王 穎 ，羅 藝 ，李 玨 ，許 潔 ，杜蓓蓓

（1.寧波市水文站，浙江 寧波 315020；2.長江水利委員會水文局，湖北 武漢 430010）

1 問題的提出

近年來，水文信息化[1]發(fā)展迅速，各地區(qū)各部門都針對具體的業(yè)務(wù)要求，開發(fā)眾多的信息化系統(tǒng)[2-4]，部分系統(tǒng)結(jié)合GIS[2]等先進技術(shù)，為水文工作提供更快捷、高效的方式。然而，由于水文數(shù)據(jù)分散、管理方式各異以及信息孤島、業(yè)務(wù)割據(jù)等問題[5]，嚴(yán)重制約水文信息化發(fā)展。為在“十三五”期間解決好水文信息化資源整合共享的問題[6]，一些學(xué)者對數(shù)據(jù)庫設(shè)計、數(shù)據(jù)交換、信息發(fā)布等諸多方面的標(biāo)準(zhǔn)進行探討[7-9]。然而，由于歷史原因，各級管理部門對各類水文信息分別制定了不同的編碼標(biāo)準(zhǔn)，造成同一水文站的不同類水文數(shù)據(jù)之間一站多碼、站碼混亂等情況普遍存在，水文數(shù)據(jù)存儲、交換、整合標(biāo)準(zhǔn)難以得到很好的貫徹，為水文數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用等信息化進程的推進造成一定困難。因此，基于統(tǒng)一的編碼規(guī)則，為水文數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一的編碼關(guān)系勢在必行。

本文以寧波地區(qū)測站為例，針對存在“一站多碼（信道）”的情況，根據(jù)水文數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用的需求，對測站的基本信息，基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫、實時雨水情數(shù)據(jù)庫、遙測數(shù)據(jù)庫的站碼進行管理，為測站制定統(tǒng)一的信息化編碼規(guī)則，設(shè)計開發(fā)寧波地區(qū)水文編碼管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)一站一碼，水文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)無縫對接，為水文數(shù)據(jù)在線整編奠定基礎(chǔ)，該系統(tǒng)的編碼管理規(guī)則可進一步推廣至浙江省乃至全國。

2 測站編碼現(xiàn)狀分析

寧波地區(qū)水文測站數(shù)據(jù)類型較多，關(guān)系較為復(fù)雜，一直以來，不同類型的數(shù)據(jù)都是分開保存管理，各自利用不同的編碼作為唯一標(biāo)識。主要有基礎(chǔ)水文站碼、遙測信道碼2種編碼形式。其中，寧波市水文站的基礎(chǔ)水文站碼根據(jù)水利部制定的SL 502 — 2010《水文測站代碼編制導(dǎo)則》進行編碼，遙測信道碼根據(jù)浙江省遙測信道碼規(guī)則編寫。

2.1 測站基本信息

寧波市水文站涉及801個測站的數(shù)據(jù)管理，其中153個雨量站，32個水庫水文站，212個水庫水位站，55個潮位站，22個河道水文站，327個河道水位站。這些測站的名稱、經(jīng)緯度、地址、測站類型、施測項目等信息，對于測站管理、數(shù)據(jù)整理、整編等方面都具有重要作用，各類水文數(shù)據(jù)庫都單獨建表進行管理，導(dǎo)致測站信息發(fā)生變化時，需在多個數(shù)據(jù)庫中，對相同數(shù)據(jù)進行多次修改。為實現(xiàn)一數(shù)一源，一點更新，需要對這些數(shù)據(jù)統(tǒng)一進行管理。行政區(qū)劃、管理單位等基本信息較為固定，但在實際中，由于錄入習(xí)慣不同和管理不規(guī)范，導(dǎo)致相同內(nèi)容存儲的信息不一致。同一測站的站名在不同數(shù)據(jù)庫中存在名稱不一致的情況，需要在管理中統(tǒng)一站名。

2.2 基礎(chǔ)水文站碼

基礎(chǔ)水文站碼為8位數(shù)字編碼，是對整編成果數(shù)據(jù)進行管理的一種編碼，用于指向整編成果數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)測站的水文數(shù)據(jù)，常用的有水文水位站碼、降水站碼、水質(zhì)站碼。目前，寧波市水文站只有國家基本站和大中型水庫站需要整編，因此只有部分測站擁有此編碼。其中，擁有水文水位站碼的測站有69個，擁有雨量站碼的測站有140個，部分測站包含分?jǐn)嗝嫘畔?，這些信息需要用于水文整編中，因此也編制了8位碼，分?jǐn)嗝婀?36個。在擁有基礎(chǔ)水文站碼的測站中，一些測站同時包含水文水位站碼和雨量站碼，一些只有其中一種，同時包含水文水位站碼和雨量站碼的測站，2種碼可能相同，也可能不同。由于基礎(chǔ)水文站碼的復(fù)雜狀況，決定了在測站編碼和信息管理過程中，無法用基礎(chǔ)水文碼作為唯一標(biāo)識。

2.3 遙測信道碼

遙測信道碼是各測站利用GPRS、雷達、短波等方式接收實時數(shù)據(jù)的信道號碼，為4 ～ 5位。測站的信道類型多樣，施測項目也不同。目前，接收的各施測項目數(shù)據(jù)有一個首選的信道，當(dāng)首選信道出現(xiàn)臨時故障時，需選擇其他信道接收數(shù)據(jù)。因此，每個測站可能存在一個或多個遙測信道碼，而一個遙測信道碼也可能在不同的數(shù)據(jù)接收方式里對應(yīng)多個施測項目，因此，無法使用遙測信道碼作為測站編碼和信息管理過程的唯一標(biāo)識。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 水文數(shù)據(jù)對象化組織

水文數(shù)據(jù)對象化組織的主要目標(biāo)是，將分散、分布、異構(gòu)的各類水文信息，通過對象化信息組織形式進行信息組織，實現(xiàn)基于水文對象的信息組織存儲模式和基于水文對象的信息應(yīng)用體系。具體來說，就是整合多類水文數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)水文信息的關(guān)聯(lián)，并在信息整合的基礎(chǔ)上實現(xiàn)基于水文對象的信息查詢和應(yīng)用。

本系統(tǒng)將寧波市的單個測站作為一個對象，將該測站的基本信息、基礎(chǔ)水文碼和遙測信道碼，通過一個唯一的信息化標(biāo)識進行聯(lián)系，當(dāng)需要獲取該測站的任何類型水文數(shù)據(jù)時，只需通過這個唯一的信息化標(biāo)識獲取。

3.2 編碼規(guī)則設(shè)計

將各部分?jǐn)?shù)據(jù)的編碼，利用一個唯一的信息化標(biāo)識來建立各部分?jǐn)?shù)據(jù)的統(tǒng)一關(guān)系。本文針對寧波市的實際情況，設(shè)計一種信息化碼，具有可讀性、唯一性、可擴展性。形式如下：

AABB.CCCC.DD

其中，AA為2位，表示市級行政區(qū)劃，寧波市為01，當(dāng)推廣至整個浙江省的地區(qū)時，可繼續(xù)編號。BB為2位，表示區(qū)縣級行政區(qū)劃，如海曙區(qū)為01，江北區(qū)為02，如果測站直接由寧波市管轄，則為00。CCCC為4位，表示測站在區(qū)縣級行政區(qū)劃下的具體編號，沒有具體含義，每新增一個站，編號加1。DD為斷面號，若無分?jǐn)嗝妫瑒t直接為00。

利用該編碼能確定唯一測站，將測站的基礎(chǔ)水文碼的水文水位站碼、雨量站碼、水質(zhì)站碼統(tǒng)一起來。由于單一測站可能存在多個施測項目和多個數(shù)據(jù)接收信道，因此，必須利用信息化碼組合施測項目和信道類型，才可以唯一定位到該測站的某類遙測實時數(shù)據(jù)。測站關(guān)聯(lián)關(guān)系可通過2個信息化碼確定唯一一組關(guān)聯(lián)關(guān)系。由此得到的信息化碼與基礎(chǔ)水文碼、遙測信道碼的對應(yīng)關(guān)系，可在日后水文數(shù)據(jù)綜合處理與應(yīng)用相關(guān)系統(tǒng)的開發(fā)中，進一步獲得信息化碼與基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)、遙測數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系。

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主要依據(jù)SL 324 — 1005《基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)及標(biāo)識符標(biāo)準(zhǔn)》的庫表結(jié)構(gòu)構(gòu)建，由于工作業(yè)務(wù)需要，需進行單獨設(shè)計的表，字段標(biāo)識符也盡可能與標(biāo)準(zhǔn)保持一致。庫表主要包括：

（1）測站基本信息表：按SL 324 — 1005《基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)及標(biāo)識符標(biāo)準(zhǔn)》的庫表結(jié)構(gòu)的測站一覽表結(jié)構(gòu)建表，主鍵為信息化碼。

（2）基礎(chǔ)水文碼對應(yīng)關(guān)系表：建立信息化碼與基礎(chǔ)水文碼的對應(yīng)關(guān)系，主鍵為信息化碼，水文水位站碼、雨量站碼、水質(zhì)站碼單獨作為屬性字段進行存儲。

（3）遙測信道碼對應(yīng)關(guān)系表：建立信息化碼與遙測信道碼的對應(yīng)關(guān)系，信息化碼、信道類型、施測項目聯(lián)合作為主鍵，遙測信道碼單獨作為屬性字段進行存儲。

（4）測站屬性字典表：將上述表中涉及到的屬性碼字段各自建立字典表，解釋各個屬性碼的含義，如施測項目碼、行政區(qū)劃碼等，主鍵為屬性碼，對應(yīng)其屬性名稱。

3.4 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

本系統(tǒng)主要用于對寧波測站的基本信息、基礎(chǔ)水文碼、遙測信道碼、測站關(guān)聯(lián)關(guān)系進行查看、管理，各功能模塊之間，通過唯一的信息化標(biāo)識進行連接，其中基礎(chǔ)水文碼包括該測站的基礎(chǔ)水文碼和分?jǐn)嗝娴乃拇a。為方便對系統(tǒng)的管理，向部分用戶提供字典管理和用戶權(quán)限管理的功能。功能模塊設(shè)計見圖1。為實現(xiàn)多種站碼的一站式管理，方便用戶使用，提供對站碼管理的統(tǒng)一入口。

圖1 系統(tǒng)功能模塊圖

3.5 站碼一站式管理流程設(shè)計

為方便用戶對站碼進行管理，本系統(tǒng)設(shè)計了站碼一站式管理流程（見圖2）。首先新建測站，錄入測站的關(guān)鍵基本信息，生成信息化碼，接著錄入基礎(chǔ)水文碼和遙測信道碼，建立多種站碼與信息化碼的對應(yīng)關(guān)系?；A(chǔ)水文碼要求一站一碼，因此當(dāng)錄入站碼與已有站碼重復(fù)時，退回重新錄入站碼，反之，則保存成功，結(jié)束流程。遙測信道碼要求單站、單個施測項目、單個信道類型的信道碼唯一，若與測站、施測項目、信道類型完全重復(fù)，則退回重新錄入，反之，則保存成功，結(jié)束流程。

圖2 站碼一站式管理流程圖

3.6 系統(tǒng)框架

基于上述功能模塊設(shè)計，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫使用SqlServer，底層開發(fā)語言使用Java，前端使用JavaScript，采用MVC[10]框架（見圖3）。MVC框架的模型（Model）、視圖（View）、控制器（Controller）間劃分清晰，各層間耦合較低。

圖3 MVC架構(gòu)圖

利用該框架時，只需分別實現(xiàn)上述3部分的功能，即可完成系統(tǒng)設(shè)計。模型（Model）負(fù)責(zé)在數(shù)據(jù)庫中存取數(shù)據(jù)，即根據(jù)數(shù)據(jù)庫中各個表的結(jié)構(gòu)建立類，類中的變量對應(yīng)表中字段，并定義對表進行查詢、修改、新增數(shù)據(jù)的函數(shù)。視圖（View）依據(jù)模型數(shù)據(jù)創(chuàng)建，通過實現(xiàn)用戶可理解的可視化界面，顯示數(shù)據(jù)并發(fā)送請求?？刂破鳎–ontroller）負(fù)責(zé)從視圖讀取用戶輸入，并調(diào)用相應(yīng)模型中的函數(shù)，從而實現(xiàn)完成用戶的操作。通過實現(xiàn)控制器接口中的方法，可實現(xiàn)用戶的業(yè)務(wù)邏輯控制。本系統(tǒng)采用Spring MVC框架進行編程，有較強的靈活性和擴展性。

用戶提取數(shù)據(jù)時，若數(shù)據(jù)量較大或網(wǎng)絡(luò)狀況不理想，系統(tǒng)會消耗較長時間進行一項任務(wù)，在視圖部分，利用AJAX異步處理機制[11-12]，在不刷新整個頁面的前提下，向Web服務(wù)器請求數(shù)據(jù)。當(dāng)服務(wù)器在客戶端發(fā)來命令時，不會影響系統(tǒng)頁面響應(yīng)，客戶端將提醒用戶等待，并允許進行其他操作。服務(wù)器處理完成后，將結(jié)果返回給客戶端。由此，可避免頁面重復(fù)刷新，減少等待時間，這一機制極大地提高了系統(tǒng)用戶的操作體驗。AJAX異步處理機制見圖4。本系統(tǒng)前端采用Ext框架，該框架可通過調(diào)用.Ajax實現(xiàn)異步處理機制。

圖4 AJAX異步處理機制圖

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

為實現(xiàn)所有測站統(tǒng)一管理，在明確編碼規(guī)則基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)編碼管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)中存儲每個測站的基本信息，包括名稱、經(jīng)緯度、地址、測站類型、施測項目、地址、管理單位等。在系統(tǒng)中，可以更改測站信息，當(dāng)有站點增加備份設(shè)備時，可以添加相應(yīng)設(shè)備的信息，以便其他數(shù)據(jù)庫讀取對應(yīng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，當(dāng)有站點增加施測項目時，也可以進行設(shè)置，以便開展新項目的整編?？傮w而言，站點信息的變動都可以在系統(tǒng)中體現(xiàn)，是其他應(yīng)用系統(tǒng)讀取站點信息的基礎(chǔ)。

4.1 測站基本信息

本系統(tǒng)提供對水文測站基本信息的數(shù)據(jù)維護，數(shù)據(jù)以表格方式展示（見圖5）。

圖5 寧波市水文測站基本信息圖

4.2 基礎(chǔ)水文站碼對應(yīng)關(guān)系

提供對基礎(chǔ)水文碼的映射關(guān)系管理，包括水文水位站碼、雨量站碼、水質(zhì)站碼，同時提供測站分?jǐn)嗝嬲敬a管理。所有數(shù)據(jù)以表格的形式展現(xiàn)（見圖6、圖7）。

圖6 基礎(chǔ)水文站碼對應(yīng)關(guān)系圖

圖7 測站分?jǐn)嗝嬲敬a管理圖

4.3 遙測信道碼對應(yīng)關(guān)系

遙測信道碼對應(yīng)關(guān)系管理提供測站與其碼類型、施測項目、站碼、首選項以及啟用日期的對應(yīng)關(guān)系。所有數(shù)據(jù)以表格的形式展現(xiàn)（見圖8）。

圖8 遙測信道碼對應(yīng)關(guān)系圖

4.4 數(shù)據(jù)字典維護

數(shù)據(jù)字典維護提供測站基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中相關(guān)顯示內(nèi)容的配置表信息管理功能（見圖9）。其中數(shù)據(jù)字典包括流域基本信息、河流信息、管理單位信息、水系信息、測站等級信息、測站類型信息、測站分類信息、實施項目信息、行政區(qū)劃信息、遙測信道碼信息。

圖9 數(shù)據(jù)字典維護界面圖

5 結(jié) 語

針對數(shù)據(jù)整合過程中，遇到的多類水文數(shù)據(jù)之間一站多碼、站名混亂的問題，以寧波地區(qū)測站為例，應(yīng)用水文數(shù)據(jù)對象化組織技術(shù)，制定編碼規(guī)則，并設(shè)計寧波信息化編碼系統(tǒng)，利用統(tǒng)一規(guī)則的信息化碼，對測站的基礎(chǔ)水文碼、遙測信道碼進行統(tǒng)一管理，利用字典管理，將測站的基本信息和站碼基本信息進行規(guī)范化統(tǒng)一管理。為后續(xù)水文數(shù)據(jù)的綜合處理與應(yīng)用提供依據(jù)，為水文資料在線系統(tǒng)的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。從目前系統(tǒng)的使用情況看，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作方便，有較高的安全性。