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第5章 功能设计
5.1 梳理集成基础数据
5.1.1 设计思路
为梳理集成完整的、准确的、权威的黑石咀水库基础数据，需对基础数据进行全量调研和评估，分析其质量、完整性、准确性，识别可能存在的数据缺失、错误或不一致等问题。
数据质量评估体系
数据完整性评估：
- 必填字段检查：确保关键字段不为空
- 数据范围验证：验证数据在合理范围内
- 时间连续性检查：确保时间序列数据的连续性
数据准确性评估：
- 数据一致性检查：跨表数据一致性验证
- 业务逻辑验证：基于业务规则的逻辑验证
- 异常值检测：识别和处理异常数据
数据权威性评估：
- 数据来源确认：确认数据来源的权威性
- 数据更新机制：确保数据的及时更新
- 数据版本管理：维护数据的历史版本
5.1.2 防治对象调查评价成果集成
调查评价成果数据管理
防治对象数据模型：
- 防治点基本信息：包括名称、编码、类型、位置等
- 防治部位详细信息：包括部位名称、类型、状态等
- 空间几何信息：包括位置坐标、范围边界等
防治部位详细管理：
- 部位与防治点的关联关系
- 部位状态的动态管理
- 部位信息的维护和更新
成果数据集成实现
调查评价成果报告管理：
- 文档存储：基于对象存储的文档管理
- 元数据管理：文档的基本信息和分类管理
- 版本控制：文档版本的管理和历史追踪
图集管理系统：
- 图像存储：防治对象相关图像的存储管理
- 空间关联：图像与防治对象的空间关联
- 展示管理：图集的在线展示和查询
成果数据管理：
- 电子数据：结构化数据的存储和管理
- 纸质数据：纸质文档的数字化管理
- 照片数据：相关照片的存储和管理
5.1.3 风险隐患调查与影响分析成果集成
风险隐患数据模型设计
风险隐患要素数据：
- 隐患基本信息：包括编码、类型、名称、位置等
- 风险等级信息：风险评估等级和分类
- 空间几何信息：隐患的空间位置和范围
断面数据管理：
- 断面基本信息：包括编码、名称、河流编码等
- 断面几何信息：断面线的空间几何数据
- 高程信息：断面的高程数据
成果报表管理实现
重点关注对象详查名录表：
- 对象管理：重点防治对象的详细信息管理
- 风险评估：对象风险评估和等级划分
- 监测关联：与监测设备的关联管理
防治对象-监测设备关系表：
- 关系映射：防治对象与监测设备的对应关系
- 设备信息：监测设备的基本信息和状态
- 数据关联：监测数据与防治对象的关联
山洪灾害防治对象名录：
- 名录管理：防治对象的统一名录管理
- 分类管理：按类型、区域等分类管理
- 状态管理：防治对象的状态跟踪
跨沟道路、桥涵、塘（堰）坝调查成果表：
- 设施管理：跨沟设施的管理和维护
- 安全评估：设施安全状况评估
- 风险分析：设施对山洪的影响分析
5.1.4 数据治理入库和应用集成
数据治理流程设计
数据提取阶段：
- 多源数据采集：从不同数据源提取原始数据
- 数据格式转换：统一数据格式和编码
- 数据质量检查：初步的数据质量评估
数据清洗阶段：
- 异常数据处理：识别和处理异常数据
- 重复数据去重：基于业务规则的去重处理
- 数据标准化：统一数据标准和规范
数据整合阶段：
- 数据关联：建立数据间的关联关系
- 数据融合：多源数据的融合处理
- 数据验证：业务逻辑验证和一致性检查
数据转换阶段：
- 数据映射：源数据到目标数据的映射
- 数据计算：派生数据的计算和生成
- 数据聚合：数据的汇总和聚合处理
数据解耦和重组阶段：
- 数据分层：按业务需求进行数据分层
- 数据分区：按时间和区域进行数据分区
- 数据索引：建立高效的数据索引
数据入库阶段：
- 批量导入：高效的数据批量导入
- 事务管理：确保数据导入的事务一致性
- 完整性检查：数据完整性和一致性验证
数据治理服务实现
数据质量监控服务：
- 数据质量检查：数据的完整性和准确性检查
- 异常数据检测：异常数据的识别和报告
- 质量报告生成：数据质量评估报告
数据标准化服务：
- 数据标准化处理：数据的标准化和规范化
- 标准验证：数据标准的验证和检查
- 标准维护：数据标准的维护和更新
5.1.5 小流域治理单元建档立卡
小流域基础信息管理
小流域治理单元数据模型：
- 单元基本信息：包括编码、名称、面积、长度等
- 流域特征参数：平均高程、坡度等地形特征
- 空间几何信息：流域边界的空间几何数据
基础信息梳理功能：
- 小流域治理单元基础信息管理
- 流域特征参数计算和管理
- 空间拓扑关系建立和维护
监测站点信息集成
雨量（水位）站点信息管理：
- 站点基本信息：包括编码、名称、类型、位置等
- 空间位置信息：站点的经纬度和空间位置
- 运行状态信息：站点的运行状态和维护信息
站点关联管理：
- 空间关联：监测站点与小流域的空间关联
- 数据关联：监测数据与小流域的数据关联
- 状态监控：监测站点运行状态监控
降雨预报成果数据集成
网格化降雨预报数据：
- 网格基本信息：包括网格编码、预报时间等
- 降雨量信息：网格的降雨量数据
- 空间几何信息：网格的空间几何数据
预报成果管理功能：
- 网格数据存储和管理
- 时间序列预报数据管理
- 空间插值和计算功能
流域关系管理
流域拓扑关系建立：
- 上下游关系：小流域之间的上下游关系
- 汇流关系：流域汇流关系的建立
- 网络拓扑：流域网络的拓扑结构
空间分析算法：
- 河流网络提取：基于DEM数据的河流网络提取
- 流域边界识别：小流域边界的自动识别
- 拓扑关系生成：上下游关系的自动生成
5.2 算法模型建设方案
5.2.1 气象数据处理模型
GRIB2网格数据处理
网格降雨量提取：
- GRIB2文件解析：气象预报网格数据的读取和处理
- 网格定位：基于经纬度坐标的网格点定位
- 降雨量提取：网格点的降雨量数据提取
时间序列处理：
- 时间步长聚合：多时间步长数据的聚合处理
- 累计降雨量：不同时段累计降雨量计算
- 数据验证：数据质量检查和异常值处理
5.2.2 面雨量计算模型
基于网格的算术平均法
网格单元面积计算：
- 面积叠加：计算区域与网格单元的叠加面积
- 有效网格识别：识别与计算区域相交的有效网格单元
- 面积权重：基于相交面积的比例计算
面雨量计算：
- 算术平均：有效网格单元降雨量的算术平均
- 时间序列：多时间步长的面雨量序列计算
- 精度控制：计算结果的小数位精度控制
线性插值算法
水位-库容关系插值：
- 分段线性插值：基于已知水位-库容关系点的分段线性插值
- 二分查找：快速定位插值区间的二分查找算法
- 边界处理：超出已知范围的边界值处理
插值精度控制：
- 小数位精度：计算结果的小数位精度控制
- 舍入模式：四舍五入等舍入模式的应用
- 异常处理：异常输入数据的处理机制
5.3 预警功能设计
5.3.1 动态预警指标设计
预警规则配置模型：
- 规则基本信息：包括规则名称、类型、状态等
- 阈值配置：多级阈值的配置和管理
- 逻辑关系：多个条件的逻辑关系配置
预警条件判断算法：
- 实时数据监测：实时监测数据的获取和处理
- 阈值比较：监测数据与阈值的比较
- 预警级别判断：基于比较结果的预警级别判断
5.3.2 预警发布系统设计
预警消息管理：
- 水位预警：超警戒水位、超设计水位、超汛限水位预警
- 渗压预警：渗流压力异常预警
- 预警发布：预警信息的发布和推送
用户推送机制：
- 用户角色：基于用户角色的预警推送
- 推送方式：多种推送方式的支持
- 推送状态：推送状态的跟踪和管理
5.3.3 预警统计分析
预警统计服务：
- 月度统计：月度预警数据的统计分析
- 趋势分析：预警趋势的分析和预测
- 类型统计：不同类型预警的统计分析
预警报表生成：
- 统计报表：各类统计报表的生成
- 图表展示：统计图表的展示
- 导出功能：报表的导出功能
5.4 县级用户功能设计
5.4.1 考核管理系统
考核任务工作流程：
- 任务创建：考核任务的创建和配置
- 任务启动：考核任务的启动和执行
- 任务管理：考核任务的状态管理和监控
考核对象管理：
- 对象配置：考核对象的配置和管理
- 关联关系：考核对象与任务的关联
- 结果管理：考核结果的管理和统计
5.4.2 权限管理系统
基于角色的权限控制：
- 角色管理：用户角色的管理
- 权限配置：角色权限的配置
- 权限验证：用户权限的验证
用户管理：
- 用户信息：用户基本信息的维护
- 用户状态：用户状态的管理
- 用户日志：用户操作日志的管理
5.5 系统改进功能
5.5.1 防治点管理
防治点树形结构管理：
- 树形结构：防治点的树形结构管理
- 层级关系：防治点的层级关系
- 信息展示：防治点信息的展示
防治点详细信息：
- 详细信息：防治点的详细信息管理
- 关联信息：相关信息的关联管理
- 状态管理：防治点状态的管理
5.5.2 维护管理功能
维护计划管理：
- 计划创建：维护计划的创建和配置
- 计划执行：维护计划的执行和监控
- 计划统计：维护计划的统计分析
维护记录管理：
- 记录录入：维护记录的录入和管理
- 记录查询：维护记录的查询和统计
- 记录分析：维护记录的分析和报告
5.5.3 用户创建与管理
用户创建策略
用户覆盖范围：
- 基于湖北省山洪灾害防治"一级部署、多级应用"架构原则
- 实现县级用户的全面覆盖，确保预警信息及时传达
- 支持县级用户的功能定制和权限管理
用户功能配置：
- 首页功能：全县山洪概况和预警信息汇总
- 山洪预警：实时预警信息接收和处理
- 山洪预演：洪水模拟和应急演练
- 数据维护：县级数据的维护和管理
- 综合展示：多维数据的可视化展示
- 平台监管：系统运行状态监控
- 山洪简报：定期山洪情况简报
- 动态预警：基于实时数据的动态预警
县级数据整理与应用
数据整合策略：
- 县级行政区划数据与山洪防治对象的关联
- 县级监测站点数据的汇聚和管理
- 历史山洪灾害数据的整理和分析
应用场景支持：
- 县级山洪灾害风险评估和预警
- 应急响应和避险转移决策支持
- 防灾减灾知识的宣传和培训
5.5.4 动态预警指标应用
动态预警提醒机制
预警指标计算：
- 每日定时计算全省防灾对象动态预警指标
- 结合前期1、3、6小时降雨数据产生预警
- 对动态预警指标小于静态指标的预警信息进行重点提醒
预警信息推送：
- 向县级防汛责任人发送预警提醒
- 预警信息的记录和跟踪管理
- 事后复核和验证机制
动态预警指标优化
指标差异分析：
- 静态预警指标与动态预警指标的对比分析
- 基于散点图趋势和平均值统计确定预警指标区间
- 按区县为单位进行统计分析和优化
实战验证机制：
- 对典型强降雨过程的山洪灾害监测预警进行分析
- 选择典型村庄进行分布式水文模型计算验证
- 现场洪痕调查和预警指标合理性验证
5.5.5 智能预报功能增强
定量降雨临近预报
智能外推预报：
- 0-3小时定量降雨临近预报模块
- 基于雷达数据的智能外推算法
- 高精度网格化降雨预报数据
预报精度提升：
- 多源数据融合提高预报准确性
- 实时数据更新和模型校正
- 预报结果的不确定性评估
5.5.6 小流域精细化管理
小流域治理单元可视化
建档立卡管理：
- 小流域治理单元基本信息的全面管理
- 空间可视化和信息查询功能
- 多维数据关联和展示
流域关系优化：
- 防灾对象和监测站点关联关系的优化
- 空间拓扑关系的建立和维护
- 流域网络的动态更新和管理
这些功能设计完整地覆盖了黑石咀水库系统的核心业务需求，包括基础数据管理、算法模型建设、预警功能、县级用户管理和系统改进功能，为系统的开发和实施提供了详细的技术指导。