WM0-2.2.2-水质模型项目流程(3)
需求分析之数据收集
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继续项目流程，本节则主要说需求分析——有关数据的事情，我们知道数据对于模型来说是像食物对于人类，没有数据可以说就是没有模型。广义的数据不仅仅包括数字的资料，还包括其他诸如图像、文字等形式，这些最终都需要转化为模型能吃的数据融合到模型体系中去。
说起数据，简直就是模型工程师的梦魇，一肚子苦水，每次做项目的时候，数据这关可以说是头大，由于数据是不直接产生效益的（但是其非常重要，也可以理解嘛，发展过程如果收集一堆数据，理论上对于未来是好事，但是确实没有对当地产生实际影响，所以不重视数据也是正常的发展过程），我们现阶段的发展对基础数据的轻视，宁可多上点工程好歹有个效果，也不会去关注什么数据的事情。常见的情况就是没有数据，这也没有那也没有，好不容易听到有相关数据，你可别高兴太早，能不能获取到还是另一回事呢。不过随着国家的投入，数据之殇渐渐有了好转，有些地方逐渐建立起了数据体系，有时候甚至会由一些幸福的烦恼，数据好像有点多，哈哈，这时候呢，虽然大量的数据分析和处理工作需要做，但是比起没有数据的苦，作为模型工程师也会痛并快乐着吧。
闲话不说了，你看一提起数据来，我就有这么多感悟，足以说明数据对于模型的重要性了吧。数据这块先要进行的是与相关部门对接历史数据，如果模型研究周期涉及未来的，也有在对接过程中协调未来数据的对接方式。然后呢，就是实地调研了（实际上初步的数据获取到之后，模型的建模工作也会同步开始了，会进行模型的初步建模，也就是调研发生在模型初步建模之后），实地调研过程需要带着需求和建模时候的问题，建模的问题我后面讨论，现在简单说就是需求分析阶段的那些特殊问题要去现场确认。最后，对于没有的数据但是非常重要的数据进行补充监测，对于解决工程类项目，还需要进行同步的监测方案。
数据收集
需要收集的数据与需求紧密相连，前面也提到过一般问题和特殊问题，由于不同的研究对象特殊问题不尽相同，所以数据的收集工作就从一般问题开始，特殊问题的只能从自己有限的经验中，简单的列几条，同时也准备建立一个数据清单库，会不断更新遇到的案例，可以随时来关注本文。
前面说过，数据是广义上的数据，只要是相关的数据都应该尽可能的收集到，就连新闻都不放过。为什么呢？越多的数据则对水体的表达越好，举个简单的例子，如果想将富营养化的湖泊的磷模拟准确，单有磷的数据是不行的，其只能粗略的建模，必须有藻类、氮等其他指标综合，才能足够模拟富营养化的湖泊的磷。同时，因为目前数据的基础薄弱，数据往往很难有模型对应的数据，这时候就不同的数据综合分析判断。
模型都需要什么数据呢，这里从建模角度分析来说先说说为什么需要这些数据会更容易表达，所以我决定在后续内容详述，这里就简述。
模型建模需要的数据一般包括：
- 气象数据，这个比较易懂，就是所说的天气数据，当然需要的指标比较多，气象的数据包括气温、气压、湿度等，数据从气象部门获取。
- 水体地形数据，这个数据在前面网格的文件中已有详述，网格地形，这个数据由于其特殊性，之前很难获取到，一般没有什么部门测量，但是最近环保工程较多，使得比之前容易。小的河道建议自己去测量就好了，大的河道数据来源有以下几种，如果是河道的，航道管理局，当地的河道管理局；如果是黑臭河道治理，可能住建局或相关的市政工程部门，另外还有一个渠道，如果有清淤工程的，施工单位可能会有，但是其数据会提交相关建设部门，注意清淤前后的变化，需要模拟时期对应的地形。很多人都会去测绘部门，实际上测绘部门更多的集中在陆地上，水下地形不太会有，还有DEM数据也不是水下的，这点也要注意。
- 水陆交界线（地理数据），这个数据用于描述水体与陆域的边界，一般如果对绝对位置要求不高（比如你不需要说具体的模拟桥墩受力分析这种），影像图就够了，要求高的需要高精度的加密水系数据，也需要注意时效性，这个可能在水利部门或国土部门，环保部门。
- 边界条件数据，水文数据和水质数据。边界条件则为驱动模拟进行的输入数据，这些数据输入模型之后，模型从而能够运行起来。如果是模拟的河流，其的边界条件主要有上游支流数据，下游数据，点源污染数据，面源污染数据，而对于湖泊而言，则是入湖河流数据，出湖数据，取水数据，其他同河流。这些数据包括水位和水质，水文主要是流量和水位（流速也有用，但资料较少），水质则为污染物浓度。数据的频率越高越好，对接的部门水质数据一般在环保部门，而水文数据则在水文部门，水文部门也会有一些水质的数据，而点源污染则可能是住建部门，面源数据一般没有直接的，只能间接获取，从当地农业部门的资料推求，甚至需要流域模型来计算获取。
- 校准数据，水文数据和水质数据。这个数据用于校准模型，虽然也是水文数据和水质数据，但是与边界条件有所不同，其功能不同：边界条件用于驱动模型运行的数据，作为输入数据来使用的，而驱动模型计算之后得到结果数据，在用校准数据和这些模拟结果比较，从而进行调参的方向。位置不同：校准数据对于河流而言，则是研究范围内的断面水文和水质数据（区分边界条件是其上游支流的断面）；湖泊则是湖体中的水文和水质数据（区分与入湖河流）。数据的来源则和边界数据类似。
- 初始条件数据，模型启动时刻的初始条件，这个数据和校准数据的内容是一致的，只不过其用途是用于作为模型启动初始值。
上述就是模型普遍需要的数据清单，为了看起来更加清晰，列表如下：
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上述清单当然不全，只是非常的基础的数据让大家了解下。另外，针对湖泊特征及研究的问题，还有一些数据也非常重要，没有列上去的有：底泥数据、水生植被数据、干湿沉降数据和闸坝的调度数据等。
另外需要说明的是，随着信息化的建设，目前很多地方已经进行了部分数据的公开，除了与部门进行对接外，互联网上也能够下载到不少数据，可以去当地的省水利官网，生态环境厅官网，数据中心，湖泊河流管理部门去寻寻宝，本号也会收集一些网址后续放在公众号中，未来数据一定会越来越丰富的。
实地调研
实践的重要性不多说了，模型之所以能够反映实际，就是建模中考虑实际，贴合实际情况建模。对于实践的重点，目前自己的经验还不足以全面阐述，仅谈两个调研的重要任务，核实数据跟踪变化和特殊问题的抽象。
所谓的核实数据跟踪变化，主要是由于数据由采集到汇总发布，需要一段时间，这个时间内水体及周边是不断的再变化的，所以数据能否反映当前的实际情况需要去确认核实数据是否准确，同时对于收集到的数据中的监测断面，入流、出流位置，取水口等等都一定要去看看，这些对于后面的建模非常重要，只有心中有实地，模型才能做好。当然，调研看什么，不同的人有不同的视角，行家可能一眼参透一切，我可能需要蹲个一周。另外，建模过程肯定会遇到问题，那么可能需要多次跑，所以提前与熟悉当地的人建立比较紧密的联系，可以先询问下，其也可能解决你60%的疑问，剩下的就需要你亲自跑了。
另外，则是对特殊问题的抽象了，说的太玄乎，实际就是一些问题你只有在现场感受之后才可能有一些灵感，在头脑中想象如何去解决，我觉得实地调研最重要的就是所谓的感觉，对研究对象的了解，具体的感觉，可以给你建模过程带来很多信息。比如有些闸控问题，可能想象起来很难办，现场发现其压根是常年闸死的，这时候你直接不用考虑了，说了太巧了，不过就是实际发生的事情。
数据的补测
数据的补测，这块内容，实际也算数据收集的一部分，这部分内容是在数据收集之后会有个初步的补充清单，这个清单包括了一些建模必须要的关键但是确实无历史的数据。那可能就是同步建模和监测了，相关的监测方案又是另外一门技术了。还有一种情况就是建模之后，发现模型中有很多不确定性，这些需要数据来消除，那么就可能需要进行额外的数据补充。另外，对于工程类项目，长期的项目会使得其边界发生变化，这时候需要我们同步更新模型。
小结
本小结主要是聊数据，数据环节在模型项目中该如何进行，这里只是个人有限的经验，很多地方未必完全准确，不过数据的整个过程，包括数据的对接，监测等，后面的数据处理，均是模型项目最为花费时间的地方，这点也是整个项目的难点。
由于教程系列文章需要花费很多时间，难免出错，而这里不能进行后续完善，所以推荐大家关注我的博客，获取最新的修正和补充。 公众号的社群同步开启，感兴趣可在公众号对话框回复“社群”，获取群号和加入方式。
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2019-9-14
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参考文献： 1 使用3EWATER需准备哪些数据?.三易思创.
