CN113487094A - 一种海洋数据管理应用平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海洋数据管理应用平台，通过数据感知层获取定位数据和海洋环境监测数据，并通过数据传输层发送至服务层的基础组件模块，由基础组件模块存储至数据存储层；通过在平台服务模块上设置综合查询模块、GNSS服务模块、应用模型模块，便于业务应用层的调用；通过在业务应用层设置海洋水文气象动态监控应用模块、海洋平台安全作业模块、海洋应急搜救应用模块、海面溢油漂移预测应用模块、海洋灾害预报应用模块，实现海洋水文气象动态监控功能、海洋平台安全作业防护功能、海洋应急搜救功能、海面溢油漂移预测功能、海洋灾害预报功能，为用户提供丰富的功能，并进行可视化展示，提高了用户的使用体验。
Description
技术领域
本发明属于海洋开发与应用技术领域，具体地说，是涉及一种海洋数据管理应用平台。
背景技术
近年来，随着人们对海洋环境观测手段的日益丰富，海洋环境数据的获取、处理和应用也面临着一系列难题，也出现了各种各样的多源海洋数据管理平台。由于我国在海洋监测和海洋信息处理方面的研究还在发展阶段，受海洋监测技术研发能力和研发技术的局限，海洋环境监测平台的研发还存在很多不完善的地方。
我国海域辽阔，海洋环境信息复杂，而目前我国的海洋环境观测系统建设还处于起步阶段，所以海洋观测数据信息匮乏，已有的观测信息比较分散，难以共享，更难以系统化的应用，导致大部分海洋环境监测信息处理平台，只能用以显示和处理简单的多源环境传感器数据，其功能和显示数据的方式较为单一，其所显示的信息难以使人们了解到局地位置的大气海洋的具体情况，其可参考性难以满足人们的需求，降低了用户的使用体验。
随着对海洋环境监测技术和手段的日益丰富，数据源是多样的，且海量的数据常常是半结构或无结构的，即这些多样多源的数据具有多源和异构的特性，将它们梳理后进行挖掘和分析，融合多源数据以形成有效的分析数据集仍是我们面对的一个具有挑战性的瓶颈。
目前国内海洋服务相关研究大多是针对某类具体海洋数据或海洋应用，实现的海洋数据管理或信息发布，此类功能应用较为单一，对海洋数据的管理缺乏系统性。
发明内容
本发明提供了一种海洋数据管理应用平台，提高了用户的使用体验。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种海洋数据管理应用平台，包括数据感知层、数据传输层、数据存储层、服务层、业务应用层；其中，
所述数据感知层，其包括定位模块和传感器组件；所述定位模块用于获取定位数据，并发送至所述数据传输层；所述传感器组件用于获得海洋环境监测数据，并发送至所述数据传输层；
所述数据传输层，其用于将接收到的定位模块发送的数据以及传感器组件发送的数据传输至所述服务层；
所述数据存储层，其用于存储数据；
所述服务层，其包括基础组件模块和平台服务模块；
所述基础组件模块，其用于与所述数据传输层进行通信，接收所述数据传输层发送的定位数据和海洋环境监测数据，进行处理后存储至所述数据存储层；以及用于读取所述数据存储层的数据；
所述平台服务模块，其包括：
综合查询模块，其用于通过所述基础组件模块获取所述数据存储层中的海洋环境监测数据；
GNSS服务模块，其用于通过所述基础组件模块获取所述数据存储层中的定位数据；
应用模型模块，其用于构建海上目标物漂移预测模型、海上溢油漂移预测模型、防台风预警分析决策模型；
所述业务应用层，其包括：
海洋水文气象动态监控应用模块，其用于调用所述综合查询模块，获取所述数据存储层中的海洋环境监测数据，并进行可视化展示；
海洋平台安全作业模块，其用于调用所述GNSS服务模块，获取所述数据存储层中的定位数据，并进行可视化展示；
海洋应急搜救应用模块，其用于调用所述GNSS服务模块，获取所述数据存储层中的定位数据；并调用所述综合查询模块，获取所述数据存储层中的海洋环境监测数据；并调用所述应用模型模块，获得海上目标物漂移预测模型，基于所述目标物漂移预测模型计算出海上目标物漂移预测路线，并进行可视化展示；
海面溢油漂移预测应用模块，其用于调用所述GNSS服务模块，获取所述数据存储层中的定位数据；其用于调用所述综合查询模块，获取所述数据存储层中的海洋环境监测数据；其用于调用所述应用模型模块，获得海上溢油漂移预测模型，基于所述海上溢油漂移预测模型计算出海面溢油漂移扩散路线，并进行可视化展示；
海洋灾害预报应用模块，其用于调用所述GNSS服务模块，获取所述数据存储层中的定位数据；其用于调用所述综合查询模块，获取所述数据存储层中的海洋环境监测数据；其用于调用所述应用模型模块，获得防台风预警分析决策模型，基于所述防台风预警分析决策模型计算出台风影响范围，并进行可视化展示。
进一步的，所述业务应用层还包括：海洋牧场管理应用模块，其用于调用所述GNSS服务模块，获取所述数据存储层中的定位数据；并调用综合查询模块，获取所述数据存储层中的海洋环境监测数据；并将获得的定位数据和海洋环境监测数据进行可视化展示；且当获得的定位数据超出海洋牧场的电子围栏时，进行报警。
又进一步的，所述数据存储层还存储有电子海图、卫星图、基础地图、海洋基本要素、基础地理信息、地图要素信息，以及基准站信息、海洋牧场信息；
所述平台服务模块还包括：GIS服务模块，其用于通过所述基础组件模块获取所述数据存储层中的电子海图、卫星图、基础地图、海洋基本要素、基础地理信息、地图要素信息、基准站信息、海洋牧场信息、定位数据、海洋环境监测数据；并在电子海图上可视化展示海洋基本要素和基础地理信息，以及在卫星图和基础地图上可视化展示地图要素信息、基准站信息、海洋牧场信息以及定位数据、海洋环境监测数据。
更进一步的，所述平台服务模块还包括：三维可视化调用模块，其用于调用预先生成的海洋数据管理应用平台的三维模拟动画。
再进一步的，所述平台服务模块还包括：信息共享发布模块，其用于通过所述基础组件模块获取所述数据存储层的数据，并通过WebAPI和WebService接口向所述业务应用层提供调用接口。
进一步的，所述数据存储层包括：
海洋信息数据库，用于存储定位数据、海洋环境监测数据；
公共基础数据库，用于存储登录信息、权限信息、基准站信息、海洋牧场信息；
GIS数据库，用于存储电子海图、卫星图、基础地图、海洋基本要素、基础地理信息、地图要素信息；
综合数据库，用于存储海洋环境预报数据、海洋灾害数据、应急搜救数据。
又进一步的，所述基础组件模块包括：
存取模块，其用于对所述数据存储层的各个数据库进行读写操作；
内源数据处理模块，其用于与所述数据传输层进行通信，接收所述数据传输层发送的定位数据和海洋环境监测数据，进行处理后通过所述存取模块存储至海洋信息数据库；还用于获取基准站信息、海洋牧场信息，进行处理后通过所述存取模块存储至公共基础数据库；
外源数据处理模块，其用于获取电子海图、卫星图、基础地图、海洋基本要素、基础地理信息、地图要素信息，进行处理后通过所述存取模块存储至GIS数据库；还用于获取海洋环境预报数据、海洋灾害数据、应急搜救数据，进行处理后通过所述存取模块存储至综合数据库；
数据应用分析模块，其用于与所述平台服务模块进行通信，根据所述平台服务模块的指令控制所述存取模块、内源数据处理模块、外源数据处理模块的运行。
更进一步的，所述传感器组件包括：海洋气象传感器，用于获取气象信息；海洋波浪传感器，用于获取波浪数据；海水水质传感器，用于获取水质数据；电子罗盘，用于获取姿态数据；摄像设备，用于获取音频数据、视频数据。
再进一步的，所述数据感知层还包括短报文收发模块，其与北斗卫星进行通信。
进一步的，所述数据传输层包括4G模块、LORA模块、光纤、局域网模块、互联网模块、北斗模块中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的海洋数据管理应用平台，通过数据感知层获取定位数据和海洋环境监测数据，并通过数据传输层发送至服务层的基础组件模块，由基础组件模块存储至数据存储层；通过在平台服务模块上设置综合查询模块、GNSS服务模块、应用模型模块，便于业务应用层的调用；通过在业务应用层设置海洋水文气象动态监控应用模块、海洋平台安全作业模块、海洋应急搜救应用模块、海面溢油漂移预测应用模块、海洋灾害预报应用模块，实现海洋水文气象动态监控功能、海洋平台安全作业防护功能、海洋应急搜救功能、海面溢油漂移预测功能、海洋灾害预报功能，为用户提供丰富的功能，并进行可视化展示，提高了用户的使用体验。而且，实现了对数据感知层传输的数据的综合管理利用。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明所提出的海洋数据管理应用平台的一种实施例的结构框图。
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，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例的海洋数据管理应用平台，包括数据感知层1、数据传输层2、数据存储层3、服务层4、业务应用层5，参见图1所示。
数据感知层1，其包括多个定位模块和多个传感器组件。定位模块用于获取定位数据，并发送至数据传输层2；传感器组件用于获得海洋环境监测数据，并发送至数据传输层2。每个作业人员身上均佩戴有一个定位模块，每个海洋牧场上均设置有定位模块，每个海上平台也设置有定位模块，每个浮标上均安装有定位模块和传感器组件，浮标可以放置在海洋牧场范围的海域内、海上平台范围的海域内以及其他需要监测的海域内。每个定位模块均具有唯一的设备标识，用于唯一识别定位模块，因此，通过定位模块的设备标识即可以确定该定位模块是佩戴在作业人员身上，还是安装在海洋牧场上，还是安装在海上平台上，还是安装在海洋牧场海域范围内的浮标上，海上平台海域范围内的浮标上，或者其他需要监测的海域的浮标上。通过定位模块可以获知每个作业人员的位置，每个海洋牧场、每个海上平台、每个浮标的位置。每个浮标均具有唯一的浮标标识，用于唯一识别浮标，通过浮标标识即可以确定该浮标是属于海洋牧场的、海上平台的还是其他海域的。传感器组件将其所在浮标的浮标标识以及采集的海洋环境监测数据绑定在一起发送给数据传输层。如果定位模块安装在浮标上，则定位模块将其所在浮标的浮标标识以及定位数据绑定在一起发送给数据传输层。
定位模块，其获取的定位数据包括纬度、经度、海拔、海平面高度等。定位模块将自身的设备标识、设备类型、浮标标识（如果定位模块安装在浮标上，则上传浮标标识；如果定位模块没有安装在浮标上，则无需上传该项信息）、本地时间、UTC时间以及定位数据发送至数据传输层2。在本实施例中，定位模块为GNSS定位设备。定位模块支持北斗多模高精度定位。
在本实施例中，为了实现对海洋的全面监控，获取比较丰富的海洋环境监测数据，传感器组件包括海洋气象传感器、海洋波浪传感器、海水水质传感器、电子罗盘、摄像设备等，用以实时采集动态、多源的海洋环境监测数据。传感器组件安装在浮标上，因此需要上传所在浮标的浮标标识。
海洋气象传感器，用于获取气象信息；气象信息包括风速、风向、湿度、气压、气温等。海洋气象传感器将自身传感器的设备标识、设备类型、浮标标识、本地时间、UTC时间以及气象信息传输至数据传输层2。
海洋波浪传感器，用于获取波浪数据；波浪数据包括波周期、航向、航速、波向、波高等。海洋波浪传感器将自身传感器的设备标识、设备类型、浮标标识、本地时间、UTC时间以及波浪数据传输至数据传输层2。
海水水质传感器，用于获取水质数据；水质数据包括PH值、叶绿素含量、浊度、溶解氧、水温、盐度、电导率等。海水水质传感器将自身传感器的设备标识、设备类型、浮标标识、本地时间、UTC时间以及水质数据传输至数据传输层2。
电子罗盘，用于获取姿态数据；姿态数据包括罗盘俯仰轴、罗盘方位角、罗盘横滚轴等。电子罗盘将电子罗盘的设备标识、设备类型、浮标标识、本地时间以及姿态数据传输至数据传输层2。
摄像设备，用于获取音频数据、视频数据，并将摄像设备的设备标识、设备类型、浮标标识、本地时间以及音频数据、视频数据至数据传输层2。
因此，传感器组件采集的海洋环境监测数据包括气象信息、波浪数据、水质数据、姿态数据、音频数据、视频数据等。
在本实施例中，为了提高安全性，数据感知层1还包括短报文收发模块，短报文收发模块具有定位和通信功能。短报文收发模块与北斗卫星进行双向通信。短报文收发模块与北斗卫星进行通信，可以发送自身定位及短报文至北斗卫星，经北斗卫星发送至服务层4、控制中心或者其他设备。在每个浮标上均安装有短报文收发模块、定位模块和传感器组件。在每个作业人员身上均佩戴有定位模块和短报文收发模块，例如，当作业人员落水时，可以通过其佩戴的便携式设备（便携式设备内设置有定位模块和短报文收发模块）内的短报文收发模块发送当前位置，短报文收发模块以短报文的形式发送至北斗卫星，经北斗卫星向外发送报警信息，如发送至服务层4。
短报文收发模块将自身的设备编号、指挥机编号、短报文信息、时间信息等发送至数据传输层2，存储到数据存储层3的海洋监测信息数据库中。
数据传输层2，实现数据感知层1与服务层4之间的通信。数据传输层2与定位模块、传感器组件、短报文收发模块连接，接收定位模块发送的数据（包括定位数据、设备标识等），接收传感器组件发送的数据（包括海洋环境监测数据、浮标标识等），接收短报文收发模块发送的数据。数据传输层2与服务层3通过无线通信方式进行通信，将接收到的定位模块发送的数据、传感器组件发送的数据、短报文收发模块发送的数据传输至服务层4。
在本实施例中，为了提高数据传输层2通信的可靠性和稳定性，数据传输层2包括4G模块、LORA模块、光纤、局域网模块、互联网模块、北斗模块中的一种或多种。
数据存储层3，其用于存储数据，包括定位模块发送的定位数据及其他数据，以及传感器组件发送的海洋环境监测数据、短报文收发模块发送的短报文信息等。
服务层4，其包括基础组件模块41和平台服务模块42。
基础组件模块41，其用于与数据传输层2进行通信，接收数据传输层2发送的定位数据、海洋环境监测数据以及其他数据，进行处理后存储至数据存储层3；基础组件模块41还用于读取数据存储层3的数据。基础组件模块41对数据存储层3进行读写操作。
平台服务模块42，其包括综合查询模块421、GNSS服务模块422、应用模型模块423等。
综合查询模块421，其用于调用基础组件模块41，基础组件模块41读取数据存储层3，综合查询模块421通过基础组件模块41获取数据存储层3中的海洋环境监测数据。综合查询模块421能够通过基础组件模块41从数据存储层3中获取各种数据，根据已有的数据为用户提供查询支持。
GNSS服务模块422，其用于调用基础组件模块41，基础组件模块41读取数据存储层3，GNSS服务模块422通过基础组件模块41获取数据存储层3中的定位数据。GNSS服务模块422通过数据解算生成差分数据，对外提供差分数据接口，为有需要的定位终端提供位置数据服务。
应用模型模块423，其用于构建海上目标物漂移预测模型、海上溢油漂移预测模型、防台风预警分析决策模型等模型。
业务应用层5，其面向用户，利用服务层4对数据的处理结果，为用户提供多种服务。业务应用层5包括海洋水文气象动态监控应用模块51、海洋平台安全作业模块52、海洋应急搜救应用模块53、海面溢油漂移预测应用模块54、海洋灾害预报应用模块55等。
海洋水文气象动态监控应用模块51，其用于调用综合查询模块421，获取数据存储层3中的海洋环境监测数据，经过统计分析，并进行可视化展示，如以数值、曲线图、柱状图、列表等多种方式展示，便于用户查看，实现海洋水文气象动态监控功能。
海洋平台安全作业模块52，其用于调用GNSS服务模块422，获取数据存储层3中的定位数据，并进行可视化展示，以便于及时准确地获知作业人员的位置，提高作业人员安全性，实现海洋平台安全作业防护功能。
海洋应急搜救应用模块53，其用于调用GNSS服务模块422，获取数据存储层3中的定位数据；并调用综合查询模块421，获取数据存储层3中的海洋环境监测数据；并调用应用模型模块423，获得海上目标物漂移预测模型，基于目标物漂移预测模型以及定位数据（遇险作业人员的位置）、海洋环境监测数据，计算出海上目标物漂移预测路线，并进行可视化展示，实现海洋应急搜救功能，改变海上应急搜救指挥协调工作高度依赖搜救指挥人员的经验和判断的落后局面。
海面溢油漂移预测应用模块54，其用于调用GNSS服务模块422，获取数据存储层3中的定位数据；其用于调用综合查询模块421，获取数据存储层3中的海洋环境监测数据；其用于调用应用模型模块423，获得海上溢油漂移预测模型，基于海上溢油漂移预测模型以及定位数据、海洋环境监测数据，计算出海面溢油漂移扩散路线，并进行可视化展示，实现海面溢油漂移预测功能，以便于及时采取措施。由于浮标上安装有传感器组件和定位模块，因此，当某一个传感器组件传输的海洋环境监测数据水质异常时，则该传感器组件所在的位置即为溢油事故发生点，通过浮标上的定位模块传输的定位数据即可获知溢油事故发生点。
海洋灾害预报应用模块55，其用于调用GNSS服务模块422，获取数据存储层3中的定位数据；其用于调用综合查询模块421，获取数据存储层3中的海洋环境监测数据；其用于调用应用模型模块423，获得防台风预警分析决策模型，基于防台风预警分析决策模型以及定位数据、海洋环境监测数据，计算出台风影响范围，并进行可视化展示，实现海洋防台风功能。由于浮标上安装有传感器组件和定位模块，因此，当某几个传感器组件传输的海洋环境监测数据风速超过阈值时，则根据这几个传感器组件的位置即为确定台风位置，通过浮标上的定位模块传输的定位数据即可获知台风位置。
本实施例的海洋数据管理应用平台，通过数据感知层1获取定位数据和海洋环境监测数据，并通过数据传输层2发送至服务层4的基础组件模块41，由基础组件模块41存储至数据存储层3；通过在平台服务模块42上设置综合查询模块421、GNSS服务模块422、应用模型模块423，便于业务应用层5的调用；通过在业务应用层5设置海洋水文气象动态监控应用模块51、海洋平台安全作业模块52、海洋应急搜救应用模块53、海面溢油漂移预测应用模块54、海洋灾害预报应用模块55，实现海洋水文气象动态监控功能、海洋平台安全作业防护功能、海洋应急搜救功能、海面溢油漂移预测功能、海洋灾害预报功能，为用户提供丰富的功能，并进行可视化展示，提高了用户的使用体验。而且，实现了对数据感知层传输的数据的综合管理利用。
在本实施例中，业务应用层5还包括海洋牧场管理应用模块56。海洋牧场管理应用模块56，其用于调用GNSS服务模块422，获取数据存储层3中的定位数据；并调用综合查询模块421，获取数据存储层3中的海洋环境监测数据；并将获得的定位数据和海洋环境监测数据进行可视化展示，实现海洋牧场监控功能。而且当获得的定位数据超出海洋牧场的电子围栏时，进行报警，提示工作人员及时采取措施。
具体来说，GNSS服务模块422、综合查询模块421读取数据存储层3，获得与属于海洋牧场的浮标的浮标标识对应的定位数据和海洋环境监测数据，并进行可视化展示，实现海洋牧场监控功能。当定位数据超过海洋牧场的电子围栏范围时，发出报警信息。
在本实施例中，数据存储层3还存储有电子海图、卫星图、基础地图、海洋基本要素、基础地理信息、地图要素信息，以及基准站信息（包括基准站的名称、位置等信息）、海洋牧场信息（包括海洋牧场的名称、位置等信息）、海洋平台信息（包括海洋平台的名称、位置等信息）。
平台服务模块42还包括GIS服务模块424，GIS服务模块424用于通过基础组件模块41获取数据存储层3中的电子海图、卫星图、基础地图、海洋基本要素、基础地理信息、地图要素信息、基准站信息、海洋牧场信息、海洋平台信息、定位数据、海洋环境监测数据；并在电子海图上可视化展示海洋基本要素和基础地理信息，以及在卫星图和基础地图上可视化展示地图要素信息、基准站信息、海洋牧场信息、海洋平台信息以及定位数据、海洋环境监测数据。业务应用层6根据需要调用GIS服务模块424，实现各种信息的可视化展示，给用户以直观的感受，方便用户查看。
其中，海洋基本要素包括海岸线、深度、海床区、礁石、海岛、堤坝、验潮站等；基础地理信息包括地貌信息(水系、盐田)、交通信息(锚地、港口设施、航道、分道通航符号、线状障碍物、点状障碍物)等；地图要素信息包括兴趣点、公路、铁路、水系、居民地、城市绿地等。
GIS服务模块424基于GIS平台、显示设备和基础地理信息，以交互的方式实现数据的读取和管理。GIS服务模块424在电子海图完成海洋基本要素，包括海岸线、深度、海床区、礁石、海岛、堤坝、验潮站等的可视化；在电子海图完成基础地理数据，包括地貌信息(水系、盐田)、交通信息(锚地、港口设施、航道、分道通航符号、线状障碍物、点状障碍物)的可视化。在卫星图和基础地图上完成兴趣点、公路、铁路、水系、居民地、城市绿地等地图要素信息以及基准站信息、海洋牧场信息、海洋平台信息、定位数据、海洋环境监测数据（包括浮标、风场、海浪、洋流、海温、气温、降水、气压、台风等信息）的可视化。
在本实施例中，平台服务模块42还包括三维可视化调用模块425，用于调用预先生成的海洋数据管理应用平台的三维模拟动画，便于用户获知整个海洋数据管理应用平台的结构。海洋数据管理应用平台的三维模拟动画存储在局域网中，三维可视化调用模块425调用网页接口，通过网页接口访问局域网，从而调出海洋数据管理应用平台的三维模拟动画。
海洋数据管理应用平台的三维模拟动画，是通过采用WEBGIS和Unity3D开发引擎，构建整个海洋立体观测网（各个基站、浮标、各种卫星组成的一个网络，提供海上通信、高精度定位服务），海洋立体观测网是由综合感知网、时空基准网、海洋通信网这三网模型组合而成，显示立体动态效果的天空、陆地、海面、浅海水域、深海水域、海底、岛屿等地理要素，以及立体观测网络中的Argo 浮标、抛弃式测量通信浮标、水下滑翔机显示运动轨迹；卫星、雷达、所有基准站、船、剖面锚系浮标、岛礁中继站、岛礁工作站、AUV，以及海洋通信网、时空基准网、综合感知网通信链路的分层及组合查看，以三维动画效果直观展示出整个海洋立体观测网的组成。本模块是一个独立的模块，向业务应用层5提供该三维可视化的调用接口，供用户调用添加。海洋数据管理应用平台的三维模拟动画，利用WEBGIS和Unity3D技术实现数据可视化；通过WEBGIS技术实现海洋监测数据的可视化，例如对于浮标位置和海洋平台位置，采用点和线的方式展示；对于海温、风向风速、降水量等海洋水文气象数据，采用点线面的方式动态表示其变化；通过Unity3D技术构建海洋立体观测网的可视化模型，为海洋资源数据的开发利用提供直观高效的展示平台。
在本实施例中，平台服务模块42还包括信息共享发布模块426，用于通过基础组件模块41获取数据存储层3的数据，并通过WebAPI和WebService接口向业务应用层5提供调用接口。业务应用层5调用平台服务模块42，可以向外界共享发布数据存储层3的数据。
数据存储层3用于提供统一的海洋数据基础，具有数据存储的功能，是海洋综合管理应用平台的数据源，集成了海洋各类空间和非空间数据，为其他功能层提供海洋基础的地理数据与环境动态数据。采用数据库集成技术和分表技术，统一管理多源数据，并实现快速条件查询响应。在本实施例中，为了便于存储及查找数据，数据存储层3包括海洋信息数据库31、公共基础数据库32、GIS数据库33、综合数据库34。
海洋信息数据库31，用于存储定位模块发送的定位数据及其他数据、传感器组件发送的海洋环境监测数据及其他信息、短报文收发模块发送的短报文信息及其他信息等。海洋信息数据库31，还用于存储所有浮标的数量及各个状态的百分比（在线浮标、故障浮标、离线浮标的百分比）。
公共基础数据库32，用于存储登录信息、权限信息、基准站信息（包括基准站的名称、位置、属性信息等）、海洋牧场信息（包括海洋牧场的名称、位置、属性信息等）、海洋平台信息（包括海洋平台的名称、位置、属性信息等）、日志数据（包括设备报警日志、平台报警日志、数据上传日志、平台管理日志等）。
GIS数据库33，用于存储电子海图、卫星图、基础地图、海洋基本要素、基础地理信息、地图要素信息。
综合数据库34，用于存储海洋环境预报数据、海洋灾害数据、应急搜救数据等。其中，海洋环境预报数据包括海面风、海浪、洋流、海温、气温、降水、气压、台风等数据；海洋灾害数据包括台风、风暴潮、赤潮、绿潮、溢油等数据。应急搜救数据包括事故地点、事故原因、应急处理机构、应急方案、搜救参与人员、应急现场照片视频等数据。
在本实施例中，基础组件模块41包括存取模块411、内源数据处理模块412、外源数据处理模块413、内外数据融合模块414、数据应用分析模块415、数据权限管理模块416等。基础组件模块41的各个模块功能划分清楚，有利于基础组件模块41的有序运行。
存取模块411，其用于对数据存储层3的各个数据库进行读写操作。存取模块411提供数据库操作管理功能，包括数据导入导出、数据更新、数据编辑、数据备份等，存取模块411主要供平台服务模块42中的综合查询、登录服务、统计分析、GIS/GNSS服务等模块调用。
内源数据处理模块412，其用于与数据传输层3进行通信，接收数据传输层3发送的数据，包括定位数据、海洋环境监测数据及其他数据，并进行处理（将数据在时间和空间上的冗余信息使用算法优化组合，即进行预处理操作，去掉坏数据）后发送至存取模块411，通过存取模块411存储至海洋信息数据库31。内源数据处理模块412还用于获取基准站信息、海洋牧场信息、海洋平台信息，进行处理后通过存取模块411存储至公共基础数据库32。内源数据包括实时采集数据和预存储数据两种类型；其中，实时采集数据来自数据感知层1实时上传至数据传输层2的数据；预存储数据为预先存储到公共基础数据库32中的数据，包括基准站信息、海洋平台信息、海洋牧场信息、海洋浮标信息（浮标标识、类型、数量等）等。内源数据处理模块412对预存储数据进行处理，将数据内容格式化存储到公共基础数据库32中。内源数据处理模块412，对获取的数据进行过滤、筛选、格式转换、反演等预处理操作，生成为数据库所接受的信息数据，并将数据按照类别分别存放入数据库中。
外源数据处理模块413，其用于获取电子海图、卫星图、基础地图、海洋基本要素、基础地理信息、地图要素信息，进行处理后通过存取模块411存储至GIS数据库33。外源数据处理模块413还用于获取海洋环境预报数据、海洋灾害数据、应急搜救数据，进行处理后通过存取模块411存储至综合数据库34。外源数据处理模块413定时获取外源数据，将数据从来源端经过抽取、转换、加载至数据库，包括原始数据清洗、检查更新、按照预先定义好的数据格式加载到数据库。
内外数据融合模块414，其接收数据应用分析模块415的指令，调用存储模块411，从数据存储层3中获取海洋平台信息、海洋牧场信息、海洋环境监测数据、基础地理数据等，以及各部门公开共享数据，实现数据实时高效调用。内外数据融合模块415向平台服务模块42的应用模型模块423提供调用接口。
数据应用分析模块415，其用于与平台服务模块42进行通信，根据平台服务模块42的指令控制存取模块411、内源数据处理模块412、外源数据处理模块413、内外数据融合414、数据权限管理416的运行。例如，接收平台服务模块42的读取指令，控制存取模块411从相应的数据库中读取相应的数据。数据应用分析模块415，根据平台服务模块42发送的指令，根据各类应用的建设需求，分析应用所需内源数据和外源数据，调用内外数据融合模块414，返回数据给平台服务模块42的应用模型模块或者其他模块使用，支持业务应用层的各应用方向的功能建设。
数据权限管理416，根据用户角色权限，分配调用各类数据库的权限，实现不同的用户在应用平台中有不同的数据范围、功能、管理等权限。
在本实施例中，平台服务模块42还包括登录服务模块427，用于为用户提供统一登录服务。登录服务模块427调用基础组件模块41中的数据权限管理模块416以及存储模块411。
平台服务模块42还包括统计分析模块428，统计分析模块428调用基础组件模块41中的存储模块411，获取海洋信息数据库31的数据，对数据进行统计，根据设备类型、时间等要素分析结果，输出对应报告等。例如海洋牧场管理中，支持根据浮标标识、浮标名称、时间范围、监测要素等条件，对海洋环境监测数据进行统计分析，包括最大值、最小值、平均值、超过设定阈值以上天数、风或波浪方向频率统计、各要素时序变化曲线等。
平台服务模块42通过数据感知层1、数据传输层2获取原始观测数据，通过服务层4对数据处理后存储在数据存储层3，并对外提供接口服务。业务应用层5调用服务层4的各类模块接口，根据业务类别，实现业务应用层的多种业务应用。
平台服务模块42中各模块的调用关系为：
平台服务模块42的综合查询模块421，发送读取指令至数据应用分析模块415，调用存取模块411，获取数据存储层3的各个数据库的数据，提供查询服务。
平台服务模块42的GNSS服务模块422，发送读取指令至数据应用分析模块415，调用存取模块411，获取数据存储层3的海洋信息数据库31的数据，获得定位数据。GNSS服务模块422，还提供厘米级的高精度定位服务接口，通过互联网全天候播发差分数据，为沿海地区提供位置数据服务。
平台服务模块42的应用模型模块423，发送读取指令至数据应用分析模块415，调用内外数据融合模块414和存取模块411，获取海洋信息数据库31、公共基础数据库32、GIS数据库33、综合数据库34的数据，对不同的海洋应用分别进行建模，构建特定海洋应用模型服务，如构建海上目标物漂移预测模型、海上溢油漂移预测模型、防台风预警分析决策模型。例如要实现海洋灾害预报应用模块的防台风预警功能，需要调用应用模型模块423，构建防台风预警分析决策模型，通过模型对海洋牧场信息和台风预报数据信息的处理，得到台风经过该海洋牧场时的影响大小，从而实现台风预警和辅助决策的作用。
平台服务模块42的GIS服务模块424，发送读取指令至数据应用分析模块415，调用存取模块411，获取GIS数据库的数据。
平台服务模块42的信息共享发布模块426，发送读取指令至数据应用分析模块415，调用内外数据融合模块414和存取模块411，获取相应数据库的数据，通过WebAPI和WebService接口对外提供服务。
业务应用层5基于多源海洋监测数据和预报数据，在数据存储层3的支持下，根据业务应用方向，进行整合，实现海洋平台安全作业、海洋应急搜救、海洋牧场管理、海洋灾害预报、海洋水文气象动态监控、海面溢油漂移预测、港口高精度定位服务等业务应用的建设，针对不同用户需求，提供对应的数据服务。
业务应用层5的海洋水文气象动态监控应用模块51，调用了平台服务模块42中的综合查询、GIS服务、GNSS服务、统计分析、应用模型等模块接口，获取海洋环境监测数据，进行可视化展示。海洋水文气象动态监控应用模块51，能够实现历史数据查询等功能，支持当前空气质量情况（风速、风向、气压、气温、湿度）、水环境质量（水温、叶绿素、PH 值、盐度、溶解氧、浊度）、实时监控视频画面等信息的统计查看，以数值、曲线图、柱状图、列表等多种方式展示。
业务应用层5的海洋平台安全作业模块52，调用了平台服务模块42中的综合查询、登录服务、三维可视化、GIS服务、GNSS服务、统计分析等模块接口；获取数据存储层3中的定位数据，进行可视化展示。业务应用层5以海洋平台作业人员防护为需求，利用北斗相对高精度定位技术和WIFI、LORA等区域无线技术，构建基于北斗相对高精度的海洋平台作业安全防护系统，完成海洋平台作业人员的主要安全防护问题。
业务应用层5的海洋应急搜救应用模块53，调用了平台服务模块42中的综合查询、登录服务、三维可视化、GIS服务、GNSS服务、统计分析、应用模型等模块接口，获得海上目标物漂移预测模型，计算出海上目标物漂移预测路线，进行可视化展示。海洋应急搜救应用模块53，针对海上遇险实时报警、准确定位、远程通信市场需求，实现搜救现场和搜救中心的险情信息快速、准确的交流。具体来说，海洋应急搜救应用模块53根据定位数据和海洋环境监测数据，包括事故地点经纬度、事故时间、风场数据、流场数据、目标物类型、风作用参数、流作用参数、预报时长等信息，基于海上目标物漂移预测模型，事先计算出一定时间（48 小时）的海上目标物漂移预测路线，并将相关预测结果进行可视化展示，提供海上搜救漂移预测应用服务。可视化展示的内容包括事故起点、漂移预测路线、事故预测终点、关键时刻点、目标物搜寻概率散点、逐时风流背景场等信息，可同步叠加对应时刻的海洋水文气象场数据，以及周边浮标实时监测数据，包括海风、海流信息，以便查看事故周边海况信息。
业务应用层5的海面溢油漂移预测应用模块54，调用了平台服务模块42中的综合查询、登录服务、GIS服务、GNSS服务、统计分析、应用模型等模块接口，获得海上溢油漂移预测模型，计算出海面溢油漂移扩散路线，并进行可视化展示。海面溢油漂移预测应用模块54，针对近海海域环境条件和海面溢油应急需求，能够对发生在近海的溢油事故进行动态预测并给出应急决策方案。具体来说，海面溢油漂移预测应用模块54根据定位数据（包括事故地点经纬度、事故时间）和海洋环境监测数据（包括风场数据、流场数据），以及油品信息（所属国家、类型、密度、粘度）、溢油量、预报时长等信息，基于海上溢油漂移预测模型，事先计算出一定时间（24 小时）的海面溢油漂移扩散路线，并将相关预测结果进行可视化展示，提供海面溢油漂移预测应用服务。
业务应用层5的海洋灾害预报应用模块55，调用了平台服务模块42中的综合查询、登录服务、GIS服务、GNSS服务、统计分析、应用模型、信息共享发布等模块接口，获得防台风预警分析决策模型，计算出台风影响范围，并进行可视化展示。海洋灾害预报应用模块55，可在地图查看海洋牧场、海上构筑物的空间位置、蓝橙红三级警戒圈等信息，并根据台风路径、风圈大小、风力等级等信息，基于防台风预警分析决策模型，事先计算出台风对每个海洋牧场、海上构筑物的影响程度，包括是否受影响、何时受影响、受影响程度等信息，并将相关分析结果进行可视化展示，提供防台风预警决策应用服务。
业务应用层5的海洋牧场管理应用模块56，调用了平台服务模块42中的综合查询、登录服务、三维可视化、GIS服务、GNSS服务、统计分析、应用模型等模块接口。对海洋牧场的海洋环境监测数据进行实时显示，提供海洋牧场实时海况监测、实时水质监测服务；而且，可在地图上显示浮标的地理位置、实时监测数据等信息。
业务应用层5还包括港口高精度定位服务模块57，调用了平台服务模块42中的综合查询、登录服务、GIS服务、GNSS服务、统计分析等模块接口。港口高精度定位服务模块57，为实现港口码头作业高精度定位服务，基于全球卫星导航系统GNSS定位技术和差分数据处理方法，实现港口厘米级定位精度应用的要求，可用于港口车辆高精度定位管理、机械定位管理等方面。本应用方向的一个具体实现是对港口集装箱货车的管理，集装箱货车上安装的定位设备，连接到服务层4平台服务模块42中GNSS服务模块422提供的高精度定位服务接口，实时接收该接口播发的差分数据，实时获取高精度位置、动态等信息，回传到该海洋数据管理应用平台进行处理，并与GIS服务结合，实现车辆位置数据可视化管理。
服务层4和业务应用层5主要用于提供丰富的海洋信息服务和一体化的决策支持环境。平台服务模块42为业务应用层5提供快速有效的数据操作服务，并用于接收命令数据，进行相应的逻辑处理，实现具体的应用功能。业务应用层5主要用于数据信息的展示，同时也是用户直接调用的交互窗口，可以为用户提供操作界面；便于管理员管理数据库和用户信息；用于为用户提供基础地图服务；用于对分析后的数据信息通过文本和图表的形式进行可视化展示。
本实施例的海洋数据管理应用平台，集成了各种专项业务应用系统，通过统一的登录管理，提供统一的业务界面，对不同权限的用户分配服务资源，实现在平台的综合管理。
本实施例的海洋数据管理应用平台，基于精密动态海洋时空基准平台，分析基于GIS、GPS和传感器等多种监测手段获取的实时动态海洋环境监测数据，面向海洋应用，通过WEBGIS技术和数据处理技术，设计并实现多源海洋数据综合管理应用平台，完成多源海洋数据的存储、管理、计算、可视化和应用，解决当前海洋信息化管理中存在的系统封闭、信息孤立等问题，实现了海洋空间资源的统一整合、一体化数据管理及海陆一体化空间信息管理应用。
本实施例的海洋数据管理应用平台，解决了常见的海洋综合信息平台中存在的观测数据单一、多源数据融合难以形成有效分析集，项目应用难以综合管理的问题。时空基准网是一切表征事物属性的物理空间状态和演化过程的标识，本实施例基于全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）实现的高精度时空基准网，建立一个广域化、联网化和任务精细化的海洋环境监测及数据综合管理平台。
本实施例的海洋数据管理应用平台，基于海洋立体观测网络（各个基站、浮标、各种卫星组成的一个网络，提供海上通信、高精度定位服务），解决了多源海洋观测数据的数据融合问题，实现了数据的统一管理；解决了多源海洋数据实时传输存储和数据异构难题，利用接口开发实现统一平台化管理，实现海洋资源的集中管理；综合利用内网和外网的优势进行服务部署，同时增加管理权限，保证了平台数据的独立和安全，也实现了对存储数据库数据的有效监管；实现了多源海洋数据在海洋搜救、防台风预警、海面溢油预报等方面的综合应用管理，通过WEBGIS和Unity三维立体技术为海洋资源数据的开发利用提供直观高效的展示平台。
本实施例的海洋数据管理应用平台，基于海洋立体观测网络，集成海洋环境预报数据、海洋环境监测数据、北斗定位数据和基础地理信息数据等，构建起海洋数据管理应用平台，实现了海洋环境预报数据的接收、预处理、动态可视化、预报信息查询，海洋环境监测数据的查询检索、统计分析、预警设置，以及用户注册/登录、设备资源管理、用户权限控制等功能，提供全球长时间序列海洋环境监测历史数据查询、多要素海洋水文气象预报、重点区域精细化海洋水文气象预报、实时海洋监测等服务，满足多尺度多场景的海洋预报与监测需求，将在海洋牧场管理、海洋预报、海上设施防台风决策支持等业务中发挥积极作用。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种海洋数据管理应用平台，其特征在于，包括数据感知层、数据传输层、数据存储层、服务层、业务应用层；其中，
所述数据感知层，其包括定位模块和传感器组件；所述定位模块用于获取定位数据，并发送至所述数据传输层；所述传感器组件用于获得海洋环境监测数据，并发送至所述数据传输层；
所述数据传输层，其用于将接收到的定位模块发送的数据以及传感器组件发送的数据传输至所述服务层；
所述数据存储层，其用于存储数据；
所述服务层，其包括基础组件模块和平台服务模块；
所述基础组件模块，其用于与所述数据传输层进行通信，接收所述数据传输层发送的定位数据和海洋环境监测数据，进行处理后存储至所述数据存储层；以及用于读取所述数据存储层的数据；
所述平台服务模块，其包括：
综合查询模块，其用于通过所述基础组件模块获取所述数据存储层中的海洋环境监测数据；
GNSS服务模块，其用于通过所述基础组件模块获取所述数据存储层中的定位数据；
应用模型模块，其用于构建海上目标物漂移预测模型、海上溢油漂移预测模型、防台风预警分析决策模型；
所述业务应用层，其包括：
海洋水文气象动态监控应用模块，其用于调用所述综合查询模块，获取所述数据存储层中的海洋环境监测数据，并进行可视化展示；
海洋平台安全作业模块，其用于调用所述GNSS服务模块，获取所述数据存储层中的定位数据，并进行可视化展示；
海洋应急搜救应用模块，其用于调用所述GNSS服务模块，获取所述数据存储层中的定位数据；并调用所述综合查询模块，获取所述数据存储层中的海洋环境监测数据；并调用所述应用模型模块，获得海上目标物漂移预测模型，基于所述目标物漂移预测模型计算出海上目标物漂移预测路线，并进行可视化展示；
海面溢油漂移预测应用模块，其用于调用所述GNSS服务模块，获取所述数据存储层中的定位数据；其用于调用所述综合查询模块，获取所述数据存储层中的海洋环境监测数据；其用于调用所述应用模型模块，获得海上溢油漂移预测模型，基于所述海上溢油漂移预测模型计算出海面溢油漂移扩散路线，并进行可视化展示；
海洋灾害预报应用模块，其用于调用所述GNSS服务模块，获取所述数据存储层中的定位数据；其用于调用所述综合查询模块，获取所述数据存储层中的海洋环境监测数据；其用于调用所述应用模型模块，获得防台风预警分析决策模型，基于所述防台风预警分析决策模型计算出台风影响范围，并进行可视化展示。
2.根据权利要求1所述的海洋数据管理应用平台，其特征在于，所述业务应用层还包括：
海洋牧场管理应用模块，其用于调用所述GNSS服务模块，获取所述数据存储层中的定位数据；并调用综合查询模块，获取所述数据存储层中的海洋环境监测数据；并将获得的定位数据和海洋环境监测数据进行可视化展示；且当获得的定位数据超出海洋牧场的电子围栏时，进行报警。
3.根据权利要求1所述的海洋数据管理应用平台，其特征在于，
所述数据存储层还存储有电子海图、卫星图、基础地图、海洋基本要素、基础地理信息、地图要素信息，以及基准站信息、海洋牧场信息；
所述平台服务模块还包括：
GIS服务模块，其用于通过所述基础组件模块获取所述数据存储层中的电子海图、卫星图、基础地图、海洋基本要素、基础地理信息、地图要素信息、基准站信息、海洋牧场信息、定位数据、海洋环境监测数据；并在电子海图上可视化展示海洋基本要素和基础地理信息，以及在卫星图和基础地图上可视化展示地图要素信息、基准站信息、海洋牧场信息以及定位数据、海洋环境监测数据。
4.根据权利要求1所述的海洋数据管理应用平台，其特征在于，所述平台服务模块还包括：
三维可视化调用模块，其用于调用预先生成的海洋数据管理应用平台的三维模拟动画。
5.根据权利要求1所述的海洋数据管理应用平台，其特征在于，所述平台服务模块还包括：
信息共享发布模块，其用于通过所述基础组件模块获取所述数据存储层的数据，并通过WebAPI和WebService接口向所述业务应用层提供调用接口。
6.根据权利要求1所述的海洋数据管理应用平台，其特征在于，所述数据存储层包括：
海洋信息数据库，用于存储定位数据、海洋环境监测数据；
公共基础数据库，用于存储登录信息、权限信息、基准站信息、海洋牧场信息；
GIS数据库，用于存储电子海图、卫星图、基础地图、海洋基本要素、基础地理信息、地图要素信息；
综合数据库，用于存储海洋环境预报数据、海洋灾害数据、应急搜救数据。
7.根据权利要求6所述的海洋数据管理应用平台，其特征在于，所述基础组件模块包括：
存取模块，其用于对所述数据存储层的各个数据库进行读写操作；
内源数据处理模块，其用于与所述数据传输层进行通信，接收所述数据传输层发送的定位数据和海洋环境监测数据，进行处理后通过所述存取模块存储至海洋信息数据库；还用于获取基准站信息、海洋牧场信息，进行处理后通过所述存取模块存储至公共基础数据库；
外源数据处理模块，其用于获取电子海图、卫星图、基础地图、海洋基本要素、基础地理信息、地图要素信息，进行处理后通过所述存取模块存储至GIS数据库；还用于获取海洋环境预报数据、海洋灾害数据、应急搜救数据，进行处理后通过所述存取模块存储至综合数据库；
数据应用分析模块，其用于与所述平台服务模块进行通信，根据所述平台服务模块的指令控制所述存取模块、内源数据处理模块、外源数据处理模块的运行。
8.根据权利要求1所述的海洋数据管理应用平台，其特征在于，所述传感器组件包括：
海洋气象传感器，用于获取气象信息；
海洋波浪传感器，用于获取波浪数据；
海水水质传感器，用于获取水质数据；
电子罗盘，用于获取姿态数据；
摄像设备，用于获取音频数据、视频数据。
9.根据权利要求1所述的海洋数据管理应用平台，其特征在于，所述数据感知层还包括短报文收发模块，其与北斗卫星进行通信。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的海洋数据管理应用平台，其特征在于，
所述数据传输层包括4G模块、LORA模块、光纤、局域网模块、互联网模块、北斗模块中的一种或多种。
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