CN116069783B - 水文数据处理方法、装置、计算机设备及存储介质 - Google Patents

水文数据处理方法、装置、计算机设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水文数据处理方法、装置、计算机设备及存储介质，所述方法包括：将仪器相关命令发送给测流设备，以使测流设备按照仪器相关命令执行相关测量操作；接收测流设备发送的测量数据，将测量数据生成水文原始数据；将水文原始数据上传至对象存储服务中存储；提取水文原始数据中的流速数据，将数据实例化为数据存储对象，将该数据存储对象序列化后在Mongodb数据库中保存，形成一条数据库记录文档。本发明可以提取有价值的水文数据，采用Mongodb数据库作为后端数据库系统，适合同步测量的分布式采集，数据采集结果直接上传数据库服务器，方便下一步的整编以及质量控制。

Description

水文数据处理方法、装置、计算机设备及存储介质
技术领域
本发明涉及一种水文数据处理方法、装置、计算机设备及存储介质，属于水文数据处理技术领域。
背景技术
水文数据是反映江河湖库水雨情形势最为直观的基础信息，是开展水旱灾害防御工作的重要情报，对社会经济发展具有重要作用。特别是在台风暴雨期间，洪峰水位流量等及时可靠的水文数据是开展水利工程防洪调度及沿河居民安全转移的重要依据。水文数据必须准确可靠，一旦水文数据失真，传递错误情报，则可能引发严重后果。因此，水文数据质量控制非常重要。
目前，在通过仪器采集水文原始数据后，只是进行数据分类、数据清洗等简单的处理便进行保存，近年来，随着数字化改革的深入推进以及大数据、云计算等前沿技术的快速发展，为海量数据处理、智能决策分析提供了技术条件，使开展全自动、精细化的水文数据治理成为可能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种水文数据处理方法、装置、计算机设备及存储介质，其可以提取有价值的水文数据，采用Mongodb数据库作为后端数据库系统，适合同步测量的分布式采集，数据采集结果直接上传数据库服务器，方便下一步的整编以及质量控制。
本发明的第一个目的在于提供一种水文数据处理方法。
本发明的第二个目的在于提供一种水文数据处理装置。
本发明的第三个目的在于提供一种计算机设备。
本发明的第四个目的在于提供一种存储介质。
本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种水文数据处理方法，所述方法包括：
将仪器相关命令发送给测流设备，以使测流设备按照仪器相关命令执行相关测量操作；
接收测流设备发送的测量数据，将测量数据生成水文原始数据；
将水文原始数据上传至对象存储服务中存储；
提取水文原始数据中的流速数据，将数据实例化为数据存储对象，将该数据存储对象序列化后在Mongodb数据库中保存，形成一条数据库记录文档。
进一步的，所述方法还包括：
在Mongodb数据库中查询需要的数据，将查询得到的数据进行反序列化，对反序列化后的数据进行在线处理，所述在线处理包括在线化验、在线整编和在线插补。
进一步的，所述在线化验，具体包括：
获取摄像头拍摄的杯号以及电子天平的称重结果，将称重结果减去相应杯号的杯重，从而得到沙重，根据实测体积计算得到悬移质含沙量，如下式：
其中，Cs为悬移质含沙量，Mt为总重，Mc为杯重，V为水样体积。
进一步的，所述在线整编，具体包括：
从反序列化后的数据生成的成果库中获取成果输出表格，在成果输出表格中选择不同的人员及其对应的工序，进行计算后生成报表，并将生成的报表上传至服务器；
当校核人员需要校核时，从成果库中选择对应的项目站点进行校核。
进一步的，所述在线插补包括线性插补和矢量插补，所述线性插补和矢量插补分别对应标量数据和矢量数据；
所述线性插补包括：
按名称进行分组，按时间从小到大的顺序排列，将数据转换为一组分段函数，如下式：
其中，xa……xn为输入的x参数，ya……yn为输入的y参数，均为已知变量，通过f(t)求得在[xa,xn]区间内的任意值，实现插补功能；
所述矢量插补包括：
将矢量分解为VE分量、VN分量，如下式：
(v,d)→(VE,VN)
分别针对VE、VN分量用上述公式进行线性插补，如下式：
VE＝v*cos(d)
VN＝v*sin(d)
根据插补的数据合成为矢量，如下式：
其中，v为流速，d为流向，vE为东分量，VN为北分量；
进一步的，所述将仪器相关命令发送给测流设备，以使测流设备按照仪器相关命令执行相关测量操作之后，还包括：
对仪器相关命令中的配置进行更改。
进一步的，所述将仪器相关命令发送给测流设备，以使测流设备按照仪器相关命令执行相关测量操作之后，还包括：
根据仪器相关命令中配置的测量时间和测量次数，若在配置的测量时间内连续测量失败次数大于或等于配置的测量次数，则提醒测量失败。
本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种水文数据处理装置，所述装置包括：
命令发送单元，用于将仪器相关命令发送给测流设备，以使测流设备按照仪器相关命令执行相关测量操作；
数据采集单元，用于接收测流设备发送的测量数据，将测量数据生成水文原始数据；
存储单元，用于将水文原始数据上传至对象存储服务中存储；
提取单元，用于提取水文原始数据中的流速数据，将数据实例化为数据存储对象，将该数据存储对象序列化后在数据库中保存，形成一条数据库记录文档。
本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的水文数据处理方法。
本发明的第四个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的水文数据处理方法。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明可以提取有价值的水文数据，采用Mongodb数据库作为后端数据库系统，适合同步测量的分布式采集，数据采集结果直接上传数据库，方便下一步的整编以及质量控制。
2、本发明能够实现水文数据处理业务的所有流程，将现有的水文资料测量、整编、校核模式在线化和信息化，减少人工投入、实现快速、高效、统一的整编、校核，完成水文业务、水文数据的统一在线管理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的水文数据处理方法的流程图。
图2为本发明实施例1的对测量数据处理的简易流程图。
图3为本发明实施例1的序列化与反序列化的示意图。
图4为本发明实施例1的登录界面示意图。
图5为本发明实施例1的打开界面示意图。
图6为本发明实施例1的项目管理界面示意图。
图7为本发明实施例1的杯重管理界面示意图。
图8为本发明实施例1的选择垂线窗口示意图。
图9为本发明实施例1的地图定位窗口示意图。
图10为本发明实施例1的水位数据处理窗口示意图。
图11为本发明实施例1的水位过程线示意图。
图12为本发明实施例1的数据处理窗口示意图。
图13为本发明实施例1的测验过程线示意图。
图14为本发明实施例1的气象窗口示意图。
图15为本发明实施例1的水样窗口示意图。
图16为本发明实施例1的在线化验的简易流程图。
图17为本发明实施例1的大断面测算界面示意图。
图18为本发明实施例1的成果输出界面示意图。
图19为本发明实施例1的插补数据界面示意图。
图20为本发明实施例1的角度换算界面示意图。
图21为本发明实施例1的串口调试界面示意图。
图22为本发明实施例2的水文数据处理装置的结构框图。
图23为本发明实施例3的计算机设备的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供了一种水文数据处理方法，该方法包括以下步骤：
S101、将仪器相关命令发送给测流设备，以使测流设备按照仪器相关命令执行相关测量操作。
本实施例的测流设备可以是ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler，声学多普勒流速剖面仪)、流速仪等设备，以ADCP为例进行说明，通过计算机的物理端口，将仪器配置命令、仪器控制命令等发送至ADCP，ADCP接收后开始按照仪器相关命令执行相关测量操作。
进一步地，在步骤S101之后，还可包括：
对仪器相关命令中的配置进行更改。
进一步地，在步骤S101之后，还可包括：
根据仪器相关命令中配置的测量时间和测量次数，若在配置的测量时间内连续测量失败次数大于或等于配置的测量次数，则提醒测量失败，具体地，通过急促提示音以及短信发送到预先设置的手机号上提醒测量失败。
S102、接收测流设备发送的测量数据，将测量数据生成水文原始数据。
本实施例中，ADCP测量时，通过物理端口不断发送测量到的数据，接收到端口的测量数据后，将测量数据生成*.pd0格式的仪器数据文件，即水文原始数据。
S103、将水文原始数据上传至对象存储服务中存储。
本实施例中，将水文原始数据(pd0文件)上传至BOS对象存储服务中存储，作为“冷数据”。
S104、提取水文原始数据中的流速数据，将数据实例化为数据存储对象，将该数据存储对象序列化后在Mongodb数据库中保存，形成一条数据库记录文档。
本实施例中，提取水文原始数据(pd0文件)中的流速数据，将数据实例化为数据存储对象，将该对象序列化为Bson后在Mongodb数据库中保存，形成一条数据库记录文档，作为“热数据”。
进一步地，本实施例的水文数据处理方法还可包括：
S105、在Mongodb数据库中查询需要的数据，将查询得到的数据进行反序列化，对反序列化后的数据进行在线处理，在线处理包括在线化验、在线整编和在线插补。
本实施例的在线化验包括：
获取摄像头拍摄的杯号以及电子天平的称重结果，具体地，通过外接摄像头和电子天平，读取摄像头拍摄的杯号和读取电子天平的称重结果，将称重结果减去相应杯号的杯重，从而得到沙重，根据实测体积计算得到悬移质含沙量，如下式：
其中，Cs为悬移质含沙量，Mt为总重，Mc为杯重，V为水样体积。
本实施例的在线整编包括：
从反序列化后的数据生成的成果库中获取成果输出表格，在成果输出表格中选择不同的人员及其对应的工序，进行计算后生成报表，并将生成的报表上传至服务器；
当校核人员需要校核时，从成果库中选择对应的项目站点进行校核。
本实施例的在线插补包括线性插补和矢量插补，线性插补和矢量插补分别对应标量数据和矢量数据，线性插补是最基础的插补功能，根据未知点x最近的两个已知数据的连线，插补出未知数值y，可以同时进行多条曲线的插补，只要给定不同点名即可；源数据为矢量数据时，需要用到矢量插补，做的是把流速分解为东分量、北分量，然后分别对东分量、北分量按照线性插补的方法，插补出流速分量，最后再合成流速和流向。
线性插补包括：
按名称进行分组，按时间从小到大的顺序排列，将数据转换为一组分段函数，如下式：
其中，xa……xn为输入的x参数，ya……yn为输入的y参数，均为已知变量，通过f(t)求得在[xa,xn]区间内的任意值，实现插补功能；
矢量插补是基于线型插补的扩展，一般矢量数据为流速、流向(用二元组(v,d)表示)，包括：
将矢量分解为VE分量、VN分量，如下式：
(v,d)→(VE,VN)
分别针对VE、VN分量用上述公式进行线性插补，如下式：
VE＝v*cos(d)
VN＝v*sin(d)
根据插补的数据合成为矢量，如下式：
其中，v为流速，d为流向，VE为东分量，VN为北分量；
本实施例在上述水文数据处理方法的基础上，开发出一套水文数据处理一体化软件，称为HydroPro，基于Microsoft.Net Framework 4.8开发，支持Windows 7/8/10/11系统，32、64位平台通用，该软件具有以下特点：
(1)水文数据处理全流程管理：支持数据采集、资料整编、人工校核、报表输出等全部水文数据处理流程，软件功能集成度高。
(2)分布式采集，数据在线管理：采用Mongodb数据库作为后端数据库系统，适合同步测验的分布式采集，数据采集结果直接上传数据库服务器，方便下一步的整编以及质量控制。
Mongodb作为文档型数据库，采用Bson格式保存。软件采用面向对象的方法开发，在保存(读取)时，直接将对象实例与Bson格式进行序列化(反序列化)，无需采用SQL语句，极大地提高了开发的便捷性和可扩展性。
如杯重数据，按以下格式存储在数据库中：
{"_id":{"$oid":"605300dddf5f3377bcdfb685"},"CupNum":"613","CupWeight":50.977,"Remark":"","Owner":"yky","Updatetime":{"$date":"2021-03-18T07:27:59.189Z"}}
又如测站基本信息，按如下格式存储在数据库中：
{"_id":{"$oid":"60cf0cc2fa000b7af2f77a66"},"_projectid":{"$oid":"60cf0c81fa000b7af2f77a65"},"StationName":"黄冲","Address":"广东省江门市新会区长乐冲口","Basin":"珠江","StationCode":"","Drainage":"三角洲河口区","RiverName":"崖门水道","Owner":"lsq"}
各不同的存储要素，保存在不同的集合中，数据之间互相之间的应用，通过全局唯一标识符(如上述“_id”、“_projectid”属性对应的键值)链接。
(3)适配多种水文仪器：可直接连接流速仪、声学多普勒流速剖面仪(ADCP)、GNSS、风速风向仪、电子天平、USB摄像头等多种仪器采集数据。
(4)集成Python引擎，方便扩展开发：内部集成了Python脚本引擎，可调用Python代码进一步扩展程序功能。
(5)具有水文数据GIS展示功能：可将测量数据实时展示到GIS卫星图上。
本实施例的水文数据处理一体化软件HydroPro实现了水文在线资料，主要集成了水文数据处理业务的所有流程，将现有的水文资料测量、整编、校核模式在线化和信息化，减少人工投入、实现快速、高效、统一的整编、校核，将水文业务集成到一个软件中，实现水文业务、水文数据的统一在线管理；主要功能分为四大部分：在线水文测量、在线资料整编、在线校核、成果表管理。
A、在线水文测量
本实施例的水文数据处理一体化软件HydroPro可实现流速、流量等水文要素的在线、定时测量，测验故障时通过短信发送提醒通知；实现更改、输出在线测量的原始文件；实现在线远程分析数据合理性、可靠性；支持在线调试仪器，检查仪器故障，
1)可通过串口连接GNSS定位设备，实现测船定位功能，用于测船导航。
2)通过与ADCP、流速仪等设备连接，直接读取流速数据。
3)支持含沙量的自动化验，通过摄像头进行文字识别杯号，通过串口连接电子天平读取杯重，自动进行含沙量化验和计算。
4)支持连接风速风向仪，直接测取风速风向。
B、在线资料整编
本实施例的水文数据处理一体化软件HydroPro支持水位、大断面的整编。包括且不限于原始数据录入，潮水位资料插补修改、平滑拟合、高低潮自动挑选、曲线查补、平移、渐变处理，相邻站潮水位对比等，历史大断面对比等；实现输出整编报表：潮水位计算表、潮水位摘录表、潮水位月报表、逐潮高低潮位表、潮位月年统计表、大断面成果表。
C、在线校核
带有类似OA的工作流功能，实现水文资料在线校核、修改、反馈，记录资料错情及历史记录。
D、成果表管理
所有整编结果保存在服务器上，文件统一命名、统一格式，极大地简化了资料管理工作。
本实施例的水文数据处理一体化软件HydroPro主要功能集中在“在线”展开上，因此所有数据均为在线存储。在系统存储架构上，将数据分为两部分，一部分为“热数据”，一部分为“冷数据”。
“热数据”为经常访问及需要快速访问的数据，如各项水文要素、水文测验过程数据、项目信息、测站信息等，“热数据”以Bson文档的形式存储在Mongodb数据库中；“冷数据”为各种仪器测量的原始文件、系统生成的成果报表文件等，在服务器中作为存储、备查作用，所存储数据不参与任何计算，以文件的形式存储在百度智能云对象存储(BOS)服务中。系统存储架构如下，各种仪器设备测量后，生成了相应的数据文件(用户也可按照指定格式自行制作，部分仪器可直接读取实时数据)，在HydroPro读取后不做任何处理，先将数据文件送入BOS对象存储中原样保存，随后在数据文件中提取出需要的各项水文数据(仪器设备测量过程中会记录很多设备的状态数据，如电压、气温等，在水文测验中是不需要的)，经过提取后实例化对应的存储对象，将对象进行序列化为Bson格式后，存储至Mongodb数据库中，如图2所示。
本实施例的水文数据处理一体化软件的重点是提取数据文件中有价值的水文数据并将其保存至数据库。以ADCP为例，在开展测量时HydroPro将做以下操作：
1)HydroPro通过计算机的物理端口，将仪器配置命令、仪器控制命令等发送至ADCP，ADCP接收后开始按照相关命令执行相关测量操作。
2)ADCP测量时，通过物理端口不断发送测量到的数据，HydroPro接收到端口的数据后，将其生成*.pd0格式的仪器数据文件，即仪器的原始数据。
3)HydroPro将该pd0文件上传至BOS对象存储服务中保存。
4)HydroPro提取pd0中的流速数据，将数据实例化为数据存储对象，将该对象序列化为Bson后在Mongodb数据库中保存，形成一条数据库记录文档。
以下为C#程序代码中的OBVelocity类的声明，在实例化时，将提取到的数据赋值到相应的要素中，如pd0中提取的流速、流向，分别给OBVelocity.V、OBVelocity.D两个属性赋值。
以下为一个序列化后的Bson实例，存储在Mongodb数据库中。上述对象中的一个属性(如V、D、E、Depth等)对应Bson中的一个key，两者一一对应形成映射关系，属性(Bson中称之为key)类似于传统关系型数据库表中的“字段”。
以上，序列化为程序代码对象到Bson文档的映射；此外，需要从数据库中使用数据时，通过Bson文档进行反序列化，即可还原为程序代码对象，如图3所示。需要说明的是_id字段，它是整个记录的识别码，用于和其他记录区分，在整个数据库中全局唯一，由数据库系统自动生成。
可见，HydroPro在功能上可以直接控制仪器设备进行测量，并从仪器设备的返回数据中保存原始数据为“冷数据”，并将有价值的水文数据进行提取，经实例化和序列化后，保存为在Mongdb中存储的“热数据”。在HydroPro使用数据时，在Mongdb数据库中查找数据，查找后将说得数据进行反序列化，然后进行整编、计算等工作。
本实施例的水文数据处理一体化软件HydroPro的具体说明如下：
无需安装，解压程序包之后，在windows系统电脑上联网即可使用，打开应用程序，通过管理员创建的账号和密码，登录使用，登录界面如图4所示，成功登录后的打开界面如图5所示。
项目管理：打开软件后，点击在顶部菜单栏中“管理”项，可对项目、杯重、个人账号密码等进行管理；软件按“年份-项目-站点-垂线”4个层级组织测量项目的实施。“项目”是一次测量的基础准备工作；创建项目时，打开“项目管理”，项目的增加、删除、改动仅管理员级别的账户有权限操作。如图6所示，按软件提示新增“项目”、“站点”、“垂线”信息，当站点、垂线校多时，可采用左下角的“导入项目”，按指定格式准备数据，可批量创建项目、站点、垂线等。
杯重管理：用于管理含沙量化验中的空杯重量，打开后如图7所示界面，左侧为摄像头的拍摄画面，右侧在“视频设备”下拉列表中选择要连接的摄像头，点击“连接”，即可打开摄像头。在“天平设备”下拉列表中选择要连接的COM端口，点击“连接”即可打开天平设备端口。“端口”链接用于配置COM端口的波特率、校验码等参数。“命令”链接用于配置天平的控制命令，通常设置的是天平的测量命令。软件通过端口向天平发送测量命令，天平测量结束后会返回测量结果；杯号后的“读”，即控制视频设备拍照，然后识别照片中的文字，识别后显示到文本框中；新重后的“读”，即控制天平设备称重，将读取到的天平读书显示到文本框中。原重是指服务器上保存的该杯号的重量。点击保存即可将新重数据覆盖原重数据；“手写体”，若杯号采用手写的文字，勾选该项可以提高文字识别率；“快速读取”等效于：自动依次点击“杯号”、“新重”后面的“读”；“管理”，用于管理服务器上的杯号数据。
“垂线”菜单：打开“选择垂线”窗口，如图8所示，软件所有的测量、整编操作，都基于本窗口的选择结果。即本窗口选择的是数据操作的对象。
“定位”菜单：打开“地图定位”窗口，集成了在线卫星地图服务。该功能可用于测船定位，如图9所示；右上角的“坐标定位”可输入目标点的坐标，在地图上标示出来；在“定位设备”的下拉列表中，选择对应的GNSS设备端口，读取NMEA 183协议的GGA格式数据，可以显示当前所在的定位位置；在地图上鼠标右键，可提取鼠标所在位置的坐标；所有坐标都采用WGS84的大地坐标表示，用“度”作为单位。
“水位”菜单：本菜单用于打开水位处理功能。在打开“水位”处理功能前，需要先选择要处理的站点，打开后，会弹出水位数据处理窗口，顶部菜单增加“数据”、“对照”、“处理”、“查找”4项，如图10所示。
“数据”菜单：从暂存加载、本地暂存，数据处理前，需要加载数据，因数据量较大，从服务器获取费时，因此本软件增加了暂存功能；当点击“本地暂存”时，正在处理的水位数据会暂存在本地电脑，下次可“从暂存加载”继续处理；从服务器加载，直接从服务器加载数据到本地处理；服务器保存，即将正在处理的数据上传到服务器上(注意：服务器保存前，同时也会在本地暂存)，以此保证本地暂存数据与服务器数据的一致性；导入，分别是固态格式导入、表格格式导入、水情导入，导入的数据暂时存放在本地，需要点击“服务器保存”，数据才会上传到服务器上，固态格式导入、表格格式导入是不同格式的文本数据，软件以表格格式作为基本格式，针对不同格式的数据，软件内部均统一转换为表格形式，然后调用表格导入的功能模块，表格格式为“时间,水位”形式，时间的格式为{yyyy/MM/dd HH:mm:ss}，水位为任意数值形式的数字，时间、水位中间的分隔符，可用制表符(Tab，\t)或半角逗号(,)隔开。标准的数据格式表达为：“yyyy/MM/dd HH:mm:ss[‘\t’,’,’]0.00”，其中[]中的‘\t’、‘,’表示其中任选一个，一行表示一个数据，比较常用的做法是在Excel中生成2列数据，第一列时间，第二列水位。将二者复制后粘贴到记事本中的txt文件即可。其余格式的导入功能均由程序自动转换为表格格式完成，水情导入用于连接到水情自动测报服务器，通过对应的API获取数据；水位过程线的查看，当加载数据后，水位处理窗口即显示水位过程线，每次显示1天的水位过程线，同时为了跨日数据的衔接，会多显示下一日前2小时的水位，鼠标移动时，会显示当前所在位置的水位，高潮和低潮采用不同颜色字体表示，利用鼠标滚轮切换前后日期，顶部的日期选择框，也可快速跳转日期，在过程线上右键，可对当前的数据进行详细编辑，如图11所示。
“对照”菜单：选取站点，选取服务器上的别的站点数据，加载到本地进行对照；导入固态对照、导入表格对照，通过加载固态格式、表格格式的文本数据，在本地进行水位过程线对照。
“处理”菜单：打开数据处理窗口，如图12所示，可对数据进行批量自动处理。首选选取需要处理的时间段，然后在下方选择需要处理的类型即可，然后软件会对该时间段内的数据进行相应处理。
“查找”菜单：可批量自动查找水位。在左侧输入需要查找水位的时间，将左侧第一行输入空行时，立即应用查找功能。
流速测量：在软件顶部菜单中单击“流速”选项卡，在弹出的菜单中有“现场测量”、“过程线”、“矢量图”、“编辑”、“下载”等选项，其中“现场测量”是在线测量的重要组成部分；“过程线”、“矢量图”是针对测量后数据分析的工作，“编辑”和“下载”是更改数据和下载测量数据；单击“现场测量”选项卡，在弹出来的页面中选择“自动测量”，在自动测量弹出来的页面中，选择、设置在线测量设备的参数，包括端口、测量历时、仪器吃水深、提取分层自动测量时间等等；使用ADCP进行在线测量设备，在“工具栏”中可对ADCP进行串口调试，同时可在本软件中在ADCP自动采集页面中对ADCP进行命令中更改设置，提供自动设置测量时间，若连续测失败三次以上会有急促提示音以及短信发送到预先设置的手机号上提醒测量失败；单击“过程线”选项卡，可选择项目、站点、垂线水文要素等信息，添加测验过程线，如图13所示。可同时添加多个项目、多站点多垂线的实测水深、流速过程线图，用于对比分析数据可靠性；“流速矢量图”，可在不同的地图下显示该项目所有站点，不同垂线的某一时刻的实测流速矢量图。
气象、水样：打开“气象”、“采样”选项卡，现场录入图14和图15中空格所有的数据，点提交数据，数据即上传至服务器。如需要更改测量数据，在下拉菜单中选择编辑即可；在“水样”选项卡中。有一项“含沙量化验”，本软件内含OCR图片识别模块，可外接摄像头读取杯号，同时可外接电子天平设备，直接读取天平的称重结果，再减去“管理”的“杯号管理”相应杯号的杯重，从而得到沙重，根据实测体积计算得到含沙量，然后上传至服务器存储，如图16所示，具体计算公式可以参见上述“在线化验”的说明，在此不再赘述；
大断面：测量大断面之后，可将实测测量文件直接导入软件，填写图12中需要填写的内容，点击提交即可，同时在右上角选择该站历史断面进行比较。最终会将本次测量结果和历史断面显示在显示区域。数据输出在顶部菜单栏中“成果表”的“在线整编”选项卡中成果输出页面中的大断面中，可以生成大断面测算界面如图17所示。
流量：在线测流，选择开始、结束时间、仪器型号、测向、测回流量、测量人员等点击提交即可上传至服务器。
在线整编：成果输出，数据导入只支持excel格式数据导入，在菜单顶部“成果库”下拉菜单中点击“在线整编”，如图18所示，在弹出来的成果输出表格中选择不同的人员及其对应的工序上传数据至服务器，该步骤是在线整编的核心功能，系统自动计算后生成报表，生成的报表直接上传到服务器上，同时其他表格可以需选择手动上传；在菜单顶部“成果库”下拉菜单中点击“在线校核”，在弹出的页面右上角选择对应的项目站点进行校核，在无纸化校对页面左边大部分区域则为数据显示窗口，可以鼠标点击错误地点在右边校核填写区域会自动定位到改单元格，然后填写错误情况点记录即可。校核工序完成后，整编人员在处理区域根据编号来决定是否接受校核人员指出的错误情况，同时，可以在此页面下载xlsx、pdf等格式报表，用于打印。
除上述功能外，还配备有许多实用小工具，实用工具位于软件顶部菜单栏中，分别有数据插补、角度换算、串口调试、断面相关、应急演练、脚本、ADCP等小工具；数据插补工具分为线性插补和矢量插补工具，插补数据界面如图19所示，线性插补是最基础的插补功能。根据未知点x最近的两个已知数据的连线，插补出未知数值y；本功能可以同时进行多条曲线的插补，只要给定不同点名即可。源数据为矢量数据时，需要用到矢量插补工具，做的是把流速分解为东分量、北分量。然后分别对东分量、北分量按照线性插补的方法，插补出流速分量，最后再合成流速和流向，两者均为为程序输入源数据，同时在目标出输入需要插补的点，点击插补，即可得到数据；线性插补的源数据格式为“点号x y”，目标数据格式为“x”，支持多点多行数据插补，矢量插补的源数据格式为“点号x y y’”，其中y’为数据y的矢量方向；角度换算即为将度分秒数据换算为以度表示的数据，如图20所示；串口调试，用于现场测量时调试、测试仪器，用于测量中间的故障诊断，如图21所示；断面相关，由流速等值线图、二线能坡法、二元线性回归组成，其中流速等值线图是输入断面信息，以及断面各点的流速，绘制出横截面的流速等值线图；二线能坡法，二元线性回归，对两个变量的方程进行拟合，并绘制出拟合方程式的三维图等；脚本，提供内置的Python脚本引擎的调用界面；ADCP数据，在ADCP数据中，可提取中走航式ADCP和底座式ADCP的各分层流速数据，对数据进行进一步分析。
应当注意，尽管以特定顺序描述了上述实施例的方法操作，但是这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
实施例2：
如图22所示，本实施例提供了一种水文数据处理装置，该装置包括命令发送单元2201、数据采集单元2202、存储单元2203和提取单元2204，各个单元的具体说明如下：
命令发送单元2201，用于将仪器相关命令发送给测流设备，以使测流设备按照仪器相关命令执行相关测量操作；
数据采集单元2202，用于接收测流设备发送的测量数据，将测量数据生成水文原始数据；
存储单元2203，用于将水文原始数据上传至对象存储服务中存储；
提取单元2204，用于提取水文原始数据中的流速数据，将数据实例化为数据存储对象，将该数据存储对象序列化后在数据库中保存，形成一条数据库记录文档。
进一步地，本实施例的水文数据处理装置还可包括：
在线处理单元2205，用于在Mongodb数据库中查询需要的数据，将查询得到的数据进行反序列化，对反序列化后的数据进行在线处理，在线处理包括在线化验、在线整编和在线插补。
本实施例中各个模块的具体实现可以参见上述实施例1，在此不再一一赘述；需要说明的是，本实施例提供的系统仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
实施例3：
本实施例提供了一种计算机设备，如图23所示，其包括通过系统总线2301连接的处理器2302、存储器、输入装置2303、显示器2304和网络接口2305，该处理器用于提供计算和控制能力，该存储器包括非易失性存储介质606和内存储器2307，该非易失性存储介质2306存储有操作系统、计算机程序和数据库，该内存储器2307为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境，处理器2302执行存储器存储的计算机程序时，实现如下的水文数据处理方法：
将仪器相关命令发送给测流设备，以使测流设备按照仪器相关命令执行相关测量操作；
接收测流设备发送的测量数据，将测量数据生成水文原始数据；
将水文原始数据上传至对象存储服务中存储；
提取水文原始数据中的流速数据，将数据实例化为数据存储对象，将该数据存储对象序列化后在数据库中保存，形成一条数据库记录文档。
进一步地，所述方法还包括：
在数据库中查询需要的数据，将查询得到的数据进行反序列化，对反序列化后的数据进行在线处理，所述在线处理包括在线化验、在线整编和在线插补。
实施例4：
本实施例提供了一种存储介质，该存储介质为计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现以下的水文数据处理方法：
将仪器相关命令发送给测流设备，以使测流设备按照仪器相关命令执行相关测量操作；
接收测流设备发送的测量数据，将测量数据生成水文原始数据；
将水文原始数据上传至对象存储服务中存储；
提取水文原始数据中的流速数据，将数据实例化为数据存储对象，将该数据存储对象序列化后在数据库中保存，形成一条数据库记录文档。
进一步地，所述方法还包括：
在数据库中查询需要的数据，将查询得到的数据进行反序列化，对反序列化后的数据进行在线处理，所述在线处理包括在线化验、在线整编和在线插补。
需要说明的是，本实施例的计算机可读存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
在本实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读存储介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读存储介质上包含的计算机程序可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
上述计算机可读存储介质可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本实施例的计算机程序，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Python、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如C语言或类似的程序设计语言。程序可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
综上所述，本发明可以提取有价值的水文数据，采用Mongodb数据库作为后端数据库系统，适合同步测量的分布式采集，数据采集结果直接上传数据库，方便下一步的整编以及质量控制；此外，本发明能够实现水文数据处理业务的所有流程，将现有的水文资料测量、整编、校核模式在线化和信息化，减少人工投入、实现快速、高效、统一的整编、校核，完成水文业务、水文数据的统一在线管理。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种水文数据处理方法，其特征在于，所述方法包括：
将仪器相关命令发送给测流设备，以使测流设备按照仪器相关命令执行相关测量操作；
接收测流设备发送的测量数据，将测量数据生成水文原始数据；
将水文原始数据上传至对象存储服务中存储；
提取水文原始数据中的流速数据，将数据实例化为数据存储对象，将该数据存储对象序列化后在Mongodb数据库中保存，形成一条数据库记录文档；
在Mongodb数据库中查询需要的数据，将查询得到的数据进行反序列化，对反序列化后的数据进行在线处理，所述在线处理包括在线化验、在线整编和在线插补；
所述在线插补包括线性插补和矢量插补，所述线性插补和矢量插补分别对应标量数据和矢量数据；
所述线性插补包括：
按名称进行分组，按时间从小到大的顺序排列，将数据转换为一组分段函数，如下式：
其中，xa……xn为输入的x参数，ya……yn为输入的y参数，均为已知变量，通过f(t)求得在[xa,xn]区间内的任意值，实现插补功能；
所述矢量插补包括：
将矢量分解为VE分量、VN分量，如下式：
(v，d)→(VE，VN)
分别针对VE、VN分量用上述公式进行线性插补，如下式：
VE＝v*cos(d)
VN＝v*sin(d)
根据插补的数据合成为矢量，如下式：
其中，v为流速，d为流向，VE为东分量，VN为北分量。
2.根据权利要求1所述的水文数据处理方法，其特征在于，所述在线化验，具体包括：
获取摄像头拍摄的杯号以及电子天平的称重结果，将称重结果减去相应杯号的杯重，从而得到沙重，根据实测体积计算得到悬移质含沙量，如下式：
其中，Cs为悬移质含沙量，Mt为总重，Mc为杯重，V为水样体积。
3.根据权利要求1所述的水文数据处理方法，其特征在于，所述在线整编，具体包括：
从反序列化后的数据生成的成果库中获取成果输出表格，在成果输出表格中选择不同的人员及其对应的工序，进行计算后生成报表，并将生成的报表上传至服务器；
当校核人员需要校核时，从成果库中选择对应的项目站点进行校核。
4.根据权利要求1所述的水文数据处理方法，其特征在于，所述将仪器相关命令发送给测流设备，以使测流设备按照仪器相关命令执行相关测量操作之后，还包括：
对仪器相关命令中的配置进行更改。
5.根据权利要求1所述的水文数据处理方法，其特征在于，所述将仪器相关命令发送给测流设备，以使测流设备按照仪器相关命令执行相关测量操作之后，还包括：
根据仪器相关命令中配置的测量时间和测量次数，若在配置的测量时间内连续测量失败次数大于或等于配置的测量次数，则提醒测量失败。
6.一种水文数据处理装置，其特征在于，所述装置包括：
命令发送单元，用于将仪器相关命令发送给测流设备，以使测流设备按照仪器相关命令执行相关测量操作；
数据采集单元，用于接收测流设备发送的测量数据，将测量数据生成水文原始数据；
存储单元，用于将水文原始数据上传至对象存储服务中存储；
提取单元，用于提取水文原始数据中的流速数据，将数据实例化为数据存储对象，将该数据存储对象序列化后在数据库中保存，形成一条数据库记录文档；
在线处理单元，用于在Mongodb数据库中查询需要的数据，将查询得到的数据进行反序列化，对反序列化后的数据进行在线处理，所述在线处理包括在线化验、在线整编和在线插补；
所述在线插补包括线性插补和矢量插补，所述线性插补和矢量插补分别对应标量数据和矢量数据；
所述线性插补包括：
按名称进行分组，按时间从小到大的顺序排列，将数据转换为一组分段函数，如下式：
其中，xa……xn为输入的x参数，ya……yn为输入的y参数，均为已知变量，通过f(t)求得在[xa，xn]区间内的任意值，实现插补功能；
所述矢量插补包括：
将矢量分解为VE分量、VN分量，如下式：
(v，d)→(VE，VN)
分别针对VE、VN分量用上述公式进行线性插补，如下式：
VE＝v*cos(d)
VN＝v*sin(d)
根据插补的数据合成为矢量，如下式：
其中，v为流速，d为流向，VE为东分量，VN为北分量。
7.一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现权利要求1-5任一项所述的水文数据处理方法。
8.一种存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1-5任一项所述的水文数据处理方法。
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