廣東省“互聯(lián)網(wǎng) + 現(xiàn)代水利”總體框架與關(guān)鍵內(nèi)容

王戰(zhàn)友，李觀義

（廣東省水利廳“互聯(lián)網(wǎng) + 現(xiàn)代水利”行動計劃項目辦公室，廣東 廣州 510635）

0 引言

“十二五”以來，廣東省水利信息化業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)深度和廣度逐漸加強，信息資源開發(fā)利用與整合共享程度不斷提高，基礎(chǔ)設(shè)施持續(xù)夯實，信息技術(shù)特別是大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的應(yīng)用逐步拓展，信息化保障環(huán)境日益完善，水信息采集、通信網(wǎng)絡(luò)、指揮會商、水資源管理、電子政務(wù)等在水利業(yè)務(wù)管理中發(fā)揮了重要作用，為全方位、多層次推進(jìn)全省水利信息化打下了較好的基礎(chǔ)。但是，全省的水利信息化也存在以下不足之處：計算存儲設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施利用率不高，各級水利系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源沒有實現(xiàn)充分共享，部門之間的業(yè)務(wù)不能實現(xiàn)真正意義的協(xié)同聯(lián)動，應(yīng)用系統(tǒng)存在一定程度的信息孤島現(xiàn)象等。

新時期治水方略的重大調(diào)整和深化水利改革發(fā)展的迫切需求，對水利信息化提出了更高的要求。為貫徹落實《廣東省“互聯(lián)網(wǎng) +”行動計劃（2015—2020 年）》[1]和《水利信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃》[2]，緊密圍繞水利行業(yè)管理和公共服務(wù)，廣東省水利廳提出“互聯(lián)網(wǎng) + 現(xiàn)代水利”的行動計劃[3]，要求以整合為手段，安全為前提，需求為導(dǎo)向，應(yīng)用為核心，創(chuàng)新發(fā)展理念、管理手段和服務(wù)模式，深化水利業(yè)務(wù)網(wǎng)格化、精細(xì)化、智能化的科學(xué)管理，為政府部門和相關(guān)行業(yè)及社會公眾提供協(xié)同、便捷、高效的水信息服務(wù)，全面提升防汛抗旱、水資源、河長制等行業(yè)管理，以信息化驅(qū)動全省水利現(xiàn)代化。

為此提出廣東省“互聯(lián)網(wǎng) + 現(xiàn)代水利”行動計劃的總體框架與關(guān)鍵內(nèi)容，通過建設(shè)云平臺服務(wù)體系，從技術(shù)架構(gòu)上保證整個“互聯(lián)網(wǎng) + 現(xiàn)代水利”系統(tǒng)的統(tǒng)一性和靈活性，促進(jìn)信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)的深度融合。

1 總體框架

根據(jù)《水利信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出的總體框架，為滿足跨地域、部門、系統(tǒng)的信息資源共享與交換的需要，結(jié)合廣東省水利管理的實際，提出廣東省“互聯(lián)網(wǎng) + 現(xiàn)代水利” 的系統(tǒng)總體框架，如圖 1 所示。該框架運用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、智慧城市等新技術(shù)和理念，構(gòu)建省、市（地）、縣（區(qū)）、鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、街道）四級現(xiàn)代水利技術(shù)支撐體系，實現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用協(xié)同智能，信息資源整合共享，基礎(chǔ)設(shè)施集約完善，網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定可控，保障環(huán)境優(yōu)化健全的總體目標(biāo)，以及主動聯(lián)、發(fā)、推、送的信息服務(wù)模式。

總體框架通過基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)資源、應(yīng)用支撐、應(yīng)用集成和業(yè)務(wù)應(yīng)用等平臺的建設(shè)，實現(xiàn)全省各級水利系統(tǒng)及氣象、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、國土等相關(guān)部門的資源共享，以及數(shù)據(jù)交換與業(yè)務(wù)協(xié)同。

圖 1 系統(tǒng)總體框架

1.1 基礎(chǔ)設(shè)施

利用全省水利信息化的行業(yè)信息采集和數(shù)據(jù)中心建設(shè)成果，整合全省各級水利系統(tǒng)建設(shè)的水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施，形成完善的信息采集、通信網(wǎng)絡(luò)和硬件環(huán)境體系。

1.2 數(shù)據(jù)資源

依據(jù)國家、省及水利行業(yè)有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，通過數(shù)據(jù)匯集、存儲、服務(wù)等建設(shè)，實現(xiàn)跨部門、地域、系統(tǒng)的信息集成整合，包括防汛抗旱、水文氣象、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水利工程等數(shù)據(jù)，構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源接入、接收、存儲、共享、交換、運維和管理服務(wù)。

1.3 應(yīng)用支撐

充分利用廣東省水利數(shù)據(jù)中心應(yīng)用支撐平臺建設(shè)成果，為全省各級水利系統(tǒng)提供統(tǒng)一的平臺應(yīng)用支撐，并接入廣東省政務(wù)服務(wù)平臺，提供基礎(chǔ)和業(yè)務(wù)服務(wù)及平臺管理等技術(shù)支持，服務(wù)于水安全、水行政、水公共服務(wù)等相關(guān)部門與行業(yè)。

1.4 應(yīng)用集成

在廣東全省“一張圖”的基礎(chǔ)上，構(gòu)建全省統(tǒng)一的基礎(chǔ)水利地圖和界面表現(xiàn)等服務(wù)體系，為全省各級水利系統(tǒng)提供區(qū)域可選擇、圖層可疊加、內(nèi)容可定制的個性化專題地圖服務(wù)，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)接口及空間分析服務(wù)等，為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供水利“一張圖、一站式”的信息資源集成與整合。

1.5 業(yè)務(wù)應(yīng)用

依托基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)資源、應(yīng)用支撐和集成，為全省各級水利系統(tǒng)的具體業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)、部署與發(fā)布提供支持，并為各類用戶提供統(tǒng)一的門戶入口。

1.6 安全與保障

在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)安全與保障機制的基礎(chǔ)上，完善服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和信息、服務(wù)與資源的共享交換機制，建立水利相關(guān)設(shè)備、數(shù)據(jù)、服務(wù)與應(yīng)用的安全保障體系，最大程度地發(fā)揮資源的利用效率和使用范圍，為各級平臺的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供信息安全與管理機制保障。

2 建設(shè)任務(wù)

廣東省“互聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代水利”行動計劃提出了“3 ＋ 6 ＋ 9”（即 3 個基礎(chǔ)系統(tǒng)、6 個應(yīng)用平臺、9 個業(yè)務(wù)專項）的建設(shè)任務(wù)。3 個基礎(chǔ)系統(tǒng)的建設(shè)充分體現(xiàn)資源整合共享和“互聯(lián)網(wǎng) +”的理念和技術(shù)；6 個應(yīng)用平臺在感知監(jiān)測、仿真模擬、預(yù)測預(yù)警、指揮調(diào)度、公共服務(wù)等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，充分體現(xiàn)資源整合共享、集約建設(shè)、智能化、網(wǎng)格化理念和“互聯(lián)網(wǎng) +”思維；9 個業(yè)務(wù)專項針對不同部門的業(yè)務(wù)需求，充分體現(xiàn)業(yè)務(wù)管理的流程化、應(yīng)用的移動化、服務(wù)的主動化。

2.1 基礎(chǔ)系統(tǒng)

基礎(chǔ)系統(tǒng)的建設(shè)包括“一朵云”“一專網(wǎng)”“一張圖”3 個方面，其中“一朵云”提供了統(tǒng)一的計算、存儲、服務(wù)資源；“一專網(wǎng)”提供了統(tǒng)一的信息采集、傳輸、交換和共享的通道；“一張圖”將各種數(shù)據(jù)、應(yīng)用和服務(wù)等資源通過一張圖進(jìn)行接入與集成整合。

通過 3 個基礎(chǔ)系統(tǒng)的建設(shè)，在廣東省水利數(shù)據(jù)中心和相關(guān)水利信息化工程建設(shè)成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善建設(shè)水利信息化發(fā)展總體框架中提出的基礎(chǔ)設(shè)施和信息資源等公共平臺，可全面有效地支撐廣東全省各級水利系統(tǒng)在三防減災(zāi)、水資源監(jiān)控、河長制、電子政務(wù)等領(lǐng)域的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2.2 應(yīng)用平臺

應(yīng)用平臺包括三防在線決策指揮、水安全在線監(jiān)控、水政執(zhí)法監(jiān)督指揮、網(wǎng)上行政審批、網(wǎng)上民生服務(wù)、資金全程監(jiān)督等 6 個方面的平臺，旨在充分利用廣東省水利信息化建設(shè)成果，在 3 個基礎(chǔ)系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)通信、信息資源和“一張圖”集成整合基礎(chǔ)上，在全省各級水利系統(tǒng)進(jìn)一步完善建設(shè)水利信息化發(fā)展總體框架中提出的水利業(yè)務(wù)應(yīng)用體系，全面推進(jìn)水利業(yè)務(wù)應(yīng)用的現(xiàn)代化進(jìn)程。

在 6 個應(yīng)用平臺的建設(shè)中，充分運用資源整合共享、集約建設(shè)、智能化、網(wǎng)格化的管理理念和“互聯(lián)網(wǎng) +”的思維模式，有效支撐感知監(jiān)測、仿真模擬、預(yù)測預(yù)警、指揮調(diào)度、公共服務(wù)等相關(guān)業(yè)務(wù)領(lǐng)域。

2.3 業(yè)務(wù)專項

業(yè)務(wù)專項包括水文監(jiān)測、流域管理、水土保持等信息化工程，以及互聯(lián)網(wǎng) + 河長制、水利工程安全管理能力建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)信息安全保障工程、水利科技和規(guī)劃勘測設(shè)計成果管理展示、互聯(lián)網(wǎng)+黨建與水文化、水利三防綜合監(jiān)控指揮中心 9 個方面，旨在通過業(yè)務(wù)專項的建設(shè)，充分利用廣東省水利信息化建設(shè)成果和“一朵云”“一專網(wǎng)”“一張圖”構(gòu)建的公共基礎(chǔ)環(huán)境，在全省各級水利系統(tǒng)實現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)領(lǐng)域的資源整合與業(yè)務(wù)協(xié)同，并依托移動 App、微信企業(yè)號和公眾號等通過手持終端提供主動推送的信息服務(wù)，推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng) +”在廣東水利各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

3 關(guān)鍵內(nèi)容

“互聯(lián)網(wǎng) + 現(xiàn)代水利”的建設(shè)范圍廣、技術(shù)復(fù)雜，需要根據(jù)不同的建設(shè)內(nèi)容，選擇合適的技術(shù)路線，其中云平臺服務(wù)體系建設(shè)是整個行動計劃的關(guān)鍵。云平臺服務(wù)體系框架包括計算存儲、數(shù)據(jù)資源、應(yīng)用支撐等環(huán)境，以及服務(wù)總線、保障體系等部分，如圖 2 所示。

云平臺服務(wù)體系框架的建設(shè)旨在整合全省各級水利系統(tǒng)軟硬件環(huán)境及數(shù)據(jù)和應(yīng)用資源，面向各級水利系統(tǒng)、政府相關(guān)部門、社會公眾的業(yè)務(wù)管理和信息服務(wù)提供支撐，實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)和應(yīng)用資源等水利公共資源的統(tǒng)一管理，保障資源的統(tǒng)籌利用、信息的整合共享和業(yè)務(wù)的協(xié)同智能[4]。

3.1 計算存儲環(huán)境

計算存儲環(huán)境的建設(shè)將物理的計算和存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換與安全、自動監(jiān)測及移動巡查的終端等基礎(chǔ)設(shè)施，通過虛擬化技術(shù)對計算存儲資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和管理[5]，提供擴展性、可用性及安全保障服務(wù)，形成集約化的計算存儲資源池，滿足全省各級水利系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的計算和存儲需要。計算存儲環(huán)境框架的建設(shè)包括物理、虛擬、管理和接口等環(huán)境建設(shè)，如圖 3 所示。

其中接口環(huán)境通過建立計算存儲與網(wǎng)絡(luò)通信等設(shè)備的監(jiān)控與管理維護接口，為云平臺服務(wù)體系提供統(tǒng)一的設(shè)備管理與監(jiān)控，以及數(shù)據(jù)的接收與處理等。

3.2 數(shù)據(jù)資源環(huán)境

數(shù)據(jù)資源環(huán)境遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、分布式存儲和統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)原則，建立數(shù)據(jù)資源目錄服務(wù)體系，通過數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)及對多維度、海量數(shù)據(jù)處理的大數(shù)據(jù)處理接口，為開展“一張圖”的數(shù)據(jù)集成整合創(chuàng)造條件。

圖 2 云平臺服務(wù)體系框架

圖 3 計算存儲環(huán)境框架

數(shù)據(jù)資源環(huán)境框架的建設(shè)將對全省各級水利數(shù)據(jù)資源進(jìn)行整合，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)匯集、共享交換、數(shù)據(jù)存儲和倉庫與大數(shù)據(jù)服務(wù)機制和數(shù)據(jù)資源目錄服務(wù)體系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、管理、服務(wù)和分布式存儲[6]，提高數(shù)據(jù)服務(wù)、運行維護和資源利用的效率，如圖 4 所示。

在數(shù)據(jù)處理上，對于結(jié)構(gòu)化、質(zhì)量較好、價值密度高的數(shù)據(jù)，可通過 ETL 清洗轉(zhuǎn)換后直接加載到數(shù)據(jù)倉庫；對于一些非結(jié)構(gòu)化、價值密度低的數(shù)據(jù)，則先存入分布式大數(shù)據(jù)平臺；所有數(shù)據(jù)通過MapReduce 等技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理、分析計算、關(guān)聯(lián)聚合后匯入數(shù)據(jù)倉庫。同時，對于類似災(zāi)情、旱情等非關(guān)系型數(shù)據(jù)，可以使用 NoSQL 等方法進(jìn)行存儲，以降低存儲成本，提高檢索效率。

3.3 應(yīng)用支撐環(huán)境

應(yīng)用支撐環(huán)境的建設(shè)為相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的平臺軟件運行環(huán)境、業(yè)務(wù)服務(wù)接口，并在業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)過程中，按照平臺的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)、部署、發(fā)布各種基礎(chǔ)和公共及專項的服務(wù)，實現(xiàn)部門內(nèi)部、部門之間、應(yīng)用系統(tǒng)之間的資源共享，業(yè)務(wù)協(xié)同與互聯(lián)互通。應(yīng)用支撐環(huán)境框架的建設(shè)內(nèi)容包括系統(tǒng)資源、公共基礎(chǔ)、應(yīng)用、業(yè)務(wù)等服務(wù)層的建設(shè)，以及服務(wù)與安全的管理等，如圖 5 所示。

其中業(yè)務(wù)服務(wù)為具體應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析、模型算法、界面表現(xiàn)等處理，并以 Web Services 等組件形式進(jìn)行統(tǒng)一的封裝、注冊、發(fā)布、配置、監(jiān)控、使用和訪問，業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)可調(diào)用這些業(yè)務(wù)組件完成相應(yīng)的操作。

3.4 服務(wù)總線

圖 4 數(shù)據(jù)資源環(huán)境框架

服務(wù)總線實現(xiàn)各級水利系統(tǒng)及相關(guān)部門之間的信息、數(shù)據(jù)與服務(wù)等資源的共享與互聯(lián)互通，各級水利系統(tǒng)、相關(guān)部門、社會公眾均可通過服務(wù)總線獲取相關(guān)資源。服務(wù)總線使用雙向的消息傳送機制，基于一系列的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)（包括 Web Service，SOAP，JMS 等），實現(xiàn)應(yīng)用之間的資源共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。服務(wù)總線框架在具體實現(xiàn)上通過服務(wù)注冊、管理、路由、發(fā)現(xiàn)及協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能，實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)之間的相互通信，同時保持系統(tǒng)之間的松散耦合關(guān)系，如圖 6 所示。

3.5 保障體系

建立合理的云平臺服務(wù)體系的資源管理、運行維護和安全保障機制，并依托服務(wù)總線對服務(wù)的接入、注冊、發(fā)布、訪問、維護和運行進(jìn)行統(tǒng)一的管理監(jiān)控，為應(yīng)用接入、資源訪問、安全控制等提供保障[7]。

4 結(jié)語

圖 5 應(yīng)用支撐環(huán)境框架

圖 6 服務(wù)總線框架

3 個基礎(chǔ)系統(tǒng)、6 個應(yīng)用平臺和 9 個業(yè)務(wù)專項的建設(shè)任務(wù)，是廣東省“互聯(lián)網(wǎng) + 現(xiàn)代水利”的重要核心。運用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智慧城市等新技術(shù)，提出了由基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)資源、應(yīng)用支撐等構(gòu)成的現(xiàn)代水利的基礎(chǔ)框架，并就基礎(chǔ)框架的建設(shè)明確了云平臺服務(wù)體系的關(guān)鍵內(nèi)容，體現(xiàn)了“互聯(lián)網(wǎng) + 防汛抗旱、生態(tài)資源、工程管理、審批執(zhí)法、政務(wù)服務(wù)”的深度融合。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建協(xié)同智能和泛在便捷的業(yè)務(wù)應(yīng)用體系，整合共享和統(tǒng)一規(guī)范的信息資源體系，集約完善高效全面的基礎(chǔ)設(shè)施、可信可靠和可用可控的網(wǎng)絡(luò)安全等體系，優(yōu)化健全和眾創(chuàng)眾籌的保障環(huán)境體系，可全面提升水利業(yè)務(wù)管理、指揮決策及社會服務(wù)水平，支持后續(xù)項目在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開展預(yù)測預(yù)報、模擬仿真、評估評價、虛擬現(xiàn)實、三維可視化等的深化應(yīng)用。

[1] 廣東省人民政府辦公廳. 廣東省“互聯(lián)網(wǎng) ＋”行動計劃（2015—2020 年） [A]. 廣州： 廣東省人民政府辦公廳，2015.

[2] 水利部信息化工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室. 全國水利信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃 [R]. 北京：水利部信息化工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，2016.

[3] 廣東省水利廳“互聯(lián)網(wǎng) + 現(xiàn)代水利”行動計劃項目辦公室. 廣東省“互聯(lián)網(wǎng) + 現(xiàn)代水利”行動計劃 [A]. 廣州：廣東省水利廳“互聯(lián)網(wǎng) + 現(xiàn)代水利”行動計劃項目辦公室，2017.

[4] 劉慶濤，崔瑞玲，耿丁蕤. 水利信息云建設(shè)初探[J]. 水利信息化，2012 (2): 5-9.

[5] 付靜，詹全忠. 水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施整合共享研究與實踐[J]. 水利信息化，2014 (6): 27-31.

[6] 程益聯(lián)，付靜. 水利數(shù)據(jù)整合共享研究[J]. 水利信息化，2014 (6): 13-17.

[7] 羅軍舟，金嘉暉，宋愛波，等. 云計算：體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)[J]. 通信學(xué)報，2011 (7): 3-21.