四水干流及洞庭湖河湖管理信息平臺(tái)研發(fā)

王在艾，呂慧珠，姚紀(jì)華

（湖南省水利水電科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410007）

引 言

湖南省作為年平均降雨量較大的省份，河流湖泊縱橫，其中湘資沅澧四水干流總長(zhǎng)3 000 km，洞庭湖區(qū)面積152 000 km2，水資源豐富是優(yōu)勢(shì)，但河湖管理工作的難度也很大。2019 年初，水利部提出水利工作的重心為“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”，并將其作為當(dāng)前和今后一個(gè)時(shí)期水利改革發(fā)展的總基調(diào)。湖南省應(yīng)按相關(guān)要求聚焦管好“盆”和“水”，把河湖督查和信息化作為重要手段，全力打好河湖管理攻堅(jiān)戰(zhàn)，逐步建立健全責(zé)任明確、協(xié)調(diào)有序、監(jiān)管嚴(yán)格、保護(hù)有力的河湖管理長(zhǎng)效機(jī)制。做好河湖管理工作，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)，也關(guān)系到國(guó)家未來(lái)發(fā)展大業(yè)[1]。應(yīng)不斷推進(jìn)河湖面貌改善的工作，維護(hù)河湖健康。

近年來(lái)，河長(zhǎng)制已成為我國(guó)河湖管理機(jī)制中的代表形式。在河長(zhǎng)制體系中，首先對(duì)工作機(jī)制進(jìn)行了完善[2]。以信息共享制度為基礎(chǔ)，定期上報(bào)河湖現(xiàn)場(chǎng)管理情況，對(duì)處理情況進(jìn)行跟蹤，督察河長(zhǎng)制的實(shí)施情況以及履職情況。以建立考核問(wèn)責(zé)機(jī)制為手段，對(duì)河長(zhǎng)工作成績(jī)進(jìn)行考核，并根據(jù)時(shí)間周期對(duì)其驗(yàn)收[3]，為各項(xiàng)工作任務(wù)的落實(shí)提供制度保障[4]。

引入河長(zhǎng)制對(duì)河湖進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，在取得顯著成績(jī)的同時(shí)也暴露出一些問(wèn)題。河長(zhǎng)制往往重點(diǎn)關(guān)注于部門(mén)之間的協(xié)調(diào)配合，而河湖管理工作具有專業(yè)性強(qiáng)、涉及業(yè)務(wù)類型多的特點(diǎn)，水利部門(mén)需要利用專門(mén)的信息平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)管。

本信息平臺(tái)的建成能改變過(guò)去粗放型的河湖管理模式，實(shí)現(xiàn)河湖管理的精細(xì)化、規(guī)范化和信息化。

1 信息平臺(tái)架構(gòu)

1.1 總體架構(gòu)

運(yùn)用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘與分析、河湖管理綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、水利一張圖等新一代信息技術(shù)，在遵循水利信息系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出總體架構(gòu)。總體架構(gòu)由基礎(chǔ)支撐層、數(shù)據(jù)資源層、服務(wù)平臺(tái)層、應(yīng)用平臺(tái)層以及數(shù)據(jù)分析服務(wù)、服務(wù)監(jiān)控、項(xiàng)目核查與系統(tǒng)信息安全體系構(gòu)成。

1）基礎(chǔ)支撐層?；A(chǔ)支撐層為整套系統(tǒng)提供基礎(chǔ)的運(yùn)行環(huán)境，該層包括基礎(chǔ)硬件環(huán)境與基礎(chǔ)軟件環(huán)境。其中基礎(chǔ)硬件環(huán)境由應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、I/O 節(jié)點(diǎn)與交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。在應(yīng)用服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上部署Linux 操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、緩存系統(tǒng)、分布式文件系統(tǒng)，為四水干流及洞庭湖河湖管理信息平臺(tái)及數(shù)據(jù)庫(kù)搭建基礎(chǔ)系統(tǒng)環(huán)境。在此基礎(chǔ)系統(tǒng)上部署相應(yīng)基礎(chǔ)軟件環(huán)境，包括mysql、redis、tair、moosefs 等。數(shù)據(jù)流量通過(guò)Intranet 內(nèi)網(wǎng)、Internet 外網(wǎng)、移動(dòng)無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)和其它無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)中心進(jìn)行匯總處理，同時(shí)也可以將數(shù)據(jù)中心傳達(dá)的指令通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸至終端或設(shè)施操作人員，實(shí)現(xiàn)河湖管理業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)管理與更新。

2）數(shù)據(jù)資源層。數(shù)據(jù)資源層以基礎(chǔ)支撐層為基礎(chǔ)，搭建四水干流及洞庭湖河湖管理資源數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)包括以下幾個(gè)子庫(kù)：文件檔案數(shù)據(jù)庫(kù)，填報(bào)、審核人員數(shù)據(jù)庫(kù)，四水干流及洞庭湖主要河湖數(shù)據(jù)庫(kù)，四水干流及洞庭湖主要水利工程數(shù)據(jù)庫(kù)，四水干流及洞庭湖主要監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，四水干流及洞庭湖涉河其他工程數(shù)據(jù)庫(kù)，四水干流及洞庭湖其他項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)，四水干流及洞庭湖河道劃界、四水干流及洞庭湖河湖岸線利用規(guī)劃等。并對(duì)這些數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行維護(hù)與更新，保障四水干流及洞庭湖河湖管理數(shù)據(jù)的及時(shí)性與準(zhǔn)確性。

3）服務(wù)平臺(tái)層。通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，使物理計(jì)算、存儲(chǔ)資源、數(shù)據(jù)資源通過(guò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理和分配，實(shí)現(xiàn)各類服務(wù)的定制與管理。并可以根據(jù)需求動(dòng)態(tài)地部署、配置和回收計(jì)算及存儲(chǔ)資源，實(shí)時(shí)監(jiān)控資源使用情況。該層包括數(shù)據(jù)庫(kù)整體規(guī)范設(shè)計(jì)服務(wù)、數(shù)據(jù)采集管理服務(wù)以及數(shù)據(jù)服務(wù)管理系統(tǒng)，并提供對(duì)外接口、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)分析等服務(wù)功能。

4）應(yīng)用平臺(tái)層。應(yīng)用平臺(tái)層主要是以服務(wù)接口的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類數(shù)據(jù)資源和計(jì)算存儲(chǔ)資源的訪問(wèn)，開(kāi)發(fā)各類應(yīng)用系統(tǒng)。包括但不限于四水干流及洞庭湖河湖管理數(shù)字地圖、四水干流及洞庭湖涉河湖項(xiàng)目信息報(bào)送與審核系統(tǒng)、“四水干流及洞庭湖管理”專業(yè)網(wǎng)站與“四水干流及洞庭湖管理”APP 客戶端系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)滿足用戶實(shí)際需求的功能，通過(guò)Web、APP 等多種展現(xiàn)形式，為相關(guān)人員提供信息發(fā)布和業(yè)務(wù)管理服務(wù)。

5）系統(tǒng)安全體系。參照GB/T 22239-2008《信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)基本要求》，建立物理安全、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全、操作系統(tǒng)安全和應(yīng)用系統(tǒng)安全等體系。

總體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 信息平臺(tái)總體構(gòu)架圖

1.2 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)

該平臺(tái)及數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由用戶端、Internet 網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備、負(fù)載均衡、應(yīng)用服務(wù)集群、Cache 集群與數(shù)據(jù)庫(kù)集群組成。

1）用戶端及接入模式。用戶端設(shè)備支持PC 端與移動(dòng)端，并支持包括Linux、windows、IOS、Android 等多種操作系統(tǒng)，并可同時(shí)提供瀏覽器訪問(wèn)與移動(dòng)端APP應(yīng)用程序訪問(wèn)。用戶通過(guò)Internet 網(wǎng)絡(luò)，包括電信、聯(lián)通、移動(dòng)以及教育網(wǎng)，并支持VPN、IPsec 隧道等多種網(wǎng)絡(luò)連接模式接入到信息平臺(tái)與數(shù)據(jù)庫(kù)。

2）網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)安全保障。網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備包括路由器、防火墻、防病毒網(wǎng)關(guān)、IPS 等。按照《計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)安全保護(hù)等級(jí)劃分準(zhǔn)則》和《信息安全技術(shù)信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)實(shí)施指南》的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以保護(hù)“信息平臺(tái)及數(shù)據(jù)庫(kù)”為核心，從多個(gè)層面進(jìn)行建設(shè)。在總體架構(gòu)上將按照分區(qū)域保護(hù)思路進(jìn)行，將“信息平臺(tái)及數(shù)據(jù)庫(kù)”從結(jié)構(gòu)上劃分為不同的安全區(qū)域，以安全區(qū)域?yàn)閱挝贿M(jìn)行安全防御技術(shù)措施的建設(shè)，從而構(gòu)成了分域的安全控制體系。

3）負(fù)載均衡及應(yīng)用服務(wù)器集群。負(fù)載均衡建立在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之上，它提供了一種廉價(jià)有效透明的方法擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器的帶寬，增加了吞吐量，加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力，提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可用性。把用戶的請(qǐng)求分?jǐn)偟蕉鄠€(gè)應(yīng)用服務(wù)器上進(jìn)行執(zhí)行，例如Web 服務(wù)器、FTP 服務(wù)器等關(guān)鍵應(yīng)用服務(wù)器和其它關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)器等，從而共同完成工作任務(wù)。

應(yīng)用服務(wù)器集群是把應(yīng)用平臺(tái)中的服務(wù)器軟件同時(shí)部署到多臺(tái)服務(wù)器上，然后再利用負(fù)載均衡把用戶的請(qǐng)求分發(fā)到后端的應(yīng)用平臺(tái)上，達(dá)到分流的目的。

4）Cache 及數(shù)據(jù)庫(kù)集群。數(shù)據(jù)庫(kù)集群，就是利用至少兩臺(tái)或者多臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，構(gòu)成一個(gè)虛擬單一數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯映像，像單數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)那樣，向客戶端提供透明的數(shù)據(jù)服務(wù)。

由于本系統(tǒng)是主要服務(wù)于省市縣水行政主管部門(mén)、其他相關(guān)部門(mén)及人員的大型綜合系統(tǒng)，為了應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)量、高并發(fā)量的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)，一般在數(shù)據(jù)庫(kù)前面加上一層Cache 集群，把一些熱點(diǎn)、相對(duì)靜態(tài)的數(shù)據(jù)存放在Cache 集群中，當(dāng)應(yīng)用平臺(tái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)時(shí)先在Cache集群里面查找相應(yīng)的數(shù)據(jù)，如果Cache 集群里面有對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，則快速返回?cái)?shù)據(jù)；如果不存在相應(yīng)要查找的數(shù)據(jù)，則從后端數(shù)據(jù)庫(kù)中去查找數(shù)據(jù)，找到數(shù)據(jù)后返回給應(yīng)用平臺(tái)，并把相應(yīng)的數(shù)據(jù)存入到Cache 集群里面，便于下次訪問(wèn)的時(shí)候加速。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)圖

2 信息平臺(tái)的主要功能

河湖管理信息平臺(tái)建成后，用戶通過(guò)個(gè)人電腦、手機(jī)可實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）瀏覽河湖管理相關(guān)的新聞資訊、工作動(dòng)態(tài)、政務(wù)信息，傳遞河湖管理文件、政策信息。

2）結(jié)合衛(wèi)星遙感影像、數(shù)字地圖，在線查看河湖及主要水利工程等的屬性信息，分析河勢(shì)演變、河湖岸線利用情況。用戶通過(guò)手機(jī)APP，可以隨時(shí)了解用戶所在位置周邊的涉河湖相關(guān)信息，包括河湖、堤防、泵站等信息；通過(guò)WEB 平臺(tái)還可以查看更詳細(xì)的相關(guān)信息。如圖3 所示。

圖3 涉河湖相關(guān)信息展示

3）涉河湖違法違規(guī)事件線上督查（拍照、定位），通過(guò)河湖管理APP，實(shí)現(xiàn)公眾、管理人員對(duì)河湖管理過(guò)程中違法違規(guī)事件的“隨手舉報(bào)”。用戶通過(guò)手機(jī)APP，可以對(duì)用戶所在位置周邊的涉河湖違法違規(guī)問(wèn)題隨時(shí)進(jìn)行上報(bào)，可通過(guò)選項(xiàng)的方式輸入所在河湖、類型、問(wèn)題來(lái)源、問(wèn)題描述等信息，同時(shí)可現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拍照、錄像；可對(duì)手機(jī)APP 上報(bào)、信息平臺(tái)錄入的問(wèn)題進(jìn)行查詢，按不同的狀態(tài)、行政區(qū)域?qū)?wèn)題進(jìn)行篩選，可針對(duì)分配的問(wèn)題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查；用戶還可以對(duì)本人報(bào)送和核查的問(wèn)題記錄進(jìn)行查看。如圖4 所示。用戶通過(guò)WEB 平臺(tái)，可對(duì)涉河湖違法違規(guī)問(wèn)題進(jìn)行全流程的管理，包括問(wèn)題初審、核查任務(wù)分配、核查確認(rèn)、終審等，如圖5 所示。

圖4 涉河湖問(wèn)題報(bào)送、核查

圖5 涉河湖問(wèn)題管理

4）四水干流、洞庭湖區(qū)涉水項(xiàng)目核查?；谶b感影像實(shí)現(xiàn)河湖岸線建（構(gòu)）筑物等信息識(shí)別，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查以及在線對(duì)核查情況進(jìn)行管理和查看等。

5）建立河湖管理數(shù)據(jù)庫(kù)，收集、整理河湖管理數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)權(quán)限向相關(guān)單位提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘和分析等為河湖管理決策提供技術(shù)支撐。

3 結(jié) 論

四水干流及洞庭湖河湖管理信息平臺(tái)應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、圖像視頻壓縮、GIS 等技術(shù)，將河湖管理相關(guān)數(shù)據(jù)入庫(kù)并通過(guò)WEB 端和手機(jī)端進(jìn)行展示，對(duì)河湖周邊違法違規(guī)問(wèn)題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查和監(jiān)管，有效封堵河湖監(jiān)管漏洞，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的可追溯。信息平臺(tái)的研發(fā)和應(yīng)用對(duì)河湖管理流程的規(guī)范化和信息化，提高河湖監(jiān)管效率和質(zhì)量，維護(hù)河湖健康具有重要意義。