劉 梅，萬 爍

（北京市水利自動化研究所，北京 100036）

1 水務(wù)數(shù)據(jù)中心建設(shè)背景

水務(wù)數(shù)據(jù)中心是實現(xiàn)水務(wù)基礎(chǔ)信息的共享存貯、集中交換和綜合服務(wù)的重要信息基礎(chǔ)設(shè)施，是實現(xiàn)水務(wù)信息資源綜合開發(fā)和利用的基礎(chǔ)，是水務(wù)信息化建設(shè)與發(fā)展的核心工程。

一方面，隨著水務(wù)信息化的快速發(fā)展，信息自動規(guī)模化采集的能力日益增強，信息資源的數(shù)字化程度不斷提高，支撐北京水務(wù)主要業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)庫急需完善，網(wǎng)絡(luò)對信息交換與應(yīng)用集成的支撐能力基本具備；各項主要水務(wù)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)正在轉(zhuǎn)入常態(tài)化或正在加緊建設(shè)，水務(wù)信息化建設(shè)已經(jīng)取得重大進展并在支撐防汛抗旱、電子政務(wù)等方面發(fā)揮了十分重要的作用。

但是，分散建設(shè)的業(yè)務(wù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫導(dǎo)致的信息資源開發(fā)利用程度不高，技術(shù)條件差異很大，形式與結(jié)構(gòu)的異構(gòu)現(xiàn)象嚴重，發(fā)展極不平衡。業(yè)務(wù)功能層次提升困難，業(yè)務(wù)協(xié)同難以實現(xiàn)的問題已經(jīng)顯現(xiàn)。特別是圍繞單一業(yè)務(wù)應(yīng)用需求建設(shè)的數(shù)據(jù)庫不能適應(yīng)水務(wù)業(yè)務(wù)協(xié)同與功能提升的需求，并反過來制約水務(wù)信息化發(fā)展的問題日益嚴重。

另一方面，國家和社會信息化的高速發(fā)展，對綜合性水務(wù)信息服務(wù)的要求十分迫切，但已建的水務(wù)信息資源無論是綜合程度、共享條件和服務(wù)方式均難以滿足需求。因此，啟動水務(wù)數(shù)據(jù)中心建設(shè)，對信息資源進行整合，盡快實現(xiàn)全市水務(wù)信息資源共享，以滿足行業(yè)和社會對綜合性主題化水務(wù)信息服務(wù)的需求，已經(jīng)成為當(dāng)前水務(wù)信息化建設(shè)十分重要的任務(wù)。

2 水務(wù)數(shù)據(jù)中心建設(shè)目標(biāo)

水務(wù)數(shù)據(jù)中心建設(shè)目標(biāo)如下：依托現(xiàn)有水務(wù)信息基礎(chǔ)設(shè)施，以支持業(yè)務(wù)協(xié)同處理為重點，以知識發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用為支撐，以提供主題信息產(chǎn)品服務(wù)為手段，整合重構(gòu)各類水務(wù)信息資源，構(gòu)造新一代水務(wù)業(yè)務(wù)應(yīng)用，為水務(wù)的可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。

水務(wù)數(shù)據(jù)中心建設(shè)近期目標(biāo)如下：

1）依托水務(wù)信息化建設(shè)已經(jīng)取得的成果，遵循集約化建設(shè)的原則，基于水務(wù)信息化重點項目形成的資源，構(gòu)建水務(wù)數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)框架。

2）重點整合各類水務(wù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換與共享平臺上實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)共享，支撐信息的發(fā)布和與其它行業(yè)的數(shù)據(jù)交換。

3）通過建立信息服務(wù)網(wǎng)站為社會公眾提供涉水信息服務(wù)；建立基于空間數(shù)據(jù)的信息綜合分析與服務(wù)環(huán)境，逐步向水務(wù)系統(tǒng)內(nèi)提供可定制、擴展的主題信息服務(wù)。

4）建立安全管理系統(tǒng)，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)在各單位間的安全和高效交換與共享提供保障。

5）基本形成水務(wù)數(shù)據(jù)中心建設(shè)與運行管理機制與組織架構(gòu)。

3 水務(wù)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)

根據(jù)北京市水務(wù)數(shù)據(jù)中心的主要應(yīng)用需求和水務(wù)信息化綜合體系，數(shù)據(jù)中心的邏輯框架包括：基礎(chǔ)支撐層、數(shù)據(jù)層、平臺層、應(yīng)用層、用戶層，以及信息采集梳理、安全保障系統(tǒng)、運維保障系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系等。具體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)中心架構(gòu)

在基礎(chǔ)支撐層中，計算機服務(wù)器系統(tǒng)主要指各類服務(wù)器、工作站、存儲設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)部分，局數(shù)據(jù)中心分別通過專線與政務(wù)專網(wǎng)與各局屬單位、區(qū)縣水務(wù)局連接起來，在邏輯上形成一個整體。支撐軟件平臺由 GIS、遙感處理、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、中間件、信息交叉索引等基礎(chǔ)軟件組成，支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運行、圖形的生產(chǎn)加工、基于知識鏈的信息服務(wù)。

數(shù)據(jù)層包括元、專用、主題和基礎(chǔ)等信息庫。

平臺層主要提供信息分析與決策支持業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)的接口，信息共享與交換服務(wù)系統(tǒng)，公眾服務(wù)系統(tǒng)。該平臺提供的有關(guān)功能通過應(yīng)用層實現(xiàn)信息交換、數(shù)據(jù)匯集和服務(wù)功能提供。

用戶層包括對外部、內(nèi)部、公眾等3類用戶提供的特色專業(yè)服務(wù)門戶。

4 水務(wù)數(shù)據(jù)中心建設(shè)內(nèi)容

4.1 建設(shè)內(nèi)容劃分

根據(jù)邏輯框架，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)內(nèi)容劃分為以下3部分：

1）基本的軟硬件環(huán)境。主要包括數(shù)據(jù)中心運行需要的網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲設(shè)備、操作系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)器、空間及影像數(shù)據(jù)加工系統(tǒng)等?；拒浻布h(huán)境的配置，應(yīng)充分共用現(xiàn)有設(shè)施設(shè)備和基本軟件，不形成與現(xiàn)有設(shè)施相重復(fù)的冗余。

2）數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)存儲、交換與服務(wù)系統(tǒng)。主要包括各類數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)交換和信息服務(wù)系統(tǒng)3部分。由各業(yè)務(wù)應(yīng)用或原有的已建數(shù)據(jù)庫，原則上逐步納入數(shù)據(jù)中心；已由數(shù)據(jù)中心建設(shè)維護部門運行管理的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)歸一化后重構(gòu)的主題數(shù)據(jù)庫，元數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)產(chǎn)品庫等統(tǒng)一納入數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與運行管理。基礎(chǔ)水務(wù)數(shù)字地圖的加工建庫，在統(tǒng)一規(guī)劃與任務(wù)部署下，按統(tǒng)一的技術(shù)要求組織各水務(wù)單位實施。應(yīng)用系統(tǒng)，由各級節(jié)點根據(jù)服務(wù)對象與需求，在統(tǒng)一的框架與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范下，按綜合規(guī)劃，分步實施，急用先建的原則建設(shè)，并以實現(xiàn)信息整合基礎(chǔ)上的綜合性主題信息服務(wù)為突破口。

3）安全、標(biāo)準(zhǔn)等其它基礎(chǔ)工作。為了數(shù)據(jù)中心的整體性與一致性，北京水務(wù)各單位按照統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)信息管理系統(tǒng)，并由信息管理部門統(tǒng)一管理。安全體系除數(shù)據(jù)庫管理的基本安全要求外，資源與身份認證依托水務(wù)電子政務(wù)的安全體系統(tǒng)一建設(shè)。備份系統(tǒng)按數(shù)據(jù)中心參考模型的基本劃分原則，分級實施。

4.2 具體建設(shè)內(nèi)容

4.2.1 硬件環(huán)境

1）網(wǎng)絡(luò)。各級節(jié)點均應(yīng)建立在現(xiàn)在的水務(wù)內(nèi)網(wǎng)的基礎(chǔ)上。一般在同一局域網(wǎng)段內(nèi)設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)連接不小于1000M，與不在同一局域網(wǎng)段但在同一局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)連接不小于100M。各級節(jié)點與局中心節(jié)點間的網(wǎng)絡(luò)連接內(nèi)、外網(wǎng)分別不低于10M。

2）服務(wù)器。總體上要求服務(wù)器有足夠的數(shù)據(jù)處理能力，支持并行處理和負載均衡。當(dāng)系統(tǒng)未來業(yè)務(wù)量增加時，應(yīng)通過系統(tǒng)升級平滑地適應(yīng)用戶的要求；作為系統(tǒng)的核心處理部件，服務(wù)器應(yīng)有足夠的容量，提供海量數(shù)據(jù)的存儲和處理能力，保障高響應(yīng)速度；應(yīng)具備可靠的數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)工具，以處理可能出現(xiàn)的意外；應(yīng)具有高可靠性、可用性，保證系統(tǒng)能夠長時間無故障運行。

技術(shù)上應(yīng)充分應(yīng)用計算機集群或網(wǎng)格、負載均衡、單元組合等技術(shù)，配以多層計算模式。各級節(jié)點應(yīng)在對數(shù)據(jù)存儲、處理與服務(wù)的實際負荷進行認真分析的基礎(chǔ)上，確定各類服務(wù)器的 CPU 處理能力、內(nèi)存和外存容量；并考慮如工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的熱插拔等可在線擴展技術(shù)的應(yīng)用，以支持系統(tǒng)的擴展與維護。各級節(jié)點原則上均應(yīng)在2個域內(nèi)分別配置雙機熱備系統(tǒng)。

3）存儲設(shè)備。存儲設(shè)備包括存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）、磁盤陣列、磁帶（光盤）庫、存儲管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)輔助設(shè)備等。

4.2.2 軟件環(huán)境

1）服務(wù)器操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心服務(wù)器操作系統(tǒng)應(yīng)具有3級以上安全等級，運行穩(wěn)定可靠，支持大規(guī)模數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，界面友好，方便管理維護和應(yīng)用軟件開發(fā)，并保證應(yīng)用軟件有良好的可移植性。

2）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。北京水務(wù)數(shù)據(jù)中心采用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，不僅要滿足數(shù)據(jù)存儲和主題應(yīng)用快速響應(yīng)的需要，還要支持空間數(shù)據(jù)的存儲與應(yīng)用，更要保持 7×24h 的高可用性，數(shù)據(jù)的安全性和一致性，以及系統(tǒng)的可管理性和擴展性。因此，應(yīng)選用支持空間數(shù)據(jù)管理、集群和數(shù)據(jù)遠程復(fù)制的國內(nèi)外主流產(chǎn)品。

3）應(yīng)用服務(wù)器中間件。數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用服務(wù)器中間件不僅要支撐已知的應(yīng)用系統(tǒng)，還要充分考慮今后對應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的各種要求，特別是要考慮對集群系統(tǒng)的支持、負載的自動均衡、良好的可擴充性等。應(yīng)優(yōu)先選用國內(nèi)外主流產(chǎn)品。

4）消息中間件。消息中間件主要用于支持數(shù)據(jù)中心各級節(jié)點間和節(jié)點內(nèi)的信息交換。

4.2.3 數(shù)據(jù)庫群

數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)庫群由元數(shù)據(jù)庫、資源目錄、專用數(shù)據(jù)庫、主題和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫等組成。

1）元數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)資源目錄。元數(shù)據(jù)用于描述數(shù)據(jù)中心各類實體數(shù)據(jù)的定義、內(nèi)容、質(zhì)量、表示方式、空間參考系、管理方式，以及數(shù)據(jù)集的其它特征等。

數(shù)據(jù)資源目錄是以元數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對水務(wù)數(shù)據(jù)資源進行分級分類和格式標(biāo)準(zhǔn)化，形成水務(wù)數(shù)據(jù)資源的有序組織體系，用于數(shù)據(jù)資源的查詢、控制和管理。

2）主題數(shù)據(jù)庫。主題數(shù)據(jù)庫是基于數(shù)據(jù)倉庫和挖掘等技術(shù)，從基礎(chǔ)或其它主題數(shù)據(jù)庫按主題抽取的數(shù)據(jù)重構(gòu)而成的數(shù)據(jù)庫。國家水務(wù)數(shù)據(jù)中心除按常規(guī)性的應(yīng)用主題構(gòu)造主題數(shù)據(jù)庫外，還應(yīng)支持根據(jù)業(yè)務(wù)需求動態(tài)構(gòu)造相應(yīng)的主題和信息產(chǎn)品等數(shù)據(jù)庫。

3）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫存儲基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)，主要包括水務(wù)空間、基礎(chǔ)水文、水務(wù)工程、水資源、防汛抗旱、水環(huán)境、水土保持、郊區(qū)水務(wù)、水務(wù)行政管理等數(shù)據(jù)。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)應(yīng)在信息資源規(guī)劃的基礎(chǔ)上，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，結(jié)合各級節(jié)點的業(yè)務(wù)應(yīng)用特點，在相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范下進行建設(shè)。對于各類數(shù)據(jù)的基本要素，在按專業(yè)類型枚舉時，存在重復(fù)要素。因此，在將其整合建庫，形成數(shù)據(jù)中心的基本庫存內(nèi)容時，必須消除基本要素間可能存在的重復(fù)及包含。

4.2.4 數(shù)據(jù)交換

數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)水務(wù)局各單位通過局中心的數(shù)據(jù)交換，主要包括基于數(shù)據(jù)庫復(fù)制（用于節(jié)點間的數(shù)據(jù)同步）的數(shù)據(jù)同步和基于消息機制的數(shù)據(jù)推送。大數(shù)據(jù)量也可在交換體系的管理下實施脫機的介質(zhì)交換。

數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)以下3種基本功能：1）數(shù)據(jù)庫間的數(shù)據(jù)同步，應(yīng)支持同構(gòu)和異構(gòu)數(shù)據(jù)庫間的數(shù)據(jù)同步；2）支持結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳遞；3）支持與其他應(yīng)用系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換。

數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)的基本技術(shù)要求是：保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?、完整性與可靠性；易于部署、便于個性化配置；支持多種數(shù)據(jù)格式；容易與安全產(chǎn)品集成配套使用；跨平臺、兼容性強。

數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)系統(tǒng)負荷的變化動態(tài)增減服務(wù)進程的個數(shù)，調(diào)整同類服務(wù)以分擔(dān)客戶端請求。

4.2.5 軟件工具

數(shù)據(jù)中心的服務(wù)通過以下3種方式實現(xiàn)：提供信息產(chǎn)品，提供信息綜合查詢，提供服務(wù)接口。

為了實現(xiàn)這些服務(wù)功能，需要大量的軟件工具，對數(shù)據(jù)進行抽取、綜合加工、分析挖掘和重組。這些工具主要包括：數(shù)據(jù)處理工具、數(shù)據(jù)挖掘（DM）、數(shù)據(jù)倉庫（DW）、數(shù)據(jù)抽取轉(zhuǎn)換與裝載（ETL）、目錄服務(wù)、空間及影像信息服務(wù)、門戶等。

數(shù)據(jù)中心所需的基本軟件工具以購置成熟的商品軟件為主。應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心服務(wù)的實際需求，確定所需的軟件工具，并遵循逐步擴展的配置原則。

數(shù)據(jù)中心必須將提供主題信息服務(wù)作為基本建設(shè)內(nèi)容。

數(shù)據(jù)倉庫和挖掘軟件的選擇原則是：支撐實現(xiàn)數(shù)據(jù)整合，元數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)倉庫及數(shù)據(jù)集市的建立，實用和易于集成。能夠?qū)Υ罅繑?shù)據(jù)實現(xiàn)實時復(fù)雜轉(zhuǎn)換和處理，能夠?qū)Ａ繑?shù)據(jù)實現(xiàn)批量的轉(zhuǎn)換和處理,能夠建立統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)服務(wù)包裝成 Web Service 或其它形式供其他系統(tǒng)共享。

GIS 及影像處理軟件采用國內(nèi)外的系列化產(chǎn)品，并按需配置。

目錄管理應(yīng)選用支持中文處理的成熟產(chǎn)品，至少應(yīng)包括以下幾個系統(tǒng)：編目、目錄報送、目錄管理、目錄服務(wù)等系統(tǒng)。

基本的體系與功能要求如下：

1）編目系統(tǒng)。利用編目系統(tǒng)，從不同形態(tài)的信息資源中抽取出元數(shù)據(jù)，生成信息資源目錄。

其主要功能是：

a）目錄生成，分為自動和手工2種方式，實現(xiàn)從各自的業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中整理出元數(shù)據(jù)，形成信息資源目錄；

b）資源編碼，按照統(tǒng)一的指標(biāo)編碼規(guī)則對資源進行編碼；

c）資源分類與主題詞提取，對信息資源進行分類，包括自動與手工2種方式，并實現(xiàn)主題詞提取。

2）目錄報送系統(tǒng)。各級節(jié)點按照統(tǒng)一的指標(biāo)編碼規(guī)則、數(shù)據(jù)格式要求整理用于共享的數(shù)據(jù)，定期自動提交到國家級節(jié)點的目錄（元）數(shù)據(jù)庫中。基于數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，建立目錄報送系統(tǒng)，實現(xiàn)目錄傳送。

3）目錄管理系統(tǒng)。目錄管理實現(xiàn)對目錄數(shù)據(jù)服務(wù)的集中管理,主要包括以下3點：

a）目錄互訪：為了構(gòu)筑邏輯上集中，物理上分散的信息資源目錄體系，每個部門按照目錄體系標(biāo)準(zhǔn)對外提供目錄發(fā)現(xiàn)接口和目錄管理接口；

b）目錄管理：用于管理各部門上報的目錄，包括目錄的審核、目錄日常維護；

c）系統(tǒng)管理：提供配置、備份、遷移、認證、用戶管理等功能，提高系統(tǒng)運行可靠性和可維護性。

4）目錄服務(wù)系統(tǒng)。將目錄按照多種分類方式發(fā)布到信息服務(wù)門戶，供使用者進行瀏覽和查詢導(dǎo)航，以及對信息進行挖掘分析與聚類。

4.2.6 安全備份

數(shù)據(jù)中心的安全依托整個水務(wù)信息安全體系來實現(xiàn)。主要包括三個方面。一是常規(guī)的安全管理與配置（防入侵、防病毒等）；二是基于身份認證的資源使用授權(quán)管理；三是系統(tǒng)備份。

水務(wù)各單位必須對現(xiàn)有安全條件進行認真分析，制定詳細的安全配置與實施方案。在備份方面，北京市水務(wù)局中心建立全系統(tǒng)的異地數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)和本節(jié)點的本地備份系統(tǒng)（多機熱備、磁帶或光盤庫）；其它節(jié)點的數(shù)據(jù)備份在局數(shù)據(jù)中心。

4.2.7 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

保障數(shù)據(jù)中心的建設(shè)運行與管理規(guī)范化和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，需要按數(shù)據(jù)中心規(guī)程模型的框架，構(gòu)造相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。其重點是術(shù)語、信息分類、信息表示、信息集成和信息開發(fā)應(yīng)用等方面的標(biāo)準(zhǔn)，已由國家或水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頒布的，應(yīng)在研究其對數(shù)據(jù)中心建設(shè)的適用性后引用，還缺少或現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)不適用的，應(yīng)爭取作為水務(wù)業(yè)務(wù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或數(shù)據(jù)中心專用標(biāo)準(zhǔn)，安排編制和試行。

[1] 北京市經(jīng)濟和信息化委員會.北京市經(jīng)濟和信息化委員會關(guān)于智能北京發(fā)展綱要（2011-2015）[R]

[2] 北京市經(jīng)濟和信息化委員會.北京市“十二五”時期城市信息化及重大信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃[R].2010.

[3] 成建國，錢峰，艾萍.國家水利數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案研究[J].中國水利，2008（19）: 32-34.

[4] 北京市水務(wù)局.北京水務(wù)“十二五”信息化發(fā)展規(guī)劃[R]2010.9

[5] 北京市水務(wù)局.北京市 “十二五”時期水資源保護及利用規(guī)劃[R].2010.