巴州水文信息一体化平台整合刍议

马 越

（新疆维吾尔自治区巴音郭楞水文勘测局，新疆 库尔勒 841000）

2020 年，新疆水利厅印发了《新疆智慧水利实施方案》，明确了智慧水利建设总体要求、总体架构、主要任务、组织实施方法等。为了促进巴州智慧水文建设步伐，满足巴州水文信息的时效性、准确性、数据处理和深加工自动化要求，需对现有水文信息化进行一体化整合建设。

1 概况

巴音郭楞蒙古自治州总面积约为48 万km2，占新疆总面积的1/4。境内有塔里木河、开都河、车尔臣河三大河，同时也有黄水沟、清水河、迪那河、莫勒切河、米兰河、瓦石峡河、阿其格库勒河、玉浪河等中小河流。

巴音郭楞水文勘测局主要担负巴州地表水、地下水的水量、水质等项目的观测、调查、监测及资料整编和水情监测预报等业务工作。业务工作任务涵盖13处国家基本水文站（驻测），16处中小河流巡测水文站点，42 个国家地下水监测站点等。水文局各业务系统存在重复建设、内容分散、整合力不够等问题，满足不了时代发展需求。我国在“十三五”中就提出水利信息化要由数字型向智慧型转变[1]。所以，巴音郭楞水文勘测局急需建立水文信息一体化平台。

2 现存问题

巴音郭楞水文勘测局业务应用分为两类，即应用决策类和事务应用类。其中，决策类应用主要包括中小河流水文监测预警系统、水资源监控能力建设项目、地下水监测应用软件系统，这些应用系统涉及Net 和Java 两大开发平台，数据库包括Oracle、SQL Server；事务类应用包括水文局OA 办公系统、综合网站系统、财务核算系统，这些系统涉及SQL Server 和Oracle 两类数据库、Java 与Net 两类平台。由于各系统属于不同的开发商和应用部门，造成信息不兼容和资源浪费。

2.1 水文信息业务需求

2.1.1 内部业务之间要求

虽然现有的各项业务已有应用系统，但是由于技术落后，各种业务系统已不能满足现今单位工作内容的变动，目前的业务应用和综合管理系统已无法很好地满足水文监测业务与水文管理的需求，不能准确地累计水文资料，同时也使得该局水文水资源不能实现科学化、精细化管理。

2.1.2 资源共享要求

目前水文单位与其他单位之间不具备资源共享条件和基础设施，没有形成有效的资源信息化共享，不能为水资源评价、水环境保护工作提供及时准确的信息服务，进而延迟或耽误其他单位的相关工作，给国家和人民的财产和生活造成损失。

2.2 水文信息需求

随着信息化发展的需要，水文信息要能够满足“三高三可一海量”（即高性能、高可用、高精度、可扩展、可容错、可维护、海量数据）的性能需求。目前的水文信息系统不能满足该性能。因此，在未来建设的水文信息一体化平台设计中，要保证系统的实用性和可行性、先进性和成熟性、开放性与标准化、可靠性和稳定性、可扩展性及易升级性、安全性和保密性、可管理性和可维护性等[2]。同时，既要经济实用、节省投资，又要技术先进、安全可靠，具有前瞻性和可扩展性，位列技术发展前沿。

2.3 自动化程度问题

2.3.1 数据库独立封闭

数据库依赖于业务系统而存在，各业务系统自身的封闭性造成数据库相对独立，不能实现信息数据共享。

2.3.2 建库标准不统一

建立数据库的标准不统一，有些数据库虽然能很好地服务各群体，但是大多仍处于信息孤岛，由于建设标准低不能与其他数据库实现兼容，不能充分发挥已积累的数据资源共享价值。

2.3.3 不同业务间数据库差异

不同业务间的数据库存在差异，综合利用困难，少部分业务使用特定的数据库服务系统、数据结构或者数据格式，不能与其他业务数据库兼容。

3 平台总体系统功能

3.1 技术方案

充分采用云计算技术实现数据存储和应用支撑。采用J2EE 的技术体系，系统构建于B/S 三层应用体系结构之上，并采用JSP、Servlet、EJB、XML 等编程技术和面向对象的程序设计方法，将复杂的业务逻辑、流程控制逻辑和数据存取逻辑在不同的技术层面上实现。在应用服务器之上，实现业务逻辑的快速部署和灵活调整，充分保证数据库系统的安全可靠访问[3]。

3.2 平台系统功能

系统总体框架充分考虑了“智慧水文”[4]架构的可扩展性、可互操作性、稳定性、可移植性和安全性等因素，结合项目的具体建设内容及要求，将系统总体逻辑架构自下而上分为基础设施层、数据资源层、应用支撑层、业务应用层和用户层，使其具有管理功能、采集功能、通信功能、告警功能、查询功能、存储功能和分析功能，合理引入相关的软件，提高工作效率[5]。

管理功能可实现水文信息一体化，其关键核心便是具有数据分级管理功能，能将水情、水资源监测和水质分析数据等进行整合，得到整体分析结果，相互弥补不足，实现管理应用等功能。

采集功能将分布在各地站点的降雨量、气象、水位、流量、墒情等水文数据，及时准确地通过网络等信息化手段进行自动采集、传输、处理等。

通信功能可以通过光纤使得局监测中心可分别与被授权管理的监测站点进行通信。

报警功能可实现当降雨量和洪水流量、水位等数据超过预设的报警数值时，监测系统软件主动报警，并显示超警数值。

查询功能可以随时查询、查阅各种历史数据记录及各时段数据。

存储功能使得采集到的数据都可以保存记录，以便查询。局监测中心数据库具有超大容量，可以记录所有历史数据。

分析功能使水资源、水质、降雨量、水位、流量、径流等数据可以生成图表，包括曲线、柱状图等，供趋势分析研究。

4 平台分级系统

4.1 系统组成

平台系统由综合业务系统、水情自动监测预报系统[6]、水情查询系统、水质分析系统、资料整编系统组成。其中，综合业务系统包括办公文件的下发、传阅、签收和存档；水情自动监测预报系统由前端遥测站、测量设备、通信网络（超短波中继站）、监测中心站等部分组成；水情查询系统由前置接收机、数据库、服务器等组成；水质分析系统由自动遥测终端机、水质分析和数据库组成；资料整编系统主要由南方片资料整编系统和基础数据转换软件组成。

4.2 分级系统设备功能

自动遥测终端机设备结构及工作原理，如图1所示。

图1 自动遥测终端机设备结构及工作原理示意

自动遥测终端机设备具备当雨量每产生一个计量单位（1 mm）或水位每变化一个计量单位时，自动采集、存贮并向中心发送数据；达到设定的时间间隔时，自动采集、存贮和发送数据；雨量发送累计值，水位发送实时值。中心站设备结构及工作原理，如图2所示。

图2 中心站设备结构及工作原理示意

中心站设备具备全天候值守、实时接收遥测终端站点的数据，并对其进行处理、管理和存储的功能，对所接收的信息进行解码、合理性检查、纠错，并按要素分类进行存储，对遥测终端站进行远程工作设定和工作参数修改、校核，监视遥测终端站点的工作状态功能，自动对采集得到的数据按照水文数据规则和客户配置的数据检查逻辑判断数据的合理性。数据库满足分中心数据查询、洪水预报、报表输出及其他水文业务应用的要求，具有良好的维护功能。

4.3 分级系统中数据库建设

在系统建设中，数据库系统是分级系统建设的重点和核心。数据存储管理应执行数据库标准，主要建设内容为基本信息类表、实时信息类表、交换信息类表、预报信息类表和统计信息类表。

4.3.1 基本信息类表

分级系统基本信息，详见表1。

表1 分级系统基本信息

4.3.2 实时信息类表

降水量表存储测站时段雨量、时段长、日雨量、天气状况等信息。日蒸发量表存储测站日蒸发量、蒸发器类型等信息。河道水情表存储测站水位、流量、水势、水流特征、测流方法等信息。含沙量表存储测站含沙量、测法等信息。河道水情多日均值表存储水位、流量多日均值信息。蒸发量统计表存储测站统计时段内累计蒸发量信息。降水量统计表存储测站统计时段内累计降雨量信息。输沙输水总量表存储测站统计时段内输水输沙总量信息。

4.3.3 交换信息类表

交换单位信息表存储信息交换单位交换类型、机器地址、端口号等信息。交换站点信息表存储对外交换测站信息。交换表单信息表存储对外交换所涉及数据库表单信息。

4.3.4 预报信息类表

水情预报成果注释表存储预报发布成果的注释信息。水情预报成果表存储预报发布单位、发布时间、预报水位流量等信息。调度预报成果表存储水库湖泊预报水位、蓄水量、出流等信息。含沙量预报表存储含沙量预报信息。

4.3.5 统计信息类表

日降水量均值表存储多年日降水量均值、统计年数等信息。旬月降水量系列表存储旬月降水量多年系列信息。旬月降水量均值表存储旬月降水量多年均值、统计年数等信息。水位流量多年日平均统计表存储多年日平均水位流量、统计年数等信息。水位流量旬月均值系列表存储旬月平均水位流量多年系列信息。水位流量多年旬月平均统计表存储旬月多年平均水位流量、统计年数等信息。水位流量旬月极值系列表存储旬月水位流量极值、发生时间多年系列信息。水位流量年极值系列表存储年水位流量极值、发生时间多年系列信息。

5 平台建设效果

5.1 实现了水文信息自动化管理

巴州水文信息一体化平台建成之后，巴音郭楞水文勘测局负责的巴州地表水、地下水的水量、水质等项目的观测、调查、监测及资料整编和水情监测预报等业务工作得到了极大的提高。通过巴州水文信息一体化平台，将13 处国家基本水文站（驻测）、16处中小河流水文站和42 个国家地下水监测站各站点引入的自动监测设备如雨量计、水位计、流量计等的水文信息如水位、流量、雨量、气象现场及时、准确地传入相应的数据库，实现了该州水文信息自动化管理【7】。

5.2 实现了水文信息网络共享

通过优化现有网络实施方案，结合水文信息市场方向，科学规划、优化配置、统筹共建以及必要补充，构建数据资源整合共享、业务应用整合共享、基础设施整合共享、安全体系整合共享等平台，实现水文单位内部、水文单位与水资源评价单位、水环境保护单位的信息互通、信息共享。

5.3 提升了感知智能水平

平台实现对雨水情、工情、险情、旱情、水质水环境等的大尺度动态监测预警，实现对地表水体、水域岸线、水域深度、干旱指数、河势及面积变化的动态监测；加强遥感数据的精加工处理和水文专题产品的业务化应用；建立旱情遥感监测模型，实现遥感监测的专题应用；获取重点河段水域岸线整体状况，开展区域面上大范围旱情监测，实现土壤墒情评估；对人工水面情况进行监测。通过智能识别技术，实现河湖水情、山洪及滑坡易发区域等情况的智能判断识别，自动提示预警，提升了感知对象的实时监控和自动预警能力。

6 结语

根据巴州水文局水文信息化中存在的业务分散、数据独立、信息化水平不高的现状，通过论述，提出建立水文信息一体化平台和大数据库建设构架，将各项业务整合到一块，实现了该局水文数据水位、流量、雨量、气象现场实时状况的自动监测，为该区域水文资料累计、水资源评价、水环境保护工作提供及时准确的信息服务，有利于促进水文工作的时效性、便捷性、统一性，为推进新疆水文信息化发展奠定了基础。