基于ISM方法的水利信息化影響因素分析*

李 婷，鄭垂勇，2

(1．河海大學商學院，江蘇南京 210098;2．江蘇省水資源與可持續(xù)發(fā)展研究中心，南京 210098)

1 引言

水與國民經(jīng)濟各個方面密切相關(guān)，水信息對于水利其他行業(yè)部門的發(fā)展有著重要的作用，水利信息化可以大大豐富水利信息的來源和種類，對建設(shè)現(xiàn)代化水利、節(jié)水型社會有著重要意義。2000年以來，水利部門對治水理念進行了一系列思考和理論總結(jié)［1］，提出了可持續(xù)發(fā)展水利這一全新理念。先進的治水理念必須要有先進的技術(shù)體系作為支撐切入點。近年來信息技術(shù)的快速發(fā)展為實現(xiàn)水利信息化提供了技術(shù)上的可能。

我國水利信息化起步于“七五”期間，是隨著我國工業(yè)化建設(shè)展開進行的［2］。然而，我國工業(yè)化起步較晚，工業(yè)化水平總體較低，這導致我國水利信息化的基礎(chǔ)比較薄弱。但是2002年“金水工程”的開展以及2011年中央一號文件對“金水工程”的進一步推動，我國水利信息化建設(shè)取得了較大的進展?，F(xiàn)代水利信息化建設(shè)經(jīng)歷了從無到有、從局部到整體的發(fā)展過程，受環(huán)境、資金、人才、技術(shù)等因素的影響，我國水利信息化還存在許多問題，如信息化渠道不暢、信息化建設(shè)滯后于水利建設(shè)、水利基礎(chǔ)信息資源難以統(tǒng)一優(yōu)化配置、水利業(yè)務應用開發(fā)不足等。如何針對現(xiàn)存的制約因素解決這些存在的問題，是當前我國水利信息化進程中的亟須工作。該文通過相關(guān)文獻查閱和專家訪談的形式，總結(jié)出當前我國水利信息化的影響因素，并運用一種新型的現(xiàn)代系統(tǒng)工程分析方法——解釋結(jié)構(gòu)模型對錯綜復雜的影響因素的層級結(jié)構(gòu)進行整理，找出影響我國水利信息化的直接影響因素和深層影響因素，對于我國有所側(cè)重地制定相應的措施促進水利信息化、實現(xiàn)現(xiàn)代化水利有著重要的意義。

2 水利信息化概述

水利信息化，就是水利行業(yè)應用計算機等信息技術(shù)以提升水事活動處理效率和效能的過程。更準確地說，水利信息化就是充分利用當代信息技術(shù)，開發(fā)和利用水利信息資源，包括對水利信息進行采集、傳輸、存儲、處理和服務，從而全面提升水利事業(yè)活動效率和效能的歷史過程［3］。水利信息化是與水利行業(yè)信息技術(shù)的運用發(fā)展緊密聯(lián)系的。2000年后，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開始迅速推廣和普及，信息技術(shù)加速向水利行業(yè)滲透，水利行業(yè)信息采集、運輸、存儲、處理和可視化表達開始全面采用一系列計算機、通信、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，水利行業(yè)的信息技術(shù)應用進入一個全新的數(shù)字化階段。

水利信息化是水利行業(yè)與信息技術(shù)的結(jié)合體，立足于為可持續(xù)發(fā)展水利提供先進的技術(shù)支持，為水利行業(yè)的技術(shù)升級提供完整的解決方案，涉及的專業(yè)知識和技術(shù)及其廣泛，內(nèi)涵十分豐富。其中通信網(wǎng)絡技術(shù)是水利信息化的關(guān)鍵技術(shù)支撐。主要包括遠程自動監(jiān)控技術(shù)，通信網(wǎng)絡技術(shù)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)，數(shù)字模擬技術(shù)，軟件開發(fā)與系統(tǒng)集成技術(shù)以及3S技術(shù)等。根據(jù)水利行業(yè)的應用需求，水利信息化過程中會建立各種功能不同的應用系統(tǒng)，這些系統(tǒng)有著一個基本統(tǒng)一的邏輯結(jié)構(gòu)［4］(圖1)，其中信息管理系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心部分，運行支持平臺是系統(tǒng)運行的保障，信息采集系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

圖1 應用系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

3 ISM模型簡介

解釋結(jié)構(gòu)模型 (interpretive structural model，簡稱ISM)［5］，是1973年由美國沃菲爾德教授開發(fā)的一種現(xiàn)代系統(tǒng)工程分析方法。這種方法旨在將復雜的系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)要素，在計算機的幫助下利用人們的實踐經(jīng)驗和知識，最終構(gòu)成一個多級遞階的結(jié)構(gòu)模型。通過有向圖和關(guān)聯(lián)矩陣的運用，可以把模糊不清的思想、看法轉(zhuǎn)化為直觀的、具有良好結(jié)構(gòu)關(guān)系的模型。其目的是明確系統(tǒng)內(nèi)各組成要素之間的相互關(guān)系，了解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，揭示系統(tǒng)的幾何學或拓撲學的定性結(jié)構(gòu)。

水利信息化是一個復雜的系統(tǒng)。系統(tǒng)中的影響因素及因素之間的相互關(guān)系是無法通過明確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來進行定量分析的，既不像糧食產(chǎn)量可以通過直接統(tǒng)計得到數(shù)據(jù)而進行分析［6］，也不像分析土地流轉(zhuǎn)影響因素中可以借助調(diào)研數(shù)據(jù)間接得到分析值［7］?？傮w看來水利信息化系統(tǒng)中各影響因素直觀上只是模糊不清的思想概念。該文中運用的SIM模型以定性分析為主，屬于概念模型，其優(yōu)點就是它可以不需要明確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)支撐，集中表示系統(tǒng)相互間如何關(guān)聯(lián)，而不表示量的關(guān)系，具有很強的解釋功能。特別適用于變量眾多、關(guān)系復雜而結(jié)構(gòu)不清晰的系統(tǒng)分析中。該文將ISM方法用于水利信息化影響因素分析中，就是為了理清各因素在整個水利信息化系統(tǒng)中的關(guān)系，是一種行之有效的結(jié)構(gòu)目標分析方法。

ISM的建模程序如下［8］:①設(shè)定關(guān)鍵問題;②選擇構(gòu)成系統(tǒng)的影響關(guān)鍵問題的因素;③列舉各因素的相關(guān)性;④根據(jù)各要素的相關(guān)性，建立鄰接矩陣和可達矩陣;⑤對可達矩陣分解后，建立結(jié)構(gòu)模型;⑥根據(jù)結(jié)構(gòu)模型建立解釋結(jié)構(gòu)模型。

4 水利信息化的ISM模型的建立與實施

4.1 確定水利信息化的影響因素

水利信息化是一個關(guān)系復雜、涉及面廣的龐大系統(tǒng)，受眾多因素的影響，且因素之間存在著相互影響的復雜關(guān)系。

首先，2012年水利部印發(fā)的《全國水利信息化發(fā)展“十二五”規(guī)劃》(水規(guī)計 ［2012］190號)是“十二五”期間全國水利信息化發(fā)展的階段性、綱領(lǐng)性文件和行動指南。該規(guī)劃根據(jù)水利信息化“十一五”發(fā)展實際和“十二五”發(fā)展目標，按照頂層設(shè)計的基本思路和核心內(nèi)容，提出了由水利信息基礎(chǔ)設(shè)施、業(yè)務應用和信息化保障環(huán)境共同組成的“十二五”全國水利信息化建設(shè)總體框架［9-11］。

其次，當前我國水利信息化建設(shè)現(xiàn)狀中，在取得一定成就的同時，還存在著水利信息化認識不足、信息化標準體系不完善、水利化人才缺乏、地區(qū)水利信息化發(fā)展不平衡、水利信息化建設(shè)管理模式僵硬等問題［12-13］。

綜合考慮水利信息化頂層設(shè)計的基本思路與核心內(nèi)容、“十二五”水利信息化發(fā)展共建項目布局，結(jié)合當前我國水利信息化建設(shè)的現(xiàn)狀，文章重點選取如下12個水利信息化的影響因素。

S1:水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施;S2:建設(shè)和運行管理機制;S3:水利信息化人才隊伍;S4:信息化思想認識;S5:水利信息化資源整合與共享程度;S6:信息化安全保障體系;S7:水利主管部門的重視與支持;S8:投入情況;S9:政府政策;S10:信息化技術(shù);S11:水利信息化標準化體系;S12:水利信息化法律環(huán)境。

以上12個水利信息化影響因素中從水利信息化內(nèi)部和外部兩方面來區(qū)分，對水利信息化具有不同的影響途徑和影響效果，如此可得表1。

表1 水利信息化的影響因素

4.2 建立水利信息化影響因素的鄰接矩陣和可達矩陣

水利信息化作為一個系統(tǒng)，它包含Si(i=1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12)等12個基本元素，這12個因素之間的邏輯聯(lián)系可以用表1來表示，對因素之間的聯(lián)系有這樣的定義，即矩陣元素aij為邏輯關(guān)系“1”表示Si對Sj有影響，aij為邏輯關(guān)系“0”表示Si對Sj沒有影響。例如，水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施(S1)是信息化安全保障體系 (S5)的建立與完善的基礎(chǔ)，對其是有影響的，所以表格元素a15為1;而水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施 (S1)對政府政策 (S9)是沒有影響的，所以a19為0。以此類推，根據(jù)水利信息化領(lǐng)域?qū)＜业膶嶋H經(jīng)驗得到水利信息化及其影響因素之間的關(guān)系，如表2所示。

表2 因素之間的聯(lián)系

由表2可以建立鄰接矩陣A，如式 (1)所示。鄰接矩陣描述了各因素兩兩之間的邏輯關(guān)系。

可達矩陣M是用矩陣形式來描述有向連接圖各節(jié)點之間經(jīng)過一定長度的通路后可達到的程度，表示從一個要素到另一個要素是否存在連接的路徑。根據(jù)鄰接矩陣A，通過Matlab軟件 (程序代碼略)求得可達矩陣M，如式 (2)所示。

從可達矩陣M可以看出，S2與Si(i=2，3，4，7，8，9，10，11，12)都有連接路徑，而與S5和S6是沒有連接路徑的，以此類推可以推導出其他要素之間的連接路徑情況。

4.3 對可達矩陣進行區(qū)域劃分

對可達矩陣進行區(qū)域劃分是為了理清各因素對水利信息化的影響程度。根據(jù)矩陣M，給出定義:

(1)可達集合R(Si):可達矩陣M中要素Si對應的行中，包含有1的矩陣元素所對應的列要素的集合，代表Si到達的要素。

(2)先行集合Q(Si):可達矩陣M中要素Si對應的列中，包含有1的矩陣元素所對應的行要素的集合，代表Si到達的要素。

根據(jù)上述定義，可得到水利信息化影響因素的可達集合R(Si)、先行集合Q(Si)和交集P(Si)，如表3所示。

表3 可達集合R(Si)、先行集合Q(Si)和交集P(Si)

若P(Si)=R(Si)∩Q(Si)，則P(Si)為最高級要素集。得到最高級要素后，劃去可達矩陣中的最高級要素，可得到次高級要素，以此類推，可得到可達矩陣的不同區(qū)域劃分。按照此規(guī)則，分別劃去 (S1，S5，S6)、 (S2)、 (S3，S4，S8)、(S7，S10，S11)和 (S9)，最后剩余S12。通過上述分析，水利信息化的影響因素可以劃分為六個層級，分別是第一級 (S1，S5，S6)，第二層 (S2)，第三 層 (S3，S4，S8)，第 四層 (S7，S10，S11)，第五層 (S9)，第六層 (S12)。

圖2 水利信息化影響因素的解釋結(jié)構(gòu)模型

4.4 建立解釋結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)對可達矩陣的級間劃分，建立解釋結(jié)構(gòu)模型，見圖2。

水利信息化影響因素及其之間的關(guān)系是一個具有6級的多級遞階結(jié)構(gòu)。第一層是影響水利信息化建設(shè)進程的基本要素，包括水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施、水利信息化資源整合與共享程度、信息化安全保障體系;第二層是建設(shè)和運行管理機制;第三層包括水利信息化人才隊伍、信息化思想認識和投入情況;第四層有水利主管部門的重視與支持、信息化技術(shù)以及水利信息化標準化體系;第五層和第六層分別為政府政策和水利信息化法律環(huán)境。

5 水利信息化影響因素的ISM模型相關(guān)性分析

從水利信息化影響因素的解釋結(jié)構(gòu)模型可以看出，水利信息化的影響因素構(gòu)成的具有6級階梯結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，6個階層的因素對水利信息化建設(shè)與進程的影響是層層遞進，逐層深入的。從第一層的表層基本因素，途徑第二、三、四層的中間層動力因素和相關(guān)層動力因素，直至最深層的導向?qū)觿恿σ蛩?，水利信息化影響因素共同演進，交互推動水利信息化持續(xù)發(fā)展。

(1)表層基本因素。水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施、水利信息化資源整合與共享程度以及信息化安全保障體系是水利信息化發(fā)展的表層基本因素，是構(gòu)成水利信息化建設(shè)的基礎(chǔ)。水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施是水利信息化建設(shè)的基石，起基礎(chǔ)性作用;水利信息化資源整合與共享是水利信息化建設(shè)范圍普及擴大的內(nèi)在動力;信息化安全保障體系是水利信息化順利進行的有力保障基礎(chǔ)。同時，水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施又是實現(xiàn)水利信息化資源整合與共享以及安全保障體系建立的基礎(chǔ)。水利信息化資源的整合與共享使得基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)更加合理有效，減少重復建設(shè)的浪費，保證信息化安全保障體系的統(tǒng)一覆蓋和協(xié)同發(fā)展。信息化安全保障體系為實現(xiàn)信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及信息化資源整合與共享提供安全保障。

(2)中間層動力因素。首先，建設(shè)和運行管理機制是水利信息化工程的有力保證，水利信息化工程作為一項規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復雜、涉及面廣、科技含量高的系統(tǒng)工程，建設(shè)管理和運行管理應確保相互銜接，實踐中的“重工程建設(shè)、輕運行管理”的做法應當摒棄，建立符合水資源可持續(xù)利用內(nèi)在要求的高校合理的建設(shè)與運行管理并重的管理新體制，掃除中國水利現(xiàn)代化體制上的障礙。其次，水利信息化人才隊伍、信息化思想認識以及投入情況是在人才、觀念和資金三個方面保障水利信息化的順利進行。建立一支高素質(zhì)復合型專業(yè)人才隊伍是水利現(xiàn)代化的關(guān)鍵性問題。水利的現(xiàn)代化首先是觀念的現(xiàn)代化。以信息化武裝水利事業(yè)、走可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代化水利之路的治水觀念必須大力宣傳和普及。這些科學的信息化水利觀念深入人心，就能為中國水利信息化掃清思想上的障礙。水利投入作為國家重要的積極財政政策手段，“十二五”水利投資年均增速20%以上，水利投資從“十一五”的7 000億元增加至“十二五”的1．8萬億元［14］，這為水利事業(yè)的發(fā)展宏觀上創(chuàng)造良好的發(fā)展機遇。將這些水利投資如何分配到水利信息化建設(shè)中是水利信息化發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

(3)相關(guān)層動力因素。一方面，水利主管部門的重視與支持有利于水利主管部門加大對水利信息化建設(shè)的人才選拔與培訓以及建設(shè)資金的投入。另一方面，水利的發(fā)展離不開相關(guān)行業(yè)的信息支持，當今信息技術(shù)飛速發(fā)展，對水利信息的采集、處理、共享方式都發(fā)生了翻天覆地的變化，水利信息化必須要有先進的技術(shù)體系作為支撐切入點。另外，水利信息化標準化體系是保證信息資源在采集、交換、處理、傳輸?shù)冗^程中的有統(tǒng)一的規(guī)范，最大限度實現(xiàn)水利信息化資源的整合與共享，減少重復建設(shè)與資源的浪費，實現(xiàn)水利信息系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展。

(4)導向?qū)佑绊懸蛩?。政府政策和水利信息化法律環(huán)境是水利信息化的導向?qū)佑绊懸蛩?，在水利信息化發(fā)展過程中起著引導大方向的重要作用。其中政府制定相關(guān)政策是建立在整個國家尤其是水利信息化法律環(huán)境的宏觀基礎(chǔ)上的。由于水利是社會公益性事業(yè)，在實現(xiàn)水利信息化的過程中，政府起到了主導作用，水利信息化主要是政府行為，所以，水利信息化也是政府信息化的一部分。［15］在建設(shè)水利信息化的過程中，需要政府全面規(guī)劃，制定相應的促進水利現(xiàn)代化的政策，營造良好的宏觀發(fā)展環(huán)境。事實上近年來政府的“金水工程”計劃對水利信息化進程具有重要的支持和推動作用。另一方面，通過制定一系列相關(guān)法律法規(guī)，確保信息化工作有法可依。

從結(jié)構(gòu)模型中還能看出，在各級影響因素中，平級之間或跨級之間的兩兩元素之間也存在著相互作用的關(guān)系。因此，在水利信息化發(fā)展過程中要求合理把握并有效平衡各影響因素之間的作用關(guān)系。

6 結(jié)論

ISM方法以因素間的邏輯關(guān)系為前提建立的定性的水利信息化影響因素結(jié)構(gòu)模型，將水利信息化各個影響因素系統(tǒng)統(tǒng)一分析，清晰了解各因素間的邏輯關(guān)系，并得以找出影響水利信息化的根本原因。其結(jié)果表明，我國水利信息化建設(shè)過程中，政府要發(fā)揮帶頭引導的積極作用，營造良好的技術(shù)、經(jīng)濟發(fā)展環(huán)境，并將水利投入作為國家重要的積極財政政策實施手段是當前政府需要作出的努力，政府制定完善的法律法規(guī)體系和合理的全面發(fā)展總規(guī)劃是水利信息化發(fā)展的最關(guān)鍵因素。只有在這樣的大環(huán)境下，水利行業(yè)及社會各方才會在觀念、設(shè)施、人才等方面逐步朝水利信息化的大方向有序發(fā)展，也只有這樣，才能實現(xiàn)真正的水利信息化，走向可持續(xù)的現(xiàn)代化水利發(fā)展道路。

該文引用ISM方法給出了一種分析水利信息化發(fā)展的一種方法，將無法用統(tǒng)計數(shù)據(jù)測算的模糊化概念問題轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)清晰、層次分明的概念模型，對分析和發(fā)展水利信息化有一定的參考意義。但由于ISM方法的運用是建立在文獻查閱和專家訪談的基礎(chǔ)上的，存在一定的局限性和主觀性，這也是以后研究中需要改進的地方。

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