太仓市县级基础水信息平台设计与建设

叶 茂，缪 纶,，任国源

（1. 中国水利水电科学研究院，北京 100038；

2. 北京中水科信息技术有限公司，北京 100038）

太仓市县级基础水信息平台设计与建设

叶 茂1,2，缪 纶1,2,，任国源1

（1. 中国水利水电科学研究院，北京 100038；

2. 北京中水科信息技术有限公司，北京 100038）

建立统一高效的基础水信息平台是基层水利单位信息化建设的重点任务。结合水利工作不断发展的业务需求，以太仓市水利基础水信息平台建设为基础，探讨利用 SOA 架构并运用云计算的新理念，Web GIS 和Web Services 技术，深入研究 1个数据库，1 套标准，1 张图，1个平台，1个门户——“五个一”的县级基础水信息平台的搭建，对提高水利业务的管理水平和效率具有重要的意义。

智慧水务；决策指挥；融合；共享；协同

0 引言

水利领域是信息化建设开展较早的领域，近些年水利信息系统在水情测报预报、水质监测、防汛指挥调度、水土流失监测、电子政务等方面得到广泛应用。

太仓市为江苏省下属县级市，太仓水利单位原已建立了不同类型、规模的数据库和应用系统，根据调查分析，这些基础水利信息具有信息量大、地域性强、信息种类全等特点。然而，由于水利领域本身业务的复杂性，使得开发的系统存在一些问题，限制了现有系统作用的发挥及水利领域信息化的进一步发展。存在的主要问题如下：

1）系统平台化理念欠缺。很多基础水利业务应用系统只考虑各自的基本需求，没有规划业务系统之间协同的需求，没有统一的对外发布窗口，缺乏系统整合，缺少一个能够融合各个不同系统主要信息的公共的多信息展示平台，这样造成信息资源共享困难，业务协同操作复杂，信息基础设施资源难以整合，软、硬件资源环境得不到高效利用，应用系统的性能得不到优化，遗产系统无法重用和集成。

2）系统的开放程度低。开发时，大多数基础水利应用系统主要考虑解决当前问题，较少考虑发展需要，系统的开放性和可扩展性较差。随着水利业务的发展，相应应用系统的升级改造难度大、费用高；且易造成新老版本之间的不兼容，增加了版本更替的工作量和难度。

3）基础水利信息标准与规范缺乏。在数据库建设中，只有少量数据编码，如河流、流域、水文测站、行政区划等的编码有一些标准规范可循，大部分数据库建设及数据编码标准都存在内容庞杂交叉，强制性条文和推荐性条文混淆，对强制性标准难以实施监督，编制、修订周期过长等问题，更有一部分数据库建设仅针对某个应用系统，很难实现数据库的统一管理，难以实现数据资源的高度共享。

针对存在的问题，在目前水利信息化工作基础上，运用云计算的新理念、Web GIS 和 Web Services技术，采用面向服务的体系架构（SOA），结合县级水利工作不断发展的业务需求，从更深层次上研究如何实现 1个数据库，1 套标准，1 张图，1个平台，1个门户—— “五个一”的县级基础水信息平台，旨在利用信息化技术，有效整合水利普查基础数据，提高工作规范、效率、共享程度、查询效率、时效性，节约办公成本，提高野外工作适应性。

1 县级基础水信息平台系统分析

“五个一”是县级基础水信息平台系统建设的核心基础，“五个一”架构主要为 1个数据库、1 套标准规范、1 张 GIS 地图、1个平台、1个门户的需求，以及水信息平台系统的功能需求。

1.1 1个数据库的需求

以 1个数据库为中心，能够进一步清理水利部门间协同的业务和信息流程。作为水利普查工作的成功典范，涉及的海量水利普查数据亟需系统化入库整理，1个数据库便于这些海量信息的统一存储、调用和规范管理。

1.2 1套标准规范的需求

在县级基础水信息平台研发过程中，涉及的水利数据丰富、业务众多、需求多样、流程繁杂，为实现这些内部信息资源的协同共享，需要基于统一的标准规范进行平台建设，同时还需要与上级主管部门相关业务系统或平台进行信息对接与协同共享，更需要在国家、省级等信息标准基础上研究属于县级基础水利并契合具体实际的标准规范。

1.3 1个平台的需求

1.3.1 硬件资源利用的需求

管理人员能统一管理所有的硬件资源，通过Web 页面访问的方式查看、管理资源；用户在授权后，可按需自助申请所需的动态资源池里的计算与存储资源；管理员可根据资源状况相应地给用户分配虚拟机；用户在任务完成后，由系统收回资源。

平台能够将异构的服务器统一集成到云计算平台中，提高不同服务器之间的可替换性和兼容性，减少由于服务器型号不同对系统性能产生的影响。

水信息平台在云计算的技术支持下，有效均衡同一服务器内不同类型资源的使用，不同应用之间的资源分配。实现有效的资源管理，提高资源利用率，减少资源浪费。避免系统瓶颈的出现，保障系统的正常运行。

1.3.2 遗产系统重用的需求

现有的河道巡查、防汛防旱决策系统等遗产系统在日常工作中仍然发挥巨大作用。但由于原始开发单位不同，文档信息不全，需采用“零修改”的方式进行遗产系统的迁移和维护。具体来说，就是将遗产系统直接集成无缝迁移至云平台的虚拟机上，使得用户依然可以使用遗产系统，而且能够提供一站式的访问和交互。同时为保护遗产系统的数据，可根据需要在水信息平台中统一设置分级权限，实行对遗产系统的数据管理与维护。

1.3.3 业务系统集成的需求

在水信息平台业务应用系统开发与应用方面，很多应用系统不仅有各自独立的基本需求，同时各业务系统之间也有协同的需求，需要实现重点的、相关的业务系统联动，实现信息资源共享化，业务协同简洁化。因此，对于业务系统的集成需求是能够提供统一的、标准规范的管理方式，使得系统可以以“一站式”的服务访问机制提供给用户。

1.4 1个门户的需求

对水信息平台的访问涉及到多业务、用户、权限的操作模式[1]，在 1个数据库、1 套标准、1个站图、1个平台的支撑之下，需运用一站式门户访问以更好地体现各业务系统的统一集成、各权限用户的单点登录特征，探索业务条块结合、并重的信息交换与共享机制，理顺行业信息资源纵向流动与属地其他同级部门间横向交换间的关系；实现信息资源的协同与共享；呈现管理的标准化和服务的规范性。

1.5 水信息平台示范系统的功能需求

构建的县级基础水信息平台具体功能需求涉及到水利规划、水利建设、水利工程、农村水利、水务、河道、水资源、防汛防旱、水政监察 9 类水利业务管理需求，以及人员管理、内部办公、外部行政 3 类事务管理需求[2]，共 12 类功能需求。

2 县级基础水信息平台系统技术选择

2.1 SOA 与 Web 服务

由于县级基础水利数据组成是海量的异构数字化资源，如何选取适合的技术手段有效应对不断增长的业务和数据需求是目前需要解决的关键问题。当前主流的信息化平台已经开始广泛采用SOA 架构，这个架构可以使信息化平台具有快速适应业务需求变化的能力。

SOA 是一个组件模型，将服务通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来，使得构建在各种系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。目前，通用的接口技术包括 COBRA，JAVA RMI，COM，Web 服务等，其中 Web 服务技术可有效解决信息系统之间的互操作问题，成为实现 SOA最通用的技术。Web 服务在 SOA 中实现系统之间的松耦合，实现系统之间的整合与协同。

2.2 统一数据访问中间件

县级基层水利管理单位系统环境相对复杂且配置相对较低，硬件系统和操作软件繁多，如何跨平台、数据库解决系统中数据交互的难题，目前国内外主流的技术是引入统一访问中间件技术。

统一数据访问中间件用来处理服务层与用户界面层和数据层之间的交互操作，将用户和数据访问的复杂性相隔离，对数据库连接和访问进行有效管理，同时能够处理异构数据库间的连接问题。通过对数据库连接和访问机制的管理，改善网络上多用户访问数据库的性能，优化网络传输，支持与多种数据库的连接。中间件独立于系统软件或服务程序，通过中间件，应用程序可以工作于多平台或操作系统环境。

2.3 MVC 设计模式[3]

在基层水利信息平台构建中，系统设计涉及到水利规划、建设、水工程等 9个分类，业务相对独立，但是数据存在大量的交叉应用。且同类数据有可能存在于不同的数据库中，这样易造成数据的不一致。引进 MVC 结构可以解决这一技术难题。

MVC 是一种程序开发设计模式，可实现显示模块与功能模块的分离。提高程序的可维护性、移植性、扩展性与重用性，降低程序的开发难度。

MVC 中 M 指业务模型，V 指用户界面，C 是控制器。使用 MVC 的目的是将 M 和 V 的实现代码分离，从而使同一个程序可以使用不同的表现形式，如一批数据可以分别用柱状图、饼图来表示。C 存在的目的是确保 M 和 V 的同步，一旦 M 改变，V 应该同步更新。在 J2EE 下，可以在集成开发环境下通过拖动控件来完成页面开发，使用由用户部件根据模板配置组成的组合页面。

MVC 结构主要分模型、视图、控制器 3 层，是为同样的数据提供多个视图的应用程序而设计的，可很好实现数据层与表示层的分离，框架如图1 所示。

图1 MVC 框架结构

2.4 SSH 构架

SSH（Struts-Spring- Hibernate）是目前较流行的一种 Web 应用程序开源框架。其中 Struts 能更好地分离视图层和控制层，对数据进行封装；Spring 用依赖注入模式大幅度减少了程序之间的耦合性，很好地实现各种 JAVA 的设计模式；Hibernate 将对数据库的操作面向对象化，并对一些数据库操作进行封装。

图2 水信息平台服务簇结构图

通俗的说，假设要建立一个地区的管网，建成的管网系统是 JSP 呈现的视图，而系统从何而来？首先需要铺设管道，即 Hibernate 产生的数据，管道有长、短，需要切割，这是对数据的操作。安装管道，则是 Struts 的工作，这个过程分工明确，有的负责挖坑，有的负责埋管，有的负责填土。Spring 负责中间传递，让 Hibernate 和 Struts 工作互不干扰。最终一个管网系统铺设完毕，看到的是现成系统，却看不见制作过程。

因此在县级基础水信息平台建设中，得到的是最终展示的结果，利用 SSH 模型，只需要数据采集而不管加工过程就能得到想实现的目的，且这个过程可以影响所有的视图。

3 县级基础水信息平台系统设计与实现

3.1 示范系统功能需求与软件设计关联

县级基础水信息平台以 1个数据库、1 套标准为基础，立足于 1个云平台，具体包含 12 类功能需求。其中前 9 项既包括业务前台展示需求，也包括业务后台管理需求，后 3 项属于综合类服务需求，人员管理包括对单位、部门、人员、权限等功能的设置。平台综合 12 类功能需求，以统一门户形式访问和 GIS 图综合展示[4]，在软件设计上可分为 13个独立的应用服务簇，如图2 所示。统一门户包括对权限角色的分配和各类服务的集成，GIS 管理具体包含各业务的前台服务和名录库 GIS 动态展示。

3.2 统一门户

3.2.1 门户集成

门户集成是水利信息化体系结构中重要的一部分，因为门户能够降低成本、提高用户的访问效率。采用“软件即服务（SaaS）”的理念和云服务技术，以门户的方式统一管理基于水利业务的云服务簇，为解决跨部门、异构的业务系统的协同与信息共享，提供有效的解决方案，通过各个系统实现单点登陆（SSO）和门户集成，实现“一站式”的访问机制，支持多终端访问。“一站式”用户验证确保门户可用的关键在于用户本身仅需要验证 1 次，即可使用该门户提供的所有权限范围内的服务。单点登录，要求该门户上所集合的各个服务都能利用或集成相同的网络验证方案，同时实现内容合并，从完全不同的来源搜集内容，然后在单一界面（门户）中显示内容。通过使用内容合并功能，门户可显示统一的视图，其中内容可能属于不同的所有者，来自不同的生产位置或包含在不同的系统中。门户通过将不同来源的数据和功能集中到一个根据单独用户的需求而自定义的可访问包，从而实现这些益处，如图3 所示。

图3 统一门户

3.2.2 权限管理

该模块是提供给所有相关系统中对应服务的一个权限认证接口。某系统用户需要调用该系统下的某个服务时，需要查看当前该用户是否有该服务的访问权限。各个系统需要向接口输入对应服务的服务名和用户名，接口返回用户权限，权限认证的流程如图4 所示[5]。

3.3 服务簇

根据太仓市水务局各业务工作的需求，平台总共分为 13个独立的服务簇。

以水务服务簇为例，主要分为水务基本和每月报表2 大业务管理模块。水务基本业务管理包括自来水厂、城镇污水厂、农村生活污水处理和农村接管设施的管理，主要实现数据的增加、删除、修改等维护和管理操作；每月报表业务管理主要对 3个旬报表（每旬进行 1 次数据采集生成的报表）和1个月报表等 4个报表业务的管理。模块数据由水利站填写上报，在科室审核通过后汇总生成。

图4 权限认证流程

在基本业务信息列表页面提供了对该业务的增加、删除、修改、查看和搜索操作的入口，同时在增加、查看和搜索结果查看等页面中也有回到信息列表的链接。删除操作在信息列表页面即可操作；修改和编辑页面会对数据进行校验，如果校验失败会重新回到修改和编辑页面。如图5 所示，该图能清晰地反应各工作流的流程。

图5 水务基本业务管理界面协作图

其他业务服务簇均可按照相应的业务流程进行类似设计。

4 结语

县级基础水信息平台是一个复杂的软件系统，运用 MVC，Web Service，Web 程序开源框架，JQERY，FLEX 等开发技术与工具软件提供完整解决方案，采用 B/S 模式，运行在 Web 服务器上。能够为机关及各水利站及时提供各类水利综合业务信息，为基层水利建设与日常工作提供科学依据和有效支持。

县级基础水信息平台目前在太仓水利局试用，经过日常各部门及下属水利站工作使用的考验，证明了县级基础水信息平台的设计可行、数据正确、系统可靠。水信息平台具有内容全面、功能强大，数据查询资料详细具体、结果可靠，先进高效、方便实用，人机界面友好、操作方便等特点。

系统在设计开发之初就充分考虑了可移植性的问题，因此，各服务可单独可组合，直接移植到其他地市级水利部门管理应用，对于水利信息化发展具有重要的现实意义。

[1] 陈渝，王俊. 县级水利信息系统建设研究[J]. 昆明理工大学学报：理工版，2002 (12):124-126.

[2] 巧云. 县级小型水利工程信息化管理系统的开发与实现[D]. 呼和浩特：内蒙古师范大学，2012: 15-21.

[3] 张永谦，刘辉，黄力. 关系数据库中时态数据的实现方法[J]. 成组技术与生产现代化，2003 (3): 56-59.

[4] 邹嘉德. 县市水利工程信息化管理系统的研究与开发[D].扬州：扬州大学，2010: 25-30.

[5] 王西海. 河南省水利普查数据处理系统建设探讨[J]. 治淮，2002 (12): 23-26.

Design and Construction of County-level Water Information Platform in Taicang City

YE Mao1,2, MIAO Lun1,2, REN GuoYuan1
(1. China Institute of water resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China;
2. IWHR BEIJING IWHR-ZSK Information technology Co., Ltd, Beijing 100038, China)

The key task of information construction in grass-roots units of water resources is constructing unified and efficient water information platform. Combining with the evolving business requirements of water resources work, the article discusses the new concept of utilizing SOA framework and applying cloud computing, the technology of WebGIS and Web Services, intensively studies the establishment of county-level basic water information platform consisting five elements---one database, one standard, one picture, one diagram, one platform and one portal, which is of great significance to the improvement of technical proficiency and efficiency of water resources management.

county-level; basis; water resources informatization; information platform; SOA; cloud computing; the business management

TP393；TV213.4

A

1674-9405(2014)01-059-05

2013-10-11

叶 茂（1979－），男，四川成都人，工程师，主要从事信息网络安全、系统集成方面的研究。