CN107038258B - 地下水监测数据采集发布管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下水监测数据采集发布管理系统，涉及数据处理领域。所述系统包括：用于存储地下水资源数据的数据层、用于提供访问所述地下水监测数据采集发布管理系统的接口的支撑层、具有采集所述地下水资源数据并整理后发布相关结果数据的应用层、管理用户的用户层和应用层。本发明所述系统全面满足地下水监测的信息化管理需要，提高地下水监测信息收集、管理、发布一体化集成的效率，为地下水利用可持续发展和科学规划提供保障，保证地下水资源、地下水生态、地下水环境的全面安全。

Description

地下水监测数据采集发布管理系统

技术领域

本发明涉及数据处理领域，尤其涉及一种地下水监测数据采集发布管理系统。

背景技术

通过“九五”、“十五”、“十一五”的建设，中国地质环境信息化已经取得了重大进展：由互联网、专用网络和地质灾害应急会商卫星通信网络组成的地质环境网络已经初步建成；地质环境信息标准化工作走向正轨，制定了地质环境信息化工作指南和地质环境信息化相关的一系列标准；基础数据库建设全面开展，整合集成了TB级的地质环境空间数据以及地下水、地质灾害、矿山环境等方面的调查和动态监测数据；研制开发了一系列的地质环境数据管理和专业应用分析系统，有效支撑了各类地质环境信息的采集、管理、处理分析与辅助决策。

尽管如此，作为地质环境信息化工作的重要组成部分，地下水动态调查评价及信息化工作仍存在很多问题：规范标准还不够完善，如水信息采集传输、整合集成、交换共享、开发利用的标准不完善；地下水环境信息的可视化利用和支撑服务能力不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地下水监测数据采集发布管理系统，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明所述地下水监测数据采集发布管理系统，所述系统包括：

数据层：用于存储地下水资源数据，所述地下水资源数据包括：基础空间数据、地下水基础数据和地下水专题数据；

支撑层：用于提供访问所述地下水监测数据采集发布管理系统的接口；

应用层：通过监测设备采集所述地下水资源数据，经过整理后发布相关结果数据；

用户层：用于管理用户注册、登录所述地下水监测数据采集发布管理系统，及设定注册用户的访问权限；

所述应用层包括：第一子系统和第二子系统；所述第一子系统为地下水动态调查评价网络管理数据库子系统，在地下水资源数据的历史数据和通过监测设备采集的实时地下水资源数据的基础上，对目标区域地下水数据进行统计、分析，并将得到的统计分析结果制作成报表后发布；所述第二子系统为地下水监测设备管理子系统，用于对地下水监测设备的新增、编辑、删除、使用记录和维护记录进行管理。

优选地，所述第一子系统包括：

数据入库单元：用于存储地下水监测设备采集到的地下水监测数据，所述地下水监测数据包括：地下水水质数据、地下水水量数据、地下水水位数据和地下水水温数据；所述地下水监测数据入库时的文件格式为Access数据库格式或Excel表单格式；

质量控制单元：对数据入库单元中存储的地下水监测数据进行时间序列分析、水位水温异常值分析、水质数据检查和水质数据有效性检查；

查询统计与年鉴报表制作单元：在数据入库单元存储的地下水监测数据的基础上，分别生成地下水水质数据、地下水水量数据、地下水水位数据和地下水水温的年鉴报表；

监测数据动态曲线分析单元：根据质量控制单元对任意一个监测井的地下水水位数据的分析生成地下水水位水温数据在某一时间段内的动态曲线图；

数据管理与服务单元：审核用户提出的获取地下水监测数据的请求，并将审核结果发送给用户；

第一子系统管理单元：第一子系统管理单元，用于进行日志管理、安全管理、菜单管理、字典管理和系统配置管理。

更优选地，所述时间序列分析：从数据入库单元中获取任意一个监测井在一段时间内的地下水监测数据，绘制该时间段内该监测井的时间序列曲线图；

所述水位水温异常值分析：检查数据入库单元中的任意一个地下水水位数据的水位水温数据是否在预设阈值内，并将正常水位水温和异常水位水温区分标记；

所述水质数据检查：对数据入库单元中的任意一个地下水水质数据进行电荷平衡误差、可溶性总固体相对误差、简分析和全分析；

所述水质数据有效性检查：对数据入库单元中的任意一个地下水水质数据的有效性进行检查；

输入某个监测项目的数据取值范围，自动筛选出不在该范围内的监测数据，供用户进行质量控制。取值范围有两种形式，一种为数值型，还有一种为文字型。

更优选地，当存入数据入库单元的数据为历史地下水监测数据时，所述数据入库单元存储历史地下水监测数据，具体按照下述步骤实现：

A1，获取要存储到数据入库单元中的历史地下水监测数据，并将历史地下水监测数据的格式修改为Access格式或Excel格式；

A2，选择所述历史地下水监测数据要导入的目标数据表；

A3，判断所述目标数据表与Access格式或Excel格式的历史地下水监测数据表的字段是否匹配，如果是，则进入A4；如果否，则进入A5；

A4，向目标数据表导入Access格式或Excel格式的历史地下水监测数据表中存储的数据；

A5，发出更正Access格式或Excel格式的历史地下水监测数据表的消息，并返回A3。

更优选地，当存入数据入库单元的数据为监测设备实时监测的数据时，所述数据入库单元存储监测设备实时监测的数据，具体按照下述步骤实现：

B1，任意一台监测设备获取被监测井的地下水监测数据，并将获得地下水监测数据上传到数据接收服务器；

B2，判断与任意一个所述第一子系统通信连接的数据接收服务器M中是否存在未被标记为同步的地下水监测数据；如果有，则向所述数据入库单元发出更新的请求，进入B3；如果否，则继续判断下一台数据接收服务器；

B3，数据入库单元接收更新请求，通过数据接收服务器M上的地下水监测数据更新数据入库单元；同时，数据接收服务器M将未被标记为同步的地下水监测数据标记为同步。

优选地，所述数据管理与服务单元审核用户提出的获取地下水监测数据的请求，并将审核结果发送给用户，具体为：

C1，收集用户提出的获取地下水监测数据的请求；

C2，检查所请求的目标地下水监测数据的权限；

C3，判断发出请求的用户在目标地下水监测数据的权限是否有查看权限，如果有，则请求审核通过，向用户发出请求数据的下载连接；如果否，则审核未通过，向用户发出不能请求目标地下水监测数据的提示消息。

优选地，所述第二子系统包括：

原始数据接收、解译和入库单元：用于接收地下水监测设备的原始监测数据，将接收到的数据解译后入库；

设备管理单元：用于管理被监测的监测井信息、监测设备信息和通讯设备；

原始数据管理单元：原始数据管理用来展示远方数据终端采集并解译后传送过来的水位水温监测数据；

异常报警管理单元：负责监测地下水监测设备的电压是否异常，还负责安装在监测井中的地下水监测设备的数据接收状态是否异常。

优选地，所述系统中使用到的报文形式包括三种：

第一种报文形式为地下水监测设备的定时自报报文，具体为：设定每个地下水监测设备采用采六发一的报文模式，所述采六发一的报文模式为每个地下水监测设备每日六次采集监测数据然后一次报送，每个地下水监测设备报送的报文正文中包括该地下水监测设备监测得到的监测参数、地下水监测设备的实时电源电压、与该地下水监测设备连接的中心站查询遥测站的时钟数据；六次采集的时间分别为每日的00:00、4:00、8:00、12:00、16:00和20:00；报送的时间为每天8:00；

第二种报文形式为中心站查询遥测站的时段数据查询报文，具体为：中心站查询遥测站收到任意一个地下水监测设备m定时自报报文时，若中心站查询遥测站需查询地下水监测设备m某时段数据，则中心站查询遥测站向地下水监测设备m下发携带数据下载命令报文，地下水监测设备m收到携带数据下载命令的报文后，根据报文中的数据下载命令实时上传相关时段数据；

第三种报文形式为中心站查询监测站的实时数据查询报文，具体为：监测在线的任意一个地下水监测设备n接收到中心站查询监测站下发的携带实时数据查询命令的报文后，地下水监测设备n将当前时间采集到的水位、水温和地下水监测设备n的电源电压数据上传到中心站查询监测站。

本发明的有益效果是：

本发明所述系统全面满足地下水监测的信息化管理需要，提高地下水监测信息收集、管理、发布一体化集成的效率，为地下水利用可持续发展和科学规划提供保障，保证地下水资源、地下水生态、地下水环境的全面安全。

附图说明

图1是地下水监测数据采集发布管理系统的结构示意图；

图2是地下水动态调查评价网络管理数据库子系统的结构示意图；

图3是地下水监测设备管理子系统的结构示意图；

图4是历史地下水监测数据存入数据入库单元的流程示意图；

图5是实时监测数据存入数据入库单元的流程示意图；

图6是数据管理与服务单元的工作流程示意图；

图7是定时自报报文M2模式传输链路；

图8是定时自报报文M3模式传输链路；

图9是时段数据查询报文传输链路；

图10是中心站查询遥测站实时数据报文传输链路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

参照图1，本实施例所述地下水监测数据采集发布管理系统基于原有的地下水仪器设备管理系统和中国地下水动态调查评价监测管理数据库系统开发完成，所述系统包括：

数据层：用于存储地下水资源数据，所述地下水资源数据包括：基础空间数据、地下水基础数据和地下水专题数据；

支撑层：用于提供访问所述地下水监测数据采集发布管理系统的接口；

应用层：通过监测设备采集所述地下水资源数据，经过整理后发布相关结果数据；

用户层：用于管理用户注册、登录所述地下水监测数据采集发布管理系统，及设定注册用户的访问权限；

所述应用层包括：第一子系统和第二子系统；所述第一子系统为地下水动态调查评价网络管理数据库子系统，在地下水资源数据的历史数据和通过监测设备采集的实时地下水资源数据的基础上，对目标区域地下水数据进行统计、分析，并将得到的统计分析结果制作成报表后发布；所述第二子系统为地下水监测设备管理子系统，用于对地下水监测设备的新增、编辑、删除、使用记录和维护记录进行管理。

更详细的接是说明为：

(一)参照图2，关于第一子系统——地下水动态调查评价网络管理数据库子系统

1.1、数据入库单元

数据入库单元用于存储地下水监测设备采集到的地下水监测数据，所述地下水监测数据包括：地下水水质数据、地下水水量数据、地下水水位数据和地下水水文数据；所述地下水监测数据入库时的文件格式为Access数据库格式或Excel表单格式；

数据出入库是Access文件数据、Excel文件数据的导入以及水质、水量、水位和水文数据的导出功能。入库的数据有两种文件格式的，一种为Access数据库格式(.mdb)，还有一种为Excel表单格式。数据出库是以监测井为单位导出的，用于导出水质、水量、水位、水温数据。根据时间段过滤筛选出所需数据，然后“导出数据”即可导出水位水温等监测数据。

1.1.1存入数据入库单元的数据为历史地下水监测数据

参照图4，当存入数据入库单元的数据为历史地下水监测数据时，所述数据入库单元存储历史地下水监测数据，具体按照下述步骤实现：

A1，获取要存储到数据入库单元中的历史地下水监测数据，并将历史地下水监测数据的格式修改为Access格式或Excel格式；

A2，选择所述历史地下水监测数据要到入的目标数据表；

A3，判断所述目标数据表与Access格式或Excel格式的历史地下水监测数据表的字段是否匹配，如果是，则进入A4；如果否，则进入A5；

A4，向目标数据表导入Access格式或Excel格式的历史地下水监测数据表中存储的数据；

A5，发出更正Access格式或Excel格式的历史地下水监测数据表的消息，并返回A3。

各省市提交的Access、Excel格式的监测数据，虽然基本上都遵循了数据库格式标准，但是由于数据来源不一，各省市在数据整理时对标准的解释执行略有不同，故造成数据库中某些字段的格式并不完全统一。另一方面，由于可能存在的人为失误等，造成数据格式错误或者异常。为了保证数据导入的有效性，提高系统稳定性，本年度对数据入库模块进行了完善升级，包括以下三个方面：

(1)提高对多种格式数据的解译能力。比如，数据表中日期字段的格式非常多，同一个日期“2010年10月1日”可能被表述为20101001、2010-10-01、2010.10.1、20101001、101001等等多种格式。针对此类情况，入库模块尽可能多地支持了可解译的数据格式，以保证数据精度在导入过程中不丢失。

(2)完善数据库结构，提升容错能力。原始数据表格中可能存在某些字段无法进行通用解析，针对此类情况，在导入时就直接将原始格式记录入库。例如，系统中水质表中的“水样采取深度”字段，设计时为单值数字格式，但原始数据表中多是字符串格式，如“5组；436-461”、“井深191.3米：2组；135.40-147.40 181.70-187.40”

等。此字段在导入时就采取了保存原始字符串格式的方式，没有进行解译转换，以保证数据信息不丢失。

(3)数据导入后输出日志。数据表在导入过程中，有可能会出现未预料的异常，针对此种情况，导入模块增加了日志输出功能，将导入的状态、异常信息等以日志方式输出，方便用户查找异常出现的原因。

1.1.2存入数据入库单元的数据为监测设备的实时监测数据

地下水系统数据库存储的是来自于各厂商数据接收服务器上的数据，各厂商采集的监测数据每天都会传到数据接收服务器上，这就导致各个数据接收服务器上的数据是在不断更新的。所以必须建立有效的数据更新机制来保障地下水系统服务器上数据与各个数据接收服务器上数据的同步。

为了减少地下水系统数据库的压力，系统采用的是定时更新的机制，而不是实时更新。在监测系统服务器上发布了数据更新的服务，数据接收服务器通过访问服务进行数据更新。具体参照图5，当存入数据入库单元的数据为监测设备实时监测的数据时，所述数据入库单元存储监测设备实时监测的数据，具体按照下述步骤实现：

B1，任意一台监测设备获取被监测井的地下水监测数据，并将获得地下水监测数据上传到数据接收服务器；

B2，判断与任意一个所述第一子系统通信连接的数据接收服务器M中是否存在未被标记为同步的地下水监测数据；如果有，则向所述数据入库单元发出更新的请求，进入B3；如果否，则继续判断下一台数据接收服务器；

B3，数据入库单元接收更新请求，通过数据接收服务器M上的地下水监测数据更新数据入库单元；同时，数据接收服务器M将未被标记为同步的地下水监测数据标记为同步。

一个地下水监测数据采集发布管理系统与多个数据接收服务器连接，且处于同一个局域网中。

因监测设备的类型与厂家不同，采集得到的监测数据的格式不统一，会造成数据显示、处理过程中系统抛出异常，故，本申请所述系统提供数据统一接收的接口，各个厂商依照此接口标准整理数据格式，然后调用接口完成数据提交。

本申请所述系统设置数据接收日志记录，方便用户查看每次数据接收的数量、时间等信息，也可直接点击查看每次传输的原始数据。

地下水水位、水温数据庞大，据不完全统计，按2万口监测井，每天监测24条数据计算，一年的监测数据量就可达到1.7亿条记录，数据量极其庞大，因此，采用传统的一张表存储模式，势必会导致数据的查询索引速度慢、难于维护等问题。而，本发明所述数据入库中存储的数据以按年、按省份分表存储监测数据的存储模式，每个省每年的数据有一张数据表来存储，这样就将全部的数据分散到多张表中，大大降低了数据的索引速度，利于系统的维护。

1.2、关于质量控制单元

质量控制单元：对数据入库单元中存储的地下水监测数据进行时间序列分析、水位水温异常值分析、水质数据检查和水质数据有效性检查；

所述时间序列分析：从数据入库单元中获取任意一个监测井在一段时间内的地下水监测数据，绘制该时间段内该监测井的时间序列曲线图；为用户提供了观察数据条数的变化的直观方式。

所述水位水温异常值分析：检查数据入库单元中的任意一个地下水水位数据的水位水温数据是否在预设阈值内，并将正常水位水温和异常水位水温区分标记；结果为正常水位水温的水位数据以绿色字体和符号表示，结果异常水位水温的水位数据则以红色字体和符号来表示。

所述水质数据检查：对数据入库单元中的任意一个地下水水质数据进行电荷平衡误差、可溶性总固体相对误差、简分析和全分析；

所述水质数据有效性检查：对数据入库单元中的任意一个地下水水质数据的有效性进行检查；输入某个监测项目的数据取值范围，自动筛选出不在该范围内的监测数据，供用户进行质量控制。取值范围有两种形式，一种为数值型，还有一种为文字型。

1.3、查询统计与年鉴报表制作单元

查询统计与年鉴报表制作单元：在数据入库单元存储的地下水监测数据的基础上，分别生成地下水水质数据、地下水水量数据、地下水水位数据和地下水水温的年鉴报表；所述年鉴报表单个或批量生成。

设定生成年鉴报表的省份、年份以及年鉴报表类型(地下水水质数据、地下水水量数据、地下水水位数据或地下水水温)，发送生成报表请求，即可生成所需的年鉴报表，年鉴报表可批量生成。

1.4、关于监测数据动态曲线分析单元

监测数据动态曲线分析单元：根据质量控制单元对任意一个监测井的地下水水位数据的分析生成地下水水位水温数据在某一时间段内的动态曲线图；

监测数据动态曲线分析单元还负责进行两个以上监测井之间的地下水水位水温的数据对比。当同时生成多个监测井管的曲线图时，在图例展示区域切换查看单条曲线图。

1.5、关于数据管理与服务单元

数据管理与服务单元：审核用户提出的获取地下水监测数据的请求，并将审核结果发送给用户；

具体为：数据管理与服务单元是对系统用户提交的数据请求服务的处理，当用户向系统发送获取地下水监测数据的请求时，同时发送下载申请，管理员通过数据管理与服务单元审核请求，请求共有三种状态：申请未审阅、审阅未通过和审阅已通过。将审核结果以邮件的形式发送给用户，当审阅通过时，在给用户的邮件中附带下载链接下载目标数据。参照图6，更具体的为：

C1，收集用户提出的获取地下水监测数据的请求；

C2，检查所请求的目标地下水监测数据的权限；

C3，判断发出请求的用户在目标地下水监测数据的权限是否有查看权限，如果有，则请求审核通过，向用户发出请求数据的下载连接用户即可通过下载连接访问系统的服务接口动态、实时获取地下水动态监测数据。请求数据权限的范围包括监测点基本数据，水位、水温、水质监测数据。如果否，则审核未通过，向用户发出不能请求目标地下水监测数据的提示消息。

本实施例所述系统在原有数据共享功能的基础上，增加基于Web服务进行数据共享的方式。用户的数据请求被管理员审批通过后，即可通过访问系统的服务接口，动态、实时获取地下水动态监测数据。表1是对数据共享服务的介绍

表1数据共享服务介绍

服务名称	功能
		监测点列表服务	支持根据行政区划、位置、同一编号等条件，筛选并返回数据库中符合条件的监测点列表
监测点详情服务	提供对某个监测点进行详细信息查询的功能，通过此服务可查看单个监测点详情
		监测数据统计服务	支持根据年、月统计监测数据(水温、水位)的平均值

1.6、关于第一子系统管理单元

第一子系统管理单元，用于进行日志管理、安全管理、菜单管理、字典管理和系统配置管理。

第一子系统管理单元包括日志管理、安全管理、菜单管理、字典管理和系统配置管理五个部分。第一子系统管理单元专为系统管理员开设，普通用户无权访问。

1.6.1日志管理

日志管理记录授权用户从登陆系统到退出系统期间的各种操作，便于以后系统出现问题或异常时能够通过日志记录辅助找到原因。从日志记录里可以清楚地看到数据库里面的哪一条记录被操作过。

1.6.2安全管理

安全管理是系统管理模块的一个重点部分，安全管理细分为：用户管理、角色管理和参数管理。

(1)用户管理。系统使用需要具有授权的账户，而账户的创建就是在用户管理模块进行的。在用户管理模块，可以创建新的用户、维护用户信息、给新用户进行角色分配以及在忘记密码的情况下初始化用户密码，当用户不再具有系统使用权限时，还可在用户管理模块禁用或删除账户。

(2)角色管理。用户管理里提到用户的权限继承于角色，而角色的创建以及授权正是在角色管理里进行的。

在角色管理中，可以对角色授权。角色授权指的是，给角色分配系统的某个功能模块或者是功能模块下的功能点的操作权限。在这里还可以管理角色下面的所有用户账户，可以添加或者移除某个用户到该角色中。一旦用户属于这个角色，就继承了该角色的系统权限。

(3)参数管理。参数管理是对系统的一些参数提供了管理功能，例如，系统中列表页面每页显示的记录数、系统名称以及所有系统账户的初始密码等。

1.6.3菜单管理

菜单管理负责对系统中的一级、二级、三级菜单进行管理。在此模块中，可以对系统的三级菜单进行新增、编辑、删除等操作。对于某一个菜单，还可以管理其数据操作权限，如查询、修改、删除等。下图所示为添加菜单项页面：

1.6.4字典管理

对于系统中经常用到的一些属性字段，例如省级行政区划、地下水类型等，可以由字典管理页面统一管理，当这些字段使用的过程中需要修改时，只需在字典管理模块修改一次就可以实现修改整个系统中该字段，这样有利于统一管理、方便维护。

(二)参照图3，关于第二子系统

2.1、原始数据接收、解译和入库单元

原始数据接收、解译和入库单元：用于接收地下水监测设备的原始监测数据，将接收到的数据解译后入库。

2.2、设备管理单元

设备管理单元：用于管理被监测的监测井信息、监测设备信息和通讯设备；

管理被监测的监测井信息是对被监测井及被监测井管的状态进行监测和管理，包括监测井及井管的新增、信息编辑及删除，还提供了监测井数据动态曲线图查看的功能。

监测设备信息指监测设备的管理，包括监测设备的新增、编辑和删除以及监测设备使用记录和维护记录的管理。

2.3、原始数据管理单元

原始数据管理单元：原始数据管理用来展示远方数据终端采集并解译后传送过来的水位水温监测数据；

原始数据管理单元用来展示远方数据终端RTU采集并解译后传送过来的水位水温监测数据，原始水位水温监测数据不允许进行更改操作，只有存入到数据入库单元中的原始数据经过质量控制单元的处理后才可进行更改操作。在原始数据管理单元中，可以天为单位查看监测数据，也可查看某一省级行政区划或者是某一市县级行政区划在某一个时间段的监测数据。

2.4、异常报警管理单元

异常报警管理单元：负责监测地下水监测设备的电压是否异常，还负责安装在监测井中的地下水监测设备的数据接收状态是否异常。

异常报警管理单元包括监测设备电压报警和数据接收异常报警。

监测设备电压报警用来对当前处于使用状态的所有监测设备的电池电压正常与否进行提醒。如果电压处于异常状态，则会以橙色图标进行提醒。

数据接收异常报警对监测井里安装的监测设备的数据接收状态的管理，判断监测设备是否按照设定的监测频率监测和传送数据。当监测设备没有按照设定的监测频率接收数据，在预期的时间内无数据传送过来时，此时设备处于数据接收异常状态，以红色图标予以标识。

(三)第一子系统中的地下水监测数据和第二系统中的设计到的设备管理数据和监测数据采用相同的数据库表、相同的方法、接口，因此，不存在兼容性或者对接出错的问题，大大提高了系统集成的效率和准确度。

(四)系统采用方便易用的BS模式

本发明所述系统采用BS模式，实现了一次部署，全员使用的目的。以前的CS开发模式开发出的系统，需要安装客户端软件，谁想使用系统，就必须进行复杂的操作，安装客户端，并且，每次有软件更新，都要进行安装，既费时、时效性也差。采用BS模式系统就完全解决了这个问题，每次的软件更新，只需在服务器端进行部署，全部的使用人员就都可以使用了，而不必进行任何安装操作。

本发明所述系统实现地下水动态监测统一的数据管理、信息共享和成果发布。

本发明所述系统的任务包括了系统完善、数据入库、数据共享。

系统完善为动态监测数据库管理系统和仪器设备管理系统的完善。系统完善提升本发明所述系统性能，完善系统功能。系统性能提升是通过多种技术手段，提高系统在数据查询、数据导入、数据导出方面的执行效率，设计合理的技术方案，提高监测数据接收并发能力。完善系统功能是在数据入库后，通过大量数据测试，提高系统健壮性。对地下水监测数据采集发布管理系统的界面优化，实现美观、方便用户操作的效果。另外，在实际的系统使用中，结合用户的反馈，完善地下水监测数据采集发布管理系统的功能，满足地下水仪器设备管理系统和中国地下水动态调查评价监测管理数据库系统的业务需要。

数据是信息系统的核心，因此数据入库工作是信息系统建设的重要任务。在本发明中，数据入库包括两个方面：一是历年国家级地下水水位、水质等动态监测数据入库，这部分数据在入库过程中，需要对现有数据库表结构进行完善，兼容多种数据格式，增加多种错误处理策略，以达到对数据一致性，完整性的要求。另一个是柴达木盆地地下水动态监测数据采集入库，此类监测数据来自自动监测仪器采集的数据，为完成此类数据的入库，需完善监测仪器原始数据库，使之具有较强的通用性和可扩展性。本发明所述系统提供了合理的数据接收入库方案，保证数据准确完整同步进入数据库系统，与仪器设备厂家配合完成柴达木盆地地下水动态监测数据入库。

数据共享为开发面向地下水信息发布系统的数据接口，与地下水信息发布系统对接。在本发明中，为完成数据共享，需与客户充分沟通，对信息发布系统中的功能进行归纳总结整理，设计开发数据共享服务接口。对数据发布流程中的各个环节，如数据申请、数据审批等进行完善。

(五)地下水监测数据采集发布管理系统中使用到的报文形式包括三种：

第一种报文形式为地下水监测设备的定时自报报文，属双向报文，具体为：设定每个地下水监测设备采用采六发一的报文模式，所述采六发一的报文模式为每个地下水监测设备每日六次采集监测数据然后一次报送，每个地下水监测设备报送的报文正文中包括该地下水监测设备监测得到的监测参数、地下水监测设备的实时电源电压、与该地下水监测设备连接的中心站查询遥测站的时钟数据；六次采集的时间分别为每日的00:00、4:00、8:00、12:00、16:00和20:00；报送的时间为每天8:00；中心站查询遥测站在接收成功该地下水监测设备的自报数据后，给该地下水监测设备返回“确认报”，该地下水监测设备从“确认报”中取得中心站查询遥测站的发报时间，以此用于本地下水监测设备校时；之后，该地下水监测设备进入“值守”状态；

第二种报文形式为中心站查询遥测站的时段数据查询报文，属双向报文，具体为：中心站查询遥测站收到任意一个地下水监测设备m定时自报报文时，若中心站查询遥测站需查询地下水监测设备m某时段数据，则中心站查询遥测站向地下水监测设备m下发携带数据下载命令报文，地下水监测设备m收到携带数据下载命令的报文后，根据报文中的数据下载命令实时上传相关时段数据；

第三种报文形式为中心站查询监测站的实时数据查询报文，属双向报文，具体为：监测在线的任意一个地下水监测设备n接收到中心站查询监测站下发的携带实时数据查询命令的报文后，地下水监测设备n将当前时间采集到的水位、水温和地下水监测设备n的电源电压数据上传到中心站查询监测站。

在兼容工作方式下，优先级由高至低依次为定时自报报文、实时数据查询报文和时段数据查询报文。

5.1在本系统中，报文正文的要求

在采用ASCⅡ字符编码或HEX/BCD编码报文帧结构时，三种报文形式中的报文正文结构一致，但应采用相应的编码编制报文。下面以HEX/BCD编码报文正文为例，说明报文正文结构。

5.1.1ASCII码报文正文要求

报文正文信息组编码由要素(参数)标识符与相应数据构成，标识符编列在前，数据编列在后。各要素(参数)标识符、数据之间均用“空格”作为分隔符，“编码结构”表示为“要素(参数)标识符空格数据空格”；其中流水号及发报时间后不带“空格”分隔符。报文正文最后的1个空格不得省略。数据采用HEX码、整型数或十进制浮点数，非字符型数据(图片数据除外)应转换为ASCII字符传输。

5.1.2HEX/BCD码报文正文要求

报文正文信息组由标识符与相应数据构成，表示为“标识符数据”。标识与数据、信息组之间均不采用分隔符。数据是HEX/BCD码时采用原编码传输；数据是十进制浮点数时省略小数点，压缩为BCD码传输，数据长度及小数点位置由标识符说明。

5.2第一种报文形式——定时自报报文

5.2.1报文传输链路

监测站自报报文的传输链路采用自报式报文传输M2(发送/确认)传输模式(遥测站为通信发起端)。遥测站为通信发起端。遥测站发出报文后，中心站接收报文正确，应响应发送“确认”报文；中心站接收报文无效，则不响应。遥测站收不到响应报文应启动重发机制，最多重发2次。其上行帧报文结束符为ETB/ETX；下行帧为“确认”帧，报文结束符为EOT/ESC。其链路示意图如图7所示：

长度大于一帧规定时，应对正文进行分割分包传输；接收端负责将分包数据恢复成完整正文报文。分包传输链路如图8所示。

5.2.2地下水监测设备的定时上行自报报文

地下水监测设备按设定时间向中心站报送地下水信息，功能码为32H；

1)地下水监测设备中的水位站设定时间为每天早8:00，发送采六发一的6组水位、水温数据，同时报送水位站的电源电压；

2)地下水监测设备中的水质站设定时间为每月1、6、11、16、21、26日早8:00，发送实时水质采集数据，同时报送水质站电源电压。

地下水监测设备定时上行自报报文，由地下水监测设备启动，表2为地下水监测设备定时自报报文的上行报文正文。

表2为地下水监测设备定时自报报文的上行报文正文

与中心站连接的遥测站编码规则见表3，由5个字节混合编码组成，中心站解码时还原为6个字节BCD码。前三个字节A5、A4、A3采用GB 2260—2007规定的行政区划代码的前6位，A5为省(区、市)码，A4为地(市)码，A3为县码；A5、A4、A3采用BCD码。后2个字节A2、A1为各个遥测站地址自定义段，采用HEX码，中心站解码时还原为3个字节BCD码；每个县遥测站选址自定义范围为1-60000。0为无效地址。各个遥测站地址编制部门应保证遥测站地址的唯一性。

表3中心站查询遥测站编码规则

5.2.3地下水监测设备的定时下行自报报文

地下水监测设备的定时下行自报报文由中心站启动以地下水监测设备想中心站回复监测值的自报报文，表4为地下水监测设备的定时下行自报报文的报文正文。

表4为地下水监测设备的定时下行自报报文的报文正文

5.3第二种报文形式——时段数据查询报文

5.3.1报文传输链路

时段数据查询报传输链路采用M3多包查询/确认模式。由中心站发出请求报文，遥测站在接收到中心站的请求报文后，发出多包报文，中心站正确接收全部数据包，仅应回答1次确认报文；若有错误数据包，中心站应发送包括错误数据包序列号(1包序列号，每包单独重发)的响应包，遥测站重发相应序列号包数据，最多重发2次。其上行帧报文结束符为ETB/ETX(收到NAK的重发包用ETX)；下行帧为“确认/否认”帧，报文结束符为ENQ/EOT/NAK。其链路示意图如图9所示：

5.3.2时段数据查询报文的下行报文

时段数据查询报文的下行报文为：中心站发送时段查询数据包报，在收到遥测站回报后发送确认报。时段数据查询报文的下行报文的报文正文如表5所示：

表5中心站查询遥测站时段数据的下行报文正文

5.3.3时段数据查询报文的上行报文

时段数据查询上行报文为监测站根据中心站的要求发送数据报。时段数据查询报文的上行报文的报文正文如下表6所示：

表6表示时段数据查询报文的上行报文的报文正文

5.4第三种报文形式——实时数据查询报文

5.4.1报文传输链路

实时数据查询报传输链路采用查询应答式报文传输M4(查询请求/响应传输)模式(中心站为通信发起端)。遥测站在接收到中心站的请求报文后，发出实时监测响应报文，中心站正确接收数据包后，回答确认报文。如遥测站接收请求报文无效，则不响应。其上行帧报文结束符为ETB/ETX；下行帧为ENQ/EOT。其链路示意图如图10所示：

5.4.2实时数据查询报文的下行报文

实时数据查询下行报文为：中心站发送实时查询数据包报。实时数据查询报文的下行报文的报文正文如下表7所示：

表7中心站查询遥测站实时数据下行报文正文

5.4.3实时数据查询报文的上行报文

实时数据查询上行报文为监测站根据中心站的要求发送数据包报。实时数据查询报文的上行报文的报文正文如下表所示：

表8中心站查询遥测站实时数据上行报文正文

(六)地下水监测数据采集发布管理系统中使用的通信方式

通信方式采用GSM(GPRS、SMS)通信方式，中心可通过多通信信道接收数据。

1、GSM-SMS通信方式宜符合以下规定：

a)波特率300～19200bps，宜使用波特率4800～9600bps。开放给用户区最长字节数为140字节，必要时应采用报文拆分发送。

b)短消息通信应设置短消息中心号码，可使用AT指令集编程收发短消息，也可使用通信模块实现无线协议栈的转换。数据传输时可通过RS-232串行口向通信模块收发数据，实现透明数据方式收发短消息。

c)短消息通信在数据传输时应避免发生延时和丢失。

2、GSM-GPRS通信方式宜符合以下规定：

a)每个站点应设置IP地址，可以通过两个途径设置：一是设定静态的IP绝对地址，直接连接到互联网，但接受端应配置必要的隔离防非法入侵设备；二是通过VPN虚拟网络，运营商通过GPRS模块中设置的VPN找到其设定的VPN内部的IP地址将数据转发。

b)设备在1～3s内就可以登陆到网络，数据时延在700～3000Ms之内。波特率300～115200bps，宜使用波特率9600～57600bps。开放给用户区最长字节数为不限字节，可以用于数据通信和图像通信。

c)应设置“在线保持”功能，以一定时间间隔定时发送数据包，使优先级别不被降低，保持长时间在线。组网时应注意信号覆盖的情况。

d)采用该信道通信的终端站每次上线申请一般限制应不超过3次。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

(1)原数据入库的数据格式不统一，导致数据读取解析过程中出错。数据格式不统一，也会造成数据显示、处理过程中系统抛出异常。本申请所述系统增加了对不同格式数据的处理，并增强了异常处理功能。数据异常时会提示用户并保证系统不会因此崩溃。另一方面，对系统中数据录入模块增加了数据有效性验证，保证通过系统录入的数据是有效合法的。

(2)水质数据有效性检查。增加水质取样的筛选条件，支持根据行政区划、监测井管号、取样时间进行取样的查询。支持两种模式的数据展示：当用户输入有效值范围时，根据有效值过滤出不符合条件的水质取样，当用户不输入有效值范围时，显示该条件下所有的水质取样，供用户手动检查所有监测值。完善后的水质数据有效性检查功能如下图所示：

(3)生成年鉴报表。生成年鉴报表，是按照指定格式输出某个省的监测数据年鉴，输出文件格式为Excel。在原有功能基础上，丰富了报表排版的格式。如果某个监测点的每个月只有5条数据，则该监测点用一个总行数为15行的小表进行排版。如果连续的三个监测点生成的都是小表，则将这三个小表合并到一个sheet页中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种地下水监测数据采集发布管理系统，其特征在于，所述系统包括：

数据层：用于存储地下水资源数据，所述地下水资源数据包括：基础空间数据、地下水基础数据和地下水专题数据；

支撑层：用于提供访问所述地下水监测数据采集发布管理系统的接口；

应用层：通过监测设备采集所述地下水资源数据，经过整理后发布相关结果数据；

用户层：用于管理用户注册、登录所述地下水监测数据采集发布管理系统，及设定注册用户的访问权限；

所述应用层包括：第一子系统和第二子系统；所述第一子系统为地下水动态调查评价网络管理数据库子系统，在地下水资源数据的历史数据和通过监测设备采集的实时地下水资源数据的基础上，对目标区域地下水数据进行统计、分析，并将得到的统计分析结果制作成报表后发布；所述第二子系统为地下水监测设备管理子系统，用于对地下水监测设备的新增、编辑、删除、使用记录和维护记录进行管理；

所述第一子系统包括：

数据入库单元：用于存储地下水监测设备采集到的地下水监测数据，所述地下水监测数据包括：地下水水质数据、地下水水量数据、地下水水位数据和地下水水温数据；所述地下水监测数据入库时的文件格式为Access数据库格式或Excel表单格式；

质量控制单元：对数据入库单元中存储的地下水监测数据进行时间序列分析、水位水温异常值分析、水质数据检查和水质数据有效性检查；

查询统计与年鉴报表制作单元：在数据入库单元存储的地下水监测数据的基础上，分别生成地下水水质数据、地下水水量数据、地下水水位数据和地下水水温的年鉴报表；

监测数据动态曲线分析单元：根据质量控制单元对任意一个监测井的地下水水位数据的分析生成地下水水位水温数据在某一时间段内的动态曲线图；

数据管理与服务单元：审核用户提出的获取地下水监测数据的请求，并将审核结果发送给用户；

第一子系统管理单元：第一子系统管理单元，用于进行日志管理、安全管理、菜单管理、字典管理和系统配置管理。

2.根据权利要求1所述地下水监测数据采集发布管理系统，其特征在于：

所述时间序列分析：从数据入库单元中获取任意一个监测井在一段时间内的地下水监测数据，绘制该时间段内该监测井的时间序列曲线图；

所述水位水温异常值分析：检查数据入库单元中的任意一个地下水水位数据的水位水温数据是否在预设阈值内，并将正常水位水温和异常水位水温区分标记；

所述水质数据检查：对数据入库单元中的任意一个地下水水质数据进行电荷平衡误差、可溶性总固体相对误差、简分析和全分析；

所述水质数据有效性检查：对数据入库单元中的任意一个地下水水质数据的有效性进行检查；

输入某个监测项目的数据取值范围，自动筛选出不在该范围内的监测数据，供用户进行质量控制，所述取值范围有两种形式，一种为数值型，还有一种为文字型。

3.根据权利要求1所述地下水监测数据采集发布管理系统，其特征在于，当存入数据入库单元的数据为历史地下水监测数据时，所述数据入库单元存储历史地下水监测数据，具体按照下述步骤实现：

A1，获取要存储到数据入库单元中的历史地下水监测数据，并将历史地下水监测数据的格式修改为Access格式或Excel格式；

A2，选择所述历史地下水监测数据要导入的目标数据表；

A3，判断所述目标数据表与Access格式或Excel格式的历史地下水监测数据表的字段是否匹配，如果是，则进入A4；如果否，则进入A5；

A4，向目标数据表导入Access格式或Excel格式的历史地下水监测数据表中存储的数据；

A5，发出更正Access格式或Excel格式的历史地下水监测数据表的消息，并返回A3。

4.根据权利要求1所述地下水监测数据采集发布管理系统，其特征在于，当存入数据入库单元的数据为监测设备实时监测的数据时，所述数据入库单元存储监测设备实时监测的数据，具体按照下述步骤实现：

B1，任意一台监测设备获取被监测井的地下水监测数据，并将获得地下水监测数据上传到数据接收服务器；

B2，判断与任意一个所述第一子系统通信连接的数据接收服务器M中是否存在未被标记为同步的地下水监测数据；如果有，则向所述数据入库单元发出更新的请求，进入B3；如果否，则继续判断下一台数据接收服务器；

B3，数据入库单元接收更新请求，通过数据接收服务器M上的地下水监测数据更新数据入库单元；同时，数据接收服务器M将未被标记为同步的地下水监测数据标记为同步。

5.根据权利要求1所述地下水监测数据采集发布管理系统，其特征在于，所述数据管理与服务单元审核用户提出的获取地下水监测数据的请求，并将审核结果发送给用户，具体为：

C1，收集用户提出的获取地下水监测数据的请求；

C2，检查所请求的目标地下水监测数据的权限；

C3，判断发出请求的用户在目标地下水监测数据的权限是否有查看权限，如果有，则请求审核通过，向用户发出请求数据的下载连接；如果否，则审核未通过，向用户发出不能请求目标地下水监测数据的提示消息。

6.根据权利要求1所述地下水监测数据采集发布管理系统，其特征在于，所述第二子系统包括：

原始数据接收、解译和入库单元：用于接收地下水监测设备的原始监测数据，将接收到的数据解译后入库；

设备管理单元：用于管理被监测的监测井信息、监测设备信息和通讯设备；

原始数据管理单元：原始数据管理用来展示远方数据终端采集并解译后传送过来的水位水温监测数据；

异常报警管理单元：负责监测地下水监测设备的电压是否异常，还负责安装在监测井中的地下水监测设备的数据接收状态是否异常。

7.根据权利要求1所述地下水监测数据采集发布管理系统，其特征在于，所述系统中使用到的报文形式包括三种：

第一种报文形式为地下水监测设备的定时自报报文，具体为：设定每个地下水监测设备采用采六发一的报文模式，所述采六发一的报文模式为每个地下水监测设备每日六次采集监测数据然后一次报送，每个地下水监测设备报送的报文正文中包括该地下水监测设备监测得到的监测参数、地下水监测设备的实时电源电压、与该地下水监测设备连接的中心站查询遥测站的时钟数据；六次采集的时间分别为每日的00:00、4:00、8:00、12:00、16:00和20:00；报送的时间为每天8:00；

第二种报文形式为中心站查询遥测站的时段数据查询报文，具体为：中心站查询遥测站收到任意一个地下水监测设备m定时自报报文时，若中心站查询遥测站需查询地下水监测设备m某时段数据，则中心站查询遥测站向地下水监测设备m下发携带数据下载命令报文，地下水监测设备m收到携带数据下载命令的报文后，根据报文中的数据下载命令实时上传相关时段数据；

第三种报文形式为中心站查询监测站的实时数据查询报文，具体为：监测在线的任意一个地下水监测设备n接收到中心站查询监测站下发的携带实时数据查询命令的报文后，地下水监测设备n将当前时间采集到的水位、水温和地下水监测设备n的电源电压数据上传到中心站查询监测站。