电力工程水文气象勘测系统

摘要

本发明所要解决的技术问题是提供一种为从事电力工程水文气象勘测的技术人员提供一种理想的勘测手段，提高勘测的质量和效率。主要包括以下六大模块：工程管理模块、台站管理模块、GIS模块、计算模块、参考资料模块、交流备忘模块。实际应用表明，系统能够满足工程实际需要，科学、经济地提高了电力工程水文气象勘测设计的效率及质量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水文气象勘测系统，尤其是涉及电力工程水文气象勘测系 统，属于计算机技术领域。

背景技术

电力工程水文气象勘测设计中需要对大量的水文、气象、工程等资料进行频 繁地数据提取、交换及深层次的分析计算，而目前的勘测过程中大都工程师独 自在自己电脑上开展水文气象勘测工作，未能在同一平台上开展工作，缺乏统 一管理，相互协作及搜资效率低下；电力行业水文气象勘测专业内普遍使用的 商业软件（EHP）多为解决某一单一问题设计，整体功能上缺乏统一规划，在程 序功能设计上亦未能和勘测设计过程没有一一对应，造成在实际使用中的诸多 不便，甚至无法使用。

随着计算机技术的不断更新和进步,特别是地理信息系统技术（如：MapGIS） 的发展和电力系统计算机广域互联的建成为解决上述问题提供了可能。电力工 程水文气象勘测系统，可以提高资料的存贮、更新、处理以及管理水平，促进 资料和数据管理的标准化、规范化和制度化，为电力工程设计构建良好的资料 和信息管理平台。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种为从事电力工程水文气象勘测的技 术人员提供一种理想的勘测手段，提高勘测的质量和效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电力工程水文气象勘测系统，主要 包括以下各功能模块：

工程管理模块：按照QHSE管理系列分为三个阶段，形成不同阶段管理的Word 电子文件，具体包括以下子模块：

工程策划子模块：用于勘测大纲、搜资计划及勘测现场危险源和环境因素 控制措施表的编制，根据工程所在地理位置初步判断工程采取的分析计算类属， 如：平原型、丘陵型、高山型、临海型等等，搜索设定范围内周边可以借鉴的 历史工程，判断会对人体形成危险的来源，如现场勘测的落水、跨沟坠落、路 途和外出治安事件及外业驻地（包括宾馆、临时仓库等）的偷盗抢劫、吸烟、 电源短路、饮食不卫生、住宿不卫生等，通过人工填写相关信息，包括工程检 索号、名称、设计阶段、开展日期等信息，并自动生成含上述信息的Word电子 文件；

整编校审子模块：通过人工参与，结合工程实际情况进行搜资记录、勘测 报告的编制及校审；

项目完成子模块：用于项目完成情况检查表的编制，输入工程名称、检索 号信息后系统自动生成Word文件，同时判断勘测过程控制是否遵循国家法律法 规和有关标准、原始资料内容是否完整，签署是否齐全、原始文件归档和电子 归档是否完成、实现技术方案和质量目标的措施是否实施、勘测现场危险源和 环境因素措施是否实施、QHSE目标是否实现等，逐项判断是否已经实施；工程 文档原始数据由主勘人在个人客户端编制，编制完成后上传至服务器，由校审 人下载文档进行校审，校审结束后工程文档重新上传至服务器，由主勘人从服 务器下载校审版工程文档，修改报告后至服务器上传勘测工程文档成品，至此 校审过程结束；

台站管理模块：采用以台站名称为索引的水文水位站、气象站分开管理， 从水文部门搜得水文水位站的原始数据，包括站号、站名、建站日期、断面地 点、资料年限、水位系列值、流量系列值等；从气象部门搜得气象站原始数据， 包括站号、站名、建站日期、地点、观测场高度、气压表高度、气温系列值、 风速系列值等；对搜到的水位系列值、流量系列值、气温系列值、风速系列值 进行计算获得工程设计需要的水位设计值、流量设计值、气温设计值、风速设 计值等，并作为各个台站的一个属性，用于以后快速搜资；

GIS模块：用于提供地理信息化管理和操作水文水位站、气象站、工程等信 息，实现快速直观地内业搜资，包括地图模块，搜资具体过程如下：

1)选择感兴趣的具体图层，分别为水文水位站图层、气象站图层或工程图层；

2)采取直接模糊搜索水文水位站、气象站、工程名称或者按水文水位站、气 象站、工程距离目标地点多少公里范围内进行搜索；

3)搜索出的信息采取闪烁的方式突出水文水位站、气象站、工程的信息；

计算程序模块：用于提供电力工程水文气象专业内的计算模型，包括设计 水位计算模型、小流域雨洪计算模型、溃坝计算模型、溃堤计算模型、调洪演 算模型和风浪计算模型；

计算过程包括以下步骤：

1)频率计算过程：

频率计算采用的经验频率公式为期望公式：

$P_M=\frac{M}{N+1}M=1,...,a$

$P_m=\frac{a}{N+1}+(1-\frac{a}{N+1})\frac{m-l}{n-l+1}m=l+1,...,n$

式中：P_M～特大系列第M序号的经验频率（频率具有抽象的数学意义，如果某

事件的发生与否事先无法预知，只有通过大量的实测资料，用数理统计

方法估算出现机率，这种机率称为经验频率）；

P_m～实测系列第m项的经验频率；

a～为历史暴雨和特大值暴雨的个数；

l～为实测系列中特大值暴雨个数；

n～为实测样本长度；

N～为历史洪水或特大值洪水的历史调查期长度；

2)参数估计过程：

在概率分布函数中都含有一些表示分布特征的参数，这些参数即可整体描 述概率分布函数。P-Ⅲ型分布曲线就包含平均值有变差系数C_v、偏态系数 C_s三个参数。

参数的估计方法是：先用矩法初估参数，再用计算机目估适线法，最终确 定平均值变差系数C_v、偏态系数C_s，计算整体描述P-Ⅲ型分布函数曲线的 主要参数公式如下：

$\bar{X}=\frac{1}{N}[\underset{j=1}{\overset{a}{\Sigma }}{x}_j+\frac{N-a}{n-l}\underset{i=l+1}{\overset{n}{\Sigma }}{x}_i]$

$C_v=\sqrt{\frac{1}{N-1}[\underset{j=1}{\overset{a}{\Sigma }}{(K_j-1)}^2+\frac{N-a}{n-l}\underset{i=\tau +1}{\overset{n}{\Sigma }}{(K_i-1)}^2]}$

式中：x_i/x_j～分别为不同的样本个体；

N～为极值的历史调查期长度；

～为样本的平均值；

k_j/k_i～为样本模比系数，

C_v～为变差系数；

C_s～为偏态系数；

C_S/C_V～由该地区对应值确定，通常可取2.5，或上述公式计算得。

C、设计值计算公式

相应频率的设计值计算公式为：

$x_p=\bar{X}\times (C_v{\Phi }_p+1)$

式中：x_P～为相应频率P的设计值；

      Φ_P～为P-Ⅲ型曲线分布的离均系数，可通过查表取得。P-Ⅲ型分布是 英国生物学家皮尔逊通过很多资料的分析研究得出一种概括性的曲线族，包括 13种分布曲线，本文特指第Ⅲ型曲线引入计算，横坐标为频率p（%），纵坐标 为某计算因子。

参考资料模块：按照法律法规、技术标准、参考资料、航道信息、相关单 位等进行分类管理、便于文档的上传、下载、查询等；

交流备忘模块：个人客户端发布消息上传至服务器端、其他个人通过刷新 页面实时下载服务器端内容至客户端，从而实现不同客户端的交流，包括主题 方式进行专题的讨论和研究，同时实现记录个人的日常备忘信息。

本发明所达到的有益效果：

本发明引进了GIS地理信息系统，将工程信息包括历史工程、水文水位站、 气象站等集中到GIS平台中进行统一管理，提供快捷便利的空间查询和属性查 询功能，为工程内业搜资提供了高效、快捷、准确的保障和支持，可以实现历 史水文气象信息的高效积累；整合了本专业内常用的计算模型，能够自动生成 计算书、CAD图表等，可扩展性高；各个功能模块之间实现系统集成，满足了协 同设计的要求，能极大地提高工作效率，提高水文气象的勘测成果质量，具有 良好的经济效益。本发明为从事电力工程水文气象勘测的技术人员提供了一种 全新的、先进的、理想的勘测手段，可广泛应用于其它勘测系统中。

附图说明

图1为本发明的电力工程水文气象勘测系统架构示意图；

图2为本发明的电力工程水文气象勘测系统数据流程图；

图3为本发明的电力工程水文气象勘测系统工程管理模块数据流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括以下各功能模块：

工程管理模块：本模块采用先进的QHSE（质量、职业健康安全和环境）管 理系列，结合工作实际分为三大阶段：工程策划、整编校审、项目完成，上述 QHSE管理系列按三个阶段进行拆分，形成不同阶段管理的Word电子文件，分别 对应即可。工程策划主要为勘测大纲、搜资计划及勘测现场危险源和环境因素 控制措施表的编制，主要为初步判断工程拟采取的分析计算类属、周边可以借 鉴的历史工程及可能会对人体形成危险的来源，采取填写相关信息，系统自动 生成Word电子文件的方法；整编校审主要为搜资记录、勘测报告等的编制及校 审，均采取人工参与的方法，结合工程实际情况进行；项目完成主要为项目完 成情况检查表的编制，采用输入工程名称、检索号等信息后系统自动生成Word 文件。工程文档原始数据由主勘人在个人客户端编制，编制完成后上传至服务 器，由校审人下载文档进行校审，校审结束后工程文档重新上传至服务器，由 主勘人从服务器下载校审版工程文档，修改报告后至服务器上传勘测工程文档 成品，至此校审过程结束。

台站管理模块：本模块采用以台站名称为主要索引的水文水位站、气象站 分开管理。水文水位站的原始数据有站号、站名、建站日期、断面地点、资料 年限、水位系列值、流量系列值等等，主要从水文部门搜得；气象站得原始数 据有站号、站名、建站日期、地点、观测场高度、气压表高度、气温系列值、 风速系列值等等，主要从气象部门搜得。程序主要对上述搜到的水位系列值、 流量系列值、气温系列值、风速系列值进行计算获得工程设计需要的水位设计 值、流量设计值、气温设计值、风速设计值等参数，并作为各个台站的一个属 性，方便以后快速搜资。

GIS模块：用于提供地理信息化管理和操作水文水位站、气象站、工程等信 息，实现快速直观地内业搜资，包括地图软件模块。

搜资具体过程如下：

A、选择感兴趣的具体图层，分别为水文水位站图层、气象站图层、工程图 层；

B、可采取直接模糊搜索水文水位站、气象站、工程名称或者按水文水位站、 气象站、工程距离多少公里范围内进行搜索；

C、搜索出来的信息采取闪烁的方式突出水文水位站、气象站、工程的信息。

计算程序模块：用于提供电力工程文气象专业内常用的计算模型的实现， 包括设计水位计算、小流域雨洪计算、溃坝计算、溃堤计算、调洪演算、风浪 计算等模型；

计算方法如下：

A、频率计算公式

频率计算采用的经验频率公式为期望公式：

$P_M=\frac{M}{N+1}M=1,...,a$

$P_m=\frac{a}{N+1}+(1-\frac{a}{N+1})\frac{m-l}{n-l+1}m=l+1,...,n$

式中：P_M～特大系列第M序号的经验频率（频率具有抽象的数学意义，如果某 事件的发生与否事先无法预知，只有通过大量的实测资料，用数理统计 方法估算出现机率，这种机率称为经验频率）；

P_m～实测系列第m项的经验频率；

a～为历史暴雨和特大值暴雨的个数；

l～为实测系列中特大值暴雨个数；

n～为实测样本长度；

N～为历史洪水或特大值洪水的历史调查期长度。

B、参数估计方法

在概率分布函数中都含有一些表示分布特征的参数，这些参数即可整体描 述概率分布函数。P-Ⅲ型分布曲线就包含有（平均值)、C_v（变差系数）、C_s（偏态系数）三个参数。

参数的估计方法是：先用矩法初估参数，再用计算机目估适线（现有技术） 法，最终确定参数上述三个参数C_v、C_s。计算整体描述P-Ⅲ型分布函数曲 线的主要参数公式如下：

$\bar{X}=\frac{1}{N}[\underset{j=1}{\overset{a}{\Sigma }}{x}_j+\frac{N-a}{n-l}\underset{i=l+1}{\overset{n}{\Sigma }}{x}_i]$

$C_v=\sqrt{\frac{1}{N-1}[\underset{j=1}{\overset{a}{\Sigma }}{(K_j-1)}^2+\frac{N-a}{n-l}\underset{i=\tau +1}{\overset{n}{\Sigma }}{(K_i-1)}^2]}$

式中：x_i/x_j～为样本个体，x_i表示一般值样本个体，x_j表示特大值样本个体；

～为样本的平均值；

k_j/k_i～为样本模比系数，

C_v～为变差系数；

C_s～为偏态系数；

C_S/C_V～由该地区对应值确定，通常可取2.5，或上述公式计算得。

C、设计值计算公式

相应频率的设计值计算公式为：

$x_p=\bar{X}\times (C_v{\Phi }_p+1)$

式中：x_P～为相应频率P的设计值；

      Φ_P～为P-Ⅲ型曲线分布的离均系数，可通过查表取得。P-Ⅲ型分布是 英国生物学家皮尔逊通过很多资料的分析研究得出一种概括性的曲线族，包括 13种分布曲线，本文特指第Ⅲ型曲线引入计算，横坐标为频率p（%），纵坐标 为某计算因子。

参考资料模块：用于为水文气象专业提供文档资料管理的功能，按照法律 法规、技术标准、参考资料、航道信息、相关单位等进行分类管理、便于文档 的上传、下载、查询等；

交流备忘模块：用于提供专业室内互动交流的平台，如主题方式进行专题 的讨论和研究，同时可以记录个人的日常备忘信息等。上述交流主要通过个人 通过个人客户端发布消息上传至服务器端，其他个人可通过刷新页面实时下载 服务器端内容至客户端，从而实现交流的目的。