海委省界断面水文监测管理平台建设探索_任彤.pdf

2023年3月收稿日期：20220823作者简介：任彤（1990），男，工程师，主要从事水文监测、水文站管理工作。摘要：针对海委省界断面监测工作现状和存在问题，深入分析了水文监测各项业务流程，明确了平台功能需求和总体建设目标，在充分考虑网络信息安全前提下，提出了以移动App端和PC端Web相结合的设计方案，使用主流的程序开发语言和系统架构完成平台建设，实现了省界断面监测工作在线管理、监测数据实时分析计算、监测成果统计展示3大基本功能，在实际应用中发挥了效益，为加快海委水文监测信息化进程提供借鉴经验。关键词：省界断面；水文监测；信息化；管理平台；流域管理机构中图分类号：TP277；P332文献标识码：A文章编号：1004-7328（2023）03-0114-05DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2023.03.030海委省界断面水文监测管理平台建设探索任彤，齐天龙，吴昱樨（海河水利委员会水文局，天津300170）Exploration on the Construction of Hydrological Monitoring and ManagementPlatform for the Provincial Boundary Section of HWCCREN Tong，QI Tian-long，WU Yu-xi（Hydrology Bureau of Haihe River Water Conservancy Commission，The Ministry of Water Resources，Tianjin 300170，China）Abstract：In view of the current situation and existing problems of the monitoring work of the provincial boundary sectionof HWCC，this paper deeply analyzes various business processes of hydrological monitoring，clarifies the functionalrequirements and overall construction objectives of the platform，puts forward a design scheme combing mobile App and PCWeb under the premise of giving full consideration to network information security，and completes the construction of theplatform by using mainstream programming language and system architecture.It has realized three basic functions of onlinemanagement of provincial boundary section monitoring work，real-time analysis and calculation of monitoring data，andstatistical display of monitoring results，which have played a beneficial role in practical application and provided referenceexperience for speeding up the process of hydrological monitoring informatization of HWCC.Key words：provincial boundary section；hydrological monitoring；informatization；management platform；river basinmanagement authority1引言近年来，随着物联网、大数据和云计算等技术的不断发展，水利行业信息化程度不断提高，智慧水利、数字孪生等新概念不断涌现，信息化技术在洪水预报、水资源管理、水利工程管理等领域应用日趋成熟，水利行业信息化工作迈入高速发展阶段。水文作为水利行业的“尖兵”“耳目”，在防洪减灾、水利工程建设、水资源保护等领域发挥着重要的支撑服务作用。水利“十四五”规划对水文工作提出要强化水文监测科技引领，推进建立“空天地”一体化监测体系，建设数字流域等1。现阶段，海委水文监测工作数字化水平不高、信息服务手段落后、信息化发展速度相对滞后，亟待在水文监测信息化领域进行研究和探索。2海委省界断面监测工作现状海委省界断面监测工作包括省界水文站巡测与省际河流省界和重要控制断面监督性监测。海委共有大草坪、四道河、朱刘庄闸、小屯闸和前九号5处省界水文站，8处常规巡测断面。省际河流省界和重要控制断面涉及蓟运河、潮白河、北运河、永定河4条河流，共32处断面。上述40处巡测断面分布于北京、天津、河北、山西、内蒙古和辽宁 5 个省（自治区、直辖市），位置分散且相对偏远，多个测站和断面坐落于山区，交通条件复杂，监测环境艰苦。按照海河水利1142023.No.3工作要求，省界断面总监测次数不少于136站次/a，其中5处省界水文站汛前还需开展大断面、水尺零点高程、水准点校测和设备维护等汛前准备工作，工作任务繁重。综上，海委省界断面监测工作涉及多个测验项目、多种测验方式、多类测验设备，断面数量众多，单次巡测时间长、任务重，且监测人员不固定，年度监测任务艰巨繁重，导致外业巡测效率不高、监测质量较难把控、整体监测工作管理困难等问题。3海委省界断面水文监测管理平台功能需求3.1监测工作在线管理监测工作在线管理主要包括以下几项需求：任务管理。通过对任务发起、接收、准备、执行、完成等过程的控制，实现对监测工作全过程监督。测验管理。通过对监测过程中人员配置、设备选用、测验方法和工作环境等进行记录，还原现场监测情况，追踪数据来源，实现测验工作全过程控制。设备管理。通过建立水文技术装备电子台账，实时展示设备运行状态和使用、维保记录，可在线发起借用审批、出入库登记、维修检定和日常养护等业务流程，实现设备状态全过程跟踪。3.2监测数据实时计算分析当前，在省界断面监测过程中，监测成果计算、校核仍以手工纸质记载、人工计算及成果录入为主，计算出错率较高，成果时效性低2。根据水力学原理和水文测量、测验规范，通过在平台中置入算法和程序，可实现监测数据实时计算、校核、录入和成果导出，并实时查看历史监测成果，现场对数据的合理性、可靠性进行分析，避免人为操作失误导致的数据误差，现场完成测、算、整、分析“四随”工作，自动生成统计台账和日志等，同步上传至数据库中，实现数据实时共享。3.3监测成果统计展示省界断面监测工作涉及水位、流速、流量、高程等多种类型监测数据，其应用和展示方式不尽相同。数据成果入库后可进行整理、统计和分析，建立查询功能，支持历史数据批量导入和导出，按照规范要求导出监测成果表格，根据资料系列绘制数据辅助分析图表，具备异常数据的分析和提取功能。4平台建设思路4.1建设目标通过海委省界断面水文监测管理平台系统建设，实现工作动态管理、设备统一调配、数据实时上传、任务全程跟踪的水文监测全过程信息化管理，做到“监测有计划、过程有监督、事后有分析、数据可追踪”，达到提高省界断面水文监测工作效率和质量、提升省界断面水文监测信息化水平的目的，实现监测业务无纸化、流程规范化、计算自动化、报表标准化、数据在线化、成果可视化的建设目标。4.2总体要求该平台涉及的有关技术标准应符合当前主流的水利信息化的先进框架和技术，包括系统专业技术、软件编程和集成技术等，做到程序模块化、接口标准化、界面清晰友好、连接方便畅通；系统功能基本覆盖省界水文监测工作全部内容，反映省界监测工作特点，满足监测要求，能在实际工作中发挥作用，同时系统要有较强的适应能力，能在不同的运行环境中安装部署，方便运行维护3；系统结构设计、功能开发和软件编译等工作应遵从标准化和通用化原则，满足水利、水文或水资源相关开发规范和行业标准。4.3功能设计该平台设计了移动 App和 PC端 Web 2个终端平台，平台以监测任务为导向，以过程监督为抓手，以全过程管理为目标，包含了行程管理、流程控制、任务管理、数据录入、水文计算、成果统计、成果展示7大功能模块，其中计算和成果统计分析功能共涵盖水位观测、流量测验、大断面测量、水尺零点高程测量、水准点校测5个监测项目，可基本满足省界水文站运行管理基本要求。Web 端主要功能为监督管理任务执行情况收集、监测数据分析校核、监测成果统计展示、仪器设备管理等4，辅助功能包括测站信息管理、报表管理和基本信息维护等。App端主要功能为监测方案制定、任务进展情况反馈，成果计算与校核、历史数据在线查询等，辅助功能包括天气预报、雨水情信息查询等。平台功能设计总体思路，如图1所示。4.4系统安全为避免平台因接入互联网成为漏洞攻击目标，图1功能设计总体思路海委省界断面水文监测管理平台移动App端任务执行成果计算历史查询PC端Web任务发起成果分析统计展示监测工作在线管理成果实时计算分析监测成果统计展示任彤，齐天龙，吴昱樨：海委省界断面水文监测管理平台建设探索1152023年3月保障水文数据安全，系统安全设计尤为关键。平台从软件代码安全、数据传输安全和数据存储安全3个方面出发，及时修复软件漏洞，利用技术手段对数据传输信道进行加密处理，设置数据库访问权限和策略，提升系统安全保护等级，防止平台成为海委网络安全薄弱环节和突破口。5系统架构5.1PC端框架设计PC端采用Vue系统设计，Vue.js是典型的MVVM框架。MVVM作为目前软件系统设计的主流框架，在具有复杂交互逻辑的前端应用、需要提供基础的架构抽象、需要提供ajax数据持久化及保证前端用户体验的情景中优势明显，并且便于开发、维护、升级更新。MVVM框架结构，如图2所示。5.2移动端App框架设计移动端 App是基于 Uni-app 的框架设计，采用和PC端相类似的写法，编译成安卓应用端，可发布到 Android、H5等多个主流应用平台5。Uni-app实现了一套代码同时运行到多个平台，一套代码同时运行到Android模拟器、H5、微信开发者工具、第三方小程序Studio和其他开发者工具等。Uni-app框架结构，如图3所示。图2MVVM框架结构ViewViewModelModel视图通信数据DOM观察者Javascript对象图3Uni-app框架结构5.3系统部署该系统支持单机部署和分布式部署。鉴于平台对网络安全、数据安全的严格要求，本系统开发调试阶段在公有云上运行。其正式投入运行后，在海委内部网络搭建私有Web服务器，该服务器对内网PC端提供系统服务和数据服务，对DMZ区服务器进行单向数据读取和推送。移动端服务器部署在DMZ区（Demilitarized Zone 隔离区），为移动端提供数据服务，通过VPN等加密方式接收公共网络发送的监测数据，有效保证网络安全和数据安全。系统部署，如图4所示。5.4开发语言该系统开发采用Spring Boot、Vue、安卓Java成熟的开发语言，具有成熟稳定、使用场景广泛等图4系统部署海河水利1162023.No.3特点。Spring Boot 作为Java的一个框架，近年来随着微服务的流行被迅速开发，其可在服务器中对Spring进行最大化配置，所以开发者能够尽快进行代码开发、发布和测试，这符合现今微服务快速开发、测试和部署的需要。Vue是一套构建用户界面的渐进式框架，与其他重量级框架不同的是其采用自底向上增量开发的设计。Vue的核心库只关注视图层，易与其他库或已有项目整合。另一方面，Vue完全有能力驱动采用单文件组件和复