多维异构监测数据智能处理在地下水资源调查监测中的研究与应用

多维异构监测数据智能处理在地下水资源调查监测中的研究与应用

曾建伟  ,马若梅 ,庞欢欢

金田产业发展（山东）集团有限公司  山东   济南   250102

摘要：多维异构监测数据智能处理,为地下水资源调查监测预警提供必要的基础条件,建立了多维异构监测数据集成终端的系统服务,实现了各种监测传感器协同工作,解决地下水资源调查调查监测数据集成等问题。

关键词：物联网、大数据、多维异构、地下水资源、调查监测

1. 概述

为贯彻落实党的十九大精神，加快建立自然资源统一调查、评价、监测制度，2020年1月17日自然资源部印发了关于《自然资源调查监测体系构建总体方案》的通知，对自然资源调查监测体系构建相关工作进行了部署，方案要求“依法组织自然资源调查监测评价，查清各类自然资源家底和变化情况，为科学编制国土空间规划，逐步实现山水林田湖草的整体保护、系统修复和综合治理，保障国家生态安全提供基础支撑，为实现国家治理体系和治理能力现代化提供服务保障。”

2. 存在问题

近年来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，引发了一系列地质环境问题。近年来，受全球气候变化影响，我国极端气象事件频发，长序列的地下水监测资料发挥极了为重要的作用，凸显了地下水监测工作的重要意义。目前存在一些问题：

2.1基础设施落后

地下水监测工作没有专门的地下水监测管理机房以及设施，现有的基础设施仅有一台服务器，用于接收监测数据，且没有数据管理以及分析服务应用。现有的基础设施无法满足地下水动态监测数据增长对应的硬件资源需求和数据分析需求。

2.2监测数据存储利用效率低下

采用传统的数据库来存储监测数据，设备采集频率越来越密集、监控规模不断扩大并随着时间的变化，监测数据越来越多，传统的人工操作无法支撑未来数据扩张的需求，监测服务效率出现瓶颈，维护成本也越来越高。

2.3地下水监测管理系统落后、功能单一

传统的地下水调查监测没有配套的监测与管理系统，有的有配套的系统，但是系统功能单一，只能对监测数据进行简单的查询、浏览。如果不进行二次开发，无法对现有的业务起到真正的支撑作用。另外系统缺乏统一的监测数据标准，这样将导致不同厂家的数据无法有效的集成，为信息孤岛的出现埋下隐患。

2.4地下水监测数据综合分析能力薄弱

目前地下水监测站点建设以及部分数据接收系统已经建设完成，实现了部分地下水监测数据的接收，但对于收到的监测数据只能人工分析、处理，耗费大量人力，综合分析处理能力不足，缺少数据可视化展示系统，成果服务影响范围小。

3. 研究内容

鉴于以上问题与现状，整合软硬件资源，结合云计算、大数据等技术，建设现代化地下水云平台，建设地下水数据综合分析应用系统、地下水数据可视化监测系统，提高地下水监测信息分析处理和服务能力。

3.1地下水资源数据库设计与建库

依据现有相关数据标准、规范以及业务需求，建立地下水调查、监测、统测、评价、分析应用数据模型，设计详细数据库表结构，为信息数据库建设提供支撑。

3.2历史数据整理与信息集成

整理已有历史调查、监测、统测、钻孔数据、水质、污染、气象、水文、地热、水资源开发利用、地质图件、水文地质图件、地理要素图件等内容，按照标准的数据格式入库；对接地质灾害大数据平台地下水数据库、监测工程数据库将现有的全省地下水监测站点以及地表水数据整合集成。

3.3自动化监测数据接收与站网管理

基于物联网技术，建立自动化监测数据接收与站网管理数据库，主要功能为监测数据的接收解析、自动化站网与设备运行管理、地下水监测网运行维护管理等，实现实时监测数据的解析、显示、查询实时掌握全省地下水监测设备的运行状态及地下水水位、水温的动态变化；对监测井、仪器设备和通讯设备管理进行统一管理，支持国内、外多种仪器设备类型接入，通过GSM、GPRS、4G、北斗数据传输等多种无线传输方式实现数据解析与设备远程管理；通过移动客户端APP与数据库联动实现监测网运行维护工作的在线管理。

3.4地下水数据管理

针对地下水调查监测工作内容，开发地下水调查数据采集、统测数据采集、自动监测数据整编、水质数据管理以及数据统计分析、自动报表生成和数据下载等功能模块。

3.5地下水资源共享

在动态监测数据和评价结果的基础上，建立数据资源共享目录以及数据成果模板，通过自动化后台数据成果生产任务，定时自动化生成成果数据，实时提供动态监测数据与研究成果；对科学研究等其他需求用户，采用用户申请-后台处理审批的交互方式，利用建立的数据自定义提取模块，按照用户需求选择相应数据筛选条件，自动化提取数据集。

4. 数据分析

4.1源数据整理

源数据整理的范围包括年水资源公报、日流量、日蒸发量、降水量等水文数据、水质监测数据、测站、湖泊、水库、河流等地下水资源相关数据。在数据标准的基础上做好数据爬取治理，并对多维异构数据进行分析挖掘和关联特征可视化,有效提升地下水资源海量多维异构数据的应用效能,有助于实现对地下水资源调查监测的综合管理。

4.2数据爬取治理

源数据爬取治理建库的成果要求数据结构化、规范化、可关联，便于数据的统计分析。由于业务逻辑关系产生的关联关系，比如河流有多少测站业务信息间的关联。地理空间关联指业务逻辑上没有关联关系，在空间地理位置上通过图层叠加分析强制建立关联关系。

5. 数据的智能化处理

5.1数据接收

监测设备传输数据的接收、解译以及入库。并将接收到数据监测点、监测设备以及监测数据的管理。

5.2数据管理

监测点展示在地图上并实现自动化监测数据整编、逐级校核，解决接收数据出现缺失、乱码、异常等现象，在数据进行分析之前对其进行修改，确保数据的合理性；实现数据检索统计以及数据产品的制作。

5.3数据智能分析

在水资源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，结合大数据计算能力，提供各类水文地质数据分析工具以及服务。水资源综合分析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。水资源综合分析主要包括水位动态分析功能模块、水质成果功能模块。

水位动态分析利用监测得到的水位数据绘制水位动态曲线，可与历史水位动态曲线对比，利用监测数据进行空间计算统计等，得到水位等值线图、埋深图、变差图等，反应地下水水位随空间的变化规律。水质成果管理并将结果通过表格的形式展示，方便于分析，为区域水资源质量研究提供依据。可详细查看单个水质化验成果；可查看一次水质化验结果中每一个指标内容是否超标，以及数值的综合结果；可查看行政区域内或框选范围内某一时期的所有水质评价的综合结果，为区域水资源质量变化规律研究提供依据。

5.4综合展示

实现地下水监测数据的统一浏览、查询。采用可视化和Web技术, 将监测数据，监测井、监测设备信息,水位、水量等动态监测数据的变化情况、水质采集数据的分布情况通过仪表盘等方式进行实时、动态展示。

6. 结束语

通过物联网、大数据等技术，建立水资源实时监测信息系统，实现基础设施云平台，建立水资源监测大数据存储服务，整合和利用现有地下水监测站点、监测数据、数据接收系统、水利等部门提供的多维异构数据融合处理，实现省、国家监测站点集成，结合二三维GIS 技术实现数据可视化展示，整体提高水资源监测信息化水平，使水资源监测工作走向标准化、信息化、现代化。

参考文献：

（1） 高立兵、苏军德   基于物联网技术的地质灾害多维异构 组网与监测数据集成研究  [J]技术与市场  2020年05期

（2）沙立成 张岩 张璇 郭冬山 王海霞 胡军 雷一鸣  电网多维异构数据融合三维可视化方法 [J] 自动化与仪器仪表  2017.07