付 靜，程益聯(lián)

（水利部水利信息中心，北京 100053）

水利信息系統(tǒng)應(yīng)用支撐平臺探討

付 靜，程益聯(lián)

（水利部水利信息中心，北京 100053）

隨著水利信息化快速發(fā)展，水利信息共享困難、業(yè)務(wù)割據(jù)的問題已成為制約信息化發(fā)展的瓶頸，為此，必須開展水利信息化資源整合共享，其中，建設(shè)水利信息系統(tǒng)統(tǒng)一的應(yīng)用支撐平臺是資源整合共享的關(guān)鍵。詳細(xì)介紹應(yīng)用支撐平臺的定位、組成、主要功能及服務(wù)方式，初步探討水利云下的應(yīng)用支撐平臺架構(gòu)組件及應(yīng)用，確保水利信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通、信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同。

水利信息系統(tǒng)；應(yīng)用支撐平臺；資源整合

0 引言

水利信息系統(tǒng)應(yīng)用支撐平臺起步較早，在2003 年開始建設(shè)的國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)一期工程中，水利行業(yè)就已開展了應(yīng)用支撐平臺的探索研究并得到應(yīng)用，其后，在水利電子政務(wù)系統(tǒng)、國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目、全國水土保持監(jiān)測與網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、水利財(cái)務(wù)管理信息系統(tǒng)等多個(gè)大型項(xiàng)目中均設(shè)計(jì)并開發(fā)了各自項(xiàng)目的應(yīng)用支撐平臺。

隨著信息化建設(shè)工作的不斷推進(jìn)，信息化管理工作體制機(jī)制的不斷完善，云技術(shù)應(yīng)用的日趨成熟，對應(yīng)用支撐平臺提出了新的需求，也為不同業(yè)務(wù)應(yīng)用間的業(yè)務(wù)協(xié)同、信息資源整合共享提供了條件，使原有的以各項(xiàng)目為單位開發(fā)的煙囪式系統(tǒng)向扁平化共享過渡成為可能。

水利應(yīng)用支撐平臺經(jīng)過多年實(shí)踐，已發(fā)生了悄然變化，原有各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用支撐平臺中大而全功能變得更為集中統(tǒng)一，突出重點(diǎn)，逐漸整合為水利信息系統(tǒng)統(tǒng)一的應(yīng)用支撐平臺，實(shí)用化地劃分為通用工具和應(yīng)用 2 大服務(wù)類組件，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一通用工具、數(shù)據(jù)交換服務(wù)、用戶管理服務(wù)、地圖服務(wù)等功能。

1 應(yīng)用支撐平臺定位

1.1 應(yīng)用支撐平臺縱向關(guān)系位置

水利信息化綜合體系主要由水利信息基礎(chǔ)設(shè)施、業(yè)務(wù)應(yīng)用體系和保障環(huán)境 3 部分組成，框架如圖1 所示。水利信息化保障環(huán)境由水利信息化標(biāo)準(zhǔn)體系、安全體系、建設(shè)及運(yùn)行管理、落實(shí)建設(shè)與運(yùn)行維護(hù)資金和人才隊(duì)伍培養(yǎng)等要素構(gòu)成；水利基礎(chǔ)設(shè)施主要包括機(jī)房環(huán)境、計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源及水利數(shù)據(jù)中心；業(yè)務(wù)應(yīng)用由應(yīng)用支撐平臺和業(yè)務(wù)應(yīng)用 2 部分組成，應(yīng)用支撐平臺指公用業(yè)務(wù)處理邏輯，以公共服務(wù)的方式由數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一管理，業(yè)務(wù)應(yīng)用完成非公用業(yè)務(wù)處理和實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的系統(tǒng)表示。

應(yīng)用支撐平臺位于水利信息基礎(chǔ)設(shè)施中的水利數(shù)據(jù)層之上，水利業(yè)務(wù)應(yīng)用體系中的水利業(yè)務(wù)應(yīng)用之下，起到承上啟下作用。采用面向服務(wù)體系架構(gòu)，構(gòu)建統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺，主要對防災(zāi)減災(zāi)、水資源管理、水土保持等水利核心業(yè)務(wù)，以及電子政務(wù)等重要政務(wù)進(jìn)行整合，將各種業(yè)務(wù)和政務(wù)應(yīng)用中通用的系統(tǒng)功能進(jìn)行復(fù)用，形成組件，并在此基礎(chǔ)上封裝成可以調(diào)用的服務(wù)，通過服務(wù)的調(diào)用和再封裝等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水利業(yè)務(wù)應(yīng)用的協(xié)同，為水利業(yè)務(wù)應(yīng)用提供公共開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境。應(yīng)用支撐平臺是水利信息資源形成整合共享的關(guān)鍵措施，可有效避免各應(yīng)用對通用資源的重復(fù)購置及開發(fā)，具有領(lǐng)域內(nèi)公共資源、共享服務(wù)的特質(zhì)。

圖1 水利信息化綜合體系框架圖

1.2 應(yīng)用支撐平臺橫向關(guān)系位置

應(yīng)用支撐平臺由國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)、國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)、水土保持管理系統(tǒng)、水利工程建設(shè)管理系統(tǒng)、水利財(cái)務(wù)管理信息系統(tǒng)等應(yīng)用支撐平臺功能的交集部分構(gòu)成，并根據(jù)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用支撐平臺的自身特點(diǎn)，充分發(fā)揮所長，各有側(cè)重地實(shí)現(xiàn)水利信息系統(tǒng)應(yīng)用支撐平臺的通用服務(wù)。各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用支撐平臺更為強(qiáng)調(diào)業(yè)務(wù)的個(gè)性化需求，是水利信息系統(tǒng)應(yīng)用支撐平臺的補(bǔ)充延伸。

2 應(yīng)用支撐平臺組成及主要功能

應(yīng)用支撐平臺采用面向服務(wù)體系架構(gòu)，由底層的通用工具服務(wù)類和上層的通用應(yīng)用服務(wù)類組成，水利信息系統(tǒng)應(yīng)用支撐平臺構(gòu)成框架如圖2 所示。通用工具服務(wù)類指具有通用成熟性的第三方產(chǎn)品，如 GIS、報(bào)表工具、全文檢索、工作流引擎等工具組件。通用應(yīng)用服務(wù)類主要對防汛抗旱、水資源管理、水土保持等水利核心業(yè)務(wù)，以及電子政務(wù)等重要政務(wù)進(jìn)行整合抽取后，經(jīng)過再加工，符合其通用性要求，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換、地圖服務(wù)和用戶管理服務(wù)組件。

圖2 水利信息系統(tǒng)應(yīng)用支撐平臺構(gòu)成框架圖

2.1 統(tǒng)一用戶管理服務(wù)組件

以水利現(xiàn)有身份認(rèn)證體系為基礎(chǔ)，遵照相關(guān)的用戶管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（組織機(jī)構(gòu)代碼、人員屬性編碼等），建立分布式的用戶管理目錄體系，分級維護(hù)人員的基本屬性、社會(huì)屬性、角色信息，并實(shí)現(xiàn)各級之間、政務(wù)內(nèi)網(wǎng)與業(yè)務(wù)網(wǎng)之間用戶身份信息的統(tǒng)一性和唯一性。建立的統(tǒng)一用戶管理作為各業(yè)務(wù)應(yīng)用的用戶信息來源，保障用戶信息的準(zhǔn)確性、權(quán)威性，為后續(xù)的統(tǒng)一授權(quán)、責(zé)任鑒別奠定基礎(chǔ)。各應(yīng)用用戶信息來自于統(tǒng)一用戶管理系統(tǒng)，并根據(jù)需要在此基礎(chǔ)上管理和維護(hù)各自專有信息。新建應(yīng)用必須采用統(tǒng)一用戶管理系統(tǒng)，已建應(yīng)用應(yīng)在升級改造時(shí)采用統(tǒng)一用戶管理系統(tǒng)。用戶管理內(nèi)容除公民身份號碼、姓名、所屬機(jī)構(gòu)等基本信息外，還應(yīng)包括實(shí)現(xiàn)入門級授權(quán)需要的應(yīng)用與數(shù)據(jù)資源等訪問授權(quán)信息。

2.2 統(tǒng)一地圖服務(wù)組件

水利“一張圖”的信息內(nèi)容包括國家基礎(chǔ)地理、水利基礎(chǔ)和業(yè)務(wù)信息。國家基礎(chǔ)地理信息包括水系軸線、水系岸線、湖泊、居民地、地名、鐵路、公路、國界、省界、地市界、縣界和地形等；水利基礎(chǔ)包括了 1～6 級流域、水文站、水庫、水電站、水閘、泵站、堤防、引調(diào)水工程、農(nóng)村供水工程、灌區(qū)、渠道、地下水取水井和涉水組織機(jī)構(gòu)等；水利業(yè)務(wù)信息包括支撐各業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用，具有鮮明業(yè)務(wù)特點(diǎn)的空間信息。水利“一張圖”按OGC 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組織，提供包括網(wǎng)絡(luò)地圖切片服務(wù)（WMTS）、網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)（WMS）、網(wǎng)絡(luò)要素服務(wù)（WFS）和數(shù)據(jù)處理服務(wù)（WPS）等，各水利業(yè)務(wù)應(yīng)用根據(jù)需要，分別調(diào)用基礎(chǔ)和專業(yè)服務(wù)，聚合形成符合專業(yè)特點(diǎn)和應(yīng)用需求的特定地圖服務(wù)。

2.3 統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換組件

統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換主要是通過數(shù)據(jù)交換平臺的建設(shè)，構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換框架，規(guī)范交換流程和方法，形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換機(jī)制，實(shí)現(xiàn)水利部、流域機(jī)構(gòu)、省級等不同節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)交換和政務(wù)內(nèi)網(wǎng)與業(yè)務(wù)網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換，構(gòu)建三級兩域的交換總體布局。支持常規(guī)數(shù)據(jù)、大文件數(shù)據(jù)、同構(gòu)數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)的交換。各業(yè)務(wù)應(yīng)用僅需調(diào)用應(yīng)用支撐平臺上注冊的數(shù)據(jù)交換組件，開發(fā)各自的業(yè)務(wù)應(yīng)用適配器。

2.4 統(tǒng)一通用工具組件

構(gòu)建應(yīng)用支撐平臺中的開發(fā)應(yīng)用引擎，將 GIS引擎服務(wù)、報(bào)表工具、全文檢索引擎、工作流引擎等第三方通用工具進(jìn)行復(fù)用管理，支持按照業(yè)務(wù)需求以服務(wù)注冊方式增加通用工具類型。

2.5 服務(wù)注冊管理模塊

對應(yīng)用支撐平臺提供的各類功能和服務(wù)組件進(jìn)行注冊、發(fā)布和管理等。

2.6 監(jiān)控運(yùn)行管理模塊

監(jiān)控運(yùn)行管理模塊主要包括平臺運(yùn)行、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、服務(wù)運(yùn)行、用戶等的狀態(tài)監(jiān)控，以及系統(tǒng)軟件、業(yè)務(wù)告警等的監(jiān)控與管理功能。

3 應(yīng)用支撐平臺服務(wù)方式

應(yīng)用支撐平臺主要通過服務(wù)管理將包含的各類功能或組件服務(wù)化，并且通過服務(wù)管理管理各類服務(wù)。水利業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)按照服務(wù)注冊中心、請求者、提供者 3 個(gè)角色，遵守具體的技術(shù)規(guī)范，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分布式資源的共享和服務(wù)。水利信息系統(tǒng)應(yīng)用支撐平臺服務(wù)管理模式架構(gòu)如圖3 所示。應(yīng)用支撐平臺中的統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換、地圖服務(wù)和用戶管理服務(wù)及統(tǒng)一通用工具組件相當(dāng)于服務(wù)提供者，把包含有服務(wù)接口、訪問地址及對服務(wù)內(nèi)容的語義描述等相關(guān)元素發(fā)布到服務(wù)注冊中心；服務(wù)注冊中心幫助服務(wù)請求者發(fā)現(xiàn)和定位合適的服務(wù)，并提供服務(wù)尋址功能；水利業(yè)務(wù)應(yīng)用作為服務(wù)請求者，通過應(yīng)用支撐平臺中的服務(wù)注冊中心發(fā)起請求間接獲得服務(wù)描述，或者從服務(wù)提供者處直接獲得服務(wù)描述，按照服務(wù)描述接口和地址約定實(shí)現(xiàn)與服務(wù)提供者的服務(wù)交互。

圖3 水利信息系統(tǒng)應(yīng)用支撐平臺服務(wù)管理模式架構(gòu)圖

應(yīng)用支撐平臺 SOA 并不是一種現(xiàn)成的技術(shù)，而是一種將軟件組織在一起的抽象概念，是一種在計(jì)算環(huán)境中設(shè)計(jì)、開發(fā)、部署和管理離散邏輯單元的模型，主要依賴于用 XML 和 Web Services 實(shí)現(xiàn)。因此，SOA 處于戰(zhàn)略的角色，Web Services 處于戰(zhàn)術(shù)角色。

4 基于水利云的應(yīng)用支撐平臺構(gòu)建

4.1 基于 PaaS 系統(tǒng)的應(yīng)用支撐平臺條件分析

目前水利部在計(jì)算、存儲(chǔ)資源等基礎(chǔ)設(shè)施方面，已逐漸按照云平臺模式進(jìn)行架構(gòu)，在政務(wù)內(nèi)網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)內(nèi)分別采用了 4 臺 8 路 10 核服務(wù)器（共計(jì) 320 核）經(jīng)過虛擬化技術(shù)構(gòu)建了計(jì)算資源池，提高核心服務(wù)器的復(fù)用率及動(dòng)態(tài)配置能力，從而節(jié)約后續(xù)購置、運(yùn)行和管理成本，搭建起了水利基礎(chǔ)設(shè)施云（IaaS 系統(tǒng)），解決了基礎(chǔ)資源的統(tǒng)一管理，但對如何搭建基于云化的應(yīng)用支撐平臺還處于初步探討和試點(diǎn)階段。

應(yīng)用支撐平臺作為業(yè)務(wù)應(yīng)用的開發(fā)、運(yùn)行環(huán)境的平臺，如何繼續(xù)在水利基礎(chǔ)設(shè)施云上發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)軟、硬件資源的動(dòng)態(tài)調(diào)配成為亟需解決的問題。主要從以下 2 個(gè)方面進(jìn)行分析處理：

1）從應(yīng)用支撐平臺云化適用性角度開展了業(yè)務(wù)和技術(shù)屬性 2 個(gè)維度分析。業(yè)務(wù)屬性主要考慮業(yè)務(wù)量突發(fā)特征、業(yè)務(wù)流程的處理串/并行工作機(jī)制、業(yè)務(wù)對資源需求量增長趨勢等因素；技術(shù)屬性主要分析是否存在特殊硬件依賴、負(fù)載特點(diǎn)、計(jì)算吞吐量、云化遷移工作量，以及應(yīng)用廠商對應(yīng)用平臺虛擬化的技術(shù)支撐程度等因素。

2）在分析基礎(chǔ)上，應(yīng)用支撐平臺云化遷移策略，采取由表及里穩(wěn)健推進(jìn)方式，優(yōu)先支撐基于標(biāo)準(zhǔn)化 B/S 架構(gòu)開發(fā)，并具有重復(fù)性及標(biāo)準(zhǔn)化任務(wù)的處理應(yīng)用、可拆分的海量計(jì)算任務(wù)處理應(yīng)用、業(yè)務(wù)忙閑分布不均勻且業(yè)務(wù)峰值明顯的應(yīng)用和可集中整合的業(yè)務(wù)特征。應(yīng)用支撐平臺云化的技術(shù)重點(diǎn)要解決具有通用工具和應(yīng)用服務(wù)類組件的云化部署。

4.2 基于 PaaS 系統(tǒng)的應(yīng)用支撐平臺的架構(gòu)組件

基于 PaaS 系統(tǒng)的水利信息應(yīng)用支撐平臺架構(gòu)如圖4 所示，通用 IaaS 接口適配下層 IaaS 系統(tǒng)，為基于 PaaS系統(tǒng)應(yīng)用支撐平臺提供公共資源（硬件和軟件資源池）支持。事件驅(qū)動(dòng)管理，對事件及事件接收和發(fā)送進(jìn)行管理，同時(shí)也管理事件處理方式。資源倉庫中存儲(chǔ)著通用工具和應(yīng)用服務(wù)類組件，但由于通用應(yīng)用服務(wù)類組件需要按照云架構(gòu)進(jìn)行改造，難度較大，目前在試點(diǎn)階段僅考慮通用工具類中的部分內(nèi)容，如應(yīng)用服務(wù)器類（Weblogic，IIS），應(yīng)用開發(fā)語言支持類軟件（.NET、標(biāo)準(zhǔn) EXE 和 DLL）。應(yīng)用環(huán)境管理，提供部署應(yīng)用，應(yīng)用生命周期和訪問路由等管理。資源倉庫管理就是管理經(jīng)過云化的通用工具和應(yīng)用服務(wù)類的組件及應(yīng)用包。部署應(yīng)用時(shí)，部署模塊會(huì)根據(jù)版本等信息，從資源倉庫拉取相應(yīng)的模板、應(yīng)用包和通用組件，然后按照模板完成應(yīng)用部署。通用監(jiān)控管理，提供監(jiān)控項(xiàng)、監(jiān)控策略、結(jié)合策略的告警等管理；同時(shí)也提供對系統(tǒng)和應(yīng)用日志的管理能力。

圖4 基于 PaaS 系統(tǒng)的水利信息系統(tǒng)應(yīng)用支撐平臺架構(gòu)圖

4.3 基于 PaaS 系統(tǒng)的應(yīng)用支撐平臺應(yīng)用

4.3.1 業(yè)務(wù)應(yīng)用部署

在業(yè)務(wù)應(yīng)用與應(yīng)用支撐平臺處于松耦合關(guān)系下，可直接采用業(yè)務(wù)應(yīng)用部署模式。業(yè)務(wù)用戶首先需要在基于云化的應(yīng)用支撐平臺管理模塊中，填寫應(yīng)用相關(guān)信息（名稱、描述、類型等）；選擇應(yīng)用所依賴的環(huán)境規(guī)格及與此應(yīng)用相適配的應(yīng)用模板；設(shè)置應(yīng)用日志路徑及彈性伸縮策略；最后，上傳業(yè)務(wù)應(yīng)用包。

應(yīng)用支撐平臺根據(jù)用戶提供的各種應(yīng)用屬性配置，先申請一定規(guī)格的環(huán)境資源，再通過虛擬機(jī)中的 1 個(gè) PaaS 代理，從資源倉庫中拉取應(yīng)用部署所需的實(shí)體文件（如通用服務(wù)類組件、通用工具類組件、應(yīng)用模板、應(yīng)用包等），接下來 PaaS 代理按照應(yīng)用模板部署應(yīng)用。

4.3.2 任務(wù)調(diào)度

在業(yè)務(wù)應(yīng)用與應(yīng)用支撐平臺處于緊耦合關(guān)系下，可采用任務(wù)調(diào)度模式。結(jié)合水利工作，以氣象業(yè)務(wù)為例，通過事件驅(qū)動(dòng)管理，將應(yīng)用調(diào)度作為事件管理起來。任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)觸發(fā)應(yīng)用任務(wù)執(zhí)行事件，事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模塊接收事件，并根據(jù)事件處理的設(shè)置觸發(fā)“啟動(dòng)應(yīng)用”的事件，具體步驟如下：

1）將結(jié)合應(yīng)用支撐平臺監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，分析應(yīng)用的歷史執(zhí)行情況，判斷本次調(diào)度前是否需要對虛擬機(jī)進(jìn)行縱向的彈性伸縮。若需要，則按照一定規(guī)則對資源進(jìn)行伸縮。

2）啟動(dòng)虛擬機(jī)，在虛擬機(jī)啟動(dòng)成功后啟動(dòng)應(yīng)用。應(yīng)用將一直執(zhí)行，直到“停止應(yīng)用”事件的觸發(fā)。停止應(yīng)用時(shí)，先記錄應(yīng)用執(zhí)行的結(jié)果，作為下次“啟動(dòng)應(yīng)用”事件觸發(fā)時(shí)是否需要進(jìn)行彈性伸縮的依據(jù)之一；接下來依次停止應(yīng)用和虛擬機(jī)，釋放資源，結(jié)束整個(gè)調(diào)度過程。

5 結(jié)語

建設(shè)水利信息系統(tǒng)統(tǒng)一的應(yīng)用支撐平臺，是水利信息資源整合共享的關(guān)鍵措施，將為水利信息化健康發(fā)展提供有力的基礎(chǔ)支撐。業(yè)務(wù)應(yīng)用開發(fā)建設(shè)要基于水利信息系統(tǒng)統(tǒng)一的應(yīng)用支撐平臺，按照水利信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一用戶管理、地圖服務(wù)、數(shù)據(jù)交換，確保水利信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通、信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同。

雖然目前進(jìn)行了基于水利云的應(yīng)用支撐平臺工作，但很多理論和方法還需要進(jìn)一步實(shí)踐、深化和完善，應(yīng)用支撐平臺云化工作才剛剛起步，還存在諸多不足之處，這也是未來需要深入研究的方向。

[1] 水利部信息化工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.水利信息化頂層設(shè)計(jì)[R].北京：水利部信息工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，2009.

[2] 蔡陽.國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)技術(shù)叢書：應(yīng)用支撐與數(shù)據(jù)匯集平臺[M].北京：中國水利水電出版社，2012: 9-23.

[3] 劉永金，黃科.運(yùn)營商業(yè)務(wù)平臺云計(jì)算資源池建設(shè)方案探討[J].電信科學(xué)，2013: 201-206.

Discussion on Application Supporting Platform of Water Resources Information System

FU Jing, CHENG Yilian
(Information Center, the Ministry of Water Resources, Beijing 100053, China)

With the rapid development of water resources informatization, the problems of sharing difficulties, business separatist have become a bottleneck restricting the development of informationization.Therefore, resource integration and sharing about water resources informatization must be carried out.The key is constructing a unified application supporting platform of water resources information system.This paper introduces the location, composition, main functions and service modes in detail, preliminary discusses on the support platform architecture components and application under the cloud, in order to ensure interoperability, sharing and business collaboration of water resources information system.

Water resources information system; application supporting platform; resources integration

TV39

A

1674-9405(2014)05-0001-04

2014-09-17

付 靜（1976－），女，北京人，高級工程師，主要研究方向?yàn)樗畔⒒?/p>