流域水环境大数据管理平台构建技术与方法

第1章绪论/1

1.1流域水环境大数据管理平台构建任务的背景/1

1.2流域水环境大数据管理平台研发技术进展/2

1.2.1平台数据集成与共享/2

1.2.2平台模型集成与管理/4

1.2.3平台业务化应用/12

第2章平台构建技术简介/15

2.1流域水环境大数据平台建设关键问题分析/15

2.2平台建设关键技术基本原理/16

2.3平台建设主要流程/16

2.3.1多元数据融合/16

2.3.2实时在线三维可视化/16

2.3.3业务化云平台框架构建/17

第3章平台构建技术流程/18

3.1多源数据融合/18

3.1.1网格时空大数据技术的数据集成管理/18

3.1.2数据汇集处理标准化/23

3.1.3数据采集融合/24

3.1.4数据治理技术/25

3.1.5 数据挖掘分析/27

3.2实时在线三维可视化/29

3.2.1基于WebGL的实时在线三维可视化环境/29

3.2.2水环境多元多级信息三维可视化/34

3.2.3水环境模型评估决策信息三维可视化/37

3.3 业务化云平台构建框架/39

3.3.1业务化平台构建实施的技术框架/39

3.3.2业务化云平台总体架构/40

3.3.3基础设施/41

3.3.4云数据中心/41

3.3.5服务平台层/45

3.3.6应用层/46

3.3.7表现层/46

3.3.8统一运维安全与数据规范/46

第4章流域水环境大数据管理平台建设实践/49

4.1长江经济带水质目标管理平台总体架构设计/50

4.1.1系统逻辑架构/50

4.1.2系统开发架构/52

4.1.3平台构建的技术标准规范/53

4.2信息共享系统/57

4.2.1总体建设方案/57

4.2.2需求分析/58

4.2.3系统设计/61

4.2.4系统应用实践/77

4.3功能分区系统/92

4.3.1建设目标/92

4.3.2需求分析/92

4.3.3系统设计/93

4.3.4系统应用实践/97

4.4容量总量系统/100

4.4.1建设目标与任务/100

4.4.2需求分析/102

4.4.3系统设计/102

4.4.4系统应用实践/107

4.5风险管理系统/113

4.5.1建设目标/113

4.5.2需求分析/114

4.5.3系统设计/115

4.5.4系统应用实践/126

参考文献/134

第1章绪论

1.1流域水环境大数据管理平台构建任务的背景

《水污染防治行动计划》(简称《水十条》)对流域环境管理提出了“研究建立流域水生态环境功能分区管理体系，系统推进水污染防治、水生态保护和水资源管理”的总体要求。中央全面深化改革领导小组审议通过的《按流域设置环境监管和行政执法机构试点方案》和由中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《全面推行河长制意见》，从顶层设计上对流域水环境管理提出了新的更高要求。

流域水环境管理如何适应系统化、科学化、法治化、精细化和信息化的管理要求，系统集成并创新水质目标管理技术体系是关键所在。“十一五”和“十二五”期间水专项重点是进行共性关键技术的突破，且相关课题多在具体流域开展。从国家层面上看，长三角、珠三角、京津冀以及长江经济带等大区域水环境水质目标管理技术体系尚未得到系统集成，水质目标管理技术体系的规范化、标准化和信息化程度还有待提高，关键技术整体尚未得到全面应用，与整体业务化运行要求尚有较大差距。

《生态环境大数据建设总体方案》指出：大数据、互联网等信息技术已成为推进环境治理体系和治理能力现代化的重要手段，要加强生态环境大数据综合应用和集成分析，为生态环境保护科学决策提供有力支撑。而以问题为导向，加快推进大数据建设和应用，持续提升流域水环境管理信息化水平，加强生态环境质量、污染源、污染物、环境承载力等水环境管理各环节的综合研判，及时准确地对水环境进行模拟、评价和预测，为政策法规、规划计划、标准规范等的制定提供信息支持，为科学合理的治理提供可靠的决策依据，已成为水环境管理的迫切要求。现阶段，尽管我国很多涉水管理数据已经集中到了“数据中心”，但由于数据管理基础设施和系统建设分散，应用“烟囱”和数据“孤岛”林立，导致现有的系统平台基础难以适应新时期流域水环境保护精细化和信息化对数据采集、信息共享、业务协同和智能管理的需求。通过构建国家水环境监测监控及流域水环境大数据平台，将加强数据获取、存储、整合、集成、处理、分析和综合利用能力，是创新水环境管理模式，提升水生态环境精细化、信息化管理水平的重要基础性工作，对于加强水生态环境综合管理能力具有重要意义。

1.2流域水环境大数据管理平台研发技术进展

1.2.1平台数据集成与共享

在环境信息共享研究方面，国外起步较早并已经取得了长足的发展。美国在20世纪70年代就开始利用地理信息系统（GIS）专业技术软件进行环境信息的管理和

研究，为促进环境信息交换、发展和应用，由美国国家环保局（USEPA)牵头美国34个州参与筹建国家环境信息交换网络（NEIEN），并对环境数据标准进行了研究和制定；美国加利福尼亚大学、海军研究院、茫特雷湾水科学研究所共同研究开发了实时环境信息网络与分析系统（REINAS)，它是根据实际需要开发的区域性海洋环境与资源立体、动态监测和信息服务系统。欧洲环境署（EEA)早在1985年就建立了欧洲共享环境信息系统（SEIS），该系统经过了“独立”的信息系统阶段、“报告式”的环境信息共享阶段，直至现在才形成真正的环境信息共享，各成员国所形成的环境信息子系统与EEA的中央数据库之间可以直接访问、共享和互通环境信息。奥地利政府在“数字奥地利”的基础上成立了一个专门针对环境信息的电子政府工作小组，建立了环境信息的一站式服务体系。德国于20世纪70年代开始了环境信息资源共享平台的建立，其中环境规划信息系统及综合的公众环境信息系统为公众提供了了解国家环境监测计划、环境报告以及环境质量等相关数据的渠道，同时公众可以将自己的意见反馈给政府。瑞典的数据资源目录工程（CDS)建成了连接全国各城……

本书以流域水环境综合管理的数据流为中心，通过统一开放式接口的方式，结合项目“流域跨界水环境协调管理支撑技术”“流域跨界水环境风险防控体系”“流域跨界水环境问题责任认定与补偿”的研究成果，构建集信息交流与共享、环境监控与污染物通量考核、责任认定补偿与矛盾调处、警情发布与应急处置为一体的流域跨界水环境综合管理平台。