论文部分内容阅读
摘要：基于水文信息的各项工作职能，在充分整合业务和测站资源的基础上，借助物联网、Spring Boot 微服务、前端VUE开发框架、谷歌地图API等技术，建立起一套以业务为主线、管理为主体、宣传服务为驱动，集水雨沙情、人员分工、资料整编、党建廉建、安全生产、仪器管理为一体的综合信息化管理智慧平台，并将该平台作为实现精细化管理的主要技术手段，初步形成平台整合、数据协同的布局，对测站精细化管理、水利信息化建设具有积极的推动意义。
关键词： 智慧平台;水文信息;物联网;大数据;精细化管理
中图法分类号：P33 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.04.014
文章编号：1006 - 0081（2021）04 - 0079 - 04
1 研究背景
水文是信息密集的基础行业。水文信息既是国民经济建设与社会发展中一切水事活动决策的依据，也是水文行业服务于社会、经济、环境、生态和国防等领域的主体信息产品。一方面，信息化工程是水利改革发展总基调中的一项重要短板，随着水文测报新技术应用水平的提升，水利信息感知网的进一步完善以及长江流域经济的快速发展，对水文信息服务能力的要求越来越高，智慧水文建设工作的要求越发迫切;另一方面，当前的各类水文信息平台存在条块分割的现象，各类数据源形成信息孤岛、无法共享，以及各类建设标准不统一、整合困难等，制约了信息共享与社会服务水平[1-4]。
基于信息收集、数据整理与服务社会的各项工作职能，基层水文测验业务部门对规范化、精细化和信息化管理的需求日趋强烈。长江委水文下游局南京分局在充分整合业务和测站资源的基础上，形成了一套以数据为核心，集成业务管理的一体化信息化智慧平台。
2 主要技术与总体架构
长江委水文下游局南京分局智慧平台主要技术包括物联网、Spring Boot 微服务、前端VUE开发框架、谷歌地图API等[5-9]。总体架构涵盖：①数据同步微服务，实时同步下游局数据库测验数据;②安装GPS定位传输模块硬件，将船舶实时位置、航速、航向信息传输至数据同步微服务;③数据分析微服务，通过汇总分析测验数据，结合算法，精确计算;④用户层WEB端，以先进的VUE前后端分离框架，结合主流图表化组件，集成谷歌地图API，调取数据分析微服务提供的计算结果，直观展示信息，系统架构如图1所示。
3 功能设计
智慧平台将辖区内各类水文河道信息借助物联网等技术架构进行整合输出，提供水文信息的汇聚、存储、供给与服务，平台功能结构如图2所示。目前设计模块有：人员排班、实时汛情、站点概览、船舶管理、仪器设备管理、党建廉建、安全生产等。同时设置数据上传及新闻上传模板，支持用户权限管理、数据导入导出、历史查询、统计分析等。通过账号管理和授权管理等方式用来支撑平台的网络安全和信息安全。
平台将整个分局辖区内涵盖江苏、安徽两省的共2个水文站，1个直管水位站，以及5个共建共管水位站在GIS地图集成，实现了分局一张图;将实时水情、雨情、沙情集成展示，实现汛情一张图;同时将测站管理中常用的仪器设备出入库、人员排班安排、党建廉建、安全生产及测站文化建设等项目整合在一起，实现测站全要素管理。各个模块设计合理，项目划分清晰，覆盖面广，分工明确，便于控制与落实，可作为分局实现精细化管理的有力载体（图3）。
4 平台应用与特性展示
4.1 实时汛情展示
实时汛情以水文勘测分局为单位，集中展示长江下游干流水情。包含站点概况，长江下游干流（安庆、大通、南京）水位过程线，滁河流域共建共管站水位过程线，大通、南京流量过程线，大通、南京沙情过程线等。通过平台展示各测站水、流、沙的变化，可以比较分析上下游水沙平衡情况，并根据水沙变化趋势，分局或测站管理人员能够及时准确地增加流量、含沙量测次，掌握洪峰与沙峰变化情况，同时后台自动统计生成各类历史极值、均值图表，对水情报汛、防洪抗灾、资料整编起到积极作用。
4.2 测站特性差异化动画展示
长江委水文下游局南京分局下辖南京水文实验站和大通水文站两个水文站。2014年，南京水文实验站在线测流系统正式投产运行（图4），使长江下游感潮河段流量的实时报汛和整编成为可能，满足了长江下游防洪减灾、水资源优化配置的需要，为感潮河段以及易受各种水力因素影响河段的流量报汛及整编提供一种科学、有效的方法。大通水文站2014年起开始采用落差指数法进行流量整编，且精度满足规范要求，提高了大通水文站受感潮影响下流量的整编精度。智慧平台通过动画演示及单值化曲线实时更新对测站特性进行直观展示，提高了“一站一策”信息化管理水平。
4.3 数据监测连续性预警提示
智慧平台实时监测水情，并生成水位预警和指标流速预警两类预警表。对应站点水位值超过警戒水位时，通知水位告警;系统规定时长内未同步到水位数据，通知无数据;主备用自记仪器记录差值超过3 cm时通知差值告警。南京水文实验站在线测流系统中规定时长内 2个指标流速有数据缺少时，通知数据缺失;系统固定时段未同步到数据时，通知无数据等，便于管理人员及时发现与排除问题。
4.4 基于物联网的船舶动态实时展示
測船是水文测验工作中的重要工具，船舶管理模块对所管辖的4艘水文测船进行远程管控，为测船加装GPS传输模块，掌握每条船舶的实时动态。通过平台界面可查看每艘测船在地图上的动态位置，开展水文测验时，管理人员可以通过船舶当前位置、航行距离、航向、航速、航行时间等掌握测验进度，为测验任务和生产安全工作提供了更细致、更有力的保障。
4.5 仪器设备出入库动态管理
仪器设备模块实现了对各类测验设施设备的需求、配置、检定、使用等各方面全过程的管控，同时实现了仪器设备在线管理功能。该模块对仪器进出库进行登记，同时具有仪器的检定及检查时间提醒功能，确保仪器在使用期内发生变化实时更新、同步上报。做到备品备件调配科学、合理，设备状态、存放地点、责任人员的管理规范有序，一目了然。 5 結 语
长江委水文局下游局南京分局以测站信息化为依托，将平台建设与管理作为实现精细化管理的一项重要技术手段。水文智慧平台关注当下测站管理中信息散乱、共享困难的痛点，抓住了分局各个测站实时汛情综合实时展示、水文数据自动统计分析的重点，增加了船舶动态管理、测站特性差异化展示等亮点，整体提升水文测站的工作效率、信息化程度和管理决策水平，实现水文信息服务共享的功能。自2019年4月试运行后，该平台不仅服务于分局信息化、精细化管理，更是通过实时展示南京水文实验站在线测流系统水位、指标流速及流量数据，动态更新大通站水位-流量单值化曲线，动态提醒水位超警等模块，于汛期为地方政府决策提供服务。
在智慧水文的整体规划下，初步形成平台整合、数据协同的布局，对测站精细化管理、水利信息化建设具有积极的推动意义。同时保留了平台二次开发的接口，便于后续进一步完善更新。但是平台开发及后期软硬件运行、升级、维护等需要测站投入较多的人力物力，外包开发公司存在技术人员流动频繁等问题，给平台管理增加了难度，这也是类似智慧平台建设需要解决的共性问题。
参考文献：
[1] 陈春华，陈雅莉.基于共享服务中心的长江水文信息服务模式构想[J].人民长江，2020，51（增1）：258-261，268.
[2] 陈春华，程海云，肖志远.长江水文信息化建设实践与发展思考[J].人民长江，2015，46（3）：70-73.
[3] 艾萍，陈雅莉，程海云，等. 水文信息资源统一组织平台的实现[J].水利信息化，2010（6）：1-4.
[4] 史芳斌，王立海. 长江水文信息化及其发展探讨[J].人民长江，2009，40（4）：22-24.
[5] 李广宏. vue.js前端应用技术分析[J].中国新通信，2019，21（20）：115.
[6] 裴宏祥，于晓虹. 基于微服务架构的系统设计与开发[J]. 中国科技信息，2019（10）：91-92.
[7] 杜英魁，王杨，关屏，等. 基于Spring Boot的云端数据监控管理与可视化应用系统[J]. 计算机系统应用，2020，29（5）：123-127.
[8] 宁爱民，张存吉. 基于物联网的水文监测系统关键技术研究[J]. 物联网技术，2019，9（12）：11-14.
[9] 郭雷勇，李宇. 谷歌地图在物流信息系统中的研究与应用实现[J]. 信息系统工程，2017（9）：33.
（编辑：李 晗）
Design and realization of hydrological smart platform
ZENG Rui， GONG Chaohai， CAO Guanzhong， CHEN Jiawei
（Lower Changjiang River Bureau of Hydrological and Water Resources Survey，Bureau of Hydrology，Changjiang Water Resources
Commission， Nanjing 210011， China）
Abstract： Considering the various functions of information collection， data processing and society services， on the basis of fully integrating hydrology business and survey station resources， Changjiang Lower Reaches Hydrology and Water Resources Survey Bureau established a set of comprehensive information management smart platform with the aid of Internet of Things， Spring Boot microservices， front-end VUE development framework， and Google Map API. The platform， with the business being the main clue， management being the mainstay and the propaganda service being the driving force， integrates flow， rain and sediment information， labour division， data compilation， party building and incorruption construction， safety operation， and instrument management， and it will be used as the main technological means to achieve platform integration， data coordinated arrangement and promote refined management and informationization construction of water conservancy.
Key words： smart platform; hydrological information; Internet of Things; big data; refined management
关键词： 智慧平台;水文信息;物联网;大数据;精细化管理
中图法分类号：P33 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.04.014
文章编号：1006 - 0081（2021）04 - 0079 - 04
1 研究背景
水文是信息密集的基础行业。水文信息既是国民经济建设与社会发展中一切水事活动决策的依据，也是水文行业服务于社会、经济、环境、生态和国防等领域的主体信息产品。一方面，信息化工程是水利改革发展总基调中的一项重要短板，随着水文测报新技术应用水平的提升，水利信息感知网的进一步完善以及长江流域经济的快速发展，对水文信息服务能力的要求越来越高，智慧水文建设工作的要求越发迫切;另一方面，当前的各类水文信息平台存在条块分割的现象，各类数据源形成信息孤岛、无法共享，以及各类建设标准不统一、整合困难等，制约了信息共享与社会服务水平[1-4]。
基于信息收集、数据整理与服务社会的各项工作职能，基层水文测验业务部门对规范化、精细化和信息化管理的需求日趋强烈。长江委水文下游局南京分局在充分整合业务和测站资源的基础上，形成了一套以数据为核心，集成业务管理的一体化信息化智慧平台。
2 主要技术与总体架构
长江委水文下游局南京分局智慧平台主要技术包括物联网、Spring Boot 微服务、前端VUE开发框架、谷歌地图API等[5-9]。总体架构涵盖：①数据同步微服务，实时同步下游局数据库测验数据;②安装GPS定位传输模块硬件，将船舶实时位置、航速、航向信息传输至数据同步微服务;③数据分析微服务，通过汇总分析测验数据，结合算法，精确计算;④用户层WEB端，以先进的VUE前后端分离框架，结合主流图表化组件，集成谷歌地图API，调取数据分析微服务提供的计算结果，直观展示信息，系统架构如图1所示。
3 功能设计
智慧平台将辖区内各类水文河道信息借助物联网等技术架构进行整合输出，提供水文信息的汇聚、存储、供给与服务，平台功能结构如图2所示。目前设计模块有：人员排班、实时汛情、站点概览、船舶管理、仪器设备管理、党建廉建、安全生产等。同时设置数据上传及新闻上传模板，支持用户权限管理、数据导入导出、历史查询、统计分析等。通过账号管理和授权管理等方式用来支撑平台的网络安全和信息安全。
平台将整个分局辖区内涵盖江苏、安徽两省的共2个水文站，1个直管水位站，以及5个共建共管水位站在GIS地图集成，实现了分局一张图;将实时水情、雨情、沙情集成展示，实现汛情一张图;同时将测站管理中常用的仪器设备出入库、人员排班安排、党建廉建、安全生产及测站文化建设等项目整合在一起，实现测站全要素管理。各个模块设计合理，项目划分清晰，覆盖面广，分工明确，便于控制与落实，可作为分局实现精细化管理的有力载体（图3）。
4 平台应用与特性展示
4.1 实时汛情展示
实时汛情以水文勘测分局为单位，集中展示长江下游干流水情。包含站点概况，长江下游干流（安庆、大通、南京）水位过程线，滁河流域共建共管站水位过程线，大通、南京流量过程线，大通、南京沙情过程线等。通过平台展示各测站水、流、沙的变化，可以比较分析上下游水沙平衡情况，并根据水沙变化趋势，分局或测站管理人员能够及时准确地增加流量、含沙量测次，掌握洪峰与沙峰变化情况，同时后台自动统计生成各类历史极值、均值图表，对水情报汛、防洪抗灾、资料整编起到积极作用。
4.2 测站特性差异化动画展示
长江委水文下游局南京分局下辖南京水文实验站和大通水文站两个水文站。2014年，南京水文实验站在线测流系统正式投产运行（图4），使长江下游感潮河段流量的实时报汛和整编成为可能，满足了长江下游防洪减灾、水资源优化配置的需要，为感潮河段以及易受各种水力因素影响河段的流量报汛及整编提供一种科学、有效的方法。大通水文站2014年起开始采用落差指数法进行流量整编，且精度满足规范要求，提高了大通水文站受感潮影响下流量的整编精度。智慧平台通过动画演示及单值化曲线实时更新对测站特性进行直观展示，提高了“一站一策”信息化管理水平。
4.3 数据监测连续性预警提示
智慧平台实时监测水情，并生成水位预警和指标流速预警两类预警表。对应站点水位值超过警戒水位时，通知水位告警;系统规定时长内未同步到水位数据，通知无数据;主备用自记仪器记录差值超过3 cm时通知差值告警。南京水文实验站在线测流系统中规定时长内 2个指标流速有数据缺少时，通知数据缺失;系统固定时段未同步到数据时，通知无数据等，便于管理人员及时发现与排除问题。
4.4 基于物联网的船舶动态实时展示
測船是水文测验工作中的重要工具，船舶管理模块对所管辖的4艘水文测船进行远程管控，为测船加装GPS传输模块，掌握每条船舶的实时动态。通过平台界面可查看每艘测船在地图上的动态位置，开展水文测验时，管理人员可以通过船舶当前位置、航行距离、航向、航速、航行时间等掌握测验进度，为测验任务和生产安全工作提供了更细致、更有力的保障。
4.5 仪器设备出入库动态管理
仪器设备模块实现了对各类测验设施设备的需求、配置、检定、使用等各方面全过程的管控，同时实现了仪器设备在线管理功能。该模块对仪器进出库进行登记，同时具有仪器的检定及检查时间提醒功能，确保仪器在使用期内发生变化实时更新、同步上报。做到备品备件调配科学、合理，设备状态、存放地点、责任人员的管理规范有序，一目了然。 5 結 语
长江委水文局下游局南京分局以测站信息化为依托，将平台建设与管理作为实现精细化管理的一项重要技术手段。水文智慧平台关注当下测站管理中信息散乱、共享困难的痛点，抓住了分局各个测站实时汛情综合实时展示、水文数据自动统计分析的重点，增加了船舶动态管理、测站特性差异化展示等亮点，整体提升水文测站的工作效率、信息化程度和管理决策水平，实现水文信息服务共享的功能。自2019年4月试运行后，该平台不仅服务于分局信息化、精细化管理，更是通过实时展示南京水文实验站在线测流系统水位、指标流速及流量数据，动态更新大通站水位-流量单值化曲线，动态提醒水位超警等模块，于汛期为地方政府决策提供服务。
在智慧水文的整体规划下，初步形成平台整合、数据协同的布局，对测站精细化管理、水利信息化建设具有积极的推动意义。同时保留了平台二次开发的接口，便于后续进一步完善更新。但是平台开发及后期软硬件运行、升级、维护等需要测站投入较多的人力物力，外包开发公司存在技术人员流动频繁等问题，给平台管理增加了难度，这也是类似智慧平台建设需要解决的共性问题。
参考文献：
[1] 陈春华，陈雅莉.基于共享服务中心的长江水文信息服务模式构想[J].人民长江，2020，51（增1）：258-261，268.
[2] 陈春华，程海云，肖志远.长江水文信息化建设实践与发展思考[J].人民长江，2015，46（3）：70-73.
[3] 艾萍，陈雅莉，程海云，等. 水文信息资源统一组织平台的实现[J].水利信息化，2010（6）：1-4.
[4] 史芳斌，王立海. 长江水文信息化及其发展探讨[J].人民长江，2009，40（4）：22-24.
[5] 李广宏. vue.js前端应用技术分析[J].中国新通信，2019，21（20）：115.
[6] 裴宏祥，于晓虹. 基于微服务架构的系统设计与开发[J]. 中国科技信息，2019（10）：91-92.
[7] 杜英魁，王杨，关屏，等. 基于Spring Boot的云端数据监控管理与可视化应用系统[J]. 计算机系统应用，2020，29（5）：123-127.
[8] 宁爱民，张存吉. 基于物联网的水文监测系统关键技术研究[J]. 物联网技术，2019，9（12）：11-14.
[9] 郭雷勇，李宇. 谷歌地图在物流信息系统中的研究与应用实现[J]. 信息系统工程，2017（9）：33.
（编辑：李 晗）
Design and realization of hydrological smart platform
ZENG Rui， GONG Chaohai， CAO Guanzhong， CHEN Jiawei
（Lower Changjiang River Bureau of Hydrological and Water Resources Survey，Bureau of Hydrology，Changjiang Water Resources
Commission， Nanjing 210011， China）
Abstract： Considering the various functions of information collection， data processing and society services， on the basis of fully integrating hydrology business and survey station resources， Changjiang Lower Reaches Hydrology and Water Resources Survey Bureau established a set of comprehensive information management smart platform with the aid of Internet of Things， Spring Boot microservices， front-end VUE development framework， and Google Map API. The platform， with the business being the main clue， management being the mainstay and the propaganda service being the driving force， integrates flow， rain and sediment information， labour division， data compilation， party building and incorruption construction， safety operation， and instrument management， and it will be used as the main technological means to achieve platform integration， data coordinated arrangement and promote refined management and informationization construction of water conservancy.
Key words： smart platform; hydrological information; Internet of Things; big data; refined management