省級水資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享與交換實現(xiàn)方法分析

符偉杰，馮永勤，周曉峰，朱小偉

（1. 水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇 南京 210012；

2. 水利部水文水資源監(jiān)控工程技術(shù)研究中心，江蘇 南京 210012;

3. 江蘇省水文水資源勘測局，江蘇 南京 210029；

4. 河海大學(xué)，江蘇 南京 210098；

5. 江蘇南水科技有限公司，江蘇 南京 210012）

省級水資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享與交換實現(xiàn)方法分析

符偉杰1,2，馮永勤3，周曉峰4，朱小偉2,5

（1. 水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇 南京 210012；

2. 水利部水文水資源監(jiān)控工程技術(shù)研究中心，江蘇 南京 210012;

3. 江蘇省水文水資源勘測局，江蘇 南京 210029；

4. 河海大學(xué)，江蘇 南京 210098；

5. 江蘇南水科技有限公司，江蘇 南京 210012）

國家水資源管理系統(tǒng)分中央、流域、省級、地市級和縣區(qū)級等五級，在整個水資源管理系統(tǒng)建設(shè)中，省級水資源管理系統(tǒng)不僅是所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的匯聚點，同時也負(fù)責(zé)向流域和中央系統(tǒng)上報數(shù)據(jù)，所以，數(shù)據(jù)共享與交換平臺是核心內(nèi)容之一。針對省級水資源管理系統(tǒng)設(shè)計和建設(shè)的實際需要，從總體架構(gòu)、數(shù)據(jù)交換方式和交換流程等方面，詳細(xì)分析和探討省級水資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享與交換的實現(xiàn)方法，為同類系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)提供借鑒。

水資源管理；省級；共享與交換；平臺結(jié)構(gòu)；交換節(jié)點；交換流程；配置管理；日志管理

0 引言

為了貫徹最嚴(yán)格的水資源管理制度，實現(xiàn)水資源管理 3 條紅線的控制目標(biāo)，水利部開展了國家水資源管理系統(tǒng)建設(shè)工作，同時，要求各流域和?。ㄊ校┧块T根據(jù)統(tǒng)一部署，同步開展各自轄區(qū)內(nèi)的水資源管理系統(tǒng)建設(shè)[1]。

國家水資源管理系統(tǒng)分中央、流域、省級、地市級和縣區(qū)級等五級，在整個水資源管理系統(tǒng)建設(shè)中，省級水資源管理系統(tǒng)處于中心地位，不僅要收集匯總地級市和縣區(qū)級直接采集的終端數(shù)據(jù)（如用水量等），集成和共享其他需要的數(shù)據(jù)（如水雨情、氣象、水環(huán)境、社會經(jīng)濟等數(shù)據(jù)），還要負(fù)責(zé)向流域和中央系統(tǒng)上報數(shù)據(jù)。所以，在省級水資源管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)共享與交換平臺是關(guān)鍵，對整個國家水資源管理系統(tǒng)的建設(shè)和運行起到重要作用[2-3]。

1 數(shù)據(jù)共享與交換平臺結(jié)構(gòu)

省級水資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享與交換以水資源數(shù)據(jù)庫、信息監(jiān)測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，完成省水資源管理部門與中央、流域、地市水利部門的數(shù)據(jù)共享與交換，同時，完成省水利單位各部門之間的數(shù)據(jù)共享與交換。

數(shù)據(jù)共享與交換平臺由 4 個部分組成，邏輯架構(gòu)如圖 1 所示[4]，具體組成分析如下：

1）路由管理。數(shù)據(jù)共享與交換平臺的數(shù)據(jù)交換以傳輸隊列為基礎(chǔ)，通過對傳輸數(shù)據(jù)控制信息的配置實現(xiàn)消息路由，所以，對路由信息的配置和維護是功能之一。

數(shù)據(jù)共享與交換平臺內(nèi)部建有消息路由表，含消息的源地址、目的地址、類型及對應(yīng)的傳輸隊列名等字段；傳輸消息的控制信息同樣含有消息的源地址、類型等字段。通過查詢路由表，消息流程會知道該業(yè)務(wù)對象應(yīng)該送往哪里、如何送。

2）數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)共享與交換平臺通過管理配置提供數(shù)據(jù)格式規(guī)則管理功能。通過該功能，用戶可維護交換的數(shù)據(jù)包類型、數(shù)據(jù)記錄類型、數(shù)據(jù)記錄各字段類型和格式等信息可以存放在數(shù)據(jù)庫中。

3）日志管理。數(shù)據(jù)共享與交換平臺提供完善的日志管理功能，包括數(shù)據(jù)庫和非數(shù)據(jù)庫方式，通過該功能可以調(diào)閱數(shù)據(jù)交換共享與交換平臺上傳輸?shù)拿恳粭l消息，并且進行事后跟蹤。

4）安全管理。數(shù)據(jù)共享與交換平臺提供消息的加密傳輸功能，并提供相應(yīng)的監(jiān)控界面以保證平臺運行的可靠性。

圖1 數(shù)據(jù)共享與交換平臺邏輯架構(gòu)圖

2 數(shù)據(jù)交換節(jié)點與方式

2.1 交換的節(jié)點

省級水資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享與交換涉及省市各級水利、水文部門等，每個節(jié)點配備 1 臺數(shù)據(jù)共享與交換服務(wù)器，實現(xiàn)與其他數(shù)據(jù)節(jié)點的數(shù)據(jù)交換與服務(wù)，部署如圖 2 所示。

圖2 省級水資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享與交換部署圖

省中心和各分中心的應(yīng)用系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)共享與交換平臺實現(xiàn)系統(tǒng)間實時數(shù)據(jù)的傳輸，分中心間的應(yīng)用系統(tǒng)不能直接通過數(shù)據(jù)共享與交換平臺進行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)共享與交換平臺為各應(yīng)用系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的 API 調(diào)用，不同節(jié)點上的數(shù)據(jù)共享與交換平臺間通過消息中間件實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

以在建的江蘇省水資源管理信息系統(tǒng)一期為例，將建設(shè) 4 300 多個取水監(jiān)測站和地下水位遙測站，其中地表水取水監(jiān)測站近 1 600 個，地下水取水監(jiān)測站 2 200 多個，地下水位監(jiān)測站 500 個。一期系統(tǒng)將建設(shè) 1 個省中心、13 個市級分中心和 26 個縣級分中心，省中心和 13 個市級分中心通過前期已經(jīng)建設(shè)的江蘇省水利專網(wǎng)（帶寬 2 Mbit/s）聯(lián)網(wǎng)，26 個縣級分中心在本期建設(shè)中，通過補充建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)和省水利專網(wǎng)的互聯(lián)互通，從而實現(xiàn)省中心和所有分中心之間數(shù)據(jù)的共享與交換[5]。

2.2 交換的數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)共享與交換平臺需交換的數(shù)據(jù)包括水位、流量、水質(zhì)、工情、氣象和預(yù)警等信息。

2.3 交換的方式

交換的方式有文件到數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫到文件，文件到文件和數(shù)據(jù)庫到數(shù)據(jù)庫等多種。對于各類數(shù)據(jù)的交換，數(shù)據(jù)共享與交換平臺應(yīng)為相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集或應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的調(diào)用接口，保證這些數(shù)據(jù)能交換到省中心。

節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交換可以采用以下 2 種方式：1）主動交換方式，即發(fā)送節(jié)點主動向接收節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)；2）被動方式，即接收節(jié)點向發(fā)送節(jié)點申請，發(fā)送節(jié)點通過認(rèn)證后，向接收節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)共享與交換平臺應(yīng)提供數(shù)據(jù)類型用戶自定義功能，可定義交換的數(shù)據(jù)包類型、數(shù)據(jù)記錄類型、數(shù)據(jù)記錄各字段類型和格式等。數(shù)據(jù)類型用戶自定義采用在省中心集中定義的方式，發(fā)送、接收兩端共享省中心的數(shù)據(jù)定義表，發(fā)送端按定義的格式整理數(shù)據(jù)，接收端按定義的格式識別數(shù)據(jù)，正確地進行數(shù)據(jù)的處理、存儲。

為保證數(shù)據(jù)交換的安全，數(shù)據(jù)共享與交換平臺需要支持多層次的安全及權(quán)限管理，如基于數(shù)字證書的安全連接認(rèn)證；支持 DES，3DES，RC4 等加密算法；提供應(yīng)用程序認(rèn)證機制等。通過管理工具進行簡單的配置，無需編碼可以實現(xiàn)對關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的多層次的安全保護及用戶權(quán)限管理。

3 數(shù)據(jù)交換流程

應(yīng)用系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)共享與交換平臺提供的接口接入應(yīng)用系統(tǒng)所在省中心（或分中心）的數(shù)據(jù)共享與交換平臺，實現(xiàn)和其他應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。一個完整的數(shù)據(jù)收發(fā)流程如圖 3 所示[4]。

圖3 省級水資源管理系統(tǒng)收發(fā)流程數(shù)據(jù)流向圖

目前省中心和分中心的應(yīng)用系統(tǒng)可以根據(jù)是否具有數(shù)據(jù)存儲分成具有數(shù)據(jù)庫和不具有數(shù)據(jù)庫 2 種應(yīng)用系統(tǒng)，針對這 2 種類型的應(yīng)用系統(tǒng)提供不同的實現(xiàn)方案。

4 數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)接口

作為數(shù)據(jù)交換平臺，應(yīng)該為上層應(yīng)用提供良好的、多樣化的、統(tǒng)一的、通用的接口，包括收發(fā)、廣播、訂閱等。這些接口的開放方式和管理應(yīng)該靈活多樣，具有良好的擴展性。平臺接口的設(shè)計按照交換數(shù)據(jù)和方式確定接口方式，包括為應(yīng)用提供 API接口發(fā)送消息格式的、文件和圖像格式的、帶格式的文件及廣播消息的數(shù)據(jù)。其中，為應(yīng)用提供 API廣播消息數(shù)據(jù)的功能只針對省中心，省中心調(diào)用該接口向分中心廣播數(shù)據(jù)；分中心應(yīng)無條件地接收廣播數(shù)據(jù)，但沒有廣播權(quán)限。

另外系統(tǒng)接口還包括提供數(shù)據(jù)發(fā)送優(yōu)先級控制、API 訂閱和發(fā)布接口等。

5 數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)的配置和日志管理

省級水資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享與交換的配置管理，是指提供配置機制供應(yīng)用動態(tài)配置對外的底層傳輸隊列、通道，提供配置機制供應(yīng)用動態(tài)配置應(yīng)用數(shù)據(jù)接收隊列、通道，對廣播和訂閱發(fā)布進行管制，省中心對各分中心可進行遠(yuǎn)程配置管理，而分中心不可干預(yù)省中心數(shù)據(jù)及管理等。

省級水資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享與交換的日志管理，是指數(shù)據(jù)共享與交換平臺要及時、實時地了解交換平臺的狀況和數(shù)據(jù)跟蹤，平臺要記錄詳細(xì)的、可查詢的數(shù)據(jù)跟蹤日志，要提供查看和監(jiān)管當(dāng)前平臺通訊狀態(tài)、數(shù)據(jù)收發(fā)及擁堵情況的機制，并提供嚴(yán)格的權(quán)限管理機制和便于使用的平臺管理界面等。

6 結(jié)語

水資源管理數(shù)據(jù)共享與交換平臺是水資源管理系統(tǒng)的重要組成部分，除了要考慮平臺的實用性、開放性外，還要考慮平臺的可擴展性，而平臺的安全性和高可靠性也是保證平臺正常發(fā)揮作用的重要前提。同時，必須注意制訂統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享交換標(biāo)準(zhǔn)，并對平臺進行統(tǒng)一的規(guī)劃和建設(shè)，只有這樣，才能保證建成后的平臺正常發(fā)揮作用，實現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。

[1] 王浩，蔣云鐘，石玉波，等. 國家水資源管理系統(tǒng)項目建議書[R]. 北京：中國水利水電科學(xué)研究院，航天信息股份有限公司，2010: 73-93 .

[2] 中華人民共和國水利部. ?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）水資源管理系統(tǒng)建設(shè)基本技術(shù)要求[S]. 北京：中華人民共和國水利部，2008: 1-18.

[3] 中國水利水電科學(xué)研究院，水利部水文局（水利信息中心）. 流域水資源管理系統(tǒng)建設(shè)基本技術(shù)要求[S]. 北京：水利部水文局（水利信息中心），2011: 1-9.

[4] 馮永勤，孫京忠，符偉杰，等. 安徽省水資源管理系統(tǒng)實施方案[R]. 合肥：安徽省水文局，2010: 144-150.

[5] 張建云，劉九夫，吳永祥，等. 江蘇省水資源管理信息系統(tǒng)一期工程初步設(shè)計[R]. 南京：南京水利科學(xué)研究院，2009: 53-60.

Analysis about Implementation Method of Data Exchanging and Sharing in Water Resources Management System of Provincial Level

FU Weijie1,2, FENG Yongqin3, ZHOU Xiaofeng4, ZHU Xiaowei2,5

(1.Nanjing Automation Institute of Water Conservancy and Hydrology, the Ministry of Water Resources, Nanjing 210012,China;
2. Hydrology and Water Resources Engineering Research Center for Monitoring, the Ministry of Water Resources, Nanjing 210012, China;
3.Jiangsu Provincial Hydrology and Water Resources Investigation Bureau, Nanjing 210029,China；
4. Hohai University, Nanjing 210098, China;
5. Jiangsu Naiwch Co.Ltd, Nanjing 210012, China)

National Water Resources Management System is divided into 5 levels of centre, river basin, provincial, municipal and county district. In the construction of overall system, water resources management system of provincial level is not only the focal point of all basic data, but is responsible for reporting data to the river basin and the central system also. So, data sharing and exchange platform is one of the core content. Aiming at actual requirements of design and construction, the article detailedly analyzes and discusses data sharing and exchanging of the system from overall architecture, data exchange way and process for giving a reference for similar systems.

water resources management; provincial level; sharing and exchanging; platform structure; switching node; exchange process; configuration management; log management

TV21；TP39

A

1674-9405(2015)02-0031-04

2014-08-17

符偉杰（1969－），男，江蘇常熟人，高級工程師，主要從事水利信息化系統(tǒng)研究和設(shè)計工作。