段 勇

（水利部黃河水利委員會信息中心，河南 鄭州 450003）

0 引言

新疆哈密地區(qū)已有水利應用系統(tǒng)由于建設時間不同，系統(tǒng)間相互獨立，自成體系，重復開發(fā)率高，很難形成全局性的信息服務資源。由于各類已有水利應用系統(tǒng)技術水平、任務來源和資金渠道不同，且大多分散建設在不同的水利業(yè)務部門，呈現條塊分割的特征，形成了以專業(yè)、部門等為邊界的信息孤島[1]。此外，由于信息標準規(guī)范尚不健全，加之哈密地區(qū)已有水利應用系統(tǒng)數據庫大多與具體業(yè)務處理緊密綁定，服務目標單一，導致數據庫內的信息內容很難共享，大量已有數據的價值無法充分發(fā)揮[2]。

信息資源整合共享是一項艱巨而復雜的系統(tǒng)工程，水利部一直高度重視信息資源整合共享工作，并于 2011 年頒布了水利信息化頂層設計，要求對水利部和直屬單位信息化建設情況進行全面梳理，加強頂層設計，系統(tǒng)建設時避免重復建設和資源浪費[3]。2017 年 5 月，為推動新疆政務信息資源共享管理工作，自治區(qū)人民政府印發(fā)了《關于推進新疆維吾爾自治區(qū)政務信息資源共享管理工作的實施意見》（新政發(fā)〔2017〕76 號），實施意見提出要“規(guī)范和促進自治區(qū)政務信息資源共享管理工作，推動政務信息資源科學配置和有效利用，降低行政成本，提高行政效能，提升公共管理和服務水平的重要途徑”[4]，這些都為哈密水利信息資源整合共享奠定了堅實的政策和指導理論基礎。

大力推進哈密地區(qū)水利信息化進程，提升水利信息資源共享支撐能力，是保障水利與國民經濟發(fā)展相適應的必然選擇[5]。根據自治區(qū)和哈密地區(qū)水利信息化規(guī)劃要求，規(guī)劃了哈密地區(qū)水利綜合業(yè)務平臺（以下簡稱綜合業(yè)務平臺）。綜合業(yè)務平臺以石城子-榆樹溝流域為重點區(qū)域，以水利信息資源整合為主線，目標整合哈密地區(qū)一區(qū)兩縣（伊州區(qū)、巴里坤縣和伊吾縣）現有水利信息資源，集成建設地區(qū)水資源管理、防汛、工程管理、監(jiān)測預警等信息，構建哈密地區(qū)統(tǒng)一的數據資源交換共享體系。通過綜合業(yè)務平臺的建設，達到監(jiān)測信息交換共享，業(yè)務信息統(tǒng)一展示，初步達成哈密地區(qū)水利信息的統(tǒng)一管理和共享。

1 總體設計

SOA 是面向服務架構的軟件系統(tǒng)設計模型，通過將應用程序的功能服務化封裝，從而實現業(yè)務功能共享和復用的目的。ESB（企業(yè)服務總線）是構建基于 SOA 解決方案時所使用的基礎架構的關鍵部分，主要用來實現服務間通信交互、應用集成、服務質量、安全性管理等方面的任務。綜合業(yè)務平臺采用 SOA 架構進行系統(tǒng)設計，可以方便地將不同應用功能以服務形式進行重用和配置，可較為高效地對不同信息系統(tǒng)資源進行集成整合[6]。

依據水利信息化頂層設計，綜合業(yè)務平臺體系具體架構如圖 1 所示。

圖 1 綜合業(yè)務平臺體系架構

綜合業(yè)務平臺體系架構具體分析如下：

1）應用系統(tǒng)。按照哈密地區(qū)水利業(yè)務內容劃分，應用系統(tǒng)層由水量水質綜合監(jiān)視及預警、水質監(jiān)控管理、水量調度管理和綜合信息服務 4 個系統(tǒng)組成。各個應用系統(tǒng)中所涉及的業(yè)務邏輯都封裝成服務，部署在應用支撐平臺中，根據需要調用應用服務實現系統(tǒng)功能。

2）應用支撐平臺。應用支撐平臺是各個應用系統(tǒng)的基礎支撐，是保證綜合業(yè)務平臺具有良好的適應性、擴展性及高度的資源共享的基礎。按照 SOA思想，將各個業(yè)務處理邏輯封裝成服務并部署在應用支撐平臺中，可以使系統(tǒng)擁有更好的開放性，能夠更好地應對業(yè)務需求變化。

應用支撐平臺以 ESB 作為核心，各種服務以ESB 為橋梁進行互聯。本系統(tǒng)中部署的服務主要分為以下 2 類：a. 應用服務。應用服務是各種直接為業(yè)務處理提供支撐的服務，主要包括空間信息、業(yè)務展現、告警和各種具體業(yè)務處理應用等服務。b.公共服務。公共服務是提供通用功能的支撐服務，主要包括數據的交換、提取、訪問、字典等服務，以及消息服務。

3）數據資源池。按照“一數一源”的原則，定義了水利對象模型。通過應用支撐平臺統(tǒng)一的數據交換和提取服務，將各類水利對象基礎、地理空間、水雨情、水資源、水旱災害防御等數據在數據資源池中，按照水利對象模型及關系的定義進行統(tǒng)一匯聚、關聯和管理，最終形成以下數據庫和目錄：a. 基礎數據庫，存儲了哈密地區(qū) 34 類水利對象基礎屬性和空間矢量等信息；b. 業(yè)務主題數據庫，按照洪水、干旱、水利工程、水資源開發(fā)利用、城鄉(xiāng)供水、水土流失、江河湖泊、節(jié)水灌溉、水利監(jiān)督等專業(yè)，構建面向業(yè)務管理的主題數據庫，匯聚整合了主題業(yè)務數據；c. 元數據庫，存儲了用來描述、定義基礎及業(yè)務主題數據的相關說明和解釋；d. 數據目錄，提供了對各類基礎和業(yè)務數據資源名錄及訪問方式的定義和管理。

備份系統(tǒng)采用對象存儲、物理磁帶庫相結合的分級數據備份體系。對于普通數據，直接將數據備份至對象存儲中；對于部分關鍵業(yè)務數據，先將數據備份至對象存儲，再備份到物理磁帶庫；對于部分需要長期保存的數據，則根據需要將磁帶轉出歸檔。

數據管理包括以下兩部分內容：a. 數據庫管理系統(tǒng)，通過數據庫管理系統(tǒng)可實現對各類數據“增、刪、改、查”的運維管理操作。b. 數據更新維護系統(tǒng)，借助數據交換和提取服務，實現對數據資源池中各類數據資源的實時更新。

2 關鍵問題研究

綜合業(yè)務平臺在建設的過程中，數據資源整合的關鍵問題是數據的“一數一源”“水利對象模型構建”和數據的實時更新問題。

2.1 “一數一源”策略

在地區(qū)水利數據資源整合過程中，對于同類數據面臨著“一數多源”的問題。多類不同來源的相同數據不但增加了信息報送、采集和存儲成本，也導致數據責任主體不明，數據安全、質量難以保障[7]。因此，在數據整合過程中應明確數據來源的主體性，保障數據完整性、準確性和一致性，減少重復收集造成的資源浪費和數據冗余。

為確保哈密地區(qū)各類水利相關數據的“一數一源”，綜合業(yè)務平臺在建設過程中遵循“權威部門，權威數據”的核心原則，制定了以下各類數據源選定的具體策略：a. 第一手原則。分析同類數據不同的數據來源，優(yōu)先選用數據源生產或采集單位的數據。b. 時間新原則。按照數據采集或生產的時間，優(yōu)先選擇時間較新的數據源。c. 數據量大原則。比較同類數據的不同來源，優(yōu)先選用數據條數較多的數據源數據。d. 行政管理單位優(yōu)先原則。根據數據源的發(fā)布單位，優(yōu)先選擇行政管理級別高的單位生產的數據來源。e. 信息維度原則。針對同類數據的不同數據源，優(yōu)先考慮屬性個數較多的數據來源。

按照以上數據源選取原則確定選擇每類數據的唯一數據源。如果某個條件下各數據源評判結果相同，則按照原則順序，利用下一條數據源選擇策略進行判斷并確定各類數據的唯一數據源。

2.2 水利對象模型構建

采用面向對象的理論方法，以對象的方式組織哈密地區(qū)水利數據資源，從而對水利管理對象空間特征、基礎屬性及業(yè)務管理關系進行統(tǒng)一管理[8]。

綜合業(yè)務平臺系統(tǒng)整理了哈密地區(qū)水利業(yè)務工作所涉及的主要水利對象，采取統(tǒng)一標準對水利對象進行定義和命名，從標識和屬性 2 個方面描述對象。其中：對象標識表達本體的存在性和唯一性；屬性則是該對象有可能存在的相關特征信息，如基本、業(yè)務、空間等屬性和屬性的時相特征等。水利對象模型及屬性關系定義如圖 2 所示。

圖 2 水利對象模型及屬性關系定義

數據整合的過程中，按照水利部頒布的《水利對象基礎數據庫表結構與標識符》（征求意見稿）和SL/T 213—2020《水利對象分類與編碼總則》等規(guī)范為參照依據，細化水利對象的編碼規(guī)則。圍繞水利對象，通過業(yè)務、空間屬性或水利對象編碼建立關聯關系。具體分析如下：

1）水利對象空間關系。水利對象空間關系主要表現為對象空間抽象表達，即水利對象點、線、面在空間上的位置邏輯關系，如點在線上、點在面內、線與線銜接等。

2）水利對象業(yè)務關系。水利對象業(yè)務關系主要表現為不同類型水利對象之間存在的水利政務和業(yè)務關系，如單位與水利工程之間的管理與被管理關系、水庫工程與灌區(qū)工程之間的供水和用水關系等。其中，部分水利業(yè)務關系可以利用水利對象空間關系推理出來，如河流上的泵站存在供水和取水關系。

3）水利對象編碼關系。水利對象編碼之間的關系指，信息資源整合過程中對水利對象統(tǒng)一定義的數據編碼和原有業(yè)務系統(tǒng)中各類水利對象編碼之間的映射關系。

水利對象模型在構建時，按照對象成因劃分為大類，中類，小類和基礎類 4 個層次，具體包括：自然、非自然 2 個大類；地表、地下、設施和非設施 4 個中類；集儲水單元、輸水通道、獨立設置、組合工程、行為主體和行為客體 6 個小類；每個小類下層再劃分基礎類。

按照水利對象模型建設的整體思路，綜合業(yè)務平臺梳理并整合了包括河流、湖泊、水庫、水閘、取水口等共 34 類 20 萬余條水利對象基礎數據。

2.3 數據實時更新策略

為保證哈密各類水利相關數據的實時更新，依據水利信息化頂層設計總體架構，建立了統(tǒng)一的數據資源存儲交換和共享服務機制，以 ETL（Extract-Transform-Load）技術為核心，構建了哈密地區(qū)統(tǒng)一的數據資源交換共享體系。ETL 是將業(yè)務系統(tǒng)的數據經過抽取、清洗轉換后加載到目標數據存儲地點的過程，目的是將業(yè)務單位分散、零亂、標準不統(tǒng)一的各類數據整合到一起，該技術被廣泛運用進行海量數據的多級匯聚與集成[9]。

哈密地區(qū)數據資源交換共享體系包括與新疆水利廳的交換共享、與全州各級水利部門的交換共享和對外部數據資源獲取三部分內容，需交換或獲取的數據內容主要包括井電雙控、地下水、地表水、水庫、大壩安全、山洪災害預警、水土保持、灌區(qū)、農村飲水、地理空間、調度方案、調度指令、應急預案等。數據交換共享體系結構圖如圖 3 所示。

圖 3 哈密地區(qū)數據資源交換共享體系結構圖

需要交換共享的數據源分為數據庫、互聯網公共和文檔多媒體類 3 種數據資源類型，采用以下方法進行交換或獲?。?/p>

1）數據庫數據資源交換。采用 ETL 工具組件，新疆水利廳和哈密各級水利部門定制數據實時抽取及交換策略，通過數據的抽取、轉換、傳輸和存儲，實現數據庫數據的實時交換和更新。

2）互聯網公共數據資源獲取。通過數據抓取技術實時獲取互聯網公開的非涉密數據資源，包括氣象、防汛預警、國家重大決策、法規(guī)、社會輿情、經濟社會等信息。

3）文檔及多媒體資料類數據資源交換。采用SVN（版本控制系統(tǒng)）技術，實現文件型和多媒體型數據資源的共享交換。

哈密地區(qū)數據資源交換共享體系建成后，滿足了現階段哈密地區(qū)水利行政管理單位內部及外部數據交換共享的需求，實現跨層級、地域、系統(tǒng)、部門、業(yè)務的數據共享和實時更新。

3 運行情況及建設成果

綜合業(yè)務平臺于 2019 年 5 月正式投入運行使用，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，辦公使用頻率高。綜合業(yè)務平臺涉及的業(yè)務和數據種類繁多，2017—2019 年間，按照防汛、水資源、水利工程和水土利用四大水利監(jiān)管業(yè)務工作，對所涉及的應用及數據資源分階段進行了整合，初步構建起哈密地區(qū)統(tǒng)一的信息資源整合與應用平臺。截止到 2020 年 6 月，平臺集成整合了哈密地區(qū)一區(qū)兩縣水利對象基礎數據共 34 類20 萬余條，防汛業(yè)務數據共 70 萬余條，水資源業(yè)務數據共 50 萬余條，水利工程監(jiān)管數據共 30 萬余條，集成工程視頻資源 89 路，水土利用數據共 7 萬余條。為哈密地區(qū)防汛減災、水資源管理、工程管理、水土利用管理等方面工作提供了有力的信息化支撐保障。

基于數據整合成果，綜合業(yè)務平臺面向哈密地區(qū)各級水利管理單位提供了以下服務應用：

1）水利對象基礎信息服務應用。搭建了哈密水利一張圖，實現了哈密地區(qū)水利管理所需各類水利對象基礎信息的查詢、統(tǒng)計、分析和展示。

2）監(jiān)測動態(tài)信息服務及應用。提供了對哈密地區(qū)地表水和地下水取水、工程安全運行、水雨情等各類監(jiān)測信息的查詢，統(tǒng)計，分析和展示功能。

3）地區(qū)防汛信息服務及應用。提供了對實時雨情、河道水庫水情、工程險情和運行狀況等信息的綜合分析會商功能，實現了防汛搶險物料、人防組織的部署響應，以及對歷史洪水等信息的檢索和分析。

4）水資源信息服務。提供了水資源監(jiān)測預警、用水計劃與配置管理、供用水統(tǒng)計分析、水資源管理專題圖等功能，實現對石榆灌區(qū)各類水資源有關信息的監(jiān)測、統(tǒng)計和預警，并可以對哈密地區(qū)一區(qū)兩縣的用水情況進行動態(tài)分析。

5）水利工程信息服務及應用。實現了對哈密地區(qū)各類直管工程的管理和工程視頻監(jiān)視的集成接入。通過工程信息的集中匯聚，建立哈密地區(qū)各類水利工程的統(tǒng)一檔案，實現對各類水利工程基礎和動態(tài)特征等數據的信息維護及統(tǒng)計分析。搭建了哈密地區(qū)統(tǒng)一的視頻監(jiān)控平臺，將地區(qū)內的各類工程尤其是重點調度控制性工程，以及水源地、取水口、排污口等非工程區(qū)域已建的視頻資源進行了集中管理和監(jiān)視。

6）水土利用監(jiān)測信息服務及應用。實現了對哈密地區(qū)水土利用信息的匯聚管理和統(tǒng)計分析。

4 結語

哈密地區(qū)水利綜合業(yè)務平臺采用基于 SOA 的設計思想，設計了“一數一源”策略，通過搭建水利對象模型和構建統(tǒng)一的數據資源交換共享體系，初步構建起支撐哈密地區(qū)水旱災害防御、水資源管理、水利工程管理和水土利用等方面工作的綜合性水利信息化應用，有效提升了哈密地區(qū)水利信息化監(jiān)管業(yè)務范圍和水平。由于時間關系，水土流失、河湖監(jiān)管等業(yè)務方面的建設內容仍然有待完善。此外，平臺架構涉及到的 ESB 技術可能會出現單點故障[10]，一旦支撐整體架構的服務總線出現運行故障，將會對其他服務的正常運行造成影響。為提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運行效率，下階段考慮采用“微服務”的技術架構對已有服務框架進行升級。此外，下階段工作還將緊密聚焦洪水、干旱、水資源開發(fā)利用、節(jié)約用水、城鄉(xiāng)供水、河流湖泊、水利工程運行管理、水利工程建設、水土流失和水利監(jiān)管等十大水業(yè)務，利用大數據等新技術，在水利行業(yè)《智慧水利總體方案》的指引下，不斷豐富完善哈密地區(qū)水利信息化應用監(jiān)管工作的建設內容，進一步補充在河湖監(jiān)管、工程建管等方面支撐應用的建設。