最嚴格水資源管理移動應(yīng)用場景研究

王 超，李寶芬，楊發(fā)瑞，張 振

(1.云南省水文水資源局，云南昆明650106；2.云南省水文水資源局昆明分局，云南昆明650103；3.昆明市松華壩水庫管理處，云南昆明650201；4.東華軟件股份公司，北京100086)

0 引 言

水是生態(tài)之基、生命之源、生產(chǎn)之要。人均水資源少、時空分布不均是我國的基本水情。當前，我國水資源面臨的形勢異常嚴峻，水資源短缺、水污染嚴重以及水生態(tài)環(huán)境惡化等問題日益突出，已成為制約經(jīng)濟社會持續(xù)平穩(wěn)發(fā)展的主要瓶頸。隨著城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化不斷推進，水資源供求矛盾日益凸顯。為達到更加可靠、經(jīng)濟、安全、高效的管理水資源業(yè)務(wù)，水資源管理部門通過信息科技手段，提高其信息化管理水平顯得尤為迫切。為此，2012年國家啟動了水資源監(jiān)控能力建設(shè)項目，一期項目(2012年～2014年)已基本建成，在水資源管理中逐步發(fā)揮了相應(yīng)的作用。

移動信息化是傳統(tǒng)信息化的擴展延伸，是利用通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動終端，隨時隨地進行各項業(yè)務(wù)、管理活動以及服務(wù)的一種新方式，為規(guī)范、高效、互動的全方位管理與服務(wù)提供了支撐。為推動最嚴格水資源管理工作，國家已啟動了水資源監(jiān)控能力建設(shè)二期項目(2016年～2018年)已啟動，在二期項目中移動應(yīng)用將成為主要的發(fā)展方向。本文設(shè)計了水資源移動應(yīng)用平臺的總體架構(gòu)，設(shè)計和規(guī)劃了水資源業(yè)務(wù)管理中的移動應(yīng)用的需求及典型應(yīng)用場景，及相關(guān)移動應(yīng)用的落地，有助于全面提升水資源業(yè)務(wù)的移動信息化水平和水資源管理系統(tǒng)的智能、高效水平。

1 移動應(yīng)用對水資源管理的價值

水資源關(guān)系到國計民生，是發(fā)展經(jīng)濟不可或缺的戰(zhàn)略自然資源。伴隨著經(jīng)濟穩(wěn)健持續(xù)增長，對水資源的需求與消耗量不斷增漲。特別是水源污染、人口劇增、工農(nóng)業(yè)用水技術(shù)落后、浪費嚴重和水生態(tài)環(huán)境惡化，更使水資源短缺的問題更加凸顯，并成為經(jīng)濟社會發(fā)展的瓶頸。這就要求提高水資源利用率，保證水資源的持續(xù)長久的開發(fā)利用，充分發(fā)揮水源工程的效益，在滿足水量和水質(zhì)要求的前提下，使水資源發(fā)揮最大的社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益。移動應(yīng)用在水資源管理中有廣泛的應(yīng)用范圍，比如在水行政主管部門的水資源監(jiān)測作業(yè)、日常辦公、公眾服務(wù)、智能分析中，移動應(yīng)用可以提升其工作效率、管理水平與公眾或用水戶的滿意度，意義十分重大。

現(xiàn)場移動作業(yè)及移動辦公可利用移動終端開展水資源監(jiān)測現(xiàn)場作業(yè)，如現(xiàn)場檢察和調(diào)查作業(yè)、設(shè)備巡檢、物資管理、應(yīng)急事件處理等業(yè)務(wù)，可以解決傳統(tǒng)人工操作、手工紙質(zhì)記錄等工作方式中存在的人為因素多、效率低、管理成本高等可能的問題，有利于實現(xiàn)工作方式的變更；移動辦公系統(tǒng)打破了辦公的物理邊界，人員外出時，也可以進行公文閱覽、審批、查閱公告和文件、收發(fā)郵件、查看水資源監(jiān)測及用水情況，可以大大提升公文流轉(zhuǎn)的速度，實現(xiàn)辦公環(huán)境無差異化，有利于提高工作效率。移動公眾服務(wù)包括余量、水費記錄查詢、購水和故障提醒、舉報投訴，移動支付等功能，可以幫助管理部門建立與取用水戶等用戶溝通低成本、高效率的互動渠道，有利于增強取用水戶等用戶滿意度[1- 2]。

2 移動應(yīng)用平臺總體架構(gòu)

為了實現(xiàn)水資源管理部門便捷、高效、智能和安全的移動信息化建設(shè)目標，參考目前水資源管理信息化的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)，移動應(yīng)用平臺采用3層(基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和移動終端層)架構(gòu)(見圖1)模式構(gòu)建，平臺將業(yè)務(wù)邏輯轉(zhuǎn)移到服務(wù)器端，客戶端負責交互實現(xiàn)和界面的展現(xiàn)。這種架構(gòu)最大優(yōu)勢是模塊的松耦合、擴展性好、跨平臺，也降低了客戶端開發(fā)的復(fù)雜度和維護難度。

圖1 水資源移動應(yīng)用平臺功能構(gòu)架

(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層。目前大多數(shù)水行政主管部門已基本建成了水資源信息服務(wù)系統(tǒng)、水資源業(yè)務(wù)管理、監(jiān)測設(shè)備管理、門戶和辦公等系統(tǒng)。其可根據(jù)移動客戶端的實際需求，選擇相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，并通過數(shù)據(jù)抽取、清洗、校驗、轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)處理服務(wù)，為業(yè)務(wù)邏輯層的數(shù)據(jù)接口調(diào)用提供數(shù)據(jù)源。

(2)業(yè)務(wù)邏輯層?？蛻舳瞬恢苯釉L問各業(yè)務(wù)系統(tǒng)，而是數(shù)據(jù)處理之后，通過搭建的移動應(yīng)用服務(wù)器，以Web service方式創(chuàng)建數(shù)據(jù)訪問接口，使用HTML/XML/JSON等格式進行數(shù)據(jù)通訊，并通過移動應(yīng)用服務(wù)器中間件發(fā)布和管理各接口方法，為移動終端層訪問基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層提供通道。在業(yè)務(wù)邏輯層要處理移動應(yīng)用訪問數(shù)據(jù)的安全性問題，具體體現(xiàn)在數(shù)據(jù)存儲的安全、訪問權(quán)限的安全、移動設(shè)備管理的安全和系統(tǒng)運行維護的安全(見圖2)。

圖2 水資源業(yè)務(wù)應(yīng)用移動安全訪問、數(shù)據(jù)處理及業(yè)務(wù)層框架示意

(3)移動終端層。提供移動應(yīng)用的人機交互界面，適配不同操作系統(tǒng)的移動終端設(shè)備，目前主流的移動操作系統(tǒng)是IOS、Android、Windows Phone。針對水行政主管部門的實際需求，本研究設(shè)計了移動作業(yè)、移動辦公、移動公眾服務(wù)和移動智能4類移動應(yīng)用。針對原生態(tài)應(yīng)用程序的開發(fā)，遵循充分利用移動應(yīng)用平臺的特點和優(yōu)勢，定制差異化的用戶體驗，遵守用戶使用習慣的同時，使得各移動應(yīng)用平臺的優(yōu)勢最大地發(fā)揮的理念。

移動應(yīng)用運行于公共的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，且移動終端具有易丟失等風險；其安全問題也是水行政主管部門移動信息化面臨的重大問題。只有解決了移動應(yīng)用程序所涉及的數(shù)據(jù)存儲和傳輸、身份認證、訪問準入、設(shè)備可管理性、木馬病毒等諸多安全問題，才能真正推動移動應(yīng)用在水行政主管部門中的發(fā)展。因此，在移動終端用戶的接入和數(shù)據(jù)傳輸上，可使用SSL或VPN安全連接技術(shù)。該技術(shù)把SSL的安全性和基于標準的接入控制和細粒度策略制定相結(jié)合，IOS、Android和Windows phone等主流移動操作系統(tǒng)全面支持。

3 典型移動應(yīng)用場景分析

3.1 移動作業(yè)

水資源監(jiān)測設(shè)施具有明顯的特點：點多面廣，多部署在野外、山區(qū)等特殊地理位置，容易受到天氣影響，處地偏僻，難以監(jiān)控、定位與維護。

目前，正在建設(shè)中的國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項目，其目的是初步形成與實行最嚴格水資源管理制度近期目標相適應(yīng)的國家水資源監(jiān)控能力，為支撐水資源定量管理考核工作奠定基礎(chǔ)。本項目中僅云南省一期就建設(shè)了國控重點取用水戶監(jiān)測站點近700個；同時還建設(shè)有水源地水質(zhì)監(jiān)測站，所有站點分布全省16個州市，前期監(jiān)測站點建設(shè)任務(wù)多，后期的站點維護任務(wù)繁重，其移動應(yīng)用主要為：

(1)移動設(shè)備監(jiān)控，通過在監(jiān)測站點上裝配無線傳感器或視頻監(jiān)控器等無線監(jiān)控設(shè)備，再利用GPRS或北斗等通訊技術(shù)進行無線傳輸，實現(xiàn)對監(jiān)測設(shè)備運行環(huán)境的有效監(jiān)控。如進行設(shè)備參數(shù)、水位、流量、設(shè)備電壓等監(jiān)測工作，并將監(jiān)測結(jié)果發(fā)送到移動終端上，可以實現(xiàn)故障設(shè)備的預(yù)警、快速定位和及時響應(yīng)，為快速恢復(fù)正常監(jiān)測創(chuàng)造條件[3- 4]。

(2)移動巡檢，可以讓巡檢人員通過移動終端的二維碼識別技術(shù)，進行設(shè)備的地理定位、設(shè)備信息的識別，從而便捷創(chuàng)建巡檢任務(wù)，也可以讓巡檢人員隨時隨地查詢巡檢與維修記錄、查詢巡檢統(tǒng)計分析報告、完成設(shè)備的多媒體信息采集和上傳。移動巡檢減少了書面工作和數(shù)據(jù)錄入，節(jié)省成本和時間并提高了工作效率，也降低了手工操作的失誤率。

(3)移動定位和搶修，可以讓設(shè)備搶修人員通過移動終端，迅速查詢并定位周邊的故障站點或突發(fā)事件，通過移動定位裝置，進行故障定位和尋路工作，實現(xiàn)故障站點的緊急搶修和突發(fā)事件的移動定位。

3.2 移動辦公

水資源管理人員可以使用移動終端設(shè)備，在任何時間、任何地點，處理單位事務(wù)(如公文審批、文件管理、日程管理等)，從而促進內(nèi)部信息溝通，提高工作效率，降低管理成本，增強事務(wù)處理和程序性和可控性，讓協(xié)同辦公變得高效，提高單位和企業(yè)的整體管理水平。

水資源業(yè)務(wù)審批量大且程序多，傳統(tǒng)辦公系統(tǒng)歷時過長，影響業(yè)務(wù)進度；工作人員在公文審批方面可以在移動辦公系統(tǒng)上，通過移動終端查閱待辦事項、請(批)示事件，實現(xiàn)及時的業(yè)務(wù)審批。

此外，在日程管理方面，主要考慮實現(xiàn)個人工作日程、領(lǐng)導(dǎo)日程、部門日程或委托他人日程的功能，支持日程提醒與查看，提高個人時間管控效率，從而提高整個組織的績效。在文件管理方面，主要實現(xiàn)文件收集、存儲、分類整理和文件共享等功能，配合文件權(quán)限管理功能，即可實現(xiàn)移動的文件管理。

3.3 移動公眾服務(wù)

傳統(tǒng)的水行政主管部門，承擔著用水查詢、水費收繳、欠費催繳、投訴舉報、電話通知等大量工作。這種管理模式，成本高、效率低，不能及時將各類信息及時準確傳遞到取用水用戶，也不便于收集取用水用戶的建議和反饋。移動公眾服務(wù)，可以讓普通取用水用戶通過移動終端，實時進行計劃用水余額和用水歷史記錄查詢；借助“支付寶”、“銀聯(lián)”或“微信”提供的移動安全支付服務(wù)，進行在線購水和移動支付；對于繳費提醒、故障消息或停水通知等與取用水用戶密切相關(guān)的信息，移動應(yīng)用服務(wù)器推送相關(guān)提示信息至取用水用戶的移動應(yīng)用終端，使取用水用戶隨時隨地獲取最新信息。移動公眾服務(wù)提供的取用水的一站式服務(wù)，不但可以增加取用水戶的滿意度，也可以實現(xiàn)水資源管理效率的最大化。

3.4 移動智能

傳統(tǒng)的商業(yè)智能(BI)主要為管理高層決策者服務(wù)，因其受到安全因素影響，數(shù)據(jù)分析僅能在本地用戶終端完成，通用性、實時性、交互性不足，隨著水資源業(yè)務(wù)管理信息化程度的不斷提高，商業(yè)智能不僅要為管理高層決策者提供戰(zhàn)略性決策支持，還需為其他用戶提供操作型決策支持。

移動智能，借助豐富的圖表、GIS、氣泡圖等展現(xiàn)形式，讓數(shù)據(jù)直觀可視，可為水行政管理部門決策提供強有力的支持。通過一系列預(yù)設(shè)指標，可及時、直觀地查看取用水的情況；通過對特定指標的分解和對比，可以分析取水用水管理中出現(xiàn)的問題；通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，分析各關(guān)鍵指標的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并利用數(shù)據(jù)計算模型，預(yù)測決策方案的影響；通過細化分解關(guān)鍵業(yè)務(wù)的關(guān)鍵指標和管控范圍，可以監(jiān)控水資源開發(fā)利用的全過程；通過建立取用水戶分析模型，對取用水戶進行分析與挖掘，可以為水資源分配及調(diào)度提供決策支持，提升服務(wù)能力和服務(wù)精細化管理[5- 6]。

移動智能的支點是對大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)挖掘和分析，所以移動應(yīng)用平臺后臺需要處理大量存儲和計算的請求。為了提高移動智能系統(tǒng)的訪問速度，建議在平臺層采用分布式存儲與關(guān)系數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的方式。為此，移動智能的應(yīng)用架構(gòu)，具體方法是:對高實時性的請求，采用分布式計算平臺從傳統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中抽取解析數(shù)據(jù)，之后將數(shù)據(jù)裝載到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，以實時響應(yīng)用戶請求；對低實時性請求，分布式計算平臺先將用戶請求分解到多個并行的子任務(wù)，之后從傳統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中抽取數(shù)據(jù)并解析，將子任務(wù)和解析后的數(shù)據(jù)交由運行環(huán)境中的多個計算節(jié)點分散進行數(shù)據(jù)計算，最后將計算結(jié)果裝載至分布式存儲中，用以響應(yīng)用戶的低實時性查詢、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析任務(wù)。這種方式可以同時滿足用戶高實時請求及大數(shù)據(jù)計算的需求。

3.5 水資源移動應(yīng)用實例

在國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)二期項目推進過程中，多數(shù)省份都提出了移動平臺的開發(fā)計劃，水資源管理移動應(yīng)用在各地逐步開展和落地。例如，云南的水資源移動應(yīng)用的建設(shè)就已啟動，建設(shè)調(diào)研過程中各類用戶均對水資源移動應(yīng)用表現(xiàn)出濃厚的興趣，并充滿期待，提出許多具有地方特點的應(yīng)用場景。目前，設(shè)計版已初具雛形(見圖3)，下一階段將在用戶需求詳細調(diào)研的基礎(chǔ)上進一步細化完善功能。

圖3 云南水資源業(yè)務(wù)移動應(yīng)用界面

4 結(jié)論和展望

(1)本文所研究并設(shè)計的移動應(yīng)用平臺總體框架、移動應(yīng)用的應(yīng)用需求及使用場景可以作為水資源業(yè)務(wù)移動應(yīng)用及其平臺的研究與建設(shè)的參考，而相關(guān)移動應(yīng)用的落地可以為取用水用戶提供更便捷的服務(wù)，使其能夠隨時隨地享受移動應(yīng)用帶來的便利。

(2)移動應(yīng)用為水資源業(yè)務(wù)管理的高效智能發(fā)展帶來了機遇，在移動作業(yè)、辦公、公眾服務(wù)、業(yè)務(wù)分析處理等各個方面，移動應(yīng)用有助于顯著提升其工作效率、管理水平與用戶滿意度。

(3)移動應(yīng)用在水行政管理部門中的推進也面對很多的挑戰(zhàn):一方面，如何低成本地部署移動智能終端與移動應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，使移動應(yīng)用盡可能多地滿足水行政管理部門的各種業(yè)務(wù)需求，是一個挑戰(zhàn)；另一方面市場上各種的移動終端平臺正在日益多元化、移動設(shè)備型號成千上萬，移動設(shè)備和移動應(yīng)用的適配是一個巨大的挑戰(zhàn)，為不同的移動設(shè)備的各移動應(yīng)用定制差異化的用戶體驗，充分利用移動設(shè)備的特點和優(yōu)勢，使得各移動平臺的優(yōu)勢發(fā)揮，值得深入研究。