上海市水資源綜合管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

高芳琴，潘崇倫，邱紹偉

（上海市水務(wù)信息中心，上海 200050）

0 引言

上海市濱江沿海，地處長(zhǎng)江河口，同時(shí)位于太湖流域下游，得益于豐沛的過境水資源，水資源總量巨大，2008 年長(zhǎng)江徐六涇水文站年平均流量為 26500 m3/s，折合年入海水量為 8381 億 m3。但河網(wǎng)水質(zhì)污染較為嚴(yán)重，全市水環(huán)境質(zhì)量不容樂觀[1]。作為水質(zhì)型缺水的特大城市，上海實(shí)行嚴(yán)格水資源管理制度。

為提升城市水資源行政管理能力，優(yōu)化社會(huì)服務(wù)水平和應(yīng)急處置能力，實(shí)現(xiàn)城市水資源管理向動(dòng)態(tài)管理、定量管理、精細(xì)管理和科學(xué)管理的轉(zhuǎn)變，水利部從 2004 年起逐步安排了部分試點(diǎn)城市開展城市水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理信息系統(tǒng)建設(shè)。作為“城市水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理系統(tǒng)”建設(shè)試點(diǎn)城市之一，上海市于 2005 年起啟動(dòng)了水資源管理應(yīng)用系統(tǒng)相關(guān)建設(shè)。充分利用現(xiàn)有信息化基礎(chǔ)設(shè)施，綜合應(yīng)用統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換、網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)、集成發(fā)布等技術(shù)，梳理匯聚、整合了水資源管理的基礎(chǔ)信息、管理信息、監(jiān)測(cè)信息和統(tǒng)計(jì)報(bào)表，實(shí)現(xiàn)了水資源信息的交換共享、統(tǒng)計(jì)分析，構(gòu)建了基于 1 張電子地圖和 1 個(gè)門戶網(wǎng)站的水資源綜合管理系統(tǒng)。本文圍繞水資源管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用需求、建設(shè)目標(biāo)和主要功能進(jìn)行分析，并對(duì)水資源管理中的信息整合和應(yīng)用集成進(jìn)行了初步探討。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 應(yīng)用需求分析

上海市水資源管理分為市、區(qū)（縣）2 級(jí)水行政主管，并實(shí)施市、區(qū)（縣）、鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）3 級(jí)管理，同時(shí)市、區(qū)（縣）2 級(jí)的水資源管理均分為水利、供水、排水等多行業(yè)，各級(jí)管理單位的業(yè)務(wù)各有側(cè)重分工[2]。

從水資源管理業(yè)務(wù)需求來說，系統(tǒng)應(yīng)用覆蓋行業(yè)基礎(chǔ)管理、業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)應(yīng)用、綜合管理決策和信息服務(wù)門戶 4 個(gè)層面。其業(yè)務(wù)應(yīng)用覆蓋從基礎(chǔ)水資源管理、水源地管理到取水管理、供水管理、用水管理、排水管理、水資源調(diào)度管理統(tǒng)計(jì)管理、應(yīng)急管理等各個(gè)過程，其用戶包括市、區(qū)縣 2 級(jí)水行政主管部門、行業(yè)管理單位、供排水企業(yè)、設(shè)施養(yǎng)護(hù)單位、相關(guān)政府部門、取用水資源的單位和個(gè)人、社會(huì)公眾等各個(gè)層面。

從水資源管理的信息需求來說，系統(tǒng)既需要水務(wù)行業(yè)中水資源現(xiàn)狀、開發(fā)利用狀況，又和社會(huì)經(jīng)濟(jì)、基礎(chǔ)地理、環(huán)境氣象、國(guó)土資源等多領(lǐng)域的信息相關(guān)，數(shù)據(jù)來源涉及到水務(wù)行業(yè)內(nèi)部及水務(wù)系統(tǒng)外相關(guān)部門，如降雨量、河道湖泊水位、上游來水量等水資源量信息；水源地、原水、取水、供水、用水、排水等水資源開發(fā)利用過程信息；河道重要斷面、水功能區(qū)、邊界控制斷面水質(zhì)等水環(huán)境信息；水利、供水、排水工程設(shè)施信息；管理單位及取用水用戶信息；基礎(chǔ)地圖、生態(tài)環(huán)境、國(guó)土資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等其他相關(guān)信息[3]。

從信息共享和統(tǒng)籌建設(shè)的需求來說，系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)多源、異構(gòu)采集數(shù)據(jù)的匯聚整合，在行業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)、核心數(shù)據(jù)庫(kù)之間提供數(shù)據(jù)交換應(yīng)用，同時(shí)，在技術(shù)架構(gòu)的設(shè)計(jì)上，要充分考慮與水務(wù)電子政務(wù)系統(tǒng)、防汛指揮系統(tǒng)之間的一致性，以及與其他應(yīng)用系統(tǒng)的集約建設(shè)，盡量利用原有的數(shù)據(jù)資源和軟件資源。

1.2 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)上海市水資源管理特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了市、區(qū)縣 2 級(jí)聯(lián)動(dòng)及水利、供水、排水各行業(yè)集成的水資源綜合管理系統(tǒng)，通過多級(jí)、多行業(yè)信息的匯聚整合和交換共享，建立統(tǒng)一的水務(wù)數(shù)據(jù)中心和覆蓋全市水資源管理的監(jiān)管定量、信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同和輔助決策的水資源綜合管理平臺(tái)，拓展信息化在水資源管理中的應(yīng)用深度，推進(jìn)水資源行政許可、行業(yè)監(jiān)管、行政執(zhí)法、應(yīng)急管理、建設(shè)規(guī)劃等業(yè)務(wù)的協(xié)同管理。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖 1 所示。

圖1 上海市水資源管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

1）信息門戶服務(wù)包括對(duì)外信息門戶和對(duì)內(nèi)信息門戶?；诨ヂ?lián)網(wǎng)建立面向社會(huì)公眾的公共信息門戶，及時(shí)發(fā)布水資源管理動(dòng)態(tài)信息，提供水資源相關(guān)辦事服務(wù)受理窗口，提供公共參與、監(jiān)督水資源管理的渠道；基于內(nèi)網(wǎng)電子政務(wù)系統(tǒng)建立面向各級(jí)水務(wù)管理部門的內(nèi)部信息門戶，通過單點(diǎn)登錄和統(tǒng)一權(quán)限管理，提供個(gè)性化的業(yè)務(wù)界面和結(jié)構(gòu)清晰、內(nèi)容可定制的水資源相關(guān)信息的發(fā)布和共享。

2）水資源綜合管理應(yīng)用以水務(wù)公共信息平臺(tái)為基礎(chǔ)建立基于 1 張電子地圖的水資源綜合管理應(yīng)用，在信息統(tǒng)計(jì)、評(píng)價(jià)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，為決策者在水資源規(guī)劃配置、綜合調(diào)度及應(yīng)急處置等方面提供全面、直觀的信息支撐。

3）水資源綜合數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)市、區(qū)縣 2 級(jí)水利、供水、排水、水文、灘涂等各行業(yè)的基礎(chǔ)信息、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息、政務(wù)信息、行業(yè)管理信息，以及元數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚整合、集中存儲(chǔ)。對(duì)于水務(wù)系統(tǒng)外部的基礎(chǔ)管理信息，如基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、海事、氣象等在線監(jiān)測(cè)和人工采集信息，直接進(jìn)入水資源綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過數(shù)據(jù)交換層為各級(jí)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)共享。

1.3 系統(tǒng)技術(shù)路線

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了“統(tǒng)一門戶登陸+統(tǒng)一平臺(tái)應(yīng)用+統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換集成”的 3 層架構(gòu)，綜合利用信息門戶、網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換等技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)水資源相關(guān)信息的交換整合和集成發(fā)布，各級(jí)用戶既是系統(tǒng)數(shù)據(jù)的來源者，又是系統(tǒng)應(yīng)用的使用者。

1）基于數(shù)據(jù)交換中心模式的信息整合。水資源信息可分為自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)報(bào)送數(shù)據(jù)、人工觀測(cè)數(shù)據(jù)、外部交換數(shù)據(jù)和系統(tǒng)生成數(shù)據(jù)，其主要來源于各類信息采集系統(tǒng)和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。上海市水務(wù)局從 2008 年開始逐步建立了基于數(shù)據(jù)交換中心模式的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，代替了傳統(tǒng)的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”數(shù)據(jù)交換模式[4]?；跀?shù)據(jù)交換中心模式，各類信息采集系統(tǒng)和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)都連向統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換中心，各類信息通過數(shù)據(jù)交換平臺(tái)匯集到水資源綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中、發(fā)布、路由、交換與同步。

2）基于統(tǒng)一門戶的單點(diǎn)登錄和權(quán)限管理。門戶是新一代桌面，通過網(wǎng)絡(luò)把各類信息和應(yīng)用連接起來，為用戶提供多種類型的信息服務(wù)和應(yīng)用程序的單點(diǎn)訪問。建立統(tǒng)一信息門戶，包括單點(diǎn)登錄、安全認(rèn)證與授權(quán)管理、個(gè)性化定制服務(wù)、內(nèi)容搜索、應(yīng)用系統(tǒng)集成、內(nèi)容管理，個(gè)性信息服務(wù)等模塊，提供一致界面風(fēng)格、統(tǒng)一訪問路徑的單一入口，以及用戶層面的訪問控制、服務(wù)定制等功能。

3）基于網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的統(tǒng)一平臺(tái)信息集成發(fā)布。網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)（WebGIS）是 Internet/Intranet 環(huán)境下的一種存儲(chǔ)、處理、分析、顯示、應(yīng)用地理信息的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)。通過 WebGIS 可以將后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的各類信息進(jìn)行定制后發(fā)布為地圖服務(wù)，通過地圖服務(wù)在客戶端之間共享資源。所有的客戶端并不需要安裝單獨(dú)的 GIS 軟件，用普通的 Web 瀏覽器即可訪問到同樣的資源，就好像地圖文檔和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地一樣。這種模式下，水資源管理的各級(jí)部門與單位通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)共享各類數(shù)據(jù)和應(yīng)用資源，以實(shí)現(xiàn)深層次的數(shù)據(jù)整合和綜合管理應(yīng)用[5]。

1.4 軟件開發(fā)平臺(tái)

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和應(yīng)用共享服務(wù)通過 ESRI 的 ArcGIS Server 開發(fā)實(shí)現(xiàn)。ArcGIS Server 是一個(gè)用來構(gòu)建集中管理、支持多用戶的企業(yè)級(jí) GIS 應(yīng)用的綜合平臺(tái)，其利用服務(wù)的理念來對(duì)資源進(jìn)行描述，提供了在 Internet/Intranet 環(huán)境下的一種兼容、存儲(chǔ)、處理、分析、顯示、應(yīng)用地理信息的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)。ArcGIS Server 是一個(gè)分布式系統(tǒng)，它由 GIS Server、Web Server、Clients、Data Server 等部分組成，可以分別部署在不同的機(jī)器上，在進(jìn)程的管理及對(duì)象運(yùn)行服務(wù)器的負(fù)載均衡方面有一定優(yōu)勢(shì)，可以有效地減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提高數(shù)據(jù)庫(kù)響應(yīng)速度，便于系統(tǒng)的管理與維護(hù)。

系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)采用了基于 ArcGIS Server 的純?yōu)g覽器、輕量級(jí)的 REST API 開發(fā)模式，在客戶端可以輕松地利用 JavaScript API/Flex API 來調(diào)用 ArcGIS Server 所提供的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)地圖應(yīng)用和地理處理功能。

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用實(shí)例

上海市水資源綜合管理系統(tǒng)作為全市水資源信息共享和集成應(yīng)用平臺(tái)，不僅對(duì)水資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，還將水資源數(shù)量、質(zhì)量及開發(fā)利用過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息、統(tǒng)計(jì)流轉(zhuǎn)信息、行政許可信息等基于 1 張電子地圖進(jìn)行綜合管理和共享，為各級(jí)水資源管理部分提供靈活便捷的在線信息查詢和業(yè)務(wù)處理服務(wù)。目前在全市水資源普查、供水管網(wǎng)普查、排水管網(wǎng)普查、河道普查、水環(huán)境污染源調(diào)查等工作成果的基礎(chǔ)上，匯聚整合了已有的各類實(shí)時(shí)或定期監(jiān)測(cè)信息，重點(diǎn)建設(shè)了水資源信息門戶、實(shí)時(shí)信息服務(wù)、基礎(chǔ)信息管理、統(tǒng)計(jì)流轉(zhuǎn)、專題評(píng)價(jià)、預(yù)案預(yù)警管理等功能應(yīng)用。

2.1 水資源信息門戶

電子政務(wù)系統(tǒng)即水資源信息內(nèi)部門戶，用戶通過電子政務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)登錄和統(tǒng)一權(quán)限管理。將水資源管理中的重要信息主動(dòng)推送到信息門戶，并按照賦予用戶的權(quán)限來顯示，如水資源動(dòng)態(tài)、高峰供水日?qǐng)?bào)、供水水質(zhì)日?qǐng)?bào)、水資源公報(bào)等。各類信息通過電子政務(wù)系統(tǒng)中提供的封裝模塊方式，部署在信息門戶中的個(gè)人工作平臺(tái)上主動(dòng)進(jìn)行展示，點(diǎn)擊“更多”即可進(jìn)入水資源綜合管理 WebGIS 應(yīng)用，查看該信息的更多相關(guān)內(nèi)容。

水務(wù)局政府網(wǎng)站即水資源信息外部門戶，通過水務(wù)局域網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)外網(wǎng)信息交換共享，在網(wǎng)站的便民信息模塊將各類水資源管理信息分為水利、供水、排水 3 類，以圖文結(jié)合的形式向社會(huì)公眾發(fā)布。

2.2 水資源實(shí)時(shí)信息服務(wù)

通過 WebGIS 與水務(wù)數(shù)據(jù)中心中的實(shí)時(shí)類數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，動(dòng)態(tài)顯示降水量、沿江沿海潮位、河道水位、上游水量等水資源量信息，原水、供水、排水水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)信息，重要河流、湖泊的水質(zhì)信息，水閘泵站的工程監(jiān)測(cè)信息等，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)告警、動(dòng)態(tài)刷新等功能。例如：1）將各測(cè)站雨量值在電子地圖上顯示，以不同顏色梯度表示雨量級(jí)別，直觀顯示全市雨量空間分布，顯示某一測(cè)站在不同時(shí)刻的雨量分布，動(dòng)態(tài)生成指定時(shí)段內(nèi)的雨量等值線、等值面等；2）對(duì)水閘泵站的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過不同顏色實(shí)時(shí)顯示閘門啟閉情況，并直接顯示閘內(nèi)外水位，鼠標(biāo)懸停時(shí)顯示該水閘的詳細(xì)信息，數(shù)據(jù)刷新頻率為 5 min；3）長(zhǎng)江原水水質(zhì)監(jiān)測(cè)情況，通過高亮顯示提示鹽度超標(biāo)，可能發(fā)生咸潮事件。

2.3 水資源基礎(chǔ)信息管理

基礎(chǔ)信息管理模塊包括基礎(chǔ)管理、取水管理、供水管理、排水管理和專題行動(dòng) 5 個(gè)子模塊，每個(gè)子模塊又包括若干個(gè)數(shù)據(jù)圖層，如各級(jí)河流湖泊、取水口、供水設(shè)施、排水設(shè)施、污染源、水利設(shè)施。通過地圖瀏覽和查詢，可以在電子地圖上方便的查詢到水資源基礎(chǔ)管理相關(guān)的各類信息的空間位置及屬性。

例如：顯示全市市管取水口分布圖，包括地下水深井和市屬地表取水口，點(diǎn)擊取水口要素后顯示取水單位詳細(xì)信息，包括工程名稱、地址、所屬行業(yè)、審批水量、取水方式、年度實(shí)際取水量等；全市水廠分布圖，可查詢水廠地址、類型、所屬公司、清水庫(kù)容量、生產(chǎn)能力等各項(xiàng)屬性指標(biāo)。

2.4 水資源統(tǒng)計(jì)流轉(zhuǎn)

水資源綜合統(tǒng)計(jì)是水資源決策和管理的重要支撐，根據(jù)水務(wù)行政管理體制改革的新情況和水務(wù)局“加強(qiáng)行業(yè)基礎(chǔ)管理”的要求，對(duì)水資源行政許可、設(shè)施管理、運(yùn)行監(jiān)管進(jìn)行流程梳理和相應(yīng)的表單設(shè)計(jì)，整理并初步建立了多級(jí)水資源信息統(tǒng)計(jì)體系，共包含 40 余張基礎(chǔ)調(diào)查表、50 余張綜合統(tǒng)計(jì)表、10 余張資源核算表及 10 余張附屬信息表，實(shí)現(xiàn)了水資源統(tǒng)計(jì)報(bào)表網(wǎng)上填報(bào)流轉(zhuǎn)和綜合發(fā)布等功能。各級(jí)用戶通過水務(wù)電子政務(wù)系統(tǒng)登陸后可按權(quán)限實(shí)現(xiàn)報(bào)表的網(wǎng)上填報(bào)、查詢修改、審核批注和瀏覽打印。上報(bào)后的信息按取水、供水、用水、排水和專題報(bào)告分類，并按照不同粒度進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，通過地圖發(fā)布平臺(tái)以專題地圖和統(tǒng)計(jì)圖表的方式直觀顯示，例如城市供水按照年份、區(qū)縣、供水能力、供水設(shè)施量、供水量、售水量等進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)。

2.5 水資源專題評(píng)價(jià)

將水資源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息、統(tǒng)計(jì)信息與地圖相結(jié)合，通過直觀的專題地圖方式顯示各項(xiàng)指標(biāo)的空間分布及趨勢(shì)變化，包括分色渲染、動(dòng)態(tài)標(biāo)注、等值線（面）圖等，主要包括水資源數(shù)量評(píng)價(jià)、河道水質(zhì)評(píng)價(jià)、開發(fā)利用評(píng)價(jià)等子模塊。

例如：對(duì)月降雨量進(jìn)行的等值面方式的基礎(chǔ)評(píng)價(jià)，用戶可以通過 Web 頁面制作交互式動(dòng)態(tài)等值線（面），對(duì)場(chǎng)次降雨、任意時(shí)段降雨進(jìn)行評(píng)價(jià)，時(shí)間精度為小時(shí)；顯示全市骨干河道水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果，其以每月的人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按不同水質(zhì)級(jí)別以不同顏色直觀反映全市骨干河道的水質(zhì)情況，給出全市骨干河道水質(zhì)統(tǒng)計(jì)信息。

2.6 預(yù)案預(yù)警管理

在水資源應(yīng)急處置管理方面，針對(duì)咸潮預(yù)警及應(yīng)急處置、水源地突發(fā)污染事故應(yīng)急處置、水源地水質(zhì)預(yù)警，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各類突發(fā)事件的相關(guān)指標(biāo)自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警、人工錄入及預(yù)警信息的審核、發(fā)布等功能。通過對(duì)水資源應(yīng)急管理的數(shù)字化、地圖化，為水資源應(yīng)急處置的快速調(diào)度決策提供綜合信息支撐。

3 結(jié)論及建議

系統(tǒng)基于統(tǒng)一信息門戶與網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集水資源采集、共享服務(wù)、綜合應(yīng)用于一體的水資源信息管理，為全面掌握上海市水資源狀況及開發(fā)利用提供了信息支撐，在水源地水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警、保障原水供水統(tǒng)一調(diào)度及水資源日常業(yè)務(wù)管理、水環(huán)境整治等工作中得到了較好的應(yīng)用。

目前上海市水資源管理系統(tǒng)通過試點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)，主要實(shí)現(xiàn)了水資源管理中各類基礎(chǔ)、監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)信息的匯聚整合和集成發(fā)布，基本完成水資源管理要素的數(shù)字化。水資源管理系統(tǒng)在下一階段建設(shè)中，將重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)業(yè)務(wù)管理流程數(shù)字化應(yīng)用建設(shè)，使各類水資源信息在實(shí)際工作中規(guī)范流轉(zhuǎn)和充分應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)對(duì)業(yè)務(wù)管理流程的重要支撐。同時(shí)，信息系統(tǒng)作為業(yè)務(wù)管理支撐，其更重要的是系統(tǒng)內(nèi)的信息本身，這就要求我們從關(guān)注信息系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到關(guān)注信息本身。從信息鏈的角度來看，進(jìn)一步探討如何收集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如何組織、分類，如何標(biāo)識(shí)、生產(chǎn)、挖掘和表現(xiàn)。

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