CN114066211A - 一种流域水环境管理大数据平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种流域水环境管理大数据平台，涉及大数据平台技术领域。本发明的流域水环境管理大数据平台部署在国家生态环境部云平台上包括：数据层，用于对流域水环境的数据进行采集、存储、分析以及共享；应用层，用于对大数据平台的系统应用进行管理、调度，以及辅助系统应用对流域水环境进行评估决策。本发明重点攻克了水环境多模集合模拟和流域水环境管理大数据平台构建等关键技术，构建流域水环境管理大数据平台，为流域水环境管理提供科学决策的准确依据，实现流域水环境管理向精细化转变的技术支撑，对推动流域水环境管理创新，提升管理水平，做好新常态下的流域水环境保护工作具有重大意义。

Description

一种流域水环境管理大数据平台

技术领域

本发明涉及大数据平台技术领域，特别是指一种流域水环境管理大数据平台。

背景技术

大数据技术是从数量巨大、来源分散、格式多样的数据中发现新知识、创造新价值、提升新能力的新一代信息技术。全面推进大数据技术在环保领域的应用，是推进流域环境治理体系和治理能力现代化的重要手段。流域水环境管理是一种典型的跨行业、多类型的大数据综合业务应用，对多源、复杂的流域水环境大数据信息进行综合应用和集成分析。因此，针对流域水环境管理的大数据平台建设是提升流域水环境保护科学决策支撑水平的重要保障。

然而，与国外发达国家相比，目前我国流域水环境管理缺乏全国本底数据支撑，开展顶层设计及宏观政策制定缺乏强有力的数据支撑；亟需开发智能化的水环境管理大数据库和信息平台来提升流域水环境精细化管理的综合水平，促进数字环保向智慧环保的转变，为我国流域水环境精细化管理提供技术保障。

发明内容

针对现有技术中流域水环境缺乏数据支撑以及智能精细化管理的问题，本发明提出了一种流域水环境管理大数据平台。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一方面，提供了一种流域水环境管理大数据平台，流域水环境管理大数据平台部署在国家生态环境部云平台上；包括：

数据层，用于对流域水环境的水文、气象、水质、水生态、遥感影像数据、土地利用、水资源功能分区以及社会经济数据进行采集、存储、分析以及共享；

应用层，用于对大数据平台的系统应用进行管理、调度，以及辅助系统应用对流域水环境进行评估决策。

可选地，数据层包括：

数据采集模块，用于统一规范各类业务数据的接入；进行数据抽取、数据校验以及错误数据处理、数据清洗及转换加载、空间数据与业务对象关联；

数据存储模块，用于同时存储传统关系型数据库以及分布式数据库；

数据分析模块，用于对存储的所述各类业务数据进行综合分析；

数据共享模块，用于对存储的所述各类业务数据进行梳理，将流域水环境信息资源进行科学配置与融合应用。

可选地，数据层还包括：

信息资源规划模块，用于根据所述各类业务数据的环境属性、信息属性以及时空定位属性，梳理数据与数据、数据集与数据实体，以及不同主题数据库之间的关系；

数据管理模块，用于对所述各类业务数据的接入、质量、生命周期、资源目录服务进行管理。

可选地，流域水环境业务管理模块，用于对流域水环境进行目标绩效考核、流域生态补偿核算以及规划环评管理；

流域水环境评估决策模块，用于对流域水环境的管理数据进行综合分析、评估以及可视化展示。

可选地，流域水环境业务管理模块包括：

流域目标绩效考核子模块，用于对流域水环境的水质目标进行绩效考核，建立质量目标和工作目标的双考核体系；

流域生态补偿核算子模块，用于梳理分析国内外流域水环境生态补偿类型、补偿标准及核算方法；建立基于不同水体，跨界补偿和饮用水源地补偿的多类型流域生态补偿核算体系框架；

规划环评管理子模块，用于提取流域水环境管理的规划管控指标、总量管控指标以及环境准入清单的规划环评结论，形成规划环评管理清单。

可选地，流域水环境评估决策模块包括：

流域水环境综合评价子模块，用于对水质综合评估、统计分析、问题诊断、污染特征识别以及空间展示；

污染物通量分析子模块，用于计算单元内的污染物量、态时空分异规律模拟，演算不同水体多时间尺度下各种污染物的输移通量，为流域水环境的综合管理提供科学决策依据；

水环境承载力评价与风险预警子模块，用于对水环境承载力进行分级评价，以及风险预警；

流域水环境安全评估子模块，用于对流域水环境进行容量测算、水质量改善潜力分析，以及水污染物允许排放量测算与校核。

可选地，应用层还包括：

调度指挥中心模块，用于对流域水环境的管理工作进行任务调度，对流域水环境进行动态管理；

应用服务中心模块，用于为不同需求的用户提供流域水环境的管理数据服务、应用服务以及决策服务。

可选地，调度指挥中心模块包括：

大数据分析结果调度管理子模块，用于对所述平台进行基础信息维护、任务计划管理、专项任务派发、任务执行情况填报、执行进度管理及告警、任务执行情况综合评价以及综合查询统计；

大数据分析结果调度管理子模块，用于问题任务生成、问题任务分发、问题处理情况跟踪、问题结果管理、问题再分析；

应急指挥调度子模块，用于应急任务生成、实时指挥、人员调度、物资调度、车辆调度、应急处置、处置报告管理以及应急处置后的评估；

调度档案管理子模块，用于提供对指挥调度中心指挥调度过程记录功能，并根据不同任务调度形成不同的调度报告，进行统一管理，同时支持调度报告分类、分项展示以及汇总分析；

任务监督展示子模块，用于围绕领导者的重点关注工作完成情况等实际需求提供热点监督专题图层。

可选地，应用服务中心模块包括：

PC端应用服务子模块，用于为水环境管理部门提供日常业务工作支撑，为企业提供业务的一站试受理在线办理服务、为公众提供在线的信息公开与查询等服务内容；

大屏展示服务子模块，用于通过大屏幕将水环境业务数据、工作任务指标、工作进度、调度指挥、工作成果，进行集中展示；

移动端应用服务子模块，用于对PC端应用服务进行补充，使流域水环境管理部门、公众以及企业用户查阅与办理相关水环境业务。

可选地，平台还包括：

信息安全模块，用于协同所述国家生态环境部云平台的运行维护体系，进行保障流域水环境管理大数据的信息安全；

运行维护模块，用于协同所述国家生态环境部云平台的运行维护体系，进行对业务变化的适应和预测，以及平台运维与建设的衔接。

本发明实施例的上述技术方案至少具有如下有益效果：

上述方案中，本发明重点攻克了水环境多模集合模拟和流域水环境管理大数据平台构建等关键技术，构建流域水环境管理大数据平台，为流域水环境管理提供科学决策的准确依据，实现流域水环境管理向精细化转变的技术支撑，对推动流域水环境管理创新，提升管理水平，做好新常态下的流域水环境保护工作具有重大意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例提供的流域水环境管理大数据平台整体架构图；

图2是本发明实施例提供的流域水环境管理大数据平台的数据层架构图；

图3是本发明实施例提供的流域水环境管理大数据平台的数据分析模块构架图；

图4是本发明实施例提供的流域水环境管理大数据平台的应用层构架图；

图5是本发明实施例提供的流域水环境管理大数据平台的信息安全模块构架图；

图6是本发明实施例提供的流域水环境管理大数据平台的运行维护模块构架图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明实施例提供了一种流域水环境管理大数据平台，该流域水环境管理大数据平台部署在国家生态环境部云平台上。

通过本发明的设计，重点攻克了水环境多模集合模拟和流域水环境管理大数据平台构建等关键技术，构建流域水环境管理大数据平台，为流域水环境管理提供科学决策的准确依据，实现流域水环境管理向精细化转变的技术支撑，对推动流域水环境管理创新，提升管理水平，做好新常态下的流域水环境保护工作具有重大意义。

下面对本发明的流域水环境管理大数据平台进行详细介绍，如图1所示，平台分别包括：数据层和应用层。

数据层，用于对流域水环境的水文、气象、水质、水生态、遥感影像数据、土地利用、水资源功能分区以及社会经济数据进行采集、存储、分析以及共享。

一种可行的实施方式中，数据层的架构是流域水环境管理大数据平台建设最核心的架构。流域水环境管理数据的主要来源包括：互联网数据、传感器数据和业务系统数据。

应用层，用于对大数据平台的系统应用进行管理、调度，以及辅助系统应用对流域水环境进行评估决策。

一种可行的实施方式中，应用层的支撑服务主要面向平台的各类用户,包括生态环境部级用户、省级用户、市级用户、区县用户，基于业界先进、开放、成熟、稳定、可持续发展的技术，提供统一用户管理、统一身份认证、统一授权管理、地理信息服务、日志服务、消息服务等应用支撑，并充分利用现有流域水环境管理大数据已建成果进行应用系统建设。

一种可行的实施方式中，应用层的架构主要是面向国家流域水环境管理在业务开展与应用方面提供应用系统支持。对业务开展依据管理、调度、辅助决策及服务等建设应用体系。国家流域水环境管理大数据平台建设应用架构是在业务目标的基础上，按照大数据应用的类别梳理应用的建设，指导国家流域水环境管理大数据平台建设各应用系统的定位；此外，结合大数据应用对支撑服务的需求，使用标准化、构件化方法，构建灵活开发的支撑平台，能够为各应用系统提供统一的支撑服务。

优选地，如图2所示，数据层包括：

数据采集模块，用于统一规范各类业务数据的接入；进行数据抽取、数据校验以及错误数据处理、数据清洗及转换加载、空间数据与业务对象关联。

流域水环境管理大数据平台所涉及的数据资源既包括结构化数据，也包括非结构化数据。因此，数据采集需要统一规范各类业务数据的接入，实现数据抽取、数据校验及错误处理、数据清洗转换及加载、空间及业务对象关联。针对不同来源、不同存储方式、不同类别数据库的流域水环境数据进行采集。

针对无人机航拍、地面遥感等物联网感知数据、涉水环境管理业务数据、互联网开放数据，以及其他开放数据资源，分别采用Sqoop、Kettle；Kafka、FTP、服务接口；Flume；爬虫等接口与工具实现数据的汇集，通过ETL工具进行抽取、清洗和转换，对数据进行分类与编码，建立元数据库，实现资源整理与初始化。建立流域水环境管理大数据信息资源目录。根据数据产生方式与用途，建立包括原始采集数据、直接汇集数据、加工处理数据、技术输出数据、模型参数数据等类别的主题库，支撑挖掘分析、模型应用与业务应用。对于非结构化静态数据、非结构化活跃数据、结构化数据和检索数据采用相应的数据库技术分区存储。

一种可行的实施方式中，构建了山东省流域水环境管理大数据平台，该平台购置了整套图像处理系统，12台55英寸拼接显示终端，安装部署了存储服务器、存储磁盘、服务器集群用交换机等系统硬件设备，配备了防火墙、入侵防御、反病毒、VPN等软件系统，连接了环保专网，实现在线数据的传输。为数据采集整合、处理、调度、反馈等功能提供一个可靠稳定、快速响应的综合平台。

一种可行的实施方式中，对现有的各类基础数据和环境专题数据进行分类整理，包括水文、污染源、水质数据等各类环境专题数据以及环境监测数据。进行整理和集成的数据主要包括：

1)基础地理数据

2)流域水环境专题数据

流域数据

流域界线数据；

控制单元矢量数据；

土地利用数据；

土壤类型数据；

水资源功能区矢量数据；

饮用水水源地矢量数据；

其他要素矢量数据等。

水文气象数据

水文站点径流、水位、含沙量信息。

气象数据，包含日降雨、气温、风速、湿度、辐射、日照、蒸发、云量等信息。

水质监测数据

山东省地表水自动站监测水质数据，包括水温、PH、氨氮、总磷、高锰酸钾指数、溶解氧、电导率、浊度、总氮、总有机碳共10个监测因子；

山东省地表水国控监测断面月监测指标数据；

山东省饮用水水源地监测数据；

山东省近岸海域监测数据。

污染源数据

山东省重点污染源监测数据，包括污染源类型、位置、污水排放量、特征污染物、污染物浓度、排污去向、申报情况、原材料消耗情况、产生污染的设施情况等污染源排放信息。

水生态数据

研究区实地采样水质数据、沉积物数据、水生物数据等信息。

3)社会经济数据

人口、经济等数据。

数据存储模块，用于同时存储传统关系型数据库以及分布式数据库。

一种可行的实施方式中，由于流域水环境管理相关领域存在大量的未被有效开发的信息资源，包括互联网流域水环境数据、物联网的建设带来的海量半结构化数据以及审批附件、图片等非结构化数据。传统的关系型数据库系统只能满足结构化数据的存储需求，流域水环境大数据存储面临的主要挑战是存储半结构化和非结构化数据，这类数据的存储系统应具有高性价比、高可靠性、容量横向扩展和满足分布式计算等特点。本发明的实施例中，流域水环境大数据数据存储的设计初衷是实现以传统关系型数据库和分布式数据库并存的方式。

优选地，数据分析模块，用于对存储的所述各类业务数据进行综合分析。

一种可行的实施例中，数据分析模块依托大数据挖掘工具包和多模集合模拟模型库的建设，为流域水环境管理大数据平台的提供多种数据分析。如图3所示，数据分析模块主要包括：大数据挖掘工具包开发、多模集合模拟模型库以及可视化三个部分。

一种可行的实施例中，大数据挖掘工具包开发的功能包括：数据准备与预算处理、数据挖掘方法的选择与应用以及数据挖掘模型解释与验证。其中，数据准备与预算处理可以对结构化数据以及非结构化数据进行预处理；数据挖掘方法的选择与应用包括分类算法、回归算法、聚类算法、关联算法、断面水质评价、指数计算、水环境承载力评估、流域水生态安全评估、语义分析以及趋势分析等算法功能。

一种可行的实施例中，模集合模拟模型库的功能包括算法库以及机理模型库。其中算法库主要用于通过地表产流、地下产流以及坡面汇流来得到流域水流量以及水位；通过面源污染、入河非点源污染负荷量以及排污口点源排污的得到污染源流量；通过土地利用变化分析以及土地利用空间差异得到生态环境流量。机理模型库主要通过一维水动力子模块/二维水动力子模块来模拟流量、水深、流速、污染物浓度以及二维水动力流场，通过水生态安全评价子模块，得到水生态安全等级。

数据共享模块，用于对存储的所述各类业务数据进行梳理，将流域水环境信息资源进行科学配置与融合应用。

一种可行的实施方式中，数据共享模块主要用于对资源分类进行梳理。通过建立大数据资源目录体系，强化和规范流域水环境信息资源共享，促进流域水环境信息资源科学配置与融合应用。

优选地，数据层还包括：

信息资源规划模块，用于根据所述各类业务数据的环境属性、信息属性以及时空定位属性，梳理数据与数据、数据集与数据实体，以及不同主题数据库之间的关系。

一种可行的实施方式中，由于数据来源和尺度的不同，数据的利用受到不同程度的限制，需要按照职能域和业务域，结合环境属性(活动行为和环境要素)、信息属性(来源、内容及表现形式)、时空定位属性(时间特征、时效特征和空间范围)等维度，梳理清楚数据与数据、数据集与数据实体、不同主题数据库之间的关系，建立数据关系图谱。以信息的唯一性、全面性和准确性为原则，建立适用于流域水环境管理大数据的多维网状分类与编码体系是大数据同化和融合的基础。

数据管理模块，用于对所述各类业务数据的接入、质量、生命周期、资源目录服务进行管理。

一种可行的实施方式中，数据管理包含数据接入管理、数据质量管控、数据生命周期、资源目录服务以及数据标准管理。

优选地，如图4所示，应用层包括：流域水环境业务管理模块以及流域水环境业务管理模块。

一种可行的实施方式中，开展国家流域水环境管理大数据的应用，包括流域水环境评估决策模块和流域水环境业务管理模块。并实现对国家流域水环境管理大数据平台建设应用成果的统一展现，为水环境管理决策人员、业务人员等提供统一的服务展示平台，提供交互、多维的可视化环境，实现国家流域水环境管理大数据平台建设的成果展现，满足不同场景的数据展现需求。

流域水环境业务管理模块，用于对流域水环境进行目标绩效考核、流域生态补偿核算以及规划环评管理。

一种可行的实施方式中，适应水环境战略由总量控制向质量管理重大转型，面向实施以控制单元为基础的水环境质量目标管理、加快建立流域生态保护补偿机制、推进规划环评等新形势下水环境管理任务需求，在数据汇集中心的基础上，建设流域管理中心,开发完成水质目标绩效考核系统、流域生态补偿核算系统、规划环评管理系统，为“水十条”全面实施提供有效、长效、高效的技术支撑，为地级以上水环境管理部门提供业务支持。流域管理中心突破流域水环境管理综合业务管理构建技术难点，从水量-水质-水生态一体化、污染排放与水质响应一体化的角度理顺流域水环境管理。

流域水环境评估决策模块，用于对流域水环境的管理数据进行综合分析、评估以及可视化展示。

一种可行的实施方式中，面向流域水环境精细化管理的国家战略转型需求，在数据汇集和流域管理的基础上，建立决策支持中心,开发完成水环境综合评价系统、污染物通量分析系统、水环境承载力评价与风险预警系统、流域水环境安全评估系统，实现全国流域水环境管理数据的综合分析、可视化展示，为支撑分流域、分区域、分阶段水环境管理和水环境治理的科学决策。

支撑分流域、分区域、分阶段水环境管理和水环境治理的科学决策。当前流域水环境管理相关业务应用的数据来源于环境保护部、水利部、农业部、工信部、国土资源部等多个部门，其组织管理的方式、标准、参考体系也各不相同，对流域水环境大数据的快速形成与综合应用提出了挑战，决策支持中心充分采用水环境管理数据、大数据挖掘工具、水环境多模集合模拟模型提高信息资源开发利用水平，提高了流域水环境管理和水环境治理的决策支持能力。

可选地，流域水环境业务管理模块包括：

流域目标绩效考核子模块，用于对流域水环境的水质目标进行绩效考核，建立质量目标和工作目标的双考核体系。

一种可行的实施方式中，流域目标绩效考核子模块支撑水环境质量改善目标量化考核，建立质量目标和工作目标的双考核体系，开发水质目标绩效考核系统，实现水环境质量目标与水污染防治重点工作完成情况的考核打分。

水环境质量目标完成情况考核模块实现对地表水、饮用水水源、近岸海域水质等各项考核指标统计计算以及跨界断面水质超标责任、主客观影响水质特殊情况和外部引水导致水源地水质超标的判定，并进行考核打分。

水污染防治重点工作完成情况考核模块实现对各行政单元工作目标考核结果和完成情况的填报、打分功能，包括工业污染防治、城镇污染治理、农业农村污染防治、水生态环境保护等考核事项。

流域生态补偿核算子模块，用于梳理分析国内外流域水环境生态补偿类型、补偿标准及核算方法；建立基于不同水体，跨界补偿和饮用水源地补偿的多类型流域生态补偿核算体系框架。

基于支撑“成本共担、效益共享、合作共治”的流域保护和治理长效机制建设，建立流域水环境生态补偿核算体系框架及核算方法，开发流域生态补偿核算系统。梳理分析国内外流域水环境生态补偿类型、补偿标准及核算方法，建立基于河流、湖泊、水库等不同水体，跨界补偿和饮用水源地补偿等多种类型的流域生态补偿核算体系框架。基于主控因子识别的水环境综合评价和承载力评价等结果，筛选确定水质补偿因子，综合考虑经济社会发展水平、水环境质量状况、保护治理成本投入等因素，科学合理确定补偿标准，实现流域生态补偿在线核算及信息管理功能。

一种可行的实施方式中，本实施例的山东省流域水环境管理大数据平台主要采用基于水环境质量改善的流域生态补偿核算方法，建立基本补偿、水质同比变化补偿(赔偿)和水质类别管控补偿(赔偿)三个核算模块。基本补偿核算是对各设区市考核断面的氢离子浓度指数、溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、石油类、挥发酚、汞、铅、总磷、化学需氧量、铜、锌、氟化物、硒、砷、镉、六价铬、氰化物、阴离子表面活性剂、硫化物等21项考核指标年平均浓度进行年度考核，全部达到年度水质考核目标的，即为考核达标，可获得断面达标基本补偿资金。水质同比变化补偿(赔偿)核算是对各设区市的考核断面水环境质量同比变化情况进行月度考核。计算单个考核断面氨氮、化学需氧量、总磷、氟化物等4项考核指标同比平均变化情况。设区市的考核断面水环境质量同比改善的，获得省级补偿资金；同比恶化的，设区市需向省级缴纳水质同比变化赔偿资金。水质类别管控补偿(赔偿)核算是对设区市考核断面按照21项考核指标水质类别提升情况进行月度考核。断面水质较年度考核目标水质提升类别的，当月该断面可获得水质类别提升补偿资金。

各市每年获得的资金总额为全年基本补偿资金、同比变化补偿资金、水质类别提升补偿资金、跨设区市饮用水水源地补偿资金之和减去相应的赔偿资金。同时，实行跨设区市饮用水水源地出境断面水质管控。上游城市水源地出境断面达标时，除按本办法前述相应条款享受补偿资金外，省级按400万元/断面·年的标准予以补偿；上游城市出境断面不达标时，除按本办法前述相应条款交纳赔偿资金外，向下游按400万元/断面·年的标准赔偿。

有效地解决了现有技术中以人工核算为主的方式，前端数据处理工作繁重，历年数据结构与断面属性的调整经常造成核算结果存在较大的不确定性。

规划环评管理子模块，用于提取流域水环境管理的规划管控指标、总量管控指标以及环境准入清单的规划环评结论，形成规划环评管理清单。

一种可行的实施方式中，发挥规划环评“源头预防、流域联防联控”在水环境管理中的作用，筛选面向流域水环境管理的规划环评技术，建立规划环评的管理清单，并开发规划环评管理系统。

以“一地三域十专项”规划环评为重点，规划环评管理子模块梳理规划环评工作流程中涉水的环境影响识别、影响预测与评价、累积影响预测分析等技术方法，筛选纳入流域水环境业务管理模块的规划环评技术并开发模块。

针对各类规划环评，提取涉及水环境管理的规划管控指标、总量管控指标、环境准入清单等规划环评结论，形成规划环评管理清单，为流域水环境管理和项目审批提供支撑。

优选地，流域水环境评估决策模块包括：

流域水环境综合评价子模块，用于对水质综合评估、统计分析、问题诊断、污染特征识别以及空间展示。

一种可行的实施方式中，通过模型开发和模块构建，开发包含地表水、饮用水、近岸海域水质和达标状况的水环境综合评价系统。

研发适用于流域、区域地表水环境质量评估的污染指数评价模型，集成地表水单因子评价模型、水质达标评价模型，开发多维度的地表水环境综合评价子模块；集成饮用水水源地水环境质量和达标状况评价模型，开发饮用水水源地水环境质量综合评价子模块；利用单因子污染指数评价模型，开发近岸海域水环境质量综合评价子模块。

开发水环境综合评估模块，提取示范区水环境管理大数据平台监测数据，开展业务化运行，实现水质综合评估、统计分析、问题诊断、污染特征识别、空间展示等功能。

污染物通量分析子模块，用于计算单元内的污染物量、态时空分异规律模拟，演算不同水体多时间尺度下各种污染物的输移通量，为流域水环境的综合管理提供科学决策依据。

一种可行的实施方式中，基于多模集合模拟基础模型系统，开发污染物通量分析系统，在充分分析流域水文特征、排污方式、污染物迁移转化规律的基础上，选取重点河道断面(包括入库/出库河道断面)及其特征污染物，建立水动力、水环境模型对不同水体底形特征的响应关系，实现计算单元内的污染物量、态时空分异规律模拟，演算不同水体多时间尺度下各种污染物的输移通量，为流域水环境综合管理提供科学决策依据。

水环境承载力评价与风险预警子模块，用于对水环境承载力进行分级评价，以及风险预警。

一种可行的实施方式中，基于建立水环境承载能力监测评价体系的要求，分析水环境演变的驱动因子，筛选水环境承载力的评价特征指标，构建水环境承载力评价模型，识别水环境承载力关键影响因子的阈值；建立水环境承载力分级标准和预警规则；集成开发水环境承载力评价与风险预警系统。

流域水环境安全评估子模块，用于对流域水环境进行容量测算、水质量改善潜力分析，以及水污染物允许排放量测算与校核。

一种可行的实施方式中，为保障流域水环境质量安全底线，开发流域水环境安全评估系统，对环境容量进行测算、水环境质量改善潜力分析和水污染物允许排放量测算与校核。

环境容量测算。以各控制单元水环境质量目标为约束，选择合适的模型方法，开发环境容量测算模块来测算化学需氧量、氨氮等主要污染物以及存在超标风险的其他污染因子的环境容量。重点湖库汇水区、总磷超标的控制单元和沿海地区应对总氮、总磷进行测算。上游区域应考虑下游区域水质目标约束。入海河流应考虑近岸海域水质改善目标。

水环境质量改善潜力分析。以水环境质量目标为约束，考虑经济社会发展、产业结构调整、污染控制水平、环境管理水平等因素，开发水环境质量发送潜力分析模块，构建不同的控制情景，测算存量源污染削减潜力和新增源污染排放量，分析分区域分阶段水环境质量改善潜力。

水污染物允许排放量测算与校核。基于水环境质量改善潜力，参考环境容量，综合考虑区域功能定位、经济发展特点与目标、技术可行性等因素，并预留一定的安全余量，开发水污染物允许排放量测算与核算模块，综合测算水污染物允许排放量。各地可根据实际情况，结合排污许可证管理要求，进一步核算主要行业水污染物允许排放量。根据水环境质量现状与目标的差距，结合现状污染物排放情况，对允许排放量进行校核，允许排放量不应高于上级政府下达的同口径污染物排放总量指标。

可选地，应用层还包括：

调度指挥中心模块，用于对流域水环境的管理工作进行任务调度，对流域水环境进行动态管理。

一种可行的实施方式中，以数据汇集中心、流域管理中心和决策支持中心为基础，建设调度指挥中心,实现对全国流域水环境管理工作任务调度，包括对专项任务、大数据分析结果、应急指挥调度、调度档案等的统一水环境指挥与调度。

水环境动态管理，实时调度与指挥。在发生需要联动指挥的水环境事件或突发应急事件时，例如大量降雨，或水质突发污染等，原来的分散，多头指挥调度，对相应效率造成极大影响，往往会错过事件处理的最佳时间，该平台需要解决这个管理难题，将分散，多头指挥调度集中处理，提高响应效率，提高事件处理成效。

应用服务中心模块，用于为不同需求的用户提供流域水环境的管理数据服务、应用服务以及决策服务。

一种可行的实施方式中，为本发明所涉及的水环境管理部门、公众、企业及各类潜在用户提供完备的信息化服务，为全国流域水环境管理和公共服务提供信息化的支撑。

可选地，调度指挥中心模块包括：

大数据分析结果调度管理子模块，用于对所述平台进行基础信息维护、任务计划管理、专项任务派发、任务执行情况填报、执行进度管理及告警、任务执行情况综合评价以及综合查询统计。

一种可行的实施方式中，围绕领导者的重点关注水环境管理工作、工作完成情况等实际需求，按照领导者分工设计专项任务指挥调度功能，及时掌握分管部门的工作情况。

基于水环境管理任务和工作流进行设计，以任务管理为核心，以用户为节点，以任务推送轨迹为流程，根据计划时间自动推送到户操作平台，等待用户作出响应和处理。同时，用户还可根据实际工作需要手动创建的工作任务。用户可自行定制任务计划和触发条件。

大数据分析结果调度管理子模块功能主要包括：基础信息维护、任务计划管理、专项任务派发、任务执行情况填报、执行进度管理及告警、任务执行情况综合评价、综合查询统计。

大数据分析结果调度管理子模块，用于问题任务生成、问题任务分发、问题处理情况跟踪、问题结果管理、问题再分析。

一种可行的实施方式中，根据决策支持中心分析结果产生符合问题触发条件的事件自动生成任务，推送到相关用户，开展分析结果的指挥调度。

大数据分析结果调度管理子模块的功能主要包括：问题任务生成、问题任务分发、问题处理情况跟踪、问题结果管理、问题再分析等。

应急指挥调度子模块，用于应急任务生成、实时指挥、人员调度、物资调度、车辆调度、应急处置、处置报告管理以及应急处置后的评估。

一种可行的实施方式中，基于水环境任务和工作流进行设计应急指挥调度系统，根据水环境安全管理中心环境应急接警分析结果流转产生符合环境应急触发条件的事件自动生成任务，推送到应急指挥调度中心的相关用户，开展应急指挥调度。

应急指挥调度子模块的功能主要包括：应急任务生成、实时指挥、人员调度、物资调度、车辆调度、应急处置、处置报告管理、应急处置后评估等。

调度档案管理子模块，用于提供对指挥调度中心指挥调度过程记录功能，并根据不同任务调度形成不同的调度报告，进行统一管理，同时支持调度报告分类、分项展示以及汇总分析。

一种可行的实施方式中，调度档案管理子模块主要提供对指挥调度中心指挥调度过程记录功能，并根据不同任务调度形成不同的调度报告，进行统一管理，同时支持调度报告分类、分项展示以及汇总分析。不同层级用户可在权限范围内查看调度记录和报告。

任务监督展示子模块，用于围绕领导者的重点关注工作完成情况等实际需求提供热点监督专题图层。

一种可行的实施方式中，通过任务监督展示子模块，按照领导者的职责提供水环境管理专项监督专题图层，围绕领导者的重点关注工作完成情况等实际需求提供热点监督专题图层，及时掌握工作情况。其中，专项任务监督展示还可提供多图层的自由组合展示，实现灵活可定制的展示与分析。

优选地，应用服务中心模块包括：PC端应用服务子模块、大屏展示服务子模块以及移动端应用服务子模块。

一种可行的实施方式中，本发明的服务体系由PC端应用服务、大屏展示服务、移动端服务三部分构成，提供多元化的水环境管理信息资源交互方式，形成针对服务优势互补的多元结构，为各业务用户提供便捷的获取信息方式、强化信息获取能力，提升整体服务水平。

多维度、多方式的为不同需求的用户提供流域水环境管理的数据服务、应用服务和决策服务。流域水环境管理业务人员、管理人员、决策指挥人员、社会公众参与人员和企业用户对平台的业务管理要求、关注点、习惯要求等方面都不同，在不同的场景下需要采用的服务方式也不同，采用PC端应用服务、大屏展示服务、移动端应用服务可以解决不同用户、不同场景下不同需求的问题，更好的为流域水环境管理服务。

下面分别对三种应用服务子模块进行详细介绍：

PC端应用服务子模块，用于为水环境管理部门提供日常业务工作支撑，为企业提供业务的一站试受理在线办理服务、为公众提供在线的信息公开与查询等服务内容。

一种可行的实施方式中，PC端应用服务子模块主要依托PC端在线操作的方式，为各类用户提供丰富详尽的服务内容，通过“功能强大、内容全面、响应快速、操作便捷”的服务方式，为水环境管理部门提供日常业务工作支撑，为企业提供业务的一站试受理在线办理服务、为公众提供在线的信息公开与查询等服务内容。

大屏展示服务子模块，用于通过大屏幕将水环境业务数据、工作任务指标、工作进度、调度指挥、工作成果，进行集中展示。

一种可行的实施方式中，大屏展示服务子模块主要依托大屏设备的展示形式，通过大屏幕将水环境业务数据、工作任务指标、工作进度、调度指挥、工作成果，进行集中展示，让各类关键信息一目了然，使得水环境管理部门领导能够快速掌握当前工作开展情况，更加便捷的开展决策工作。

移动端应用服务子模块，用于对PC端应用服务进行补充，使流域水环境管理部门、公众以及企业用户查阅与办理相关水环境业务。

一种可行的实施方式中，以移动便捷为优势的移动端应用服务子模块作为 PC端应用服务的补充，依托现有移动端技术，能够使得水环境管理部门、公众与企业用户能够随时随地查阅与办理相关水环境业务，更加快速的获取相关水环境信息，使得信息交互更加简单清晰明了。针对不同用户的需求与特点，移动端服务由手机端服务与平板端服务构成。

手机端服务为水环境管理部门提供基于手机端的内部沟通交流、信息查询、通知推送等内容。手机端服务同时也为公众及企业提供基于互联网的便捷化服务，公众能够通过手机随时随地查阅相关水环境公开信息，企业能够通过手机查阅获取最新流域水环境管理业务办理情况。

平板端服务主要为水环境管理部门提供基于环保专网的办公服务，水环境管理部门用户可通过平板电脑进行内部信息的查阅，便捷的开展相关水环境管理业务工作。

优选地，平台还包括：

如图5所示，信息安全模块，用于协同所述国家生态环境部云平台的运行维护体系，进行保障流域水环境管理大数据的信息安全。

一种可行的实施方式中，国家流域水环境管理大数据平台主要部署在国家生态环境部的云平台上，由信息中心提供基础环境运行维护，保障基础运行环境稳定可靠。因此，要与生态环境部的信息安全体系进行协同考虑。

流域水环境管理大数据平台建设信息安全体系规划结合生态环境部现有的各类安全措施，从技术、管理、运维等多个方面进行了综合考虑，借鉴国内外成熟的安全防护模型及最佳实践，形成了环保系统信息安全的规划蓝图。

流域水环境大数据信息安全总体架构围绕流域水环境管理大数据的三个层次，从大数据生态环境云平台、大数据管理平台、大数据应用平台实际的安全需求出发，构建三层技术防护体系，从而保障流域水环境管理大数据的信息安全。

一种可行的实施方式中，信息安全模块主要包括：

(1)对于云平台安全：通过对云平台基础设施层面的防护，保证生态环境云平台的安全；

(2)对于大数据安全：通过五个维度对大数据平台的安全进行防护(身份认证、授权管理、行为审计、数据脱敏、数据交换)，保证合法的特定身份拥有特定的权限进行大数据平台的操作，且一切操作事后有行为审计，可查看，可追溯；

(3)对于大数据应用安全：通过部署云WAF、WEB漏扫、配置核查、APT 防护等方式，保证应用层面的web应用的安全可靠性；通过配置核查减少配置缺陷，保证基础配置及安全策略的合理性，促使产品的防护力度最佳化。

如图6所示，运行维护模块，用于协同所述国家生态环境部云平台的运行维护体系，进行对业务变化的适应和预测，以及平台运维与建设的衔接。

一种可行的实施方式中，国家流域水环境管理大数据平台要部署在生态环境云上，由信息中心提供基础环境运行维护，保障基础运行环境稳定可靠。因此，要与生态环境部的运行维护体系进行协同考虑。

流域水环境管理大数据运行维护体系的建设目标是主动适应和预测业务变化，运维与建设紧密衔接，实现统一协调、高效运作的一体化运维。通过从组织人员、流程制度、技术工具等各个方面建立一套适合流域水环境管理大数据的IT 运维管理体系。水环境管理大数据运行维护体系架构按照IT运维管理理论、方法和标准，结合环保实际和建设需要，遵循立足需求、统一规划、保障重点、务求实效的原则，建立一套融合组织、流程、技术、信息的IT运行维护体系。具体包括运维门户、组织人员、制度流程、运维内容、运维工具等设计。

对平台的安全运维包括：物理环境、网络、操作系统和数据库系统、业务应用、数据保护、运行管理等多个层面。

对平台的应用运维，主要面向国家流域水环境大数据平台的应用提供用户管理、访问控制、应用监控、日志管理、应用高可用以及程序维护等方面的应用运维服务。对于平台的进一步扩展，用户的使用体验，应用的维护、升级、安全与稳定保障等提供应用运行维护支撑。

对平台的数据运维是国家流域水环境大数据平台的数据基础，是数据保持活力和后续大数据分析的保障。对于大数据平台的数据资源，依据生态环境部数据运维现状，基于已有数据建立数据规则，以数据规则设置等为基础，对数据进行管理和应用；通过对数据的采集、数据加工处理和标准化，实现数据资源的归集，为数据的资产挖掘提供基础。对数据资源采取备份归档、安全存储等方式，保障数据安全；依照生态环境部对数据安全的要求，制定数据审计规则，定期检查数据的合法性和完整性，对数据审计等情况进行分析，形成审计报告发送至相关部门。

运维门户则是一个由基础信息管理、工单管理、设备管理、运维外包商管理、区域管理、统计分析、绩效管理等功能模块组成，集定位、响应、消息传达、分析、规划和统计于一体的全方位运维系统。通过系统可以清晰查询系统运维相关信息并随时了解服务明细，包括过程日志、项目信息、Case处理日志等，实时掌握管理系统的运维状况。

组织人员即运维团队，而运维团队的构建和稳定性是系统安全稳定运行及维护的基础。以运行维护组织架构构建为基础，以运行岗位的保障为核心，通过运维人力规划与绩效考核机制等实现对平台长期运行维护的保障服务。同时，可以通过服务外包的方式保证对平台的运行和维护，并以第三方进行质量管理的方式，保证运维工作的开展。

制度流程为对平台运行维护过程中的制度和流程的制定、执行、监督、管理等提供一系列的制度和流程制定维护，并通过变更管理、事件管理、问题管理、发布管理等措施，保证对平台的日常运维和应急运维等保障。

运维工具主要是为组织人员提供运行维护工作处理及流程运转的工具支撑。提供服务台实现对运维门户受理的用户报障，记录故障信息，利用知识库解决用户故障申告等，提供服务；提供监控工具、拓扑发现、CMDB、流程审批、知识库等工具，辅助运维工作开展。基于运维工作的运行，对工作效率进行绩效评价，为外包商运维管理、运维服务管理等提供重要参考依据，保证平台的稳定、高效的运行维护服务。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种流域水环境管理大数据平台，所述流域水环境管理大数据平台部署在国家生态环境部云平台上；其特征在于，包括：

数据层，用于对流域水环境的水文、气象、水质、水生态、遥感影像数据、土地利用、水资源功能分区以及社会经济数据进行采集、存储、分析以及共享；

应用层，用于对大数据平台的系统应用进行管理、调度，以及辅助系统应用对流域水环境进行评估决策。

2.根据权利要求1所述的流域水环境管理大数据平台，其特征在于，所述数据层包括：

数据采集模块，用于统一规范各类业务数据的接入；进行数据抽取、数据校验以及错误数据处理、数据清洗及转换加载、空间数据与业务对象关联；

数据存储模块，用于同时存储传统关系型数据库以及分布式数据库；

数据分析模块，用于对存储的所述各类业务数据进行综合分析；

数据共享模块，用于对存储的所述各类业务数据进行梳理，将流域水环境信息资源进行科学配置与融合应用。

3.根据权利要求2所述的流域水环境管理大数据平台，其特征在于，所述数据层还包括：

信息资源规划模块，用于根据所述各类业务数据的环境属性、信息属性以及时空定位属性，梳理数据与数据、数据集与数据实体，以及不同主题数据库之间的关系；

数据管理模块，用于对所述各类业务数据的接入、质量、生命周期、资源目录服务进行管理。

4.根据权利要求1所述的流域水环境管理大数据平台，其特征在于，所述应用层包括：

流域水环境业务管理模块，用于对流域水环境进行目标绩效考核、流域生态补偿核算以及规划环评管理；

流域水环境评估决策模块，用于对流域水环境的管理数据进行综合分析、评估以及可视化展示。

5.根据权利要求4所述的流域水环境管理大数据平台，其特征在于，流域水环境业务管理模块包括：

流域目标绩效考核子模块，用于对流域水环境的水质目标进行绩效考核，建立质量目标和工作目标的双考核体系；

流域生态补偿核算子模块，用于梳理分析国内外流域水环境生态补偿类型、补偿标准及核算方法；建立基于不同水体，跨界补偿和饮用水源地补偿的多类型流域生态补偿核算体系框架；

规划环评管理子模块，用于提取流域水环境管理的规划管控指标、总量管控指标以及环境准入清单的规划环评结论，形成规划环评管理清单。

6.根据权利要求4所述的流域水环境管理大数据平台，其特征在于，所述流域水环境评估决策模块包括：

流域水环境综合评价子模块，用于对水质综合评估、统计分析、问题诊断、污染特征识别以及空间展示；

污染物通量分析子模块，用于计算单元内的污染物量、态时空分异规律模拟，演算不同水体多时间尺度下各种污染物的输移通量，为流域水环境的综合管理提供科学决策依据；

水环境承载力评价与风险预警子模块，用于对水环境承载力进行分级评价，以及风险预警；

流域水环境安全评估子模块，用于对流域水环境进行容量测算、水质量改善潜力分析，以及水污染物允许排放量测算与校核。

7.根据权利要求4所述的流域水环境管理大数据平台，其特征在于，所述应用层还包括：

调度指挥中心模块，用于对流域水环境的管理工作进行任务调度，对流域水环境进行动态管理；

应用服务中心模块，用于为不同需求的用户提供流域水环境的管理数据服务、应用服务以及决策服务。

8.根据权利要求7所述的流域水环境管理大数据平台，其特征在于，所述调度指挥中心模块包括：

大数据分析结果调度管理子模块，用于对所述平台进行基础信息维护、任务计划管理、专项任务派发、任务执行情况填报、执行进度管理及告警、任务执行情况综合评价以及综合查询统计；

大数据分析结果调度管理子模块，用于问题任务生成、问题任务分发、问题处理情况跟踪、问题结果管理、问题再分析；

应急指挥调度子模块，用于应急任务生成、实时指挥、人员调度、物资调度、车辆调度、应急处置、处置报告管理以及应急处置后的评估；

调度档案管理子模块，用于提供对指挥调度中心指挥调度过程记录功能，并根据不同任务调度形成不同的调度报告，进行统一管理，同时支持调度报告分类、分项展示以及汇总分析；

任务监督展示子模块，用于围绕领导者的重点关注工作完成情况等实际需求提供热点监督专题图层。

9.根据权利要求8所述的流域水环境管理大数据平台，其特征在于，所述应用服务中心模块包括：

PC端应用服务子模块，用于为水环境管理部门提供日常业务工作支撑，为企业提供业务的一站试受理在线办理服务、为公众提供在线的信息公开与查询等服务内容；

大屏展示服务子模块，用于通过大屏幕将水环境业务数据、工作任务指标、工作进度、调度指挥、工作成果，进行集中展示；

移动端应用服务子模块，用于对PC端应用服务进行补充，使流域水环境管理部门、公众以及企业用户查阅与办理相关水环境业务。

10.据权利要求1所述的流域水环境管理大数据平台，其特征在于，所述平台还包括：

信息安全模块，用于协同所述国家生态环境部云平台的运行维护体系，进行保障流域水环境管理大数据的信息安全；

运行维护模块，用于协同所述国家生态环境部云平台的运行维护体系，进行对业务变化的适应和预测，以及平台运维与建设的衔接。

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