潘崇倫，張 弛

（上海市防汛信息中心，上海 200050）

協(xié)同過(guò)濾的自服務(wù)模式在水務(wù)信息管理中的研究

潘崇倫，張 弛

（上海市防汛信息中心，上海 200050）

針對(duì)上海市水務(wù)信息資源集約化建設(shè)的不斷深入，傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)管理方式由于需要主動(dòng)的人工干預(yù)而存在不可預(yù)見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，通過(guò)對(duì)協(xié)同過(guò)濾算法的演化和分析，提出使用協(xié)同的思想構(gòu)建管理模式，并在水務(wù)信息基礎(chǔ)架構(gòu)的管理上嘗試使用該模式，目的是實(shí)現(xiàn)有助于提供輔助決策和自動(dòng)化管理的服務(wù)應(yīng)用，最終通過(guò)不同的生產(chǎn)場(chǎng)景的智能化策略證明協(xié)同管理模型的適用性，該研究成果在一定程度上提高信息系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)管理的決策自動(dòng)化水平及轉(zhuǎn)變政府信息化管理職能方面起到技術(shù)支撐作用。

協(xié)同；自服務(wù)；云計(jì)算；輔助決策；水務(wù)信息；基礎(chǔ)架構(gòu)管理

0 引言

目前，上海市水務(wù)信息化建設(shè)為對(duì)接“上海智慧城市新一輪三年行動(dòng)計(jì)劃”實(shí)現(xiàn)資源集約化的建設(shè)思路，將建立統(tǒng)一的云管理平臺(tái)。云管理平臺(tái)將涵蓋水資源信息化通用標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)模塊、運(yùn)維管理服務(wù)、資源申請(qǐng)與調(diào)度等內(nèi)容的研究與應(yīng)用建設(shè)，信息資源管理將越來(lái)越受到關(guān)注[1]。水務(wù)信息系統(tǒng)的管理需求已從以往的經(jīng)驗(yàn)式運(yùn)維向建立在輔助決策基礎(chǔ)上的科學(xué)管理轉(zhuǎn)變，依靠能夠自服務(wù)的管理系統(tǒng)對(duì)歷史經(jīng)驗(yàn)和策略自學(xué)習(xí)，使得內(nèi)部管理者（系統(tǒng)管理者、業(yè)務(wù)維護(hù)人員）和外部運(yùn)維人員能夠在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上共享信息，協(xié)同完成各種復(fù)雜的信息系統(tǒng)支撐處理。

協(xié)同是一種管理機(jī)制。在整個(gè)管理系統(tǒng)中，管理者的作用就是設(shè)計(jì)一種協(xié)同的機(jī)制，在協(xié)同管理機(jī)制的作用下，被管理的系統(tǒng)能相互利用和信息共享，以自動(dòng)完成整個(gè)管理系統(tǒng)的事件推薦目的，這種基于協(xié)同推薦思想的自學(xué)習(xí)過(guò)程及管理方法稱為協(xié)同過(guò)濾（CF）的自服務(wù)模式。協(xié)同過(guò)濾的自服務(wù)模式在水務(wù)信息管理中的研究，主要圍繞性能管理、容量管理和優(yōu)化、可識(shí)別應(yīng)用的基礎(chǔ)架構(gòu)管理、配置與合規(guī)性管理、安全強(qiáng)化等幾個(gè)方面展開(kāi)。

1 協(xié)同過(guò)濾的算法及思想

協(xié)同過(guò)濾算法是個(gè)性化推薦中應(yīng)用最為廣泛的方法，是基于相近指標(biāo)的特性預(yù)測(cè)目標(biāo)系統(tǒng)的可能原因，先使用統(tǒng)計(jì)技術(shù)尋找與目標(biāo)系統(tǒng)有相同特性的事件樣本，然后根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)多個(gè)事件樣本的處理結(jié)果向目標(biāo)客戶進(jìn)行推薦[2]。

在一個(gè)典型的基于協(xié)同過(guò)濾技術(shù)的推薦系統(tǒng)中，輸入數(shù)據(jù)通?？梢员硎鰹橐粋€(gè) m，x，n 的系統(tǒng)——項(xiàng)目評(píng)估矩陣 R，其中 m 是系統(tǒng)數(shù)，n 是事件數(shù)，rij是第 i 個(gè)系統(tǒng)對(duì)第 j 項(xiàng)的評(píng)估數(shù)值，評(píng)估值與內(nèi)容有關(guān)。

1.1 事件樣本形成

基于協(xié)同過(guò)濾技術(shù)的推薦系統(tǒng)的核心是為一個(gè)需要推薦服務(wù)的當(dāng)前系統(tǒng)尋找最相似的“最近事件樣本”集，即對(duì)一個(gè)系統(tǒng) u，要產(chǎn)生一個(gè)依相似度大小排列的“事件樣本”集合 N ={N1，N2，…，Ni}，u 不屬于 N，從 N1到 Ns，相似值 sim（u，Ni）從大到小排列。

圖 1 演示了協(xié)同過(guò)濾相近系統(tǒng)的形成過(guò)程，當(dāng)前系統(tǒng)“0”和其他系統(tǒng)之間的相似性被計(jì)算，圖 1 中以點(diǎn)“0”為中心的最近 5 個(gè)點(diǎn)被選擇為事件樣本。

目前常用的相似性計(jì)算有 Pearson 相關(guān)度和向量空間相似度等方法。相近指標(biāo)的確定有 2 種方法：1）根據(jù)預(yù)先確定的相似性閥值，選擇相關(guān)性大于閥值的系統(tǒng)作為相近指標(biāo)；2）根據(jù)預(yù)先確定的事件樣本數(shù)n，選擇相關(guān)性最大的前 n 個(gè)系統(tǒng)作為相近指標(biāo)。

圖1 事件樣本的形成

1.2 推薦產(chǎn)生

“最近事件樣本”集產(chǎn)生后，可計(jì)算以下 2 類結(jié)果：

1）系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)項(xiàng)目相似度的計(jì)算。設(shè)系統(tǒng) u 和相應(yīng)的己選項(xiàng)集 Iu，則對(duì)任意項(xiàng) t 的相似度值 P 可用公式表示：

2）Top-N 推薦集的產(chǎn)生。分別預(yù)測(cè)系統(tǒng) i 對(duì)其他項(xiàng)目的相似度，并依據(jù)大小排列，取其中前 n 個(gè)不屬于 Iu的項(xiàng)作為 Top-N 推薦集。

2 水務(wù)信息基礎(chǔ)架構(gòu)協(xié)同管理模式的啟示

根據(jù)協(xié)同過(guò)濾算法思想和在云計(jì)算環(huán)境中管理系統(tǒng)的特點(diǎn)分析，發(fā)現(xiàn)云計(jì)算環(huán)境中的管理系統(tǒng)非常適用于協(xié)同的模式，模型在信息系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)特別適用并提供管理模式的轉(zhuǎn)型。首先，水務(wù)信息系統(tǒng)積累了大量的日志、操作規(guī)范、決策和結(jié)果，可以作為事件樣本進(jìn)行輸入，即可獲得“事件樣本N”，所以，不會(huì)在算法過(guò)程中出現(xiàn)“冷開(kāi)始”的情況；其次，把“整個(gè)系統(tǒng) M”中的“每個(gè)系統(tǒng) u”看作被管理系統(tǒng)，再對(duì)某個(gè)推薦策略模型就是 sim（u， Ni）；最后，系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整相似性計(jì)算方法，得到對(duì)某個(gè)事件的多個(gè)“輔助決策 prediction”[3]。

2.1 協(xié)同管理模式的適用

上海市水務(wù)信息系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)環(huán)境需要提供整個(gè)水務(wù)局運(yùn)營(yíng)環(huán)境 7×24 h 不間斷的運(yùn)行需要。即使按照六西格瑪?shù)倪\(yùn)行質(zhì)量要求，最高等級(jí)的云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)環(huán)境也只能達(dá)到 99.99% 的系統(tǒng)可靠性。針對(duì)日常系統(tǒng)中產(chǎn)生的偏差或錯(cuò)誤，需要系統(tǒng)采用協(xié)同過(guò)濾的算法，將歷史事件及策略作為事件樣本，對(duì)符合樣本最大相似性的事件進(jìn)行第一時(shí)間輔助決策修復(fù)，同時(shí)進(jìn)行事件告警，報(bào)告管理人員，最后把管理人員對(duì)處理結(jié)果的修正作為該事件中最大權(quán)重的樣本策略，修正模型，完善輔助策略。

2.1.1 性能管理

制定智能運(yùn)維決策及管理容量時(shí)所需的數(shù)據(jù)，在預(yù)測(cè)分析和智能警報(bào)中適用協(xié)同管理模式關(guān)聯(lián)多種系統(tǒng)癥狀，創(chuàng)建有意義的潛在問(wèn)題警告，從而避免警報(bào)風(fēng)暴，實(shí)現(xiàn)高效的系統(tǒng)間協(xié)作，并為促進(jìn)性能問(wèn)題的主動(dòng)修復(fù)推薦信息輔助決策。

2.1.2 容量管理和優(yōu)化

通過(guò)歷史數(shù)據(jù)及日志和業(yè)務(wù)行為分析，對(duì)基礎(chǔ)架構(gòu)資源交付型功能進(jìn)行協(xié)同管理建模，考慮到類似功能的資源使用習(xí)慣，例如針對(duì)防汛類業(yè)務(wù)在汛期及周期性變化環(huán)境中，基礎(chǔ)架構(gòu)環(huán)境對(duì)資源交付的表現(xiàn)進(jìn)行預(yù)警和輔助決策。并且推薦使用靈活的容量建模和項(xiàng)目管理模型，根據(jù)防汛業(yè)務(wù)需求及服務(wù)等級(jí)要求制定資源戰(zhàn)略。

2.1.3 可識(shí)別應(yīng)用的基礎(chǔ)架構(gòu)管理

利用可讓管理員深入了解應(yīng)用與基礎(chǔ)架構(gòu)依賴關(guān)系的集中式運(yùn)維視圖，主動(dòng)管理虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)的管理模型。映射系統(tǒng)正在運(yùn)行的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源，協(xié)同評(píng)估和分析依賴關(guān)系，檢測(cè)相對(duì)于最近事件樣本的差異，并推薦給管理員可能的原因。

2.1.4 配置與合規(guī)性管理

利用即時(shí)可用的配置和合規(guī)性策略，可自定義過(guò)濾策略，可以利用自動(dòng)工作流、智能警報(bào)、簡(jiǎn)化的原因分析和建議的操作簡(jiǎn)化實(shí)施過(guò)程。利用基于推薦策略的自動(dòng)化，管理員可以主動(dòng)強(qiáng)制實(shí)施配置標(biāo)準(zhǔn)，盡早檢測(cè)出配置差異，并自動(dòng)修復(fù) IT 策略的違規(guī)現(xiàn)象。

2.1.5 安全強(qiáng)化

持續(xù)確保基礎(chǔ)架構(gòu)環(huán)境，強(qiáng)化虛擬和物理基礎(chǔ)架構(gòu)所有方面的合規(guī)性。通過(guò)大量過(guò)程行為進(jìn)行模式比對(duì)，過(guò)濾相近模型的行為事件，以便能快速追溯到不合規(guī)的行為并進(jìn)行修復(fù)。

2.2 水務(wù)信息基礎(chǔ)架構(gòu)管理模式轉(zhuǎn)型

上海市水務(wù)信息中心已嘗試采用云計(jì)算技術(shù)對(duì)計(jì)算、儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)等資源進(jìn)行虛擬化管理，資源按需分配，有效發(fā)揮軟硬件作用；同時(shí)，信息化建設(shè)不再自行購(gòu)買網(wǎng)站硬件和安全設(shè)備，大大減少網(wǎng)站運(yùn)行的人力、財(cái)力、管理和安全成本。由于使用了云計(jì)算和虛擬化等技術(shù)，原來(lái)的資源顆粒度被多級(jí)細(xì)分，使得管理員在系統(tǒng)或業(yè)務(wù)管理層面的工作變得越加繁瑣。

協(xié)同過(guò)濾模式的自服務(wù)模式對(duì)水務(wù)信息化管理的影響不僅體現(xiàn)在技術(shù)層面，更是在管理模式和政府職能轉(zhuǎn)變層面發(fā)揮著不可或缺的支撐作用。

2.2.1 技術(shù)支持層面

硬件、平臺(tái)、軟件都屬于資源，并可以作為服務(wù)提供給用戶，云計(jì)算實(shí)現(xiàn)虛擬資源有效統(tǒng)一的管理、監(jiān)控和部署調(diào)度，但是關(guān)鍵的統(tǒng)一決策必須通過(guò)自服務(wù)的管理模式解決。

2.2.2 管理模式層面

通過(guò)對(duì)水務(wù)信息系統(tǒng)的協(xié)同輔助決策及統(tǒng)計(jì)過(guò)濾信息的分析、對(duì)比，抽取數(shù)據(jù)庫(kù)中在汛期安全生產(chǎn)發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢(shì)的數(shù)據(jù)，為各階段信息系統(tǒng)的生產(chǎn)監(jiān)管監(jiān)察機(jī)構(gòu)掌握現(xiàn)狀、制定政策、進(jìn)行決策提供輔助支持，保障信息系統(tǒng)管理的科學(xué)化決策。

2.2.3 政府職能層面

自服務(wù)管理模式的核心理念不是一項(xiàng)新的技術(shù)應(yīng)用，而是以技術(shù)創(chuàng)新為起步，帶動(dòng)水務(wù)信息管理和職能模式的根本性改變。最重要的是從戰(zhàn)略層面認(rèn)識(shí)自服務(wù)管理模式的價(jià)值，形成高效的管理團(tuán)隊(duì)，將水務(wù)信息從管理職能向服務(wù)職能轉(zhuǎn)變。

3 結(jié)語(yǔ)

把個(gè)性化推薦中協(xié)同過(guò)濾算法的思想運(yùn)用到系統(tǒng)管理科學(xué)中，研究基于協(xié)同過(guò)濾推薦算法思想的自服務(wù)基礎(chǔ)架構(gòu)資源的管理模式。與傳統(tǒng)的單向、雙向管理模式相比，協(xié)同管理模式充分利用被管理系統(tǒng)之間的協(xié)同交互信息，強(qiáng)調(diào)管理系統(tǒng)的任務(wù)是建立協(xié)同管理機(jī)制。為分析解決復(fù)雜的系統(tǒng)管理中的管理問(wèn)題提供了新思路，可以使管理者從煩瑣的管理事務(wù)中解脫出來(lái)，同時(shí)也增加了管理的客觀性，使管理向政策化、規(guī)范化的方向邁進(jìn)，對(duì)豐富和發(fā)展復(fù)雜大系統(tǒng)的基本管理理論具有重要意義。

在上海市水務(wù)局的信息系統(tǒng)基礎(chǔ)環(huán)境中，計(jì)算機(jī)軟硬件的更新?lián)Q代迅速、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜多變、設(shè)備的不斷增加及配置的繁瑣和多樣，對(duì)管理者來(lái)說(shuō)是巨大的挑戰(zhàn)。所以對(duì)水務(wù)信息系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)的管理引入新的算法和策略，構(gòu)建在協(xié)同自服務(wù)的基礎(chǔ)架構(gòu)管理系統(tǒng)之上，引入新的管理模式和技術(shù)手段，可提升信息系統(tǒng)的管理效率。

[1] 胡傳廉. 水務(wù)信息化建設(shè)與管理方法探討[J]. 中國(guó)水利，2007 (7): 13-15.

[2] Itami, H.Mobilizing Invisible Assets [M]. Cambridge: Harvard University Press, 1987: 23-28.

[3] Fiegenbaum. Hart and Schendel Strategic Reference Point Theory[J]. Strategic Management Journal, 1996, 21 (1): 10-16.

Study of Self-service Mode for Incollaborative Filtering in Water Information Management

PAN Chonglun, ZHANG Chi
(Shanghai Flood Control Information Center, Shanghai 200050, China)

With the intensive water information resource construction in Shanghai, the traditional instruction of information system has the problems of unpredictable risk, because it needs active human intervention. Based on the evolution and analysis of collaborative filtering algorithm, it proposes to use the idea of cooperation construction management mode, and tries to use this model in the management of water information infrastructure. The goal is to realize the application services which are helpful to provide aided decision-making and automation management. The applicability of collaborative management is demonstrated finally through intelligent strategy of different production scens. The research could enhance decision-making automation level of water information infrastructure management and provide technical support in the aspect of changing the function of government information management.

collaborative; self-service; cloud computing; decision support; infrastructure management

TP391

A

1674-9405(2015)04-0017-03

2015-02-13

潘崇倫（1982－），男，江蘇泰州人，工程師，主要研究方向?yàn)樗畔⒒?/p>