水文监测信息系统需求分析

谢世尧

(1．黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080；2.黑龙江大学 寒区地下水研究所，黑龙江 哈尔滨 150080)



水文监测信息系统需求分析

谢世尧1,2

(1．黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080；2.黑龙江大学 寒区地下水研究所，黑龙江 哈尔滨 150080)

通过对水文监测信息系统的系统需求分析，给出了水文监测信息系统的用例图分析、功能需求分析、性能需求分析和环境需求分析，并形成了水文监测信息系统的数据流图，为水文信息系统的研发提供参考。

水文监测；水文信息；信息管理

水文信息是反映水量、水质和水温等数据的载体，水文信息监测的全面程度直接反映了一个国家和地区的水文管理水平[1]。国内外都在水文监测方面进行了深入研究，试图从数据中找寻规律，挖掘潜在的水文灾害，以及由此引起的对人类生存的威胁[2]。由于我国境内河流流域较广，河道环境复杂，因此给水文监测带来了极大困难。尤其在汛期，传统的水文监测方法耗费大量人力和物力，任务紧、难度大、经费不足、条件艰苦，使得水文信息的及时性和准确性难以得到保证。

在此背景下，研发一套具备远程数据采集和集中分析处理的水文监测信息系统是十分必要的[3-5]。为更好地完成对河流的水文信息监测，需进行水文监测信息系统的开发，并要求系统具备远程数据采集和集中分析的能力。本文仅从水文监测信息系统的需求分析方面来进行论述。

1　系统需求分析

本文设计的水文监测信息系统对水位、流量、流速等信息可进行全面采集，系统需求分析主要对象为黑龙江省内包括黑龙江、松花江、乌苏里江、嫩江、绥芬河、牡丹江、呼玛河、逊河、结雅河和布列亚河等十余条主要河流和界河。

1.1用例图分析

水文监测信息系统主要包括四类用户和六个主要功能模块，四类用户分别是水文系统的管理员、水情科、站网科和主管领导，系统的主要功能模块包括数据管理维护、数据收集、流量计算、附加功能、数学计算和水文工具，用例图如图1所示。其中主管领导主要关心水文员和统计员的各种数据采集和分析结果，根据这些采集和分析结果制定下一步工作重点，从而保证管理措施的针对性、正确性和科学性。

图1　系统用例图

1.2功能需求分析

通过对系统管理员、水情科、站网科和主管领导的调研和分析，确定开发的水文监测信息系统需要具备水文监测功能、流量计算功能、水文工具、数学计算、附加功能和使用帮助等主要模块。其中水文监测功能由布置在主要河流的水文传感器、供电设备和GPRS发射机等组成，能够采集流速、浑浊度和含沙量等数据，并将其发送到数据收集服务器，该功能模块主要由硬件组成。系统其他功能需求描述如下：

(1)流量计算功能。要求系统能够根据中泓浮标法来的数据解析出监测目标的流量；能够根据流速仪法计算监测对象流域的流量；能够计算明渠流量等功能。

(2)水文工具模块。要求具备计算水文频率、面积包围、三等测量和文本录入等功能，能够辅助水文员进行分析。

(3)数学计算功能模块。为用户提供数制转换、角度转换等功能，具备批量转换能力，能完成二进制、十进制、十六进制和八进制之间的转换，从而便于物理设备采集数据的直观显示。

(4)附加工具功能模块。能够为用户提供计算器、记事本等功能，使得用户能够随时进行各种算术计算和关键事项备忘。

(5)使用帮助功能模块。用户可以通过使用帮助模块熟悉系统的各种操作，了解系统版本等情况。

1.3性能需求分析

水文监测信息系统对性能具有一定要求，包括数据敏感性能、数据传输性能、数据分析性能和数据处理性能等，这些性能直接影响这水文监测信息系统的使用效率[6]。对系统各性能指标的具体要求描述如下：

(1)数据敏感性能。主要衡量流速传感器、浑浊度传感器和温度传感器等敏感周期，系统要求各敏感器能够24 h不间断敏感水文数据，敏感周期在1 s以内，向数据收集中心发送数据的间隔在1 min～24 h间可调。

(2)数据传输性能。系统能够将敏感的数据通过GPRS方式传送到数据收集服务器，数据传输速率1 kbps。

(3)数据分析性能。系统能够在2 h内完成重点河道水文数据的统计分析和整理。

(4)数据处理性能。系统能够进行海量数据的存储、分析和处理能力，数据量1000 TB以上。

1.4环境需求分析

系统从物理层面看由三个物理层次组成，分别是水文监测设备、服务器和用户终端，每层都有其独有的运行环境，具体环境需求如下：

(1)水文监测设备运行环境。水文监测设备布置于河流中，运行温度-40～50 ℃，供电电压12 V。

(2)系统运行环境。系统采用C/S架构，Server端包含多台服务器，分别处理用户的不同请求；客户端采用IBM PC机或按照TCP/IP协议接入的其他终端设备。

(3)服务器运行环境。服务器运行温度10～20 ℃之间，相对湿度30%，通风良好；客户请求处理服务器配置：处理器2.0 GHz以上，内存带ECC模块16 GB以上，硬盘1000 TB以上；数据收集服务器除具备同样的CPU和内存配置外，硬盘1000 TB以上，以保证长期水文数据的收集和存取。

(4)客户端运行环境。客户端采用512 MB以上内存，64 GB以上硬盘。客户端软件配置：Windows xp或Windows 7及以上版本。

2　数据流

2.1系统顶层数据流

系统的顶层数据流图如图2所示，从图2可以看出水文监测信息系统是连接水文监测设备和管理部门的桥梁和纽带，系统从物理设备采集数据，然后将数据经过萃取和分析，最后将重要数据向管理部门或主管领导发布，为其进行管理决策提供数据支持。

图2　系统顶层数据流图

2.2第0层数据流

第0层数据流图如图3所示，水文数据经过预处理后过滤掉重复或变化率较小的数据，然后将用户关心的数据或异常数据送到水文监测信息处理模块，通过数据处理，对有用数据进行水文统计，并将统计结果向管理部门发布。期间产生两个数据表，分别是水文信息表D1和统计信息表D2，这两个信息表存储于服务器。

图3　第0层数据流图

2.3用户检索水文信息数据流

用户可通过水文数据管理系统终端检索到水文数据，但需要用户首先正确登录系统，并按照制定格式提交查询命令。为保证用户操作的可追溯性，将用户检索的信息存储到临时数据表中[7]。系统需要用户正确登陆后才能访问服务器数据，最大限度保证数据访问的安全性。系统最后将用户检索的水文数据通过人机界面反馈给查询用户。

图4　用户检索水文信息数据流图

2.4水文分析数据流

用户对水文数据的统计和分析首先以水文数据作为输入，然后利用统计分析算法，完成对用户关心的水文数据的统计和分析，并将结果存入统计结果表中，如用户需要对其他数据进行统计分析，则转回统计分析入口；如需对当前统计分析结果进行复合确认，则系统转入符合模块[8-9]。符合通过后系统将用户的统计信息进行存储。

图5　水文分析数据流图

2.5部门决策数据流

水文监测信息系统的部门决策需要较为严格的用户权限审核，决策以水文动态为数据，并根据输入的用户名和密码进行用户信息的验证，验证通过后决策管理模块进行主管领导的政策制定。

图6　部门决策数据流程

2.6水文数据上报数据流

本文设计的水文监测信息系统能够将本站统计分析和决策结果进行上报，上报上级主管部门审核和批复，并将处理结果以文件形式向各观测站进行下发。整个处理数据流程如图7所示，其中每个操作步骤都需要形成数据表，保存到数据库中，使决策过程可追溯。下发的处理单需要下级部门确认接收，接收时需要数据用户名和密码，作为系统追溯责任人的依据。系统将根据用户的水文管理政策执行情况，形成文件表。

图7　水文数据上报数据流图

3　结　论

需求分析作为软件工程中连接目标系统和用户的重要环节，是软件工程的重要阶段。系统需求分析主要通过对目标用户的访谈和调研等形式，完成对用户的需求分析和整理工作，重点关注用户对系统的功能、性能和运行环境等的需求，并以数据流图的形式理解用户的开发意图。通过反复沟通和调研的方式，最大限度地保证目标系统能实现用户期望功能。本文从功能、性能、环境等方面对水文监测信息系统进行了需求分析，为水文监测信息系统的研发提供支持。

[1]舒大兴．水文信息系统现代化研究——水文信息采集、传输、处理及应用[D]．南京：河海大学，2005．

[2]王君.水文信息管理系统的设计[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2010．

[3]谢世饶.黑龙江水文检测信息管理系统设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2012.

[4]吴伟伟.晋中地下水自动监测及控制的现状与研究[J].山西水利科技,2008(4)：81-83．

[5]白辰曦.山西省水文信息监测管理系统的设计与开发[D].太原：太原理工大学,2010．

[6]中华人民共和国水利部.水文自动测报系统技术规范：SL 61-2015[S].北京:中国水利水电出版社出版,2003．

[7]孟祥锦.水情测报系统数据采集和传输的设计及研发[D].成都：四川大学,2006.

[8]韩金山,舒大兴.灌区水位测量系统研究[J].水利水文自动化,2003(3)：16-18．

[9]许卓宁,于树利,唐晓娟.渠道量测水技术研究与应用[J].水利天地，2015(2)：23-25．

Requirement analysis of hydrographic monitoring information system

XIE Shiyao

(1.SchoolofHydraulic&Electric-power,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China；2.InstituteofGroundwaterincoldregion,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China)

In the paper,through analysis of hydrographic monitoring information system,use case diagram analysis、function requirement analysis、performance requirement analysis and environment requirement analysis of hydrographic monitoring information system were given,and data flow diagram was formed through analysis,the result could provide reference for research and development of hydrographic monitoring information system.

hydrographic monitoring；hydrographic information；information management

水利部公益性行业专题经费项目(201301096-03)；黑龙江省水利厅项目(201317)；黑龙江省水文局项目 (2014230101000411)

谢世尧(1982-)，男，工程师，主要从事水文试验即水文自动化研究。

TP391

A

2096-0506(2016)03-0004-05