全國中小河流治理管理信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

張 煦，張巧惠，王崢瀛，張光錦，滿運濤，吳志明，董 靜

（中國水利水電科學研究院自動化所，北京 100038）

全國中小河流治理管理信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

張 煦，張巧惠，王崢瀛，張光錦，滿運濤，吳志明，董 靜

（中國水利水電科學研究院自動化所，北京 100038）

介紹全國中小河流治理管理信息系統(tǒng)的研發(fā)工作，針對全國中小河流治理項目和資金管理過程中的難點，對用戶需求、軟件架構、數(shù)據(jù)交換、系統(tǒng)部署等方面進行研究，結合地理信息等技術，實現(xiàn)部、省、市、縣各級用戶共同使用的管理信息系統(tǒng)，為全國中小河流治理項目管理提供技術支撐。

中小河流；信息系統(tǒng)；監(jiān)督管理；軟件設計；運行維護

0 引言

中小河流治理是當前我國水利投資建設的重點之一，按照國家有關規(guī)劃，“十二五”期間全國共將實施 5 000 余條中小河流 9 243 個治理項目，投資總額近 2 000 億元。全國中小河流治理實行分級管理，其中水利部和財政部負責對全國中小河流項目的前期工作、建設進展、資金使用實施監(jiān)管，省級部門對轄區(qū)內(nèi)中小河流項目的組織實施負責，縣市級部門負責組織項目法人，項目法人組織開展項目實施的具體工作[1]。基于中小河流治理項目的特點，水利部、財政部在監(jiān)管工作中面臨以下困難：

1）監(jiān)管的范圍廣。9 243 個中小河流治理項目點多量大面廣，分布于全國 31 個省及新疆建設兵團的 2 500 余個縣級行政區(qū)。

2）監(jiān)管的層級多。治理工作涉及中央、省、市、縣和項目法人 5 個層面，因此監(jiān)管指令下達、項目信息上傳需要通過較長的管理鏈。

3）監(jiān)管的指標多。前期工作方面包括立項審批的合規(guī)性、前期工作進度、質(zhì)量等；資金方面包括資金分解進度、地方資金的配套情況、資金使用的規(guī)范性、獎勵資金的分配使用等；工程管理方面包括工程進度、質(zhì)量、投資完成率、工程管理的規(guī)范性等。這些指標收集匯總和分析整理工作量較大。

4）監(jiān)管的手段少。中小河流治理等點多面廣的中小型項目，目前的監(jiān)管手段較為單一，采集信息通常是通過臨時下發(fā)通知，層層發(fā)放表格，然后逐級向上匯總的方式，采集和分析需較長時間；督導問題的過程，常常是逐級下發(fā)通知，時間長效果差，缺少現(xiàn)代化信息技術支撐，而且很難有針對性的督導落實到項目和負責人。此外，大量工程資料也難以進行系統(tǒng)化的全面收集整理。

針對開展監(jiān)管工作面臨的實際問題，為加強中小河流治理項目的監(jiān)管，研制開發(fā)全國中小河流治理管理信息系統(tǒng)（以下簡稱信息系統(tǒng)），充分利用現(xiàn)代化信息管理技術完善監(jiān)管措施，提高項目和資金管理的精細化程度。

1 信息系統(tǒng)需求分析

1.1 用戶分析

信息系統(tǒng)是基于水利部對全國中小河流治理全局監(jiān)管，以及各級水利部門分級管理中小河流治理項目的實際工作需求進行合理的設計和開發(fā)的，用戶分為水利部、流域機構、省、市、縣等 5 級。部級用戶管理系統(tǒng)規(guī)劃項目庫，分省下達中央投資，掌握全國中小河流治理項目進展情況；省級用戶管理本省項目初步設計指標，分解中央、省級項目到具體項目，掌握全省中小河流治理項目進展情況；市級用戶掌握本市中小河流項目和資金安排情況；縣級用戶統(tǒng)一管理和填報本縣中小河流相關信息，包括縣級資金安排、項目投資完成、工程進展等情況；流域機構用戶可以查看本流域相關項目情況。

1.2 業(yè)務分析

信息系統(tǒng)側重于水利部中小河流治理工作的全局監(jiān)管，最大限度地滿足各級用戶信息資源共享和業(yè)務協(xié)同的要求，具體如下：

1）滿足項目全過程管理的需求。以全國規(guī)劃內(nèi)的中小河流治理項目為管理的基本元素，以項目生命周期為線索，滿足規(guī)劃信息管理、初步設計審批、工程實施、監(jiān)督檢查、績效評價等業(yè)務信息管理的需要。

2）滿足專項資金管理的需求。滿足中央資金下達、分解、撥付、使用等相關流程信息的記錄及統(tǒng)計和分析的要求，對資金的流向及時間進度進行跟蹤和管理；滿足地方資金下達、撥付、使用等信息匯總統(tǒng)計管理的要求；滿足投資來源分析的要求。

3）滿足中小河流治理相關資料管理的需求。滿足項目和資金管理各環(huán)節(jié)審批及部分技術文檔登錄、存儲、整理、篩選、調(diào)取等工作需要。

2 信息系統(tǒng)設計

信息系統(tǒng)設計遵循“以需求為導向、以應用為核心”的設計理念，根據(jù)系統(tǒng)需求分析確定系統(tǒng)的功能模塊，力求功能全面、實用。同時，注重“以技術激發(fā)需求、以創(chuàng)新促進應用”，合理確定技術路線[2]，豐富界面展示方式，提高人機友好程度，促進用戶更好地使用系統(tǒng)。

2.1 總體架構

根據(jù)信息系統(tǒng)功能劃分和用戶需求，采用 B/S的架構，部署于水利政務網(wǎng)，遵循電子政務信息系統(tǒng)框架結構，共分為用戶層、表現(xiàn)層、業(yè)務層、數(shù)據(jù)層及硬件層。信息系統(tǒng)以業(yè)務邏輯為核心，表現(xiàn)層與業(yè)務層相分離以降低系統(tǒng)層次間的耦合度，從而靈活地使用多種技術實現(xiàn)表現(xiàn)層的業(yè)務操作與信息展示[3]。信息系統(tǒng)架構如圖1 所示。

業(yè)務應用層以業(yè)務功能為核心，包括水利項目投資管理和統(tǒng)計 2 大子系統(tǒng)業(yè)務功能模塊。

業(yè)務支撐層充分利用水利部政務網(wǎng)已有的基礎（包括政務網(wǎng)門戶及后臺管理軟件）進行構建，并采用軟件權限控制與政務網(wǎng)安全認證機制相結合的手段保證系統(tǒng)應用的安全。

信息資源服務層，依據(jù)數(shù)據(jù)類型的特點選用關系型數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對關系型數(shù)據(jù)的存儲及管理。同時選用分布式文件服務實現(xiàn)對各種文件類型數(shù)據(jù)（圖片、文檔等）的存儲，能有效提高數(shù)據(jù)訪問的便捷性與安全性。

信息系統(tǒng)硬件及網(wǎng)絡依托水利部現(xiàn)有政務內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)機房及網(wǎng)絡資源，嚴格按照保密要求，保證安全性。

信息系統(tǒng)各層遵循水利政務網(wǎng)相關標準和管理要求，同時依托水利部信息中心安全認證體系，保障系統(tǒng)安全運行。

2.2 功能設計

2.2.1 數(shù)據(jù)交互與共享

以全國中小河流治理規(guī)劃確定的中小河流治理項目為基礎建立項目庫，列入項目庫的項目包含項目前期工作、資金下達、投資完成和工程形象進度等數(shù)據(jù)信息，以及各業(yè)務階段相關的文件檔案、工程影像資料等。各級水利部門按照水利部有關要求，根據(jù)業(yè)務權限和項目實時情況定期更新數(shù)據(jù)及文檔資料，基于網(wǎng)絡平臺進行業(yè)務交互和數(shù)據(jù)交換。投資下達和完成信息，自部、省級到市縣級，逐級分解填報，全過程追蹤；項目進展信息，由市縣填報，經(jīng)省級審核匯總后報送水利部。各級用戶依照行政管轄范圍共享業(yè)務數(shù)據(jù)和相關文件資料。各級用戶填報信息如表1 所示。

2.2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

對項目初步設計批復情況、投資下達和完成情況、工程形象進展等進行匯總分析，為投資和建設管理提供支撐。統(tǒng)計方式包括實時統(tǒng)計、歷史數(shù)據(jù)匯總、各行政區(qū)匯總統(tǒng)計等，能夠分指標進行排序和篩選。按照全國和省兩級，根據(jù)上級管理部門預先設定的數(shù)量、進度考核目標及區(qū)域平均水平，自動分析統(tǒng)計結果中存在問題的省份，并在報表中進行標注。

2.2.3 查詢展示

項目所處河段在 1∶250 000 的電子地圖上進行標識，因此用戶可以按照模糊查詢、行政區(qū)劃、地圖瀏覽等多種方式查找項目位置；項目的地圖標識內(nèi)容包含顯示工程效果及項目概況的熱點信息，用戶點擊后能夠查詢項目的詳細信息。此外，信息系統(tǒng)采用地圖渲染的方式，按照行政區(qū)劃，逐級體現(xiàn)省、縣兩級行政區(qū)中小河流治理項目相關指標的完成情況。

2.2.4 專題展示及提醒

按全國各省、省內(nèi)各縣等不同的范圍進行統(tǒng)計分析，統(tǒng)計結果以直方圖、餅圖形式直觀展示，并與地圖展示相結合。根據(jù)各省投資完成情況，設立“紅黑榜”，在系統(tǒng)首頁高亮顯示投資完成率相對較高和較低的省份；對未能按期開工的項目，在系統(tǒng)首頁進行滾動提醒，點擊后顯示全部未按時開工的項目。

2.2.5 簡報自動生成

信息系統(tǒng)首頁包含全國中小河流治理總體情況，根據(jù)統(tǒng)計結果自動更新規(guī)劃完成情況。能夠自動生成月、年報表及文字簡報。其中，文字簡報按照水利部工作簡報格式排版，并以文字、直方圖、表格多種形式，對中小河流治理進展情況進行展示，業(yè)務人員對自動生成的簡報只需進行適當修改，即能滿足水利部對簡報的要求。

2.2.6 督辦、公告及查詢發(fā)送

信息系統(tǒng)提供短消息功能，水利部業(yè)務人員能夠通過短信平臺向特定人員進行公告或催辦；信息系統(tǒng)可根據(jù)統(tǒng)計結果，定期自動向相關人員發(fā)送督導短信；相關用戶可向信息系統(tǒng)發(fā)送查詢代碼，系統(tǒng)根據(jù)查詢請求，以手機短消息形式將查詢結果進行反饋。

2.3 技術路線

按照中小河流系統(tǒng)功能的設計，為實現(xiàn)部、省、縣三級交互業(yè)務和共享數(shù)據(jù)的目標，根據(jù)當前B/S 系統(tǒng)開發(fā)的主流技術，運用 J2EE 技術平臺，MVC 模型，Struts+ spring+ hibernate 的開發(fā)框架組合。結合河流水系關系、治理河段地圖查詢展示等需要，應用 WebGIS 完成地圖發(fā)布等服務。

2.3.1 J2EE 技術平臺

考慮到中小河流治理工作的長期性，信息系統(tǒng)選用的技術平臺應綜合考慮通用性和可維護性，為此選用開放性、穩(wěn)定性、通用性較強的 J2EE 技術平臺。J2EE 使用多層的分布式應用模型，提供的中間層框架集成技術，可以滿足高可用性、高可靠性及可擴展性的應用需求，同時提供對現(xiàn)有應用程序集成強有力的支持，完全支持 Enterprise JavaBeans，有良好的向導支持打包和部署應用。J2EE 平臺具備“編寫一次、隨處運行”，方便存取數(shù)據(jù)庫的 JDBC API，以及能夠在 Internet 應用中保護數(shù)據(jù)的安全模式等特性，同時還提供對 Java Servlets API，JSP，以及 Web Service 技術的全面支持。通過提供統(tǒng)一的開發(fā)平臺，J2EE 降低了開發(fā)多層應用的復雜性，增強了安全機制，提高了性能，為搭建具有可伸縮性、靈活性、易維護性的信息系統(tǒng)提供良好的平臺開發(fā)機制。

2.3.2 MVC 模型

信息系統(tǒng)采用 MVC 模型處理用戶的實際業(yè)務交互應用，把用戶的業(yè)務交互應用按照功能特性分為模型、視圖與控制器，3 部分的開發(fā)和部署相互獨立，其中 1 個模型可以有多個視圖，如果用戶通過某個視圖的控制器改變了模型的數(shù)據(jù)，所有依賴于這些數(shù)據(jù)的視圖都聯(lián)動反映出這些變化。因此，無論何時發(fā)生了何種數(shù)據(jù)變化，控制器都會將該信息通知所有的視圖，更新顯示內(nèi)容。

模型是信息系統(tǒng)業(yè)務處理的核心，用來完成信息系統(tǒng)主要的業(yè)務功能，接收視圖發(fā)來的請求，并將處理請求的結果返回給視圖，雖然請求是由視圖發(fā)出的，但該請求是由控制器轉發(fā)的，所以模型所進行的操作相對于視圖來說是黑箱操作。這樣可以用來封裝部分數(shù)據(jù)，以滿足面向對象的需求。

視圖用來顯示模型內(nèi)容，是顯示在用戶面前用來與用戶進行交互的平臺，信息系統(tǒng)采用 JSP＋Servlets 的方式實現(xiàn)頁面的展示。該部分只用來收集數(shù)據(jù)、顯示模型，以及將用戶的請求轉發(fā)給控制對象。同一個業(yè)務流程可能由于處理結果的不同而對應不同的視圖。

控制器在 Web 服務器端對用戶的請求做出反應，創(chuàng)建、配置模型，并協(xié)調(diào)模型與視圖共同完成用戶請求。這里可以將控制對象理解為一個分發(fā)器，它會根據(jù)不同用戶請求選擇不同模型和視圖，并且控制對象不參與業(yè)務流程的創(chuàng)建。

2.3.3 Struts Spring Hibernate 技術框架應用

信息系統(tǒng)采用 Struts+ spring+ hibernate 的開發(fā)框架組合。Struts 實現(xiàn)展現(xiàn)層和控制層，spring實現(xiàn)業(yè)務邏輯層，hibernate 實現(xiàn)數(shù)據(jù)層的持久化和序列化。

Struts 實現(xiàn)用戶請求管理，并做出相應的響應；提供流程控制器，委派調(diào)用業(yè)務邏輯和其他上層處理進程；處理頁面異常；為顯示效果提供一個數(shù)據(jù)模型；對用戶界面進行驗證。

Hibernate 是一個非常成熟的 ORM 開源框架，為 Java 提供了完善的持久化機制和查詢服務，它的持久對象是基于 POJO（Plain Old Java Object）和Java 的集合。Hibernate 框架主要實現(xiàn)：數(shù)據(jù)庫鏈接管理、業(yè)務對象存儲到數(shù)據(jù)庫、業(yè)務對象的查詢、非數(shù)據(jù)庫特性處理。

2.3.4 地理信息技術 GIS

在中小河流治理項目中使用 WebGIS 實現(xiàn)河流和治理工程的展示，以及統(tǒng)計結果渲染等高級應用。WebGIS 基于 Internet 平臺進行信息發(fā)布、數(shù)據(jù)共享、交流協(xié)作，客戶端應用軟件采用 WWW 協(xié)議，實現(xiàn) GIS 信息的在線查詢和業(yè)務處理等功能。WebGIS 核心是在 GIS 中嵌入 HTTP 和 TCP/IP 標準的應用體系，實現(xiàn) Internet 環(huán)境下的空間信息管理[4]。WebGIS 由多主機、多數(shù)據(jù)庫與多終端，通過 Internet和 Intranet 連接組成，構成客戶端/服務器端的 C/S 結構，服務器端向客戶端提供信息和服務，客戶端具有獲得各種空間信息和應用的功能。

在信息系統(tǒng)中，采用 B/S 架構通過 ArcGIS SERVER 9.3 及基于 ArcGIS Engine 開發(fā)的圖形維護工具實現(xiàn) WebGIS 應用，完成地圖發(fā)布服務[5]，實現(xiàn)數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)存儲、信息交換、監(jiān)測數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等功能業(yè)務系統(tǒng)的無縫連接，相關業(yè)務數(shù)據(jù)可在 GIS 圖上形象、直觀地表現(xiàn)。

3 信息系統(tǒng)的部署與運行維護

根據(jù)安全、負荷、容災等要求，信息系統(tǒng)部署于水利部信息中心，充分利用信息中心數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡安全、軟硬件環(huán)境等資源。鑒于信息系統(tǒng)所用的 1∶250 000 電子地圖尚未脫密，同時考慮到中小河流治理項目主管司局使用政務內(nèi)網(wǎng)的習慣，信息系統(tǒng)分別部署于水利部業(yè)務外網(wǎng)和政務內(nèi)網(wǎng)。業(yè)務外網(wǎng)系統(tǒng)包含除 WebGIS 以外的全部功能模塊，部、省、市、縣各級用戶共同應用，用于動態(tài)數(shù)據(jù)的錄入、查詢、統(tǒng)計和簡報生成。信息系統(tǒng)管理員定期將政務外網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新至政務內(nèi)網(wǎng)。政務內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)除了外網(wǎng)的統(tǒng)計分析、簡報生成等功能，還包含WebGIS 相關功能，為水利部業(yè)務人員提供項目地理位置查詢、地圖渲染等功能。

為保障信息系統(tǒng)長期穩(wěn)定發(fā)揮效益，水利部組織專門的維護小組，負責動態(tài)信息的管理維護，督導和審核地方填報信息，利用信息系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計、簡報生成，并根據(jù)系統(tǒng)優(yōu)化要求，持續(xù)進行系統(tǒng)升級。

4 結語

全國中小河流治理管理信息系統(tǒng)實現(xiàn)對 5 000 余條重點中小河流、9 000 余個治理項目和近 2 000 億元治理投資的動態(tài)管理，在水利項目信息管理模式、基于 GIS 的統(tǒng)計渲染、圖文表關聯(lián)查詢、工程形象進度跟蹤、短消息督導查詢、項目信息告警、簡報自動生成等方面實現(xiàn)了諸多創(chuàng)新。信息系統(tǒng)自 2012年初投入使用以來，有效地提高了工作效率和監(jiān)管效力，為水利部加強中小河流治理管理提供了重要的技術保障。

全國中小河流治理管理信息系統(tǒng)的成功建設和應用，在項目組織方面總結出以下 3 點經(jīng)驗：

1）業(yè)務部門領導的重視與參與。水利部規(guī)劃計劃司領導把信息系統(tǒng)建設作為提高中小河流管理水平的重要手段，多次參與信息系統(tǒng)建設的討論，確定了信息系統(tǒng)總體建設目標和基本功能模塊劃分，并通過行政措施推進了信息系統(tǒng)應用。

2）水利部中小河流治理業(yè)務管理人員全程參與信息系統(tǒng)各項功能及界面的設計，提出了許多提高用戶體驗的技術需求。

3）建立了專門的運行維護團隊，落實了信息和功能維護的人員，使得信息系統(tǒng)能夠持續(xù)推廣使用，并不斷進行升級改造[6]。

鑒于全國中小河流治理管理信息系統(tǒng)開發(fā)過程使用的基礎水系圖未經(jīng)脫密，信息系統(tǒng) GIS 相關功能只能在水利部內(nèi)網(wǎng)使用，暫不供地方應用。隨著近期水利普查電子地圖的發(fā)布推廣，下一步可將基礎地圖替換為水利普查電子地圖，并將 GIS 相關功能部署于外網(wǎng)，增強系統(tǒng)的實用性。此外，隨著政府監(jiān)管職能的加強和中小河流治理重點縣工作的啟動，系統(tǒng)將根據(jù)實際應用需求不斷進行完善。

[1] 水利部水利水電規(guī)劃設計總院.全國重點地區(qū)中小河流近期治理建設規(guī)劃[R].北京：水利部水利水電規(guī)劃設計總院，2009: 1-10.

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Design and Implementation of Information System of Small and Midsize Rivers Regulation Management

ZHANG Xu, ZHANG Qiaohui, WANG Zhengying, ZHANG Guangjin, MAN Yuntao, WU Zhi ming, DONG Jing
(China Automation Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China)

The article introduces the research work of the information system of small and midsize rivers regulation management.Aiming at the difficulties in the process of river regulation project and funds management, and on the basis of the researches on user’s requirement, software architecture, data exchange, system deployment, the management information system is accessible to users at any level and provides technical support for small and midsize rivers regulation project management.

small and midsize river; information system; supervision and management; software design; operation and maintenance

TV39

A

1674-9405(2014)06-0056-05

2014-08-04

張 煦（1982－），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，工程師，從事水利信息化、水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)研制開發(fā)管理工作。