黃河水利互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)化資源存在主要問題及整合措施

王小遠 楊雁茗

（河南黃河河務(wù)局信息中心 河南省鄭州市 450004）

水資源利用的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)化是國家經(jīng)濟的基礎(chǔ)設(shè)施，是信息密集型產(chǎn)業(yè)。包括水雨信息，災(zāi)害信息，水旱信息，水量和水質(zhì)，水環(huán)境信息，水工程信息等。水資源利用的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)化是充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)進行開發(fā)和實施的信息。信息資源在黃河水資源利用的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)化方面的好處包括黃河水資源利用的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)化的收集，傳輸，存儲，處理和使用，提高使用水平和共享黃河水資源利用的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)化資源的水平。全面覆蓋改善黃河水資源利用的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)化結(jié)構(gòu)以及水處理的有效性和益處。利用先進的信息技術(shù)提高和發(fā)展各行業(yè)的技術(shù)和管理水平，促進合理發(fā)展，有效利用，合理配置，綜合保護，有效保護和水資源綜合管理。在提供有關(guān)黃河水資源利用的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)化的信息時，必須意識到現(xiàn)代水資源利用的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)化的變化和黃河水資源利用的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)化的可持續(xù)發(fā)展。

1 黃河基層互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)化管理系統(tǒng)建設(shè)

1.1 系統(tǒng)需求分析

1.1.1 業(yè)務(wù)范圍的流程分析

根據(jù)黃河流域水資源的特點，結(jié)合黃河水資源綜合管理的實際需要，黃河流域水資源的具體管理項目主要包括合理調(diào)度，開發(fā)利用黃河流域的水環(huán)境保護監(jiān)測。

1.1.2 系統(tǒng)覆蓋率分析

黃河水資源綜合管理系統(tǒng)的范圍由黃河水資源管理和調(diào)度的分布，水資源保護等部門，黃河整個流域的取水和輸水監(jiān)測點分布，數(shù)據(jù)站點分布收集有關(guān)黃河干流的信息。結(jié)合當(dāng)前的黃河水資源管理系統(tǒng)，目標(biāo)區(qū)域主要是國家級黃河管理部門，市級黃河管理部門，黃河取水口和水閘監(jiān)測點的水資源管理、水資源保護等機構(gòu)。

1.2 系統(tǒng)內(nèi)的計劃

黃河水資源綜合管理系統(tǒng)覆蓋范圍廣，實施周期長。計劃將分兩個階段完成實施工作，包括系統(tǒng)應(yīng)用程序的當(dāng)前狀態(tài)。第一步：根據(jù)改進的業(yè)務(wù)流程和信息共享要求，結(jié)合黃河水資源管理流程，確定項目建設(shè)目標(biāo)和原則，并提出綜合優(yōu)化建議。通過應(yīng)用云計算技術(shù)，初步建立建筑應(yīng)用程序支持平臺和門戶來預(yù)測集成數(shù)據(jù)管理的準(zhǔn)備工作。第二階段：現(xiàn)有的遺留應(yīng)用程序的系統(tǒng)集成，配置，并進行了預(yù)期的二次開發(fā)工作。黃河水資源綜合管理系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)，關(guān)系數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)的集成管理建立了集成的數(shù)據(jù)字典和數(shù)據(jù)目錄，以應(yīng)用程序提供專門的，集成的和可共享的數(shù)據(jù)信息。

1.3 集成系統(tǒng)編碼

系統(tǒng)編碼主要包括與服務(wù)功能有關(guān)的編碼和與數(shù)據(jù)有關(guān)的編碼?？梢酝ㄟ^統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)編碼來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。包括水資源管理部門的命名約定，應(yīng)用系統(tǒng)編碼，系統(tǒng)功能編碼，用戶管理編碼，表空間命名，消息編碼，異常提示編碼等。

1.4 集成數(shù)據(jù)目錄

收集黃河水資源管理實際情況的數(shù)據(jù)目錄包括基本地理，遙感，經(jīng)濟和社會，灌溉和水利項目，水文學(xué)和水資源，水環(huán)境和水生態(tài)學(xué)，土壤。以及水資源保護，包括洪水管理，抗旱，水資源規(guī)劃規(guī)劃設(shè)計，科學(xué)研究，水資源管理，電子政府，新聞媒體數(shù)據(jù)。每種類型的數(shù)據(jù)都可以分為兩類。一個是共享的公共數(shù)據(jù)庫，另一個是提供特殊服務(wù)的專用數(shù)據(jù)庫。公共數(shù)據(jù)庫主要存儲系統(tǒng)參數(shù)的數(shù)據(jù)，專用數(shù)據(jù)庫主要存儲特殊特定業(yè)務(wù)應(yīng)用程序的實時水環(huán)境數(shù)據(jù)。

1.5 集成數(shù)據(jù)交換

大多數(shù)信息交換執(zhí)行信息交換和消息傳遞。水利部是一個信息交換管理中心，可以完全集中管理信息交換。市級平臺是數(shù)據(jù)交換控制節(jié)點，區(qū)域平臺是數(shù)據(jù)交換邊緣節(jié)點。數(shù)據(jù)交換控制節(jié)點可以控制邊緣節(jié)點的信息上報，交換相關(guān)信息。數(shù)據(jù)交換由應(yīng)用程序系統(tǒng)啟動，并分三步提交。第一步是獲得一個應(yīng)用程序系統(tǒng)，以在平臺上注冊信息。顯示數(shù)據(jù)后，代理平臺將結(jié)果返回到應(yīng)用程序系統(tǒng)。保存工作并完成初始工作。在第2 部分中，啟動平臺代理會發(fā)起一個發(fā)送到數(shù)據(jù)交換中心的請求。數(shù)據(jù)交換中心會檢查接收平臺代理的鏈接，然后傳出平臺代理會返回。在要解析地址的節(jié)點上，然后傳出平臺代理將發(fā)送接收目標(biāo)平臺代表使用修改后的地址傳輸數(shù)據(jù)。在第三步中，業(yè)務(wù)應(yīng)用程序接收者從接收者的平臺代表讀取數(shù)據(jù)，并完成整個信息交換過程。

1.6 系統(tǒng)架構(gòu)

水利綜合管理系統(tǒng)框架使用J2EE 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為分層服務(wù)提供支持，系統(tǒng)應(yīng)用層和訪問層數(shù)據(jù)收集層是黃河水利綜合管理系統(tǒng)信息資源的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)通過所有系統(tǒng)級用戶所在的通信設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)資源層。處理后的數(shù)據(jù)用于中間層的信息共享和業(yè)務(wù)。應(yīng)用程序?qū)庸餐ⅫS河水利管理的業(yè)務(wù)流程，并使信息與黃河水利管理的用戶進行交互。每個級別上功能模塊的分層和組件化設(shè)計保證了系統(tǒng)的整體靈活性和可擴展性。信息收集層是各種水資源信息收集系統(tǒng)的有機整合。州，市和市政府城市供水中心監(jiān)控系統(tǒng)，用于遠程監(jiān)控系統(tǒng)，包括用于縣級監(jiān)測站的設(shè)備。數(shù)據(jù)資源層是與黃河水資源管理有關(guān)的各種數(shù)據(jù)的全面集成，包括空間數(shù)據(jù)信息，矢量信息和實時雨水環(huán)境信息。根據(jù)信息類型輸入不同的數(shù)據(jù)庫，例如公共數(shù)據(jù)庫，基本數(shù)據(jù)庫和特定于業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)庫。中間服務(wù)層通過應(yīng)用程序支持平臺集成了信息收集，計算，統(tǒng)計信息，服務(wù)組件，身份，參數(shù)管理等。應(yīng)用程序?qū)佑伤膫€業(yè)務(wù)應(yīng)用程序系統(tǒng)組成：集成門戶，資源共享中心，黃河水資源業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)和決策支持中心。

2 各個城市的黃河信息傳輸特別用網(wǎng)

黃河信息傳輸特別用網(wǎng)主要由SDH 和PDH 線組成。傳輸量小，電路分布長。防洪，防雪和緊急救援的要求很難滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求，例如降雨，工業(yè)災(zāi)害，水資源保護信息收集，日常堤防管理，涵洞監(jiān)測和“數(shù)字引水”。現(xiàn)有的信息骨干網(wǎng)只有一種通信方式，沒有備份。干線的故障影響了黃河防洪，防閃爍和日常通信傳輸?shù)男枨?。只有完成“光纖傳輸”的建設(shè)，才能滿足各州市黃河信息通信網(wǎng)穩(wěn)定傳輸，方便管理的要求，提高防洪工作的效率。黃河沿線的州和城市可以突破現(xiàn)有微波通信系統(tǒng)的傳輸瓶頸，并保護黃河三角洲。防洪單位河流信息收集點和監(jiān)視點可以提供通信和傳輸，從州站到市縣站的寬帶訪問以及黃河沿岸的基本防洪單位，河流光傳輸傳輸系統(tǒng)是綜合傳輸平臺，該平臺基于最新的信息和通信傳輸技術(shù)為用戶提供服務(wù)。

2.1 光纖傳輸建設(shè)方案

光纖傳輸?shù)目傮w結(jié)構(gòu)分為沿河的主要傳輸層，沿河的入口層和分支接入層。施工過程使用沿黃河兩岸的自制電纜和連接黃河南北兩側(cè)的多個光纖網(wǎng)絡(luò)來滿足防洪單位的連接要求。河上的橋梁形成了大量的8 位光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，這將提高黃河下游光纖寬帶網(wǎng)絡(luò)的運行可靠性。

2.1.1 沿河的骨干傳輸層

沿河的骨干傳輸層由兩個10G 相交的光纖環(huán)組成，河堤兩側(cè)的骨干傳輸層是所有光纖傳輸?shù)墓歉蓪?。根?jù)節(jié)點之間的帶寬需求和系統(tǒng)帶寬冗余統(tǒng)計，骨干傳輸層使用10G 發(fā)射網(wǎng)絡(luò)，由于節(jié)點的物理位置分布在多個頻段上，因此主干節(jié)點之間的距離相當(dāng)長，數(shù)量有限。保護環(huán)中由多路復(fù)用部分共享的節(jié)點光接口性能指標(biāo)有限，兩個10G 組成一個光纖環(huán)。為了網(wǎng)絡(luò)安全，兩個相鄰的環(huán)在兩個主要服務(wù)節(jié)點處相交以提供雙節(jié)點保護。在節(jié)點發(fā)生故障的情況下，可以通過其他相交的節(jié)點傳輸當(dāng)前的通信數(shù)據(jù)，以確保不中斷的通信服務(wù)。

2.1.2 沿河段的訪問層

沿河段的訪問層負責(zé)收集與沿河段的基本液壓單元（控制區(qū)，鎖定站等）的縣辦公室的通信信息。通過區(qū)域訪問層或骨干傳輸層發(fā)送給系統(tǒng)，根據(jù)分配要求，基本的洪水控制單元和分段接入層節(jié)點之間的電路將使用一個2.5Gbit/s 的發(fā)射器形成18 個光纖環(huán)，通過接觸在傳輸層的節(jié)點，因此提供多個傳輸通道，用于傳輸信息，進行通信并保護通信路徑。黃河沿岸的每個光纖環(huán)都與骨干傳輸層和光纜中的兩個節(jié)點相交，兩個節(jié)點之間使用骨干傳輸層和分段的光纜來構(gòu)建完整的光纖，修復(fù)傳輸以提供雙節(jié)點保護。如果節(jié)點發(fā)生故障，則可以通過另一個節(jié)點發(fā)送當(dāng)前的通信信息，以使通信服務(wù)不中斷。

2.1.3 分支線接入層

支流主要用于河口和海灘地區(qū)的基本防洪單元。分支電網(wǎng)是通過將每個點連接到相鄰訪問層的一部分的光纜進行的點對點訪問。通過分支線訪問層，部分訪問層和主干傳輸層獲取每個級別的項目點信息。

2.2 系統(tǒng)配置

2.2.1 河流主要運輸層的容量分配基于需求分析

骨干傳輸層的帶寬需求約為6.9Gb/s，如今，各種自動化系統(tǒng)已大大提高了傳輸可靠性，傳輸速度和傳輸帶寬需求。同時，沿河兩岸的多個道路訪問數(shù)據(jù)必須與主通道合并以進行信號傳輸。光纖電纜的開發(fā)考慮到保護和通信網(wǎng)絡(luò)，傳輸和傳輸層的需求，并利用10G 光通信傳輸系統(tǒng)的骨干網(wǎng)絡(luò)容量。

2.2.2 沿河段入口層通行能力的分配基于需求分析

將對光纖傳輸保護的需求與未來的數(shù)據(jù)發(fā)展結(jié)合起來，沿河段的接入層使用信道容量為2.5G 的光通信傳輸系統(tǒng)。

2.3 系統(tǒng)保護模式

沿河主傳輸層的自愈環(huán)采用MS‐SPRing，對河段接入層的自愈環(huán)采用通道保護方式。

3 系統(tǒng)主要功能

（1）利用光纜傳輸技術(shù)，為黃河信息通信傳輸提供了多重保障。它實現(xiàn)了黃河沿岸防洪系統(tǒng)獨特的分支微波，寬帶無線電接入和其他通信方法。該系統(tǒng)完成后，將被集成到黃河通信網(wǎng)絡(luò)和中繼微波傳輸中。該系統(tǒng)實現(xiàn)了黃河信息通信傳輸?shù)碾p路由模式，可以多次保證黃河信息通信通道。

（2）光纜傳輸?shù)陌踩院涂煽啃越鉀Q了以前的黃河通信的種種不足，后者僅依賴于無線通信。諸如微波之類的無線通信的傳輸質(zhì)量不穩(wěn)定，容易受到信號干擾和攔截，機密性較低，并且容易遭受雷擊。但是，光纜傳輸具有容量大，衰減小，抗干擾性能強，成本低的優(yōu)點。光纖的優(yōu)點（增加可靠性，更快的速度，更高的機密性等）可以彌補無線通信的各種缺點。這是對無線通信的一個很好的補充。

4 結(jié)論

黃河沿線建設(shè)和應(yīng)用光纖傳輸，可以創(chuàng)建一條安全可靠的信息高速公路，滿足需求，并覆蓋黃河兩岸的基本防洪單位信息傳輸。它可以解決寬帶信息傳輸?shù)膯栴}，大大提高了信息傳輸能力。它為防洪，調(diào)水，項目管理，電子政務(wù)和其他黃河管理服務(wù)提供有效的服務(wù)，并為黃河的綜合管理和開發(fā)以及科學(xué)決策提供技術(shù)支持。黃河沿線的光纖傳輸?shù)慕ㄔO(shè)和應(yīng)用可以有效地促進物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)，云計算和機載等新一代信息技術(shù)的詳細應(yīng)用。監(jiān)控黃河，實現(xiàn)無處不在的傳感器收集和系統(tǒng)的深層互連，構(gòu)建高效的黃河計算機化支持系統(tǒng)，構(gòu)建有機的協(xié)同業(yè)務(wù)應(yīng)用集成系統(tǒng)，它提供了一個“智能黃河”框架系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有模擬的資源分配，可控的項目運營，并為協(xié)調(diào)調(diào)度與指揮黃河治理系統(tǒng)的現(xiàn)代化和強大支持提供了支持。