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防汛防旱預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文檔作者：許峰戚榮志文檔來(lái)源：河海大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年08月09日
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第5期
2012年10月
水利信息化
Water Resources Informatization
N0．5
Oct一2012
防汛防旱預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
許峰，戚榮志
(河海大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，江蘇南京211100)
摘要：針對(duì)水利信息化過(guò)程中防汛防旱系統(tǒng)的建設(shè)現(xiàn)狀與問(wèn)題，在防汛指揮系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)上，建立靈活、
統(tǒng)一、可擴(kuò)展的防汛防旱預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)總體分為數(shù)據(jù)管理，以及預(yù)警分析引擎、管理、發(fā)布等4個(gè)功能模
塊，對(duì)實(shí)時(shí)雨水情等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警。系統(tǒng)密切跟蹤雨量水量等信息，利用PUSH技術(shù)向用戶提供文字
圖片形式的水雨情實(shí)時(shí)信息，通過(guò)預(yù)警分析引擎對(duì)水雨情數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)汛情、旱情、災(zāi)情的預(yù)警。
關(guān)鍵詞：防汛防旱；預(yù)警系統(tǒng)；PUSH：預(yù)警分析引擎
中圖分類號(hào)：TV697 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—9405(2012)05—0004—05
0 引言
1998年以來(lái)，水利信息化建設(shè)中完成了多項(xiàng)防
汛防旱系統(tǒng)的建設(shè)，逐步建成了集防汛通信、計(jì)算
機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息采集、防汛決策支持系統(tǒng)為一體的防
汛指揮系統(tǒng)。防汛指揮系統(tǒng)的建設(shè)，改善了防洪調(diào)
度決策手段，增強(qiáng)了防汛決策的科學(xué)性、嚴(yán)密性和
預(yù)見性。但是從目前的建設(shè)與使用情況看，各系統(tǒng)
仍存在以下一些問(wèn)題：
1)由于客觀上存在的信息化和自動(dòng)化建設(shè)的部
門、地區(qū)分割，使得規(guī)劃的約束性下降，系統(tǒng)不能
適應(yīng)對(duì)不同地區(qū)的預(yù)警需求，每一個(gè)省市都需要重
新建設(shè)防汛預(yù)警系統(tǒng)，造成資源的浪費(fèi)；
2)水利部門自建通訊系統(tǒng)，由于各地區(qū)通信狀
況不同，通信線路與網(wǎng)絡(luò)狀況區(qū)別較大，信息有時(shí)
無(wú)法及時(shí)傳遞，造成防汛預(yù)警出現(xiàn)延時(shí)，難以保障
系統(tǒng)穩(wěn)定的可靠運(yùn)行和效益的發(fā)揮；
3)由于自動(dòng)化各相關(guān)系統(tǒng)之間存在較突出的性
能、功能的不匹配問(wèn)題，造成軟硬件環(huán)境統(tǒng)一利用
困難，應(yīng)用分散，不能有效地把防汛防旱預(yù)警系統(tǒng)
集成到其他各系統(tǒng)中，對(duì)每一個(gè)舊有的子系統(tǒng)都需
要重新修改接口，而又沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)供新建設(shè)的
子系統(tǒng)使用，系統(tǒng)缺乏靈活性；
4)舊有的各種防汛系統(tǒng)，無(wú)法滿足新增的預(yù)警
擴(kuò)展需求，若出現(xiàn)新的預(yù)警功能，需要重新修改程
序，增加數(shù)據(jù)資源，進(jìn)行預(yù)警設(shè)置等，擴(kuò)展性較差。
為此需要搭建靈活可擴(kuò)展的防汛防旱預(yù)警系
統(tǒng)，能夠在修改較小的情況下實(shí)現(xiàn)與其他防汛系統(tǒng)
的集成與空間的移植，減少開發(fā)成本，提高開發(fā)效
率，使得防汛收益最大化。
1 系統(tǒng)總體方案
防汛防旱監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)以防汛指揮系統(tǒng)為基
礎(chǔ)，作為防汛防旱監(jiān)測(cè)的延展，對(duì)實(shí)時(shí)雨水情等實(shí)
時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，密切跟蹤雨量水量等信息，
為防汛機(jī)構(gòu)提供重要的防汛防旱即時(shí)數(shù)據(jù)信息，通
過(guò)對(duì)汛情、旱情、災(zāi)情、工情的預(yù)警，對(duì)抗洪搶險(xiǎn)
及防旱減災(zāi)做出科學(xué)決策、統(tǒng)一指揮和調(diào)度。
根據(jù)功能需求，將預(yù)警系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)管理， 以
及預(yù)警分析引擎、管理、發(fā)布等4個(gè)功能模塊，將
水情和雨情在內(nèi)的各種信息以統(tǒng)一、通用的方式發(fā)
布，可以在超過(guò)預(yù)警門檻時(shí)進(jìn)行桌面彈窗提示及報(bào)
警音報(bào)警，建設(shè)成為防汛指揮系統(tǒng)重要的汛情發(fā)布
平臺(tái)。
收稿日期：2012-09-14
作者簡(jiǎn)介：許峰(1975一)，男，陜西榆林人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、水利信息化。
第5期 許峰等：防汛防旱預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5
2 系統(tǒng)技術(shù)路線
防汛防旱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用．Net Framework，C ，
MVC fModel—View—Controller)，Web Service，Visual
Studio．Net等開發(fā)技術(shù)與工具軟件提供完整解決方
案，采用B／S與C／S的混合模式，運(yùn)行在Windows
的IIS服務(wù)器上。
2．1 MVC架構(gòu)
MVC架構(gòu)滿足那些需要為同樣的數(shù)據(jù)提供多個(gè)
不同視圖的應(yīng)用需求， 能很好實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)層與表現(xiàn)層
的分離。MVC作為一種常用的設(shè)計(jì)模式 ]，通常用
于分布式應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。MVC把交互系統(tǒng)的組
成分解成模型、視圖、控制器3種部件[2】，模型用于
表示數(shù)據(jù)，視圖用于展現(xiàn)，控制器用于控制請(qǐng)求的
轉(zhuǎn)發(fā)。
在本系統(tǒng)中，由所有業(yè)務(wù)邏輯代碼片段實(shí)現(xiàn)模
型，用控制器提供控制和處理請(qǐng)求的集中入口點(diǎn)，
負(fù)責(zé)接收、截取并處理用戶請(qǐng)求，將請(qǐng)求委托給分
發(fā)者類，根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和業(yè)務(wù)操作的結(jié)果決定向用
戶呈現(xiàn)的視圖。本系統(tǒng)MVC架構(gòu)圖如圖1所示。
圖1 MVC架構(gòu)
2．2 ． et Fram ework
．Net Framework是用于Windows的新托管代碼
編程模型L3】，用于構(gòu)建具有視覺上引人注目的用戶體
驗(yàn)的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)跨技術(shù)邊界的無(wú)縫通信，能支
持各種業(yè)務(wù)流程。使用C ．Net開發(fā)，將防汛防旱監(jiān)
測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的分析引擎部分包裝為Windows服務(wù)，
可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)的安裝、刪除、暫停和重新啟動(dòng)，而
且不顯示任何用戶界面。這使得服務(wù)非常適合在服
務(wù)器上使用，保證了穩(wěn)定性。
2_3 PUSH技術(shù)
利用PUSH技術(shù)完成對(duì)預(yù)警信息的推送。PUSH
技術(shù)是一種基于客戶服務(wù)器機(jī)制， 由服務(wù)器主動(dòng)將
信息發(fā)往客戶端的技術(shù)。
PUSH技術(shù)的本質(zhì)在于讓信息主動(dòng)尋找用戶，因
此優(yōu)勢(shì)在于信息的主動(dòng)性和及時(shí)性。通過(guò)使用該技
術(shù)，服務(wù)器在獲取客戶端的信息后，當(dāng)有預(yù)警信息
產(chǎn)生時(shí)，可以快速地將預(yù)警信息推送至所有的客戶
端處，所有工作全部交由服務(wù)器完成，降低了客戶
端的運(yùn)行復(fù)雜性， 同時(shí)及時(shí)的推送也保證了系統(tǒng)的
可靠性。
2．4 Web Service技術(shù)
Web Service是目前程序設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的新技術(shù)，
在不同系統(tǒng)平臺(tái)之間具有互操作性，實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用
程序之間的遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用 。
配合Web Service完成數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)與傳輸，Web
服務(wù)使用基于XML的消息處理作為基本的數(shù)據(jù)通訊
方式，使得預(yù)警消息數(shù)據(jù)能夠消除使用不同組件模
型、操作系統(tǒng)的系統(tǒng)之間存在的差異，在不同的平
臺(tái)之間通過(guò)統(tǒng)一協(xié)議與接口進(jìn)行傳輸。
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3．1 建設(shè)目標(biāo)
1)系統(tǒng)應(yīng)具有很高的靈活性，用戶可以方便地
設(shè)置各種預(yù)警參數(shù)；
2)預(yù)警分析引擎應(yīng)具有較高的通用性，可以無(wú)
縫集成到已有的及新開發(fā)的系統(tǒng)當(dāng)中；
3)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需求將混合使用C／S和B／S架
構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)警，可保證預(yù)警的及時(shí)性與準(zhǔn)確性；
4)系統(tǒng)應(yīng)具有較高的數(shù)據(jù)適應(yīng)性；
5)系統(tǒng)應(yīng)具有較好的可擴(kuò)展性。系統(tǒng)應(yīng)為以
后功能的擴(kuò)展預(yù)留一些接口，將來(lái)如需要對(duì)墑情、
工險(xiǎn)情等進(jìn)行預(yù)警，可以很容易地加入到預(yù)警系統(tǒng)
中，而不需要修改已有系統(tǒng)。
3．2 整體架構(gòu)
本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集自原有防汛抗旱指揮系統(tǒng)，
在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸上需要充分運(yùn)用原有的數(shù)據(jù)庫(kù)服
務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備， 由于系統(tǒng)主要運(yùn)行在內(nèi)網(wǎng)，因此
不需要特別的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備。系統(tǒng)的主要硬件架構(gòu)
如圖2所示。
根據(jù)本系統(tǒng)功能需求，在不同的功能段分別使
用B／S與C／S結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)、預(yù)警與預(yù)警發(fā)布這3個(gè)
交互性強(qiáng)的管理模塊采用B／S結(jié)構(gòu)，基于ASENet的
MVC的設(shè)計(jì)模式框架，將用戶顯示(視圖)從動(dòng)作
(控制器)中分離出來(lái)，提高了代碼的重用性。將
數(shù)據(jù)(模型)從對(duì)其操作的動(dòng)作(控制器)分離出
6 水利信息化 2012(5)
本地服務(wù)器 遠(yuǎn)程服務(wù)器
預(yù)警
分析引擎
圖2 系統(tǒng)硬件架構(gòu)
來(lái)，可以設(shè)計(jì)一個(gè)與后臺(tái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)的系統(tǒng)。
引擎運(yùn)算與預(yù)警發(fā)布模塊部分只需要在服務(wù)器
與客戶端間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，而不需要進(jìn)行復(fù)雜的用
戶設(shè)置， 因此使用c／s架構(gòu)更為便捷，減少了系
統(tǒng)的可變性，增加了可控性。服務(wù)器端接收到數(shù)據(jù)
后，進(jìn)行運(yùn)算并分析是否符合預(yù)警要求，同時(shí)編制
預(yù)警信息，通過(guò)協(xié)議發(fā)送到客戶端，完成信息推
送。系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如圖3所示。
預(yù)警分
析引擎 圓圈圈圜
圖3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)
3_3 功能設(shè)計(jì)
3．3．1 數(shù)據(jù)管理
數(shù)據(jù)管理模塊是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理部分，封裝了
預(yù)警數(shù)據(jù)管理類，對(duì)防汛預(yù)警過(guò)程中涉及到的所有
數(shù)據(jù)進(jìn)行存取管理，包括水情、雨情、旱情基礎(chǔ)數(shù)
據(jù)的讀??；各種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取；用戶相關(guān)的
各種信息，如用戶的用戶名、密碼及日志等等。
數(shù)據(jù)管理模塊作為后臺(tái)服務(wù)運(yùn)行在服務(wù)器端，
通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)程服務(wù)器(防汛抗旱指揮系統(tǒng)等前期系
統(tǒng))進(jìn)行連接，根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行
掃描，獲取預(yù)警時(shí)間段內(nèi)從各子系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，
并保存至本地服務(wù)器，以供預(yù)警分析引擎進(jìn)行數(shù)據(jù)
處理。數(shù)據(jù)管理類結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。
圖4 數(shù)據(jù)管理類結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)提供對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的自動(dòng)監(jiān)視，并根據(jù)預(yù)警
與信息管理等設(shè)置好的信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選式的
掃描。此模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，因此
是通用模塊，通過(guò)對(duì)連接數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)置，可以集成
在各預(yù)警子系統(tǒng)中，用以支持后續(xù)系統(tǒng)的開發(fā)。
3-3-2 預(yù)警分析引擎
預(yù)警分析引擎是防汛防旱監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的核心模
塊，本模塊在建設(shè)初期制定預(yù)警規(guī)則并集成預(yù)警規(guī)則
庫(kù)，在運(yùn)行時(shí)通過(guò)對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，與預(yù)警規(guī)
則進(jìn)行比較，以判定數(shù)據(jù)的可靠性及數(shù)據(jù)是否需要預(yù)
警，依據(jù)模型的特殊要求，從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中提取模型分
析所需的信息。同時(shí)對(duì)需要預(yù)警的數(shù)據(jù)進(jìn)行消息制
第5期 許峰等：防汛防旱預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 7
定，提交給預(yù)警發(fā)布模塊進(jìn)行消息推送。
分析引擎包括各種預(yù)警參數(shù)的設(shè)定和管理， 以
及預(yù)警規(guī)則的建立。水情預(yù)警根據(jù)水位的預(yù)警條
件，進(jìn)行水位超警判別，如果當(dāng)前收集到的水位超
過(guò)警戒值，利用聲音報(bào)警，推送報(bào)警到用戶桌面，
給用戶發(fā)短消息等方式，對(duì)超出警戒范圍的水位要
素進(jìn)行預(yù)警。雨情預(yù)警根據(jù)降雨量的預(yù)警條件，對(duì)
雨量的預(yù)警門檻進(jìn)行推理，根據(jù)不同時(shí)段、情況的
降雨量進(jìn)行超警判別，采用和水位預(yù)警相同的方式
對(duì)超出警戒范圍的雨量要素進(jìn)行預(yù)警。
對(duì)于雨量、水位、流量等預(yù)警， 由于功能相
似，因此預(yù)警引擎只需要判斷需要進(jìn)行的是何種預(yù)
警，從而進(jìn)行類似的流程。以雨量預(yù)警為例，預(yù)警
分析流程圖如圖5所示。
隔斷掃描(5min)
圖5 雨量預(yù)警分析流程圖
3-3_3 預(yù)警管理
預(yù)警管理是系統(tǒng)的后臺(tái)管理模塊，采用B／S架
構(gòu)，該模塊支持管理員對(duì)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行配置，以適
應(yīng)不同地區(qū)、測(cè)站、時(shí)段的需求。功能包括：系統(tǒng)
登錄、用戶信息管理、預(yù)警參數(shù)設(shè)定、后臺(tái)日志管
理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等。
通過(guò)預(yù)警管理模塊，管理員可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的用
戶、測(cè)站、預(yù)警等各種信息進(jìn)行詳細(xì)設(shè)置，從而修
改數(shù)據(jù)管理與分析引擎的建模和分析策略模型，對(duì)
預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行控制。同時(shí)，本模塊對(duì)預(yù)警產(chǎn)生的各
項(xiàng)日志信息進(jìn)行了記錄，以供管理員與用戶查詢，
相關(guān)人員隨時(shí)了解實(shí)時(shí)信息， 為監(jiān)視、分析、決
策、指揮提供靈活方便的信息獲取手段。
3．3．4 預(yù)警發(fā)布
預(yù)警發(fā)布模塊的主要功能是發(fā)布預(yù)警信息。
有以下2種方式可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警功能：1)利用
PUSH 技術(shù)，將信息推送到用戶桌面和智能終端。
預(yù)警發(fā)布模塊將預(yù)警消息按照固定格式制作成通信
包進(jìn)行推送。2)提供與其他子應(yīng)用程序的接口，通
過(guò)固定格式協(xié)議，將預(yù)警數(shù)據(jù)與消息存放于數(shù)據(jù)庫(kù)
中，供其他應(yīng)用程序調(diào)用。
預(yù)警發(fā)布模塊包括自動(dòng)和人工預(yù)警2個(gè)子功能
模塊。預(yù)警發(fā)布模塊的主要預(yù)警要素是水情遙測(cè)站
的短歷時(shí)暴雨量和超控制水位值，以及系統(tǒng)運(yùn)行狀
況和相關(guān)運(yùn)行環(huán)境等變量。當(dāng)有關(guān)要素或變量達(dá)到
預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)時(shí)， 自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警功能。
預(yù)警發(fā)布模塊通過(guò)Socket通信實(shí)時(shí)獲取引擎分
析結(jié)果，并及時(shí)推送到客戶的桌面上完成預(yù)警。用
戶可通過(guò)客戶端修改密碼及預(yù)警設(shè)置，如聲音、離
線預(yù)警等；同時(shí)，也可通過(guò)瀏覽器獲取預(yù)警日志。
4 結(jié)語(yǔ)
防汛防旱預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用軟件是一個(gè)復(fù)雜的軟件
系統(tǒng)，能夠?yàn)榉姥纯购挡块T及時(shí)地提供各類防汛抗
旱預(yù)警信息。
該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了靈活的系統(tǒng)中間層，使得在減少
系統(tǒng)修改量的前提下可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各平臺(tái)問(wèn)的插
入與移植，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，增加軟件代碼的
重用性，減少開發(fā)成本，提高工作效率。
實(shí)踐表明，防汛防旱預(yù)警系統(tǒng)作為防汛防旱指
揮系統(tǒng)的重要組成部分， 為防汛抗旱部門及時(shí)、準(zhǔn)
確、方便地提供各類重要的防汛抗旱預(yù)警信息，極
8 水利信息化 2012(5)
大方便了防汛防旱信息查詢和各種數(shù)據(jù)的分析處
理，提高了防汛防旱工作效率，取得了很大的社會(huì)
經(jīng)濟(jì)效益。
本系統(tǒng)目前存在的問(wèn)題，在于如何提高系統(tǒng)的
容錯(cuò)性。由于系統(tǒng)接收預(yù)警數(shù)據(jù)時(shí)，為了保證系統(tǒng)
運(yùn)行的延續(xù)性，僅僅是接收數(shù)據(jù)而未對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有
效性甄別，因此當(dāng)出現(xiàn)虛假或錯(cuò)誤數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)仍
然會(huì)進(jìn)行預(yù)警計(jì)算，但不會(huì)對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行排除。
在今后的研究工作中，將把重點(diǎn)放在提高預(yù)警效
率，以及在保證系統(tǒng)正常運(yùn)作情況下，提高對(duì)數(shù)據(jù)
的鑒別能力，進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。
參考文獻(xiàn)
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XU Feng，QI Rongzhi
(College ofComputer and Information coordination development，HoHai University,Nanjing 211100，China)
AbBtract：For the situation and problems of flood control and protection against drought system during the process
of water resources inform ation construction，a flexible，unity and extensible system is developed based on the flood
control and comm and system ．The whole system is divided into four modules that are data management，early—warning
analysis engine，early warn ing management and waming display．This system can monitoring the real-tim e rainwater
condition．It sends the real—time inform ation to users with word or picture form．And it analyses the rainwater data with
the early·warning analysis engine to realize early warn ing for flood，draught and disaster．
Key words：flood control and protection against drought；early-warning system；PUSH；early—warning analysis
engine
(_E4~ 3頁(yè))
Analysis about Coordination Development Pattern ofHydroinformatics
AI Ping 1．
Ⅵ NG Shasha 2，M U Ping
(1．College ofHydrology andWaterResources，HohaiUniversity,Nanjing 210098，China；
2．College ofComputer and Information，Hohai University,Nanjing 211100，China：
3．Guangdong Research Institute ofWater Resources and Hydropower,Guangzhou 510635，China)
臣ct：In the viewpoint of raising the standard of the water resource inform ation development and application，
this paper discusses the relationship of hydroinform atics and water resource inform ation development，based on the
example of the water inform ation satisfaction measur ement and organization and its use，and expoun ds the main line
and the mode1 of the collaborative development of hydroinformatics and water resource info rm atization．It provides
basic reference model to promote water inform atics research and water resources inform ation common development．
K words：hydroinform atics；water resources informatization；satisfaction；information organization

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