重慶市水土保持監(jiān)測信息管理系統(tǒng)國產(chǎn)化改造升級探索與實踐

中圖分類號：S157 文獻標(biāo)識碼：C DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.07.005

引用格式：，，，等.重慶市水土保持監(jiān)測信息管理系統(tǒng)國產(chǎn)化改造升級探索與實踐[J].中國水土保持，2025（7） ：14-17.

近年來重慶市以需求為牽引，以問題為導(dǎo)向，開展了水土保持信息化工程建設(shè)，建成了自動化與半自動化相結(jié)合的監(jiān)測站點前端感知體系，搭建了支撐水土保持監(jiān)測評價、監(jiān)督管理、綜合治理等核心業(yè)務(wù)的重慶市水土保持監(jiān)測信息管理系統(tǒng)。但是，受技術(shù)、安全、環(huán)境等因素影響，重慶市水土保持監(jiān)測信息管理系統(tǒng)一期（以下簡稱“一期系統(tǒng)”）存在數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)泄露、網(wǎng)絡(luò)攻擊、軟硬件知識產(chǎn)權(quán)糾紛等風(fēng)險或問題。作為改革的重要方向，重慶市水土保持監(jiān)測信息管理系統(tǒng)國產(chǎn)化新系統(tǒng)（以下簡稱“新系統(tǒng)”）可以在有效規(guī)避這些風(fēng)險的同時，響應(yīng)國家政策，推動國產(chǎn)化系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新。

當(dāng)前信息化工作面臨操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)安全的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在這種背景下，國內(nèi)一些機關(guān)和企事業(yè)單位頻繁遭受黑客攻擊、系統(tǒng)藍屏和勒索軟件的威脅。比如，近期微軟Windows系統(tǒng)的藍屏問題導(dǎo)致全球范圍內(nèi)計算機大規(guī)模故障，嚴(yán)重影響了航空、銀行、電信、媒體和醫(yī)療等多個行業(yè)的正常運營，造成高達數(shù)十億元的直接經(jīng)濟損失?！吨貞c市數(shù)字產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十四五\"規(guī)劃（2021—2025年）》指出，依托重慶市良好的工業(yè)基礎(chǔ)與制造業(yè)優(yōu)勢，圍繞汽摩、電子信息、裝備制造等重點產(chǎn)業(yè)，加快工業(yè)軟件集成適配優(yōu)化，開發(fā)一批國產(chǎn)自主可控、面向重點行業(yè)和關(guān)鍵領(lǐng)域的建模仿真軟件，著力發(fā)展一批面向工業(yè)過程控制及管理的工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和應(yīng)用的專業(yè)化工業(yè)軟件產(chǎn)品，大力推動協(xié)同辦公軟件國產(chǎn)化并加大在黨政機關(guān)、國防、城市管理等重點單位或領(lǐng)域的普及力度。為此，基礎(chǔ)軟件系統(tǒng)支持國產(chǎn)系統(tǒng)同類產(chǎn)品快速替換、消除基礎(chǔ)軟件層面的潛在漏洞和后門、增強對監(jiān)測敏感信息的安全防護、從基礎(chǔ)軟件層面消除安全隱患，已經(jīng)成為重慶市水土保持信息化工程建設(shè)的急迫任務(wù)。

1 國產(chǎn)化信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

“十四五”期間，國家高度重視國產(chǎn)化信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的自主研發(fā)和自主可控。在芯片制造領(lǐng)域，國產(chǎn)化進程取得了顯著進展，芯片尺寸已成功從 28nm 縮減至 14nm ，甚至實現(xiàn)了 7nm 工藝的小批量生產(chǎn)。這一成就催生了眾多國產(chǎn)芯片品牌，例如采用 7nm 工藝的華為鯤鵬處理器、國防科技大學(xué)研發(fā)的銀河飛騰處理器、中國科學(xué)院基于LoongISA指令集的龍芯處理器、采用Alpha指令集的申威處理器、獲得AMDZEN1架構(gòu)和X86指令集永久使用權(quán)的海光處理器等[1]

在操作系統(tǒng)領(lǐng)域，國產(chǎn)軟件同樣展現(xiàn)出強勁的發(fā)展勢頭。麒麟軟件公司研發(fā)的銀河麒麟、中標(biāo)麒麟和優(yōu)麒麟操作系統(tǒng)，廣東新支點公司推出的中興新支點操作系統(tǒng)，統(tǒng)信公司開發(fā)的統(tǒng)信UOS，以及華為公司推出的華為歐拉和鴻蒙操作系統(tǒng)等，均在各自領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用[2] 。

國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫技術(shù)也在不斷進步，涌現(xiàn)出了很多優(yōu)秀的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，比如融合了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和NoSQL優(yōu)勢的 TiDB、基于PostgreSQL的openGauss、云原生的分布式數(shù)據(jù)庫GaussDB、分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫Ocean-Base、達夢數(shù)據(jù)庫等。這些國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫在某些關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)超越了國際競爭對手，達到全球領(lǐng)先水平。

在國產(chǎn)中間件領(lǐng)域，東方通、普元信息、中創(chuàng)軟件、華為和阿里等企業(yè)在應(yīng)用服務(wù)器、消息中間件、交易中間件、應(yīng)用交付平臺、分布式數(shù)據(jù)緩存中間件及金融級中間件等方面均有建樹。這些中間件產(chǎn)品不僅在國內(nèi)市場占據(jù)重要份額，而且在全球技術(shù)創(chuàng)新和服務(wù)質(zhì)量上展現(xiàn)出了強大的競爭力。

與國外軟件相比，國產(chǎn)軟件在安全性、本地化服務(wù)、定制化適配和技術(shù)創(chuàng)新等方面具有明顯優(yōu)勢[3]此外，這些國產(chǎn)軟件大多基于Linux內(nèi)核開發(fā)，具備較好的抗病毒特性。應(yīng)用國產(chǎn)軟件能夠有效預(yù)防國際關(guān)系緊張導(dǎo)致的操作系統(tǒng)不可用和數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險，保障關(guān)鍵領(lǐng)域和行業(yè)的信息安全。

2新系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

新系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源廣泛，包括實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、人工填報數(shù)據(jù)、一期系統(tǒng)遺留數(shù)據(jù)、國家公共地圖數(shù)據(jù)等。其中，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)是基于萬州付溝、渝北東河等21個監(jiān)測站點，通過自記雨量計、徑流小區(qū)自動采集系統(tǒng)、便攜式覆蓋度測量系統(tǒng)、多參數(shù)土壤水分傳感器、雷達水位計及氣象監(jiān)測設(shè)備等，實時收集的降雨量、徑流量、土壤水分、電導(dǎo)率、水位等數(shù)據(jù)；人工填報數(shù)據(jù)是借助便攜式覆蓋度測量系統(tǒng)、泵抽式徑流泥沙自動監(jiān)測設(shè)備、實驗室儀器及其他輔助設(shè)備，獲取的植被覆蓋度、郁閉度、徑流量、泥沙量、土壤質(zhì)量等數(shù)據(jù)；一期系統(tǒng)遺留數(shù)據(jù)主要是系統(tǒng)內(nèi)保存的填報數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)和整編數(shù)據(jù)：國家公共地圖數(shù)據(jù)主要是系統(tǒng)使用的底圖和矢量數(shù)據(jù)，均來源于國家公共數(shù)據(jù)源[4]

實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，先通過安全的數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)送至重慶市水土保持監(jiān)測總站信息中心的服務(wù)器，再由接收軟件對其進行解析，按照類別存儲在數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)數(shù)據(jù)抽取和清洗，最終被存儲在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中，供進一步分析使用；人工采集的數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)的人工填報模塊定期輸入；一期系統(tǒng)遺留數(shù)據(jù)，通過創(chuàng)建特定的數(shù)據(jù)表或使用同構(gòu)數(shù)據(jù)導(dǎo)人技術(shù)無縫集成到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中；國家公共地圖數(shù)據(jù)，通過定制的程序直接集成到系統(tǒng)的前端界面，確保數(shù)據(jù)的實時更新和易用性。

3新系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 國產(chǎn)化軟件選擇

在國產(chǎn)化軟件選擇方面，技術(shù)團隊推薦選用統(tǒng)信UOS。統(tǒng)信UOS在用戶界面和操作習(xí)慣上與Windows系統(tǒng)有著高度的相似性，這使得用戶能夠輕松地從Windows系統(tǒng)過渡到統(tǒng)信UOS，實現(xiàn)無縫切換。此外，統(tǒng)信UOS在軟件生態(tài)建設(shè)上也取得了顯著成就，大多數(shù)在Windows系統(tǒng)上常用的軟件都能在統(tǒng)信UOS上找到對應(yīng)的版本。在安全性方面，統(tǒng)信UOS基于Linux內(nèi)核開發(fā)，提供了強大的內(nèi)核級安全保障。

在數(shù)據(jù)庫的選擇上，技術(shù)團隊推薦使用達夢數(shù)據(jù)庫。與其他國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫相比，達夢數(shù)據(jù)庫展現(xiàn)出卓越的兼容性，不僅支持Windows系統(tǒng)，而且完美兼容統(tǒng)信UOS，與主流的Oracle數(shù)據(jù)庫在功能上高度相似，使得開發(fā)人員能夠輕松地進行平臺遷移。在性能方面，達夢數(shù)據(jù)庫的表現(xiàn)可與國外主流數(shù)據(jù)庫相媲美[5]。特別值得一提的是，達夢數(shù)據(jù)庫提供了自動化的數(shù)據(jù)遷移工具，能夠從MySQL等數(shù)據(jù)庫平滑遷移數(shù)據(jù)，大大簡化遷移過程

在中間件的選擇上，東方通是一個理想的選擇。與其他國產(chǎn)中間件相比，東方通在多個行業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，以其高安全性和高穩(wěn)定性獲得了市場的認可。得益于政府政策的大力支持，東方通在國產(chǎn)中間件市場中占據(jù)了重要的份額。

配合這些精心挑選的國產(chǎn)軟件，用戶不僅能夠享受到與國際主流軟件相媲美的性能和兼容性，而且能體驗到更加安全、穩(wěn)定且符合本土化需求的軟件服務(wù)。

3.2 國產(chǎn)化步驟

1）數(shù)據(jù)庫遷移。先將原有的MySQL數(shù)據(jù)庫中的表結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)，通過特定的遷移工具無縫遷移至達夢數(shù)據(jù)庫。在遷移過程中，應(yīng)確保表結(jié)構(gòu)的一致性及數(shù)據(jù)的完整性。對達夢數(shù)據(jù)庫SQL語句有特殊要求的視圖進行必要的調(diào)整，以確保查詢結(jié)果與原MySQL數(shù)據(jù)庫保持一致，從而滿足業(yè)務(wù)需求

2）代碼適配。對系統(tǒng)代碼進行修改，特別是數(shù)據(jù)庫相關(guān)配置部分，以確保系統(tǒng)能夠平滑地連接到達夢數(shù)據(jù)庫，并滿足所有業(yè)務(wù)需求。

3）數(shù)據(jù)抽取優(yōu)化。對前期的數(shù)據(jù)抽取代碼和軟件進行修改，將抽取結(jié)果的存儲目標(biāo)從其他數(shù)據(jù)庫更改為達夢數(shù)據(jù)庫，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和優(yōu)化存儲。

4）國產(chǎn)服務(wù)器與操作系統(tǒng)安裝。采購了國產(chǎn)服務(wù)器，并在其上安裝了統(tǒng)信UOS操作系統(tǒng)，同時配置了所需的運行環(huán)境，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行打下了堅實的基礎(chǔ)。

5）中間件部署。在統(tǒng)信UOS操作系統(tǒng)上，部署了東方通中間件，這為后續(xù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的部署和運行提供了強有力的支持。

6）系統(tǒng)測試。對整個系統(tǒng)進行了全面的業(yè)務(wù)、性能和壓力測試，確保系統(tǒng)在各種條件下都能保持穩(wěn)定性和流暢性。

這一系列精心設(shè)計的步驟，不僅實現(xiàn)了系統(tǒng)的國產(chǎn)化改造，而且提升了系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，為重慶市水土保持信息化工程建設(shè)的長遠發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

3.3 系統(tǒng)架構(gòu)

新系統(tǒng)采用了分層架構(gòu)，這一架構(gòu)共包括外業(yè)基礎(chǔ)層、內(nèi)業(yè)硬件基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)庫層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和表示層6層，見圖1。

1）外業(yè)基礎(chǔ)層。外業(yè)基礎(chǔ)層由數(shù)據(jù)采集層和外業(yè)網(wǎng)絡(luò)傳輸層組成。由部署在監(jiān)測站點現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集器，根據(jù)設(shè)備配置的采集規(guī)則，執(zhí)行定時或條件觸發(fā)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)[6]。采集的要素包括降雨量、徑流量、水位和泥沙量等監(jiān)測數(shù)據(jù)。在外業(yè)網(wǎng)絡(luò)傳輸層，數(shù)據(jù)采集器通過移動4G或5G網(wǎng)絡(luò)、北斗衛(wèi)星通信或光纖等，利用HTTP協(xié)議或北斗通信協(xié)議，將數(shù)據(jù)傳輸至中心機房服務(wù)器的接收軟件中

2）內(nèi)業(yè)硬件基礎(chǔ)層。內(nèi)業(yè)硬件基礎(chǔ)層重點是對服務(wù)器及操作系統(tǒng)的國產(chǎn)化改造。將原有的戴爾服務(wù)器更換為國產(chǎn)聯(lián)想服務(wù)器，將操作系統(tǒng)從WindowsServer2012更換為統(tǒng)信UOS。同時，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求對網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，以確保網(wǎng)絡(luò)的安全性、高效性和穩(wěn)定性。

3）數(shù)據(jù)庫層。在數(shù)據(jù)庫層，將原有的MySQL數(shù)據(jù)庫替換為國產(chǎn)的達夢數(shù)據(jù)庫。通過先進的數(shù)據(jù)抽取技術(shù)，從接收數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)，經(jīng)過清洗和整理存儲至業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)的數(shù)據(jù)調(diào)用提供堅實的支撐。

4）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層主要負責(zé)根據(jù)業(yè)務(wù)需求對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行查詢、增加、刪除和更正。新系統(tǒng)采用MyBatis作為持久層框架，簡化了加載驅(qū)動、創(chuàng)建連接等復(fù)雜過程，提高了數(shù)據(jù)處理效率。

5）業(yè)務(wù)層。業(yè)務(wù)層是系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯處理的核心，它連接表示層與數(shù)據(jù)層，篩選出符合要求的數(shù)據(jù)并進行特定的轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)傳遞至表示層。為滿足業(yè)務(wù)需求和國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的更新需求，對業(yè)務(wù)統(tǒng)計、綜合展示、數(shù)據(jù)填報、計算整編、設(shè)備預(yù)警、歷史數(shù)據(jù)、水保公報和系統(tǒng)管理八大功能模塊進行了改造。

6）表示層。表示層專注于用戶交互和界面展示。針對一期系統(tǒng)原有頁面加載影像數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)速度慢的問題，進行了概化地圖處理，提升了加載速度，優(yōu)化了頁面展示，提升了用戶體驗，

3.4主要功能

新系統(tǒng)主要功能有業(yè)務(wù)統(tǒng)計、綜合展示、數(shù)據(jù)填報、計算整編、設(shè)備預(yù)警、歷史數(shù)據(jù)、水保公報及系統(tǒng)管理等，見圖2。 ① 業(yè)務(wù)統(tǒng)計，統(tǒng)計年降雨量和實時降雨量、水位等； ② 綜合展示，實現(xiàn)控制站、徑流場的基礎(chǔ)信息、可視化信息的數(shù)據(jù)對比、空間分析等； ③ 數(shù)據(jù)填報，主要是人工觀測數(shù)據(jù)填報及審核; ④ 計算整編，對提交的人工數(shù)據(jù)、自動監(jiān)測數(shù)據(jù)依據(jù)水土保持監(jiān)測規(guī)范進行計算和整編，以滿足水利部整編格式相關(guān)要求[7]； ⑤ 設(shè)備預(yù)警，包括電池電壓預(yù)警、數(shù)據(jù)傳輸預(yù)警等； ⑥ 歷史數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一期系統(tǒng)整編后數(shù)據(jù)的存儲、查詢和展示； ⑦ 水保公報，可展示歷年重慶市及下屬各區(qū)縣水土保持公報，并提供下載； ⑧ 系統(tǒng)管理，主要是管理用戶信息、站點信息及填報所需的其他基礎(chǔ)信息等。

3.5 系統(tǒng)測評

在完成系統(tǒng)部署后，從多個維度對新系統(tǒng)和一期系統(tǒng)進行了全面評估[8]。結(jié)果表明新系統(tǒng)在系統(tǒng)安全性、性能穩(wěn)定性及成本效益上均展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢，為未來重慶市水土保持信息化建設(shè)和發(fā)展打下了堅實基礎(chǔ)。

1）系統(tǒng)安全性。與先前的WindowsServer2012系統(tǒng)相比，統(tǒng)信UOS采用了自主可控的操作系統(tǒng)架構(gòu)，具備包括安全啟動、內(nèi)核保護、應(yīng)用簽名機制、軟硬件一體化安全機制在內(nèi)的全棧系統(tǒng)安全防護體系。這一體系從芯片到軟件、從內(nèi)核到應(yīng)用、從主動防御到安全合作，為新系統(tǒng)提供了全方位的安全保障。在數(shù)據(jù)庫層面，相較于MySQL，達夢數(shù)據(jù)庫不僅提供了訪問控制、數(shù)據(jù)加密、安全審計等高級安全功能，而且在安全級別上也有所超越。此外，東方通中間件作為自主研發(fā)的產(chǎn)品，完全可控，其漏洞數(shù)量遠低于Tomcat。綜合來看，新系統(tǒng)在安全性方面顯著優(yōu)于一期系統(tǒng)。

2）性能穩(wěn)定性。相較于WindowsServer2012，統(tǒng)信UOS性能表現(xiàn)更為出色，特別是內(nèi)存拷貝性能提升了 70% ，文件讀寫性能提升了 4% 。達夢數(shù)據(jù)庫的兼容性和寫入性能均優(yōu)于 ΔMySQL 。經(jīng)過國產(chǎn)化改造的新系統(tǒng)頁面加載速度提升了 4% ，并且在試運行期間表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，沒有出現(xiàn)任何停機或安全事故。3）成本效益方面。在成本效益分析中，國產(chǎn)服務(wù)器、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和中間件的費用均低于國外同類產(chǎn)品。國產(chǎn)化改造的總成本比原有系統(tǒng)降低了 20% ，這不僅體現(xiàn)了國產(chǎn)軟件的經(jīng)濟性，也顯示了其在性價比方面的優(yōu)勢。

4結(jié)束語

以重慶市水土保持監(jiān)測信息管理系統(tǒng)為例，通過實施操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、中間件及應(yīng)用系統(tǒng)的國產(chǎn)化改造，不僅顯著增強了系統(tǒng)的自主可控能力，確保了數(shù)據(jù)的安全性與穩(wěn)定性，而且大幅提升了系統(tǒng)運行的可靠性與效率。在經(jīng)濟效益方面，國產(chǎn)化進程有效降低了系統(tǒng)升級與維護的經(jīng)濟負擔(dān)，為重慶市水土保持監(jiān)測工作的可持續(xù)發(fā)展提供了堅實的技術(shù)支撐。隨著國產(chǎn)操作系統(tǒng)及其應(yīng)用生態(tài)的不斷成熟與發(fā)展，將會有更多領(lǐng)域的信息系統(tǒng)加人國產(chǎn)化行列。國產(chǎn)化信息系統(tǒng)憑借其高性價比、定制化服務(wù)及快速響應(yīng)市場變化的能力，將在信息化市場中展現(xiàn)出獨特的競爭力和廣闊的發(fā)展前景。

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（責(zé)任編輯 李楊楊）