CN114022306A - 一种地下水信息应用服务系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种地下水信息应用服务系统，包括设施层、支撑层和业务应用层，其中：设施层，用于获取不同区域监测设备采集到的地下水监测数据，并根据数据应用需求，将地下水监测数据发送到支撑层；支撑层，用于根据数据应用需求，与设施层进行数据交互，并将数据交互结果发送到业务应用层；业务应用层，用于将数据应用需求发送到支撑层，并根据支撑层上传的数据交互结果，按照数据应用类型，对地下水监测数据进行处理，得到对应的地下水信息应用服务结果。本发明有效提升了地下水监测信息化技术水平和服务能力。

Description

一种地下水信息应用服务系统

技术领域

本发明涉及地下水监测技术领域，尤其涉及一种地下水信息应用服务系统。

背景技术

水资源是指地球上具有一定数量和可用质量，且能从自然界获得补充并可资利用的水，其中，地下水资源作为水资源的重要组成部分，不仅弥补了地表水资源时空分布不均匀引起的区域供水不足，同时支撑保护了自然生态环境的可持续发展。随着人类活动和自然环境影响的加剧，地下水资源在缓解日趋紧张的供需矛盾和维护生态环境和谐发展中所具有的重要意义日益凸显。近年来地下水的不合理开发利用在很大程度上改变了天然地下水赋存状态，引发了一系列如地面沉降、地裂缝、海水入侵和水质污染等地质环境问题，成为影响生产生活安全和生态环境和的主要问题。

现有的地下水监测信息均是以各地区为单位，独自实现的地下水监测数据采集、分析及管理，每个地区之间的监测标准和分析方式等存在较大差异，未对地下水信息进行整合，导致地下水水位和水质不能实施有效监测。

由于目前尚没有统一科学的整合地下水信息用于地下水信息管理。因此，现在亟需一种地下水信息应用服务系统来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种地下水信息应用服务系统。

本发明提供一种地下水信息应用服务系统，包括设施层、支撑层和业务应用层，其中：

所述设施层，用于获取不同区域监测设备采集到的地下水监测数据，并根据数据应用需求，将所述地下水监测数据发送到所述支撑层；

所述支撑层，用于根据所述业务应用层发送的数据应用需求，与所述设施层进行数据交互，以对所述地下水监测数据进行处理，并将数据交互结果发送到所述业务应用层；

所述业务应用层，用于将获取到的数据应用需求发送到所述支撑层，并根据所述支撑层上传的数据交互结果，按照数据应用类型，对所述地下水监测数据进行处理，得到对应的地下水信息应用服务结果。

根据本发明提供的一种地下水信息应用服务系统，所述系统还包括数据层，所述数据层设置在所述设施层和所述支撑层之间，用于基于大数据技术，对所述设施层采集的地下水监测数据进行存储、管理和调度，并为所述地下水监测数据的访问提供统一服务接口。

根据本发明提供的一种地下水信息应用服务系统，所述数据层包括数据库管理模块、物联网平台、数据同步交换模块以及地下水监测综合数据库，其中：

所述数据库管理模块，用于对所述地下水监测综合数据库中的空间数据、数据属性和空间数据进行管理；

所述物联网平台与不同区域的多个监测设备无线连接，用于接收所述地下水监测数据，并根据数据应用需求，将所述地下水监测数据发送到所述地下水监测综合数据库进行存储；

所述数据同步交换模块，用于基于所述地下水监测综合数据库，将不同地下水监测部门之间的地下水监测数据进行数据同步交换；

所述地下水监测综合数据库，用于通过所述物联网平台，存储接收到地下水监测数据，并根据所述数据应用需求，将对应的地下水监测数据上传到所述支撑层。

根据本发明提供的一种地下水信息应用服务系统，所述支撑层包括数据访问服务模块和地下水监测基础支撑平台，其中：

地下水监测数据所述数据服务访问模块，用于根据所述数据应用需求，从所述设施层或所述地下水监测综合数据库中获取到对应的地下水监测数据；

所述地下水监测基础支撑平台，用于根据所述数据应用需求和地下水监测综合数据库，为所述业务应用层提供相应的数据支持和服务支持。

根据本发明提供的一种地下水信息应用服务系统，所述业务应用层是由多个不同的子系统组成的，每个子系统根据对应的数据应用需求生成地下水信息应用服务结果，所述多个不同的子系统包括：数据接收与设备管理子系统、监测井与数据管理子系统、综合分析子系统、模拟计算子系统、野外设备运维移动客户端子系统、综合展示子系统、数据填报子系统子系统，以及服务共享与成果发布子系统，其中：

所述数据接收与设备管理子系统，用于根据不同监测设备和数据传输方式，采用多并发接收所述地下水监测数据，并对地下水监测井、通讯设备、监测设备、监测数据和数据接收情况进行信息管理；

所述监测井与数据管理子系统，用于对地下水监测井信息和监测井监测数据进行管理，所述地下水监测井信息至少包含监测井维修信息、监测井维护信息、监测井保修信息和人工采集信息；

所述综合分析子系统，用于根据所述地下水监测数据，进行水文地质三维建模、动态分析功能、水量评价和水质评价；

所述模拟计算子系统，用于根据所述地下水监测数据，以数值模拟及可视化的方式，进行水流模拟和地下水运移模拟；

所述野外设备运维移动客户端子系统，用于在野外实时通过移动终端对监测井的基本信息、维修维护信息、运行与采样信息、水文地质环境信息以及监测设备信息进行填报和查询；

所述综合展示子系统，用于通过地理信息系统技术、数据可视化技术和智能仪表盘技术，进行监测数据接收、监测设备和数据异常报警的实时可视化，以及统计信息和关键参数的可视化展示；

所述数据填报子系统，用于为监测井的基本信息、维修维护信息、运行与采样信息、水文地质环境信息以及监测设备信息提供填报和查询的操作界面；

所述服务共享与成果发布子系统，用于为不同的网络环境推送对应的地下水监测数据和信息。

根据本发明提供的一种地下水信息应用服务系统，所述地下水监测基础支撑平台包括公共基础组件库和应用组件库，其中：

所述公共基础组件库，用于根据所述数据应用需求，提供数据库维护管理组件、数据查询组件、数据交换服务组件、算法管理组件、消息服务组件和目录服务组件；

所述应用组件库，用于根据所述数据应用需求，提供地理信息系统服务组件、报表工具组件、图表工具组件、模型工具组件、流程控制组件和告警服务组件。

根据本发明提供的一种地下水信息应用服务系统，所述地下水监测综合数据库包括监测动态数据库，空间数据库、业务数据库和成果数据库，其中：

所述监测动态数据库，用于存储地下水动态监测数据、地下水质量动态监测数据；

所述空间数据库，用于存储基础地理信息空间数据、水文地质空间数据和环境地质问题空间数据；

所述业务数据库，用于存储地下水监测钻孔资料数据、水量预测数据、水资源分析评价数据和地面沉降监测数据；

所述成果数据库，用于存储综合研究成果数据和地下水资料情报数据。

根据本发明提供的一种地下水信息应用服务系统，所述综合分析子系统的动态分析功能包括离子动态分析、地下水均衡分析、水头预警分析、化学平衡分析、水化学特性分析和水质分析。

根据本发明提供的一种地下水信息应用服务系统，所述系统还包括容灾中心数据库，所述容灾中心数据库和所述地下水监测综合数据库之间通过异步复制方式进行数据备份。

根据本发明提供的一种地下水信息应用服务系统，所述系统还包括：服务层，用于根据数据应用需求，将业务应用层上传的各种数据发送到不同的地下水监测部门或用户终端。

本发明提供的一种地下水信息应用服务系统，整合了地下水监测数据管理、成果制作、信息发布和共享服务的业务联动需求，有效提升了地下水监测信息化技术水平和服务能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的地下水信息应用服务系统的结构示意图；

图2为本发明提供的业务应用层多个子系统的工作流程示意图；

图3为本发明提供的数据接收与设备管理子系统的工作流程示意图；

图4为本发明提供的地下水信息应用服务系统的整体框架示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明充分利用地下水监测工程建设成果，在统一的平台上，整合和利用现有的地下水监测数据、技术标准和信息系统，构建统一的数据标准和基础支撑平台，提供统一的数据服务、公共组件以及系统框架；建设数据科学计算平台、综合分析、共享和展示等业务系统，建设地下水监测工程信息应用服务系统；建设数据交换服务以及工具，实现国家与省级数据的统一，为地质环境信息化平台以及水利系统提供数据对接服务。最终实现国家地下水监测信息服务综合云平台，为各类用户提供地下水数据以及工具服务。

图1为本发明提供的地下水信息应用服务系统的结构示意图，如图1所示，本发明提供了一种地下水信息应用服务系统，包括设施层101、支撑层102和业务应用层103，其中：

所述设施层101，用于获取不同区域监测设备采集到的地下水监测数据，并根据数据应用需求，将所述地下水监测数据发送到所述支撑层102。

在本发明中，基于基础设施即服务(Infrastructure as a Service，简称IaaS)构建设施层101。在IaaS这种服务模型中，用户不用自己构建一个数据中心，而是通过租用的方式来使用基础设施服务，包括服务器、存储和网络等，从而在灵活性、扩展性和成本等方面具有很强的优势。具体地，本发明的设施层101是多个运维终端和多个监测站点，通过不同的无线传输(例如，GPRS、3G/4G、NB-LOT或北斗卫星传输)的方式构建得到，主要负责采集、发送不同省市的地下水监测数据，并为地下水信息应用服务系统提供基础运行环境和计算机资源。在本发明中，还可通过私有云平台，为地下水信息应用服务系统提供所需的计算资源、存储资源以及安全防护设备，具体地，私有云平台为地下水信息应用服务系统提供所需的计算资源、存储资源以及安全防护设备。在本发明中，私有云平台与多个地下水监测相关部门的网络环境相连接，例如，地质调查业务网支持各级地质调查业务和管理部门的数据交换业务；水利地下水监测网络是由水利部门实施全国地下水监测而建立的专有网络，实现两者之间数据交换；省级监测总站，负责对本省区域内的监测站点建设、管理、维护工作，与国家节点之间通过地质环境专线连接。

此外，监测设备实现对地下水监测点的数据采集，可通过物联网平台接收全国监测设备通过GPRS/3G/4G等发送过来的地下水水位、水温、流量和水质等监测数据。当接收到支撑层102发送的数据应用需求时，将对应的地下水监测数据发送到支撑层102，以供支撑层102进行数据同步与交换，并根据数据应用服务需求对应的具体内容，通过业务应用层103的应用子系统进行处理，得到该数据应用服务的地下水信息应用服务结果。

需要说明的是，在本发明中，各个区域地下水监测站点(例如每个省级地下水监测站点)的水位水温信息采集采用自动采集、自动传输方式，按要求定时或实时将测得数据自动传输到国家级地下水监测中心的运营商数据/短信网关设备(通过设施层101实现)，经国家级地下水监测中心同步传输至各省级中心(通过支撑层102实现)。进一步地，水质数据采用野外取样化验室分析方式，流量监测站的流量信息以人工监测和水位流量关系曲线推求为主，水位以自动监测自动传输为主。

所述支撑层102，用于根据所述业务应用层103发送的数据应用需求，与所述设施层101进行数据交互，以对所述地下水监测数据进行处理，并将数据交互结果发送到所述业务应用层103。

平台即服务(Platform as a Service，简称PaaS)是云计算的重要组成部分，提供运算平台与解决方案服务。在本发明中，基于PaaS的支撑层102包括数据访问服务模块和地下水监测基础支撑平台，其中：地下水监测数据所述数据服务访问模块，用于根据所述数据应用需求，从所述设施层或所述地下水监测综合数据库中获取到对应的地下水监测数据；所述地下水监测基础支撑平台，用于根据所述数据应用需求和地下水监测综合数据库，为所述业务应用层提供相应的数据支持和服务支持。

具体地，支撑层102即地下水信息应用服务系统的服务引擎(应用支撑平台)，基于面向服务的架构技术(Service-Oriented Architecture，简称SOA)，将应用程序的不同功能单元进行拆分，并通过这些功能单元之间定义良好的接口和协议联系起来，实现了数据存取、调度、查询、统计、分析和可视化等基础功能(除此之外，还提供了工作流引擎、GIS服务、数据计算服务、服务管理、用户管理和安全管理等功能)，全面支持B/S(Browser/Server，即浏览器/服务器)和C/S(Client/Server，即客户端/服务器)结构应用系统的开发和运行。在本发明中，支撑层102实现了面向地下水信息应用服务系统的常规数据库访问、Web GIS(Geographic Information System)、Web Service数据服务和数据交换应用，其内部主要组件支持分布式运行、集中管理和一体化服务。另外，支撑层102还以Web服务、RESTAPI以及功能组件等服务接口，提供二次开发服务接口。

本发明通过建立抽象的支撑层102，一方面将地下水信息服务业务应用，以及系统开发所需的共有功能进行抽象，为系统的开发提供便利；另一方面，通过对核心功能的抽象，实现核心功能的服务化，可以集中在支撑层102中对系统性能、可靠性、安全性进行调优和完善；除此之外，通过建立抽象的支撑层102，为后续开发新系统和网络服务做好技术支撑。在本发明中，通过支撑层102的数据同步组件，可实现国家监测中心与省级节点之间的数据同步，水利部监测数据之间的数据交换，以及监测院已有地下水监测数据之间数据共享等。

所述业务应用层103，用于将获取到的数据应用需求发送到所述支撑层102，并根据所述支撑层102上传的数据交互结果，按照数据应用类型，对所述地下水监测数据进行处理，得到对应的地下水信息应用服务结果。

软件即服务(Software-as-a-Service，简称SaaS)是一种软件布局模型，其应用专为网络交付而设计，便于用户通过互联网托管、部署及接入。在本发明中，业务应用层103基于SaaS构建，通过获取数据应用需求，支撑层102从设施层101得到的地下水监测数据，基于不同应用服务的子系统进行数据处理，该数据处理包含各类数据的分析、应用、展示和分享，从而将处理结果向业务应用人员、政府管理人员以及社会大众展示，主要实现对监测数据的统计分析、地下水评价、结果发布、水情以及政策发布等。

本发明的业务应用层103，是面向最终用户端(管理部门、业务部门和公众)的业务应用和信息服务，其中，业务应用集成了多种专业处理子系统和统计分析工具，可供专业人员利用这类工具形成的各种成果，可制作成多种用户易于理解的专题图件、电子文档和电子地图等介质的电子产品，并通过网络等形式进行发布，为各级部门提供专业和科普类的信息服务。同时，上述多种业务应用可基于统一的业务应用层103和支撑层102进行开发，根据应用场景和用户需求，提供Web客户端移动客户端。优选地，所述系统还包括：服务层，用于根据数据应用需求，将业务应用层上传的各种数据发送到不同的地下水监测部门或用户终端。通过服务层构建相应的信息服务网，或者其他对外公众号，可以为自然资源部、生态环境部、水利部、应急管理部、各级政府机构、科研人员和群众提供关于地下水的监测数据、水质数据、数据成果产品、相关应用和工具等。

本发明提供的地下水信息应用服务系统，整合了地下水监测数据管理、成果制作、信息发布和共享服务的业务联动需求，有效提升了地下水监测信息化技术水平和服务能力。

在上述实施例的基础上，所述系统还包括数据层，所述数据层设置在所述设施层和所述支撑层之间，用于基于大数据技术，对所述设施层采集的地下水监测数据进行存储、管理和调度，并为所述地下水监测数据的访问提供统一服务接口。

在本发明中，采集到的地下水监测数据，以及经过计算、分析或模拟后的得到的成果数据，通过关系型数据库管理系统(MySql)数据库存储，主要包括属性数据和文件数据。其中，属性数据为整编后关于地下水动态监测数据的水位监测数据、水质数据以及一些中间产品数据；文件数据指按数据应用需求生成的图表信息及曲线图信息，为数据展示平台提供数据支撑。除此之外，还设置非关系型数据库(Not Only SQL，简称NoSQL)，存储野外自动监测设备发送的原始报文、解析后的动态监测数据以及设备每日接收次数统计信息。

本发明通过设置数据层，对接收到的数据进行管理，考虑海量地下水动态监测数据存储、管理和调度的需求，引入大数据技术，综合应用关系数据库和非关系型数据库，满足海量数据管理、调度和分析的需求，从而实现地下水监测项目管理、监测数据接收、综合研究成果或其他工作获取的业务数据的统一存储和管理。

在上述实施例的基础上，所述数据层包括数据库管理模块、物联网平台、数据同步交换模块以及地下水监测综合数据库，其中：

所述数据库管理模块，用于对所述地下水监测综合数据库中的空间数据、数据属性和空间数据进行管理；

所述物联网平台与不同区域的多个监测设备无线连接，用于接收所述地下水监测数据，并根据数据应用需求，将所述地下水监测数据发送到所述地下水监测综合数据库进行存储；

所述数据同步交换模块，用于基于所述地下水监测综合数据库，将不同地下水监测部门之间的地下水监测数据进行数据同步交换；

所述地下水监测综合数据库，用于通过所述物联网平台，存储接收到地下水监测数据，并根据所述数据应用需求，将对应的地下水监测数据上传到所述支撑层。

在本发明中，数据库管理模块，也可定义为数据库管理工具，用于提供地下水监测信息平台相关的各类数据的入库、处理、管理等功能。在本发明中，该模块基于关系数据库、非关系数据库和GIS技术开发的一系列工具集，实现对数据库的基础空间数据、专业属性和空间数据的统一管理、上载、入库、维护和处理等功能。

进一步地，通过物联网平台接收所有监测设备通过GPRS/3G/4G等发送过来的地下水水位、水温、流量和水质等监测数据，物联网数据接收服务器，接收通过无线信道传来的自动监测数据，经预处理后再存储到相应的数据库。

在本发明中，所述数据同步交换模块通过消息中间件等技术，构建用于各省市区域数据库与国家级系统之间的数据同步交换中间件，确保省级系统与国家级系统之间的数据一致。数据同步与交换功能基于地下水监测综合数据库，在中间件的支持下，实现省级地下水监测系统中数据与国家节点之间的数据同步与交换，保持省级节点与国家节点的监测数据相一致。其中，数据同步组件主要功能包括：消息中间件、数据同步中间件和数据同步与交换管理工具。在本发明中，数据交换主要用来实现不同架构以及不同数据库结构系统之间的数据通信，通过数据交换组件接收、请求数据、转换数据格式和发送数据，实现地下水信息应用服务系统与其他不同架构系统之间的数据交换。

由于整个地下水监测工程信息化系统涉及多个子系统，以及省级系统和水利部系统之间的数据交换，为方便业务系统实现统一的数据交换，本发明基于现有的网络环境、数据库和数据模型基础，建设数据交换协议以及规则，建立数据交换统一接口，并开发相应的组件库，满足业务系统与外部同构、异构系统之间数据交换，并确保数据安全与一致性。

在上述实施例的基础上，所述地下水监测综合数据库包括监测动态数据库，空间数据库、业务数据库和成果数据库，其中：

所述监测动态数据库，用于存储地下水动态监测数据、地下水质量动态监测数据。

在本发明中，监测动态数据库中存储用户整编后的动态监测数据、监测站点信息、钻孔数据、水质分析数据、人工测量水位数据、监测设备信息、设备动态信息以及水利部推送的监测数据等，为最终合理、有效的数据，可用于进行科学分析计算使用。

所述空间数据库，用于存储基础地理信息空间数据、水文地质空间数据和环境地质问题空间数据。

在本发明中，与地下水监测相关的空间数据采用空间数据库进行管理，在空间数据库中，通过建立与逻辑模型对应的物理模型，为每个业务分类建立一个数据集，单个业务中产生的每个图层对应数据库中一个物理图层，物理图层中保存点、线和面等实体，对应地图中的每个要素。

所述业务数据库，用于存储地下水监测钻孔资料数据、水量预测数据、水资源分析评价数据和地面沉降监测数据；

在本发明中，以业务属性数据为主、空间数据为辅的业务数据库(例如工程管理信息、地下水监测信息等)，其数据内容以属性数据为主，空间数据为辅，可以基于SQL Server实现空间属性一体化存储。

所述成果数据库，用于存储综合研究成果数据和地下水资料情报数据。

在本发明中，成果数据库包括属性数据和文件数据，其中，属性数据包括整编后的水位、水位、水温、气压、水质数据、站点信息、井信息、设备维护状态信息、水位校测和水质校测信息，按年、月、日和旬，生成的最大值、最小值和平均值；文件数据包括地下水年鉴、年报、月报和日报。

进一步地，在本发明中，地下水监测基础支撑平台作为服务中心，通过提供信息及业务应用来支撑业务系统，也为各项业务提供基于平台的应用生成、安全和优化配置等多方面服务，还可提供定制业务和资源管理等扩展服务。具体地，地下水监测基础支撑平台作为管理平台，提供了公共基础组件库和应用组件库等功能，是系统的运行维护与管理的主要工具之一。

在上述实施例的基础上，所述地下水监测基础支撑平台包括公共基础组件库和应用组件库，其中：

所述公共基础组件库，用于根据所述数据应用需求，提供数据库维护管理组件、数据查询组件、数据交换服务组件、算法管理组件、消息服务组件和目录服务组件；

所述应用组件库，用于根据所述数据应用需求，提供地理信息系统服务组件、报表工具组件、图表工具组件、模型工具组件、流程控制组件和告警服务组件。

其中，公共基础组件库是在系统操作系统、数据库、中间件等通用软件基础上，面向地下水监测数据管理、应用和服务的需求，抽象提炼出的各类功能组件或服务，具体内容主要包括数据库维护管理、数据查询、数据交换服务、算法管理、消息服务和目录服务等。

应用组件库面向地下水业务应用，包含了与业务应用紧密相关的各类服务，包括基础的GIS服务、报表工具、图表工具、模型工具、流程控制和告警服务。这些服务可以由各类上层应用直接使用，服务的功能粒度较大，上层应用可以对这些服务做简单的组合来满足自身的需求。

除此之外，地下水监测基础支撑平台还包括服务管理模块，安全管理模块和矢量数据模块等，在本发明中，矢量数据模块主要用于管理用户海量的GIS矢量数据文件，通过系统服务的方式存储在云平台之上，通过服务的方式发布，服务端管理数据组织以及存储，各个业务子系统都可使用。另外，矢量数据模块还提供统一矢量数据管理维护工具，并以OGC服务的方式，提供服务接口和调用组件库，支持MapGIS、ArcGIS等通用数据格式的格式转换、管理、发布等功能；并基于GIS空间分析服务，提供地质环境空间数据相关空间分析操作，包括：叠加分析、缓冲区分析、淹没分析、裁剪分析、空间插值、挖填方分析、坡度分析及视域分析等。

在上述实施例的基础上，图2为本发明提供的业务应用层多个子系统的工作流程示意图，可参考图2所示，所述业务应用层是由多个不同的子系统组成的，每个子系统根据对应的数据应用需求生成地下水信息应用服务结果，所述多个不同的子系统包括：数据接收与设备管理子系统、监测井与数据管理子系统、综合分析子系统、模拟计算子系统、野外设备运维移动客户端子系统、综合展示子系统、数据填报子系统子系统，以及服务共享与成果发布子系统，其中：

所述数据接收与设备管理子系统，用于根据不同监测设备和数据传输方式，采用多并发接收所述地下水监测数据，并对地下水监测井、通讯设备、监测设备、监测数据和数据接收情况进行信息管理。

在本发明中，包括数据接收模块和设备管理模块，其中，所述数据接收模块用于根据不同监测设备和数据传输方式，采用多并发接收所述地下水监测数据；所述设备管理模块，用于对地下水监测井、通讯设备、监测设备、监测数据和数据接收情况进行信息管理。

在本发明中，数据接收与设备管理子系统分为两大核心模块：数据接收模块和设备管理模块。其中，数据接收模块是用于野外自动监测数据的接收，提高接收数据的并发量以及数据接收的稳定性，分散数据接收压力，实现读写分离，加快系统响应速度，该模块可基于不同的监测设备厂商与传输方式，开发编写不同的接收与解析功能。

设备管理模块则是用于管理与地下水相关的监测井、通讯设备、监测设备、监测数据及接收情况等信息，从而使得用户端方便明了的了解数据接收的情况、设备状态、站点分布、水位波动等信息，同时对现有设备的信息进行添加和修改。图3为本发明提供的数据接收与设备管理子系统的工作流程示意图，可参考图3所示，通过对不同监测站点的数据进行解析，并基于不同类型的数据库集群将解析后的数据进行存储，实现数据和设备的管理。

具体地，监测井管理可以用来添加、编辑监测井的基本信息，包括：统一编号、级别、类型、地理位置、地面标高和埋深等，并用来展示当前监测点的状态，如接收到数据的井的信息、未收到数据的井的信息。在上述信息中，可获取到监测井的基本信息、最近接受的数据情况、设备的电量状况。在本发明中，通过设备监测模块可以添加、编辑监测设备的基本信息，包括：设备类型、当前点亮、监测频率和探头信息等，并且可以展示当前监测设备电量区间，点击可以查看电量不足的设备。进一步地，在通讯设备管理中，可以添加、编辑通讯设备的基本信息，包括：设备类型、SIM卡号、安装日期和当前电量等，并且可以展示当前通讯设备的信号质量，方便用户端查看信号质量不足的设备，以此来判断设备的工作状况。

所述监测井与数据管理子系统，用于对地下水监测井信息和监测井监测数据进行管理，所述地下水监测井信息至少包含监测井维修信息、监测井维护信息、监测井保修信息和人工采集信息。

在本发明中，监测井与数据管理子系统主要实现对国家地下水监测井信息管理以及监测井监测数据管理。其中，监测井管理信息主要是对监测井维修、维护、保修和人工采集等信息进行管理；监测数据管理主要是对接收到(例如，存储在数据层中的相关监测数据)的原始监测数据进行数据整编、数据逐级校核、检索统计、预警以及数据产品的制作。

所述综合分析子系统，用于根据所述地下水监测数据，进行水文地质三维建模、动态分析功能、水量评价和水质评价。

在本发明中，在地下水监测基础支撑平台的支持下，应用水文地质专业领域知识体系和专业模型，利用科学计算平台，结合云计算能力，提供各类水文地质数据分析工具以及服务。综合分析子系统将方便业务人员对监测数据进行专业、全面、综合的应用，将原始的监测数据转化为有意义的水文地质分析成果。在本发明中，综合分析子系统主要包括水文地质三维建模功能模块、动态分析功能模块、水量评价功能模块和水质评价功能模块。其中，水文地质三维建模模块采用C/S模式开发，地下水动态分析、水量评价、水质评价等采用B/S模式进行开发。

在上述实施例的基础上，所述综合分析子系统的动态分析功能包括离子动态分析、地下水均衡分析、水头预警分析、化学平衡分析、水化学特性分析和水质分析。

具体地，离子动态分析主要利用地下水水质监测数据，对地下水主要离子浓度开展长序列时间分析，并采用离子动态曲线图等可视化工具输出分析结果，为专业人员了解多年地下水主要离子浓度变化趋势，分析变化原因及主要影响因素等提供技术支持。

地下水均衡分析是指地下水在某一时段、某一范围的地下水水量的收支状况。地下水均衡分析主要是在研究区的均衡期内，确定均衡方程式，提交各项地下水收支项目，计算均衡结果。同时，对均衡计算结果进行校核和分析，促进对区域地下水均衡的进一步认识。

具体地，地下水均衡分析对区域地下水补给、排泄项目进行统一管理，提供基于均衡方程式的水量变化量计算工具。同时利用地下水动态监数据，结合水文地质参数，计算地下水量变化，对均衡计算结果进行校验，给出计算误差统计图。可帮助专业人员分析误差影响因子，检验完善前期研究结论，促进均衡收支项目的准确估算，提高对区域地下水均衡的认识。

进一步地，地下水水情信息分析是地下水监测信息服务的重要体现。通过对水位监测数据的统计，辅助对地下水水位现状进行判断，达到地下水水情判断预警的目的，为水资源管理部门和相关政府部门提供决策支持。本发明利用统计方法实现水头预警分析，通过对监测点历史监测数据的分析，统计出历史水位的分布概率，并以历史统计分析结果为背景，对比当前周期水位是否处于正常水平，为水头预警提供数据支持。

化学平衡分析是通过数据检索方式，对地下水动态监测库水质数据进行筛选，查询每一个水质样本如下阳离子：钠离子、钾离子、钙离子、镁离子；阴离子：氯离子、硫酸根离子、碳酸氢根离子(或者碳酸根离子)以及硝酸根离子的浓度，将离子浓度的原始单位统一换算为离子毫克当量每升，分别计算出阳离子和阴离子的离子毫克当量每升的总和，然后依据如下公式计算出样本的化学平衡百分数：

(阳离子-阴离子)/(阳离子+阴离子)*100；

最后，选择化学平衡百分数较小的样本进行保存，用于化学平衡分析。

水化学特性分析是对地下水动态监测库或工作库的水质成分进行特征分析，形成包括piper三线图在内的11种特征分析图，为水文地球化学研究提供基本工具，特征分析图清单表可参考表1：

表1

序号	特征分析图名称
		1	Piper三线图
2	Durov三线图
		3	Ternary一般三线图
4	Pie饼图
		5	Schoeller指印图
6	Stiff折线图
		7	Radial放射图
8	Scatter一般散点
		9	Langelier-Ludwig散点图
10	Histogram频率柱状图
		11	Scatter一般散点

所述模拟计算子系统，用于根据所述地下水监测数据，以数值模拟及可视化的方式，进行水流模拟和地下水运移模拟。

在本发明中，模拟计算子系统面向地下水专业技术人员，以数值模拟及可视化为特点，基于水文地质及其相关数据的管理、分析，依据水文地质行业业务流程、相关导则，以及科学计算领域数据计算流程，开发以地下水数值模拟为核心的水文地质云计算平台。在本发明中，基于云计算的水文地质数值模型，具备地下水领域的数据分析与可视化功能，实现了以非标准网格数值模拟引擎MODFLOW USG为基础的数据导入、模型建立、模型参数及边界条件定义、模型离散化计算、MODFLOW USG支撑模块(package)的计算和MODFLOW USG引擎的运算。

所述野外设备运维移动客户端子系统，用于在野外实时通过移动终端对监测井的基本信息、维修维护信息、运行与采样信息、水文地质环境信息以及监测设备信息进行填报和查询。

在本发明中，为智能移动终端开发地下水监测井管理及数据查询信息服务工具的移动客户端，即野外设备运维移动客户端子系统。基于该客户端，用户可以在野外实时通过智能手机对监测井的基本信息、维修维护信息、运行及采样信息、水文地质环境信息以及监测设备信息等进行填报和查询。

所述综合展示子系统，用于通过地理信息系统技术、数据可视化技术和智能仪表盘技术，进行监测数据接收、监测设备和数据异常报警的实时可视化，以及统计信息和关键参数的可视化展示。

在本发明中，综合展示子系统实现地下水监测站网及监测数据的统一浏览、查询、管理与信息服务调用。采用GIS、可视化、消息推送和Web技术，实现监测数据接收、监测设备和数据异常报警、系统数据库和业务应用系统等的统计信息，关键参数可通过仪表盘等方式进行实时和动态展示，为监测人员和业务工作人员提供快速便捷的系统和数据监控工具，方便用户快速发现、定位系统运行的各类信息和问题；综合展示子系统的核心是利用GIS、BI和智能仪表盘技术，实现监测数据接收、监测设备和数据异常报警的实时可视化，以及系统数据库和业务应用系统等的统计信息、关键参数的可视化展示。

所述数据填报子系统，用于为监测井的基本信息、维修维护信息、运行与采样信息、水文地质环境信息以及监测设备信息提供填报和查询的操作界面。

所述服务共享与成果发布子系统，用于为不同的网络环境推送对应的地下水监测数据和信息。

在本发明中，服务共享与成果发布子系统实现内部专网(单个地下水管理部门内部)、政务网(不同地下水管理部门之间)和互联网的地下水信息的发布，该子系统基于监测数据库、空间数据库和成果资料数据库等系统数据资源，对地下水人工监测数据、动态监测数据、监测统计分析成果等信息的管理维护与信息推送、推送信息，以可视化文字、图、表等方式展示。

在上述实施例的基础上，所述系统还包括容灾中心数据库，所述容灾中心数据库和所述地下水监测综合数据库之间通过异步复制方式进行数据备份。

在本发明中，容灾是指不在同一机房的数据或应用系统备份，备份指的是本地数据或系统备份，有时需要考虑本地备份和远程容灾相结合实现完善的数据保护。在云计算场景下，不同级别的灾备解决方案，包括应用级容灾、数据级容灾和数据备份等。在本发明中，灾备中心数据库与地下水信息应用服务系统的数据库之间通过光纤连接，实时同步复制数据，系统不间断运行，数据零丢失。异地灾备中心与监测中心之间通过地质环境业务专线连接，采用异步复制方式，实现数据级备份，当监测中心和同城灾备中心同时出现灾难时，可通过异地灾备中心的数据来恢复系统，无需对生产中心云平台架构和配置做任何调整。

进一步地，当私有云平台上主要系统运行异常，或者网络线路中断时，自动快速切换到同城容灾备系统，接替主中心的工作，所有的客户端访问请求将自动切换至灾备系统。当同城灾备中心和监测中心同时出现故障，且数据遭到破坏，需人工操作通过异地灾备中心保存的数据来恢复系统。

图4为本发明提供的地下水信息应用服务系统的整体框架示意图，可参考图4所示，基于云技术和地下水监测基础支撑平台，构建统一的数据标准和软件开发环境，提供统一的数据服务、公共组件以及系统框架；整合实时和历史地下水监测数据、技术标准，建设地下水数据科学计算平台、综合分析、共享和展示等业务系统；完成地下水监测专网与云平台建设，实现国家与省级数据的同步和同享，为相关部门提供数据接口服务。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种地下水信息应用服务系统，其特征在于，包括设施层、支撑层和业务应用层，其中：

所述设施层，用于获取不同区域监测设备采集到的地下水监测数据，并根据数据应用需求，将所述地下水监测数据发送到所述支撑层；

所述支撑层，用于根据所述业务应用层发送的数据应用需求，与所述设施层进行数据交互，以对所述地下水监测数据进行处理，并将数据交互结果发送到所述业务应用层；

所述业务应用层，用于将获取到的数据应用需求发送到所述支撑层，并根据所述支撑层上传的数据交互结果，按照数据应用类型，对所述地下水监测数据进行处理，得到对应的地下水信息应用服务结果。

2.根据权利要求1所述的地下水信息应用服务系统，其特征在于，所述系统还包括数据层，所述数据层设置在所述设施层和所述支撑层之间，用于基于大数据技术，对所述设施层采集的地下水监测数据进行存储、管理和调度，并为所述地下水监测数据的访问提供统一服务接口。

3.根据权利要求2所述的地下水信息应用服务系统，其特征在于，所述数据层包括数据库管理模块、物联网平台、数据同步交换模块以及地下水监测综合数据库，其中：

所述数据库管理模块，用于对所述地下水监测综合数据库中的空间数据、数据属性和空间数据进行管理；

所述物联网平台与不同区域的多个监测设备无线连接，用于接收所述地下水监测数据，并根据数据应用需求，将所述地下水监测数据发送到所述地下水监测综合数据库进行存储；

所述数据同步交换模块，用于基于所述地下水监测综合数据库，将不同地下水监测部门之间的地下水监测数据进行数据同步交换；

所述地下水监测综合数据库，用于通过所述物联网平台，存储接收到地下水监测数据，并根据所述数据应用需求，将对应的地下水监测数据上传到所述支撑层。

4.根据权利要求3所述的地下水信息应用服务系统，其特征在于，所述支撑层包括数据访问服务模块和地下水监测基础支撑平台，其中：

地下水监测数据所述数据服务访问模块，用于根据所述数据应用需求，从所述设施层或所述地下水监测综合数据库中获取到对应的地下水监测数据；

所述地下水监测基础支撑平台，用于根据所述数据应用需求和地下水监测综合数据库，为所述业务应用层提供相应的数据支持和服务支持。

5.根据权利要求1所述的地下水信息应用服务系统，其特征在于，所述业务应用层是由多个不同的子系统组成的，每个子系统根据对应的数据应用需求生成地下水信息应用服务结果，所述多个不同的子系统包括：数据接收与设备管理子系统、监测井与数据管理子系统、综合分析子系统、模拟计算子系统、野外设备运维移动客户端子系统、综合展示子系统、数据填报子系统子系统，以及服务共享与成果发布子系统，其中：

所述数据接收与设备管理子系统，用于根据不同监测设备和数据传输方式，采用多并发接收所述地下水监测数据，并对地下水监测井、通讯设备、监测设备、监测数据和数据接收情况进行信息管理；

所述监测井与数据管理子系统，用于对地下水监测井信息和监测井监测数据进行管理，所述地下水监测井信息至少包含监测井维修信息、监测井维护信息、监测井保修信息和人工采集信息；

所述综合分析子系统，用于根据所述地下水监测数据，进行水文地质三维建模、动态分析功能、水量评价和水质评价；

所述模拟计算子系统，用于根据所述地下水监测数据，以数值模拟及可视化的方式，进行水流模拟和地下水运移模拟；

所述野外设备运维移动客户端子系统，用于在野外实时通过移动终端对监测井的基本信息、维修维护信息、运行与采样信息、水文地质环境信息以及监测设备信息进行填报和查询；

所述综合展示子系统，用于通过地理信息系统技术、数据可视化技术和智能仪表盘技术，进行监测数据接收、监测设备和数据异常报警的实时可视化，以及统计信息和关键参数的可视化展示；

所述数据填报子系统，用于为监测井的基本信息、维修维护信息、运行与采样信息、水文地质环境信息以及监测设备信息提供填报和查询的操作界面；

所述服务共享与成果发布子系统，用于为不同的网络环境推送对应的地下水监测数据和信息。

6.根据权利要求4所述的地下水信息应用服务系统，其特征在于，所述地下水监测基础支撑平台包括公共基础组件库和应用组件库，其中：

所述公共基础组件库，用于根据所述数据应用需求，提供数据库维护管理组件、数据查询组件、数据交换服务组件、算法管理组件、消息服务组件和目录服务组件；

所述应用组件库，用于根据所述数据应用需求，提供地理信息系统服务组件、报表工具组件、图表工具组件、模型工具组件、流程控制组件和告警服务组件。

7.根据权利要求3所述的地下水信息应用服务系统，其特征在于，所述地下水监测综合数据库包括监测动态数据库，空间数据库、业务数据库和成果数据库，其中：

所述监测动态数据库，用于存储地下水动态监测数据、地下水质量动态监测数据；

所述空间数据库，用于存储基础地理信息空间数据、水文地质空间数据和环境地质问题空间数据；

所述业务数据库，用于存储地下水监测钻孔资料数据、水量预测数据、水资源分析评价数据和地面沉降监测数据；

所述成果数据库，用于存储综合研究成果数据和地下水资料情报数据。

8.根据权利要求5所述的地下水信息应用服务系统，其特征在于，所述综合分析子系统的动态分析功能包括离子动态分析、地下水均衡分析、水头预警分析、化学平衡分析、水化学特性分析和水质分析。

9.根据权利要求1所述的地下水信息应用服务系统，其特征在于，所述系统还包括容灾中心数据库，所述容灾中心数据库和所述地下水监测综合数据库之间通过异步复制方式进行数据备份。

10.根据权利要求1所述的地下水信息应用服务系统，其特征在于，所述系统还包括：服务层，用于根据数据应用需求，将业务应用层上传的各种数据发送到不同的地下水监测部门或用户终端。

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