合互联网大数据分析，扩大动态监控范围，构建资源环境承载能力立体监控系统。“互联网+水文”也成为宁夏建设水文信息化的方向和课题，并于2017—2018年开展了基于“互联网+”的水文监测与资料整编研究，建设完成了宁夏水文监测与资料整编系统[1]。

在该系统建设过程中，针对传统水文监测和整编工作方式在数据计算、校核、信息传递、存储及整编等环节存在工作量大、时效性差、管理难度大等若干问题，提出了解决方案，并经应用实践，效果较好。

1 水文监测工作中的短板

宁夏现有基本水文站、辅助水文站、水位站、雨量站、蒸发站、墒情站等共计1875处，其中水文站151处、水位站170处、雨量站927处，其他监测站点共627处。目前大部分水文要素的采集依旧需要人工测量，并用纸质记录现场原始数据，通过人工计算、校核、复核、审核记录的数据，最终得到重要的水文资料要素。各类要素进行整理后，制成图表进行数据分析与检验，确认数据的合理性。通过分析数据的变化规律预测未来趋势，以便为领导层做统筹安排提供依据。但在整编工作中，需要将全年数据手动录入到整编软件，并对数据进行校核、复核、审核，不仅费时费力，准确性也不能得到保障。

1.1 人工计算、校核、复核及审核耗时耗力

由于没有完善的测验平台，各类测验要素只能通过人工计算器或者套用已有的模板进行计算。计算结果的核查工作和数据分析工作都需要人为手动处理，不仅增加了人员工作量，且时效性差，准确率也无法保证[2]。

1.2 水文监测数据检查方式较为落后

水文数据的合理性检查是确保整编工作成果质量可靠必不可少的环节。当前水文工作中，水文资料合理性检查仍然采用人为的三级审查，方式传统、效率较低。

1.3 纸质资料重复输入

在使用数据过程中，由于无电子数据，需对照纸质资料重复录入，造成了工作量增加，时效性差，且无法保证资料准确性。另外，在重复使用纸质资料的过程中，对资料的损坏无法避免，无法保障资料的完整性。

1.4 水文监测数据处理过程分散

监测数据从测站初步整编上报到分局审查，再到水文局复审，这个过程主要依靠人工逐步完成。甚至较多地区仍然采用每年多次集中办公方式，各站主要技术人员携带纸质、电子资料一起开展整编工作。没有充分利用互联网的实时性和便捷性，未实现在线水文资料处理，处理效率一直无法得到提升。

1.5 资料整编不及时

由于资料整编工作量大，原始数据在采集后需要经过很长一段时间的处理形成整编后的数据源，因此，导致数据不能实时调用，不能满足现有需求[2]。

1.6 数据信息不能充分共享

水文监测数据信息存储分散在各个测站，整编时靠纸质、移动硬盘等集中到一起。只有等到整编数据发布后才能进行共享，数据价值大打折扣，不能满足当前对数据时效的要求。

2 系统创新方案

为解决上述问题，宁夏开展了基于“互联网+”的宁夏水文监测与资料整编技术研究与实践，建设完成了宁夏水文监测与资料整编系统，并提出了创新方案。

2.1 顶层设计按流程分块

系统顶层的设计为前端数据采集、中端数据计算分析、末端成果输出。三级独立板块使整个系统功能具备可拓展性、灵活性和稳定性。

2.1.1 前端数据采集

当前，钢贸企业的发展不容乐观，主要表现在钢材交易受到国际国内市场环境的影响出现了大规模的下滑，这就使得很大钢贸企业的经济利润得不到保证，导致企业的经营面临着巨大的挑战。钢贸企业想要在市场中保持强大的活力，就必须要做好成本控制工作。不过，当前钢贸企业财务管理中成本控制现状不容乐观，还存在着诸多的问题，只有针对性地解决这些问题，才能确保成本控制的有效性。

独立库表运行和存储，便于采集数据合理性查证与修改。这种模式可以覆盖所有水文采集数据进入系统，形成前端原始数据库，便于原始记载数据的查证与审核。

2.1.2 中端数据计算分析

按照项目类型、公式算法、计算流程，将各个中端数据计算结果放在单独的数据库进行存储，便于生成各类合理性检查资料和图表，审核检查数据。系统内集成了水位、流量、泥沙、降雨、蒸发、墒情、暴雨洪水调查等水文监测项的各类常用公式的算法，监测数据录入后，系统可自动完成响应数据计算、一般性合理性检查分析。还能够将水文资料记载计算表和各类曲线图件导出打印。形成中端监测数据库，便于计算结果的查证与审核。

2.1.3 末端成果输出

将中端监测数据库按照水文规范，生成实测大断面图、综合过程线图、水位-流量关系曲线图等各类图表。组建整编数据源数据库，导出符合国家资料整编、汇编数据格式的文件，再通过全国资料整编、汇编系统完成水文资料的实时整编，实现了水文数据从监测采集、计算处理到整编数据源输出的全流程信息化[1-4]。

2.2 云平台支撑，全过程连接，多级应用

宁夏水文监测与资料整编系统将所有的水文监测数据从采集、计算到成果分析，用“互联网+”的信息手段有机结合起来，整合了监测实时数据库、水文综合业务数据库，实现了在线测站管理、测验分析及资料整编功能。系统部署在省云平台上，采用B/S结构，保证了数据集中存储，提高了安全性。宁夏水文站技术人员均可以通过水利专网或“互联网+VPN”连接登录系统，开展测验管理、数据录入、合理性审查等测验整编业务工作。

2.3 数据智能关联

数据关联是一体化应用系统运行核心支撑，包括基础信息自动关联、相同时间同类监测要素自动关联、整编数据源自动关联。基础信息自动关联是指测站基础信息(水准点、水尺零点高程、流速仪型号公式等)与水准和大断面测量、水位、流量测验等基础信息自动同步，极大地减少了数据人工反复录入的工作量，降低了差错率。相同时间同类监测要素自动关联指流量、大断面测验时的水位监测值自动与水位记载表数据同步关联，降水监测数据与蒸发记载表日降水量同步关联，含沙量监测数据与输沙率测验计算中的含沙量数据同步关联。整编数据源自动关联是指大断面、流量监测数据与实测大断面成果表、实测流量成果表数据同步关联。同时，水位、含沙量、降水、蒸发等水文要素与整编数据源也自动同步关联。数据关联设计流程见图1。

图1 数据关联设计流程

2.4 多种算法内置、自动计算、辅助定线

对于流量监测数据计算，设计了包括常规流速仪法、电波流速仪法、小浮标法、浮标法、比降面积法、量水堰法等监测方式的公式算法，涵盖了冰期、畅流期、分槽、测速不测深等特殊情况的公式算法等，解决了当地特殊情况的流量测验计算。含沙量测验中常用的过滤法、烘干法和置换法，均设计为系统自动计算。特别是设计了置换法中的比重瓶鉴定曲线自动率定与生成功能，解决了人工点绘、率定、鉴定曲线烦琐，需人工查算计算等问题。

水位-流量关系曲线的绘制是水文资料整编的关键环节，水位-流量关系曲线的精度及合理性直接影响到水文资料的精度和可靠性。传统水位-流量关系曲线的绘制受技术人员的经验和知识水平积累影响较大，并且同样的数据由不同的人员绘制，曲线的合理性、精度也不相同。通过系统对水位-流量关系曲线进行拟合、辅助定线，能够避免人为误差，提高水文资料整编的速度和精度[5-7]。

3 实践应用效果

系统本着“互联网+”的理念，既能收集源自人工监测数据，也可以自动对接自动监测数据。经过规划梳理水文全业务应用所需的构建，该系统将水文要素从监测、数据录入或自动同步、计算分析到整编数据源形成，进行了一体化集成，宁夏水文局、各分局、水文站技术人员均可通过互联网登录系统开展水文监测数据的录入、校核、审核、整编等工作，在实践过程中，解决了如下问题：

a.解决了水文信息化从采集端到计算分析、资料整编散点无集成化的问题。

b.通过系统既能收集源自人工监测或自动监测的数据，又能解决不同类型和不同情况下算法的需求。

c.通过数据关联(包括基础信息自动关联、相同时间同类监测要素自动关联、整编数据源自动关联)解决了数据重复录入易出现错误的问题。

d.通过建设自动化测站及遥测平台，实现了不同类型自动测验设备统一接收，解决了数据分散、不能实时入库的问题。

e.通过建设水利专网或“互联网+ VPN”的模式，基于移动端设备等，实现了技术人员便捷开展测验管理、数据录入、合理性审查等测验整编业务工作，解决了数据上传时效慢、周期长的问题。

f.通过数据自动关联及算法集成自动定线，使数据能够在获取的时候实施校验计算，节省了时间，提高了效率，降低了差错率。

g.通过系统建设，实现了数据网上传输，规范了测站、分局各级人员的网上审核流程，使数据审核、监督、管理更加高效。

4 结 语

宁夏水文监测与资料整编系统于2019年1月1日全面启用，实现了宁夏水文测验管理、原始资料实时在线监测录入、资料计算、数据分析检查、整编数据源生成、原始资料计算表格和图件打印、数据库存储与管理等全业务流程信息化。系统对水文原始资料录入时效性、资料数据修改进行了严格控制，水文资料的准确性和真实性得到了有效保证，有效提升了水文监测和资料整编工作的时效性和可靠性。