全国中小河流治理管理信息系统的设计与实现

张 煦，张巧惠，王峥瀛，张光锦，满运涛，吴志明，董 静

（中国水利水电科学研究院自动化所，北京 100038）

全国中小河流治理管理信息系统的设计与实现

张 煦，张巧惠，王峥瀛，张光锦，满运涛，吴志明，董 静

（中国水利水电科学研究院自动化所，北京 100038）

介绍全国中小河流治理管理信息系统的研发工作，针对全国中小河流治理项目和资金管理过程中的难点，对用户需求、软件架构、数据交换、系统部署等方面进行研究，结合地理信息等技术，实现部、省、市、县各级用户共同使用的管理信息系统，为全国中小河流治理项目管理提供技术支撑。

中小河流；信息系统；监督管理；软件设计；运行维护

0 引言

中小河流治理是当前我国水利投资建设的重点之一，按照国家有关规划，“十二五”期间全国共将实施 5 000 余条中小河流 9 243 个治理项目，投资总额近 2 000 亿元。全国中小河流治理实行分级管理，其中水利部和财政部负责对全国中小河流项目的前期工作、建设进展、资金使用实施监管，省级部门对辖区内中小河流项目的组织实施负责，县市级部门负责组织项目法人，项目法人组织开展项目实施的具体工作[1]。基于中小河流治理项目的特点，水利部、财政部在监管工作中面临以下困难：

1）监管的范围广。9 243 个中小河流治理项目点多量大面广，分布于全国 31 个省及新疆建设兵团的 2 500 余个县级行政区。

2）监管的层级多。治理工作涉及中央、省、市、县和项目法人 5 个层面，因此监管指令下达、项目信息上传需要通过较长的管理链。

3）监管的指标多。前期工作方面包括立项审批的合规性、前期工作进度、质量等；资金方面包括资金分解进度、地方资金的配套情况、资金使用的规范性、奖励资金的分配使用等；工程管理方面包括工程进度、质量、投资完成率、工程管理的规范性等。这些指标收集汇总和分析整理工作量较大。

4）监管的手段少。中小河流治理等点多面广的中小型项目，目前的监管手段较为单一，采集信息通常是通过临时下发通知，层层发放表格，然后逐级向上汇总的方式，采集和分析需较长时间；督导问题的过程，常常是逐级下发通知，时间长效果差，缺少现代化信息技术支撑，而且很难有针对性的督导落实到项目和负责人。此外，大量工程资料也难以进行系统化的全面收集整理。

针对开展监管工作面临的实际问题，为加强中小河流治理项目的监管，研制开发全国中小河流治理管理信息系统（以下简称信息系统），充分利用现代化信息管理技术完善监管措施，提高项目和资金管理的精细化程度。

1 信息系统需求分析

1.1 用户分析

信息系统是基于水利部对全国中小河流治理全局监管，以及各级水利部门分级管理中小河流治理项目的实际工作需求进行合理的设计和开发的，用户分为水利部、流域机构、省、市、县等 5 级。部级用户管理系统规划项目库，分省下达中央投资，掌握全国中小河流治理项目进展情况；省级用户管理本省项目初步设计指标，分解中央、省级项目到具体项目，掌握全省中小河流治理项目进展情况；市级用户掌握本市中小河流项目和资金安排情况；县级用户统一管理和填报本县中小河流相关信息，包括县级资金安排、项目投资完成、工程进展等情况；流域机构用户可以查看本流域相关项目情况。

1.2 业务分析

信息系统侧重于水利部中小河流治理工作的全局监管，最大限度地满足各级用户信息资源共享和业务协同的要求，具体如下：

1）满足项目全过程管理的需求。以全国规划内的中小河流治理项目为管理的基本元素，以项目生命周期为线索，满足规划信息管理、初步设计审批、工程实施、监督检查、绩效评价等业务信息管理的需要。

2）满足专项资金管理的需求。满足中央资金下达、分解、拨付、使用等相关流程信息的记录及统计和分析的要求，对资金的流向及时间进度进行跟踪和管理；满足地方资金下达、拨付、使用等信息汇总统计管理的要求；满足投资来源分析的要求。

3）满足中小河流治理相关资料管理的需求。满足项目和资金管理各环节审批及部分技术文档登录、存储、整理、筛选、调取等工作需要。

2 信息系统设计

信息系统设计遵循“以需求为导向、以应用为核心”的设计理念，根据系统需求分析确定系统的功能模块，力求功能全面、实用。同时，注重“以技术激发需求、以创新促进应用”，合理确定技术路线[2]，丰富界面展示方式，提高人机友好程度，促进用户更好地使用系统。

2.1 总体架构

根据信息系统功能划分和用户需求，采用 B/S的架构，部署于水利政务网，遵循电子政务信息系统框架结构，共分为用户层、表现层、业务层、数据层及硬件层。信息系统以业务逻辑为核心，表现层与业务层相分离以降低系统层次间的耦合度，从而灵活地使用多种技术实现表现层的业务操作与信息展示[3]。信息系统架构如图1 所示。

业务应用层以业务功能为核心，包括水利项目投资管理和统计 2 大子系统业务功能模块。

业务支撑层充分利用水利部政务网已有的基础（包括政务网门户及后台管理软件）进行构建，并采用软件权限控制与政务网安全认证机制相结合的手段保证系统应用的安全。

信息资源服务层，依据数据类型的特点选用关系型数据库，实现对关系型数据的存储及管理。同时选用分布式文件服务实现对各种文件类型数据（图片、文档等）的存储，能有效提高数据访问的便捷性与安全性。

信息系统硬件及网络依托水利部现有政务内网和外网机房及网络资源，严格按照保密要求，保证安全性。

信息系统各层遵循水利政务网相关标准和管理要求，同时依托水利部信息中心安全认证体系，保障系统安全运行。

2.2 功能设计

2.2.1 数据交互与共享

以全国中小河流治理规划确定的中小河流治理项目为基础建立项目库，列入项目库的项目包含项目前期工作、资金下达、投资完成和工程形象进度等数据信息，以及各业务阶段相关的文件档案、工程影像资料等。各级水利部门按照水利部有关要求，根据业务权限和项目实时情况定期更新数据及文档资料，基于网络平台进行业务交互和数据交换。投资下达和完成信息，自部、省级到市县级，逐级分解填报，全过程追踪；项目进展信息，由市县填报，经省级审核汇总后报送水利部。各级用户依照行政管辖范围共享业务数据和相关文件资料。各级用户填报信息如表1 所示。

2.2.2 数据统计分析

对项目初步设计批复情况、投资下达和完成情况、工程形象进展等进行汇总分析，为投资和建设管理提供支撑。统计方式包括实时统计、历史数据汇总、各行政区汇总统计等，能够分指标进行排序和筛选。按照全国和省两级，根据上级管理部门预先设定的数量、进度考核目标及区域平均水平，自动分析统计结果中存在问题的省份，并在报表中进行标注。

2.2.3 查询展示

项目所处河段在 1∶250 000 的电子地图上进行标识，因此用户可以按照模糊查询、行政区划、地图浏览等多种方式查找项目位置；项目的地图标识内容包含显示工程效果及项目概况的热点信息，用户点击后能够查询项目的详细信息。此外，信息系统采用地图渲染的方式，按照行政区划，逐级体现省、县两级行政区中小河流治理项目相关指标的完成情况。

2.2.4 专题展示及提醒

按全国各省、省内各县等不同的范围进行统计分析，统计结果以直方图、饼图形式直观展示，并与地图展示相结合。根据各省投资完成情况，设立“红黑榜”，在系统首页高亮显示投资完成率相对较高和较低的省份；对未能按期开工的项目，在系统首页进行滚动提醒，点击后显示全部未按时开工的项目。

2.2.5 简报自动生成

信息系统首页包含全国中小河流治理总体情况，根据统计结果自动更新规划完成情况。能够自动生成月、年报表及文字简报。其中，文字简报按照水利部工作简报格式排版，并以文字、直方图、表格多种形式，对中小河流治理进展情况进行展示，业务人员对自动生成的简报只需进行适当修改，即能满足水利部对简报的要求。

2.2.6 督办、公告及查询发送

信息系统提供短消息功能，水利部业务人员能够通过短信平台向特定人员进行公告或催办；信息系统可根据统计结果，定期自动向相关人员发送督导短信；相关用户可向信息系统发送查询代码，系统根据查询请求，以手机短消息形式将查询结果进行反馈。

2.3 技术路线

按照中小河流系统功能的设计，为实现部、省、县三级交互业务和共享数据的目标，根据当前B/S 系统开发的主流技术，运用 J2EE 技术平台，MVC 模型，Struts+ spring+ hibernate 的开发框架组合。结合河流水系关系、治理河段地图查询展示等需要，应用 WebGIS 完成地图发布等服务。

2.3.1 J2EE 技术平台

考虑到中小河流治理工作的长期性，信息系统选用的技术平台应综合考虑通用性和可维护性，为此选用开放性、稳定性、通用性较强的 J2EE 技术平台。J2EE 使用多层的分布式应用模型，提供的中间层框架集成技术，可以满足高可用性、高可靠性及可扩展性的应用需求，同时提供对现有应用程序集成强有力的支持，完全支持 Enterprise JavaBeans，有良好的向导支持打包和部署应用。J2EE 平台具备“编写一次、随处运行”，方便存取数据库的 JDBC API，以及能够在 Internet 应用中保护数据的安全模式等特性，同时还提供对 Java Servlets API，JSP，以及 Web Service 技术的全面支持。通过提供统一的开发平台，J2EE 降低了开发多层应用的复杂性，增强了安全机制，提高了性能，为搭建具有可伸缩性、灵活性、易维护性的信息系统提供良好的平台开发机制。

2.3.2 MVC 模型

信息系统采用 MVC 模型处理用户的实际业务交互应用，把用户的业务交互应用按照功能特性分为模型、视图与控制器，3 部分的开发和部署相互独立，其中 1 个模型可以有多个视图，如果用户通过某个视图的控制器改变了模型的数据，所有依赖于这些数据的视图都联动反映出这些变化。因此，无论何时发生了何种数据变化，控制器都会将该信息通知所有的视图，更新显示内容。

模型是信息系统业务处理的核心，用来完成信息系统主要的业务功能，接收视图发来的请求，并将处理请求的结果返回给视图，虽然请求是由视图发出的，但该请求是由控制器转发的，所以模型所进行的操作相对于视图来说是黑箱操作。这样可以用来封装部分数据，以满足面向对象的需求。

视图用来显示模型内容，是显示在用户面前用来与用户进行交互的平台，信息系统采用 JSP＋Servlets 的方式实现页面的展示。该部分只用来收集数据、显示模型，以及将用户的请求转发给控制对象。同一个业务流程可能由于处理结果的不同而对应不同的视图。

控制器在 Web 服务器端对用户的请求做出反应，创建、配置模型，并协调模型与视图共同完成用户请求。这里可以将控制对象理解为一个分发器，它会根据不同用户请求选择不同模型和视图，并且控制对象不参与业务流程的创建。

2.3.3 Struts Spring Hibernate 技术框架应用

信息系统采用 Struts+ spring+ hibernate 的开发框架组合。Struts 实现展现层和控制层，spring实现业务逻辑层，hibernate 实现数据层的持久化和序列化。

Struts 实现用户请求管理，并做出相应的响应；提供流程控制器，委派调用业务逻辑和其他上层处理进程；处理页面异常；为显示效果提供一个数据模型；对用户界面进行验证。

Hibernate 是一个非常成熟的 ORM 开源框架，为 Java 提供了完善的持久化机制和查询服务，它的持久对象是基于 POJO（Plain Old Java Object）和Java 的集合。Hibernate 框架主要实现：数据库链接管理、业务对象存储到数据库、业务对象的查询、非数据库特性处理。

2.3.4 地理信息技术 GIS

在中小河流治理项目中使用 WebGIS 实现河流和治理工程的展示，以及统计结果渲染等高级应用。WebGIS 基于 Internet 平台进行信息发布、数据共享、交流协作，客户端应用软件采用 WWW 协议，实现 GIS 信息的在线查询和业务处理等功能。WebGIS 核心是在 GIS 中嵌入 HTTP 和 TCP/IP 标准的应用体系，实现 Internet 环境下的空间信息管理[4]。WebGIS 由多主机、多数据库与多终端，通过 Internet和 Intranet 连接组成，构成客户端/服务器端的 C/S 结构，服务器端向客户端提供信息和服务，客户端具有获得各种空间信息和应用的功能。

在信息系统中，采用 B/S 架构通过 ArcGIS SERVER 9.3 及基于 ArcGIS Engine 开发的图形维护工具实现 WebGIS 应用，完成地图发布服务[5]，实现数据整合、数据存储、信息交换、监测数据采集处理、数据统计分析等功能业务系统的无缝连接，相关业务数据可在 GIS 图上形象、直观地表现。

3 信息系统的部署与运行维护

根据安全、负荷、容灾等要求，信息系统部署于水利部信息中心，充分利用信息中心数据库、网络安全、软硬件环境等资源。鉴于信息系统所用的 1∶250 000 电子地图尚未脱密，同时考虑到中小河流治理项目主管司局使用政务内网的习惯，信息系统分别部署于水利部业务外网和政务内网。业务外网系统包含除 WebGIS 以外的全部功能模块，部、省、市、县各级用户共同应用，用于动态数据的录入、查询、统计和简报生成。信息系统管理员定期将政务外网系统数据更新至政务内网。政务内网系统除了外网的统计分析、简报生成等功能，还包含WebGIS 相关功能，为水利部业务人员提供项目地理位置查询、地图渲染等功能。

为保障信息系统长期稳定发挥效益，水利部组织专门的维护小组，负责动态信息的管理维护，督导和审核地方填报信息，利用信息系统完成数据汇总统计、简报生成，并根据系统优化要求，持续进行系统升级。

4 结语

全国中小河流治理管理信息系统实现对 5 000 余条重点中小河流、9 000 余个治理项目和近 2 000 亿元治理投资的动态管理，在水利项目信息管理模式、基于 GIS 的统计渲染、图文表关联查询、工程形象进度跟踪、短消息督导查询、项目信息告警、简报自动生成等方面实现了诸多创新。信息系统自 2012年初投入使用以来，有效地提高了工作效率和监管效力，为水利部加强中小河流治理管理提供了重要的技术保障。

全国中小河流治理管理信息系统的成功建设和应用，在项目组织方面总结出以下 3 点经验：

1）业务部门领导的重视与参与。水利部规划计划司领导把信息系统建设作为提高中小河流管理水平的重要手段，多次参与信息系统建设的讨论，确定了信息系统总体建设目标和基本功能模块划分，并通过行政措施推进了信息系统应用。

2）水利部中小河流治理业务管理人员全程参与信息系统各项功能及界面的设计，提出了许多提高用户体验的技术需求。

3）建立了专门的运行维护团队，落实了信息和功能维护的人员，使得信息系统能够持续推广使用，并不断进行升级改造[6]。

鉴于全国中小河流治理管理信息系统开发过程使用的基础水系图未经脱密，信息系统 GIS 相关功能只能在水利部内网使用，暂不供地方应用。随着近期水利普查电子地图的发布推广，下一步可将基础地图替换为水利普查电子地图，并将 GIS 相关功能部署于外网，增强系统的实用性。此外，随着政府监管职能的加强和中小河流治理重点县工作的启动，系统将根据实际应用需求不断进行完善。

[1] 水利部水利水电规划设计总院.全国重点地区中小河流近期治理建设规划[R].北京：水利部水利水电规划设计总院，2009: 1-10.

[2] 艾萍.水利信息工程引论[M].武汉：长江出版社，2010: 30-32.

[3] 张永进，解建仓，蔡阳，等.对水利应用支撑平台的建议[J].水利信息化，2011 (1): 10-13.

[4] 陆建平，徐淑芳，陈军冰，等.基于 GIS 组件开发的水利工程管理系统研究[J].水利水文自动化，2009 (1): 1-4.

[5] 卢廷玉，张艳华.基于 ArcGIS Server 富户联网地图的客户端开发[J].测绘与空间地理信息，2012, 35 (3): 83-84 .

[6] 王建武.水利工程信息化建设与管理[M].北京：科学出版社，2004: 30-45.

Design and Implementation of Information System of Small and Midsize Rivers Regulation Management

ZHANG Xu, ZHANG Qiaohui, WANG Zhengying, ZHANG Guangjin, MAN Yuntao, WU Zhi ming, DONG Jing
(China Automation Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China)

The article introduces the research work of the information system of small and midsize rivers regulation management.Aiming at the difficulties in the process of river regulation project and funds management, and on the basis of the researches on user’s requirement, software architecture, data exchange, system deployment, the management information system is accessible to users at any level and provides technical support for small and midsize rivers regulation project management.

small and midsize river; information system; supervision and management; software design; operation and maintenance

TV39

A

1674-9405(2014)06-0056-05

2014-08-04

张 煦（1982－），男，内蒙古呼和浩特人，工程师，从事水利信息化、水电厂计算机监控系统研制开发管理工作。