面向水文巡测的智能管控系统设计与实现

崔忠伟，罗健瑞，桑海伟，曾 俊，张 健，夏锦林

（1.贵州师范学院 数学与大数据学院，贵州 贵阳 550018；2.贵州省黔南自治州水文水资源局，贵州 都匀 558099）

0 引言

近年来，我国水文信息化工作取得了跨越式发展，水文巡测方式[1]已经由传统的驻测方式升级为巡测和自动监测方式，为涉水事务处理提供有力支撑。但对照新阶段水利高质量发展的新内涵和新要求[2,3]，现有水文信息化工作还存在不足之处。以贵州省黔南布依族苗族自治州为例，当前亟待解决的问题包括：一是先对水文巡测数据进行现场采集后返回数据中心进行校对的这种传统方式费时、费力，且数据不准确；二是水文设施设备巡检仍采用人工巡检、纸质记录，智能化管理程度较低；三是实时雨水情数据没有统一管理，无法实现多种数据的统计、可视化展示[4]、智能分析及决策；四是水文信息公众服务及科普平台的缺失，不利于提升公众对水文设施的保护意识和防洪意识。

综上，本文设计并实现了面向水文巡测的智能管控系统，借助该系统提高水文信息化工作的智能化程度，对于水文巡测工作发展具有较强的现实意义。

1 系统设计

面向水文巡测的智能管控系统的功能架构如图1所示。该系统由四个子系统和系统设置组成，其中四个子系统包括：巡测数据实时采集上传及智能判定子系统、水文设施设备巡检智能管理子系统、实时雨水情数据可视化展示子系统和水文信息公众服务及科普子系统。

图1 面向水文巡测的智能管控系统功能架构

1.1 巡测数据实时采集上传及智能判定子系统

巡测数据实时采集上传及智能判定子系统用于解决现场采集数据、返回数据中心校对数据这一传统工作方式下存在的低效率问题。该子系统分为移动微信端[5]和后台管理端，前者通过微信小程序实现巡测数据的实时采集、上传、智能判定及反馈、入库等，后者则实现巡测数据的统一管理。该子系统包含如下模块：

（1）水位流量模块：实现水位流量数据采集、水位流量曲线绘制。

（2）测站管理模块：负责测站基本信息的管理。

（3）水库水情模块：实现水库水情数据管理、水库测站分配、库站汛限水位表设置、水库测试站水位曲线绘制。

（4）降雨量模块：负责实时降雨量分析、测站分组管理。

（5）河道水情模块：完成河道水情数据管理、河道防洪指标设置、河道测站分配、河道测站水位曲线绘制。

（6）数据智能判定模块：实现对巡测数据正确性的智能判定。例如，将实测流量数据实时上传至系统，系统将数据与综合水位流量关系模型进行误差分析以判定数据的准确性，并给出错误数据的处理措施。

（7）告警模块：负责水库汛限预警、河道水情告警、降雨量告警。

1.2 水文设施设备巡检智能管理子系统

传统水文设施设备巡检方式为人工巡检、纸质记录，存在规范化程度不高、实时性不强、汇总统计不准确等问题。水文设施设备巡检智能管理子系统可有效解决这些问题，该系统主要功能如下：

（1）设备信息管理模块：实现设备信息的管理，包括：设备ID、设备名称、供应商、设备型号、设备参数、设备零配件、设备所属站点及位置等。

（2）设备巡检管理模块：实现设备巡检工作的任务指派，包括：设备ID、设备名称、设备所属站点及位置、巡检人员、巡检时间等。

（3）设备维修记录模块：记录巡检出的设备故障信息，包括：设备ID、设备名称、设备所属站点及位置、是否存在故障、故障登记、故障登记时间、巡检记录人、设备维修登记等。

该子系统分为设备巡检后台管理端和移动微信端，前者负责设备信息管理、设备巡检管理、存储设备维修记录，后者实现设备维修的登记及相关信息上传。

1.3 实时雨水情数据可视化展示子系统

实时雨水情数据可视化展示子系统用于存储、汇总各种雨水情数据，实现各种雨水情数据的可视化展示，包括：降雨量GIS 展示、水库水情GIS 展示、河道水情GIS 展示、水位流量GIS 展示、设施设备GIS 展示。此外，该子系统实现了各种雨水情数据的统一管理，借助数据的统计和分析模块可以有效辅助决策。

1.4 水文信息公众服务及科普子系统

水文信息公众服务及科普子系统通过图文信息向公众展示水文设施设备、测站安全状况、洪水情况等水文信息，并与公众进行互动，以提升公众对水文设施设备的保护意识和防洪意识。

该子系统分为移动微信端和后台管理端，公众借助移动微信端扫描二维码即可查看授权公开的水文信息，并通过上传图文信息的方式，提出疑问、建议和意见等；后台管理端负责水文信息的管理、发布、反馈，具体功能模块如下：

（1）水文信息管理模块：负责信息添加、信息编辑、信息审核、附件管理、栏目管理等。

（2）页面管理模块：实现页面模板管理、页面模板绑定、生成页面等。

（3）公众信息反馈模块：提醒系统管理人员对公众上传的信息进行审核并及时回复。

1.5 系统设置

面向水文巡测的智能管控系统的系统设置用于系统访问的监控、系统个性化设置，以更好满足用户使用习惯等，具体功能模块如下：

（1）系统访问监控模块：系统监控管理、连接池监视、日志查询等。

（2）系统设置模块：用户管理、角色管理、机构管理、区域管理、字典管理等。

2 系统实现

2.1 系统结构

为确保面向水文巡测的智能管控系统能运行在各种主流操作系统之上，该系统的开发采用B/S 架构[6-10]，并采用分层模式以降低层间的耦合度，具体分层结构为应用层、服务层、数据层。其中，应用层包含前述的四个子系统，负责具体业务逻辑的处理；服务层提供如雨水情数据接口服务、水文设施设备数据接口服务、GIS 接口服务等；数据层负责数据的统一存储和访问，将存储于各子数据库中的各种雨水情数据、水文设施设备数据等统一汇总到已建立的主数据库中。

2.2 系统实现技术

基于B/S 架构的面向水文巡测的智能管控系统采用HTML5 和JavaScript 作为前端开发语言、Java 作为后台开发语言，数据库采用SQL Server。结合系统在易使用性、用户可自定义页面和权限、易维护性、可扩展性、安全性等方面的需求，还引入了多种开发框架。

如图2所示，系统前端开发框架主要采用jQuery 和Bootstrap 以优化页面文档操作、事件响应及处理和交互。如图3所示，系统后台开发框架主要采用Spring MVC、MyBatis 等框架，这些框架具有集成度高、易用性强、安全性好等优点，借助这些开发框架，能快速地开发出满足功能和性能需求的系统。

图2 系统采用的前端开发框架

图3 系统采用的后台开发框架

3 结语

针对水文巡测面临的巡测数据处理费时费力且不准确、设施设备巡检智能化管理程度较低、实时雨水情无法支撑智能分析及决策、公众服务及科普系统缺失等问题，设计并实现了基于B/S 架构的面向水文巡测的智能管控系统，该系统极大地提高了水文巡测的工作效率，提升了公众对水文工作的认知，有效促进了贵州省黔南布依族苗族自治州水文信息化工作的推进，为在贵州全省乃至全国进行推广提供了经验和借鉴。