上海水資源管理系統(tǒng)云化的探索及實(shí)踐

潘崇倫，張 弛

（上海市防汛信息中心，上海 200050）

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上海水資源管理系統(tǒng)云化的探索及實(shí)踐

潘崇倫，張 弛

（上海市防汛信息中心，上海 200050）

摘 要：為解決水資源數(shù)據(jù)無(wú)序離散、管理標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一及信息資源孤島等問(wèn)題，提出并實(shí)踐將上海水資源管理系統(tǒng)進(jìn)行云化的方案，即搭建“水之云”云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，提供基礎(chǔ)、業(yè)務(wù)及監(jiān)測(cè)等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)孤島化模式向全局資源整合模式的轉(zhuǎn)變。上海水資源管理系統(tǒng)基于“水之云”服務(wù)平臺(tái)建立了五大功能模塊，能夠提高多元主體協(xié)作的緊密和有序程度，有效地促使各個(gè)主體充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，釋放管理活力。

關(guān)鍵詞：水資源管理；信息化；云計(jì)算；“水之云”服務(wù)

0　引言

2011年中央 1 號(hào)文件《中共中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》（以下簡(jiǎn)稱《決定》）提出實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度，明確要求“加強(qiáng)水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)能力建設(shè)，為強(qiáng)化監(jiān)督考核提供技術(shù)支撐”。2012 年《國(guó)務(wù)院關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見(jiàn)》（以下簡(jiǎn)稱《意見(jiàn)》），對(duì)實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度進(jìn)行了全面部署，明確要求“加強(qiáng)取水、排水、入河排污口計(jì)量監(jiān)控設(shè)施建設(shè)，加快建設(shè)國(guó)家水資源管理系統(tǒng)，逐步建立中央、流域和地方水資源監(jiān)控管理平臺(tái)，加快應(yīng)急機(jī)動(dòng)監(jiān)測(cè)能力建設(shè)，全面提高監(jiān)控、預(yù)警和管理能力”[1]。

為貫徹落實(shí)《決定》和《意見(jiàn)》精神，上海市加快實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度的試點(diǎn)工作，其中上海市水務(wù)局（上海市海洋局）（以下簡(jiǎn)稱市水務(wù)局）實(shí)際承擔(dān)建設(shè)《國(guó)家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目(上海部分）》。市水務(wù)局防汛信息中心主要承擔(dān)上海市水資源管理信息系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱市水資源管理系統(tǒng)）的建設(shè)，建設(shè)內(nèi)容覆蓋上海市市、區(qū)（縣）兩級(jí)水資源管理，將以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)和完善為基礎(chǔ)，初步建成以“三條紅線”管理目標(biāo)為核心的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和以“紅線考核”為準(zhǔn)繩的監(jiān)督管理系統(tǒng)。

上海水資源管理系統(tǒng)秉持最嚴(yán)格水資源的科學(xué)化、精細(xì)化和信息化管理，系統(tǒng)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了應(yīng)用模塊化、消息（或功能）智能推送、業(yè)務(wù)協(xié)同（數(shù)據(jù)串聯(lián)）和靈活分析的理念。提出將上海水資源管理系統(tǒng)進(jìn)行云化的方案，上海水資源管理的云端信息化，打破了常規(guī)條塊信息化的運(yùn)行模式，是系統(tǒng)向服務(wù)轉(zhuǎn)變的新思路[2]。

1　水資源管理信息化與云計(jì)算

水資源管理信息化發(fā)展至今，原有模式下的壁壘清晰可見(jiàn)；與新型技術(shù)的結(jié)合，是順應(yīng)工業(yè) 4.0 的發(fā)展改革需要，更是壁壘有效解決的方案。

1.1上海水資源管理信息化存在的問(wèn)題

1）從水資源數(shù)據(jù)上看，存在離散無(wú)序的情況。上海水資源管理涉及多元主體，同時(shí)多元主體擁有各自獨(dú)立的水資源數(shù)據(jù)。由于多元主體管理方式及形式的差異，造成數(shù)據(jù)離散嚴(yán)重，無(wú)法有序整合。

2）從管理軟件上看，存在標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的情況。水資源信息化發(fā)展至今，應(yīng)對(duì)各時(shí)期和多元主體的不同需求，衍生出繁多管理軟件，但是管理軟件開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)不一，增加了運(yùn)維難度，降低了軟件的生命周期。

3）從業(yè)務(wù)管理上看，存在信息資源孤島化的情況。水資源管理涉及的業(yè)務(wù)復(fù)雜，并且數(shù)據(jù)具有多源異構(gòu)、海量等特點(diǎn)，由于管理方式及形式等的差異，給資源共享、協(xié)同管理帶來(lái)了困難。

4）從硬件資源上看，存在資源擴(kuò)展、管理困難的情況。隨著水資源管理不斷地物聯(lián)網(wǎng)化，水資源數(shù)據(jù)以 T 級(jí)增長(zhǎng)的同時(shí)，硬件資源緊張化不斷凸顯，如何更有效地管理硬件資源是信息化中需要考慮的問(wèn)題。

1.2“水之云”的產(chǎn)生

所謂云計(jì)算，是指密集型網(wǎng)格（grid）服務(wù)，或稱之為“基于服務(wù)架構(gòu)（SOA）”的公共計(jì)算。云計(jì)算把軟件和 IT 基礎(chǔ)設(shè)施當(dāng)作一種服務(wù)對(duì)外提供[3]。水資源管理信息化中通過(guò)對(duì)云計(jì)算的引進(jìn)從而產(chǎn)生了“水之云”的概念，這不僅僅是一場(chǎng)技術(shù)的變革，還是對(duì)如何讓水資源管理智能化的考量和鋪墊?！八啤睂⑻峁└咝?yōu)質(zhì)的服務(wù)平臺(tái)，從而提升辦公服務(wù)效率，使水資源管理信息化前景有更大的發(fā)展突破，具體優(yōu)勢(shì)如下：

1）由條塊模式向系統(tǒng)資源整合模式發(fā)展。在傳統(tǒng)信息化中，1 個(gè)項(xiàng)目即生成 1 個(gè)或多個(gè)軟件，這些軟件之間條列分割。究其根本，有體制層面的原因，也有技術(shù)層面的原因[4]。隨著“水之云”的提出，追求的是協(xié)同發(fā)展、資源共享的目標(biāo)，是建立全面感知、深度互聯(lián)的“水之云”，必定沖擊這種設(shè)置障礙條塊分管的模式。

2）由單一主導(dǎo)向多元主體協(xié)同發(fā)展。在傳統(tǒng)行政管理中，多元主體分門別類，處于相對(duì)封閉的模式，如果轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)同治理的開(kāi)放式模式，將極大地引發(fā)參與熱情。提高多元主體協(xié)作的緊密和有序程度，有效地促使各個(gè)主體充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)[4]。

3）向“一站式”資源管理模式發(fā)展。云計(jì)算中虛擬化技術(shù)能夠動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)資源發(fā)現(xiàn)、建模、變更和監(jiān)控，能夠?qū)Y源實(shí)現(xiàn)全生命周期管理。這種對(duì)物理資源統(tǒng)一規(guī)劃和共享使用的特性，大大提高了資源利用率，降低了物理機(jī)和機(jī)房、機(jī)架、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等配套設(shè)施的采購(gòu)規(guī)模和成本。通過(guò)對(duì)各類資源的多維度集中和自動(dòng)化管理，可降低手工操作失誤，有效降低日常運(yùn)維工作量，同時(shí)減少去機(jī)房的次數(shù)，提高工作的舒適度。

2　水資源管理中的“水之云”服務(wù)

“水之云”在技術(shù)架構(gòu)上基于互聯(lián)網(wǎng)云模式，包含 IaaS，PaaS 和 SaaS 層，這里主要介紹“水之云”的 PaaS 層，即“水之云”服務(wù)。通過(guò)選取水資源管理系統(tǒng)中所需要的共用的技術(shù)和模塊，研究開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的模塊服務(wù)，可以為不同的系統(tǒng)所運(yùn)用，避免重復(fù)開(kāi)發(fā)，節(jié)約資金，同時(shí)監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)存儲(chǔ)和資源消耗情況。

2.1“水之云”服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)

1）Dubbo。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)站應(yīng)用的規(guī)模不斷擴(kuò)大，常規(guī)的垂直應(yīng)用架構(gòu)已無(wú)法應(yīng)對(duì)，分布式服務(wù)及流動(dòng)計(jì)算等架構(gòu)勢(shì)在必行，Dubbo 是由阿里巴巴研制并開(kāi)源出的一個(gè)分布式服務(wù)框架。“水之云”服務(wù)采用 Dubbo 分布式服務(wù)框架，通過(guò)將核心業(yè)務(wù)抽取出來(lái)，發(fā)布為獨(dú)立的服務(wù)，使前端應(yīng)用能更快速和穩(wěn)定地響應(yīng)。

2）Zookeeper。Zookeeper 是 Chubby 下開(kāi)源的分布式應(yīng)用程序協(xié)調(diào)服務(wù)，提供的功能包括配置維護(hù)、名字服務(wù)、分布式同步、組服務(wù)等。利用Zookeeper 封裝好抽取的核心服務(wù)，并給用戶提供簡(jiǎn)單易用的接口，以提高系統(tǒng)性能，增強(qiáng)系統(tǒng)功能穩(wěn)定性。

3）統(tǒng)一的開(kāi)源開(kāi)發(fā)框架。統(tǒng)一框架是“水之云”服務(wù)被推廣使用的前提，“水之云”開(kāi)源框架后端基于 J2EE，前端集成了主流的響應(yīng)式布局和扁平化的理念。

2.2“水之云”服務(wù)組成

“水之云”服務(wù)按提供服務(wù)類別的不同包含以下 3 方面服務(wù)：

1）基礎(chǔ)服務(wù)。主要提供分布式緩存、消息隊(duì)列、用戶認(rèn)證、短信通信等服務(wù)。

2）業(yè)務(wù)服務(wù)。主要提供水務(wù)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián) UI組件、信息資源目錄等的查詢和地圖服務(wù)。

3）監(jiān)測(cè)服務(wù)。主要提供計(jì)算存儲(chǔ)資源查看、調(diào)度分析、資源部署、容器管理的服務(wù)。

2.3“水之云”服務(wù)管理規(guī)范

水之云服務(wù)管理框架是一個(gè)高性能的服務(wù)框架，使得應(yīng)用可通過(guò)高性能的 RPC（遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用協(xié)議）實(shí)現(xiàn)服務(wù)的輸出和輸入功能，可以和 Spring框架無(wú)縫集成。核心部分包含以下幾點(diǎn)：

1）遠(yuǎn)程通訊。提供對(duì)多種基于長(zhǎng)連接的 NIO框架抽象封裝，包括多種線程模型，序列化，以及“請(qǐng)求-響應(yīng)”模式的信息交換方式。

2）集群容錯(cuò)。提供基于接口方法的透明遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用，包括多協(xié)議支持，以及軟負(fù)載均衡，失敗容錯(cuò)，地址路由，動(dòng)態(tài)配置等集群支持。

3）自動(dòng)發(fā)現(xiàn)?；谧?cè)中心目錄服務(wù)，使服務(wù)消費(fèi)方能動(dòng)態(tài)地查找服務(wù)提供方，使地址透明，使服務(wù)提供方可以平滑增加或減少機(jī)器。

3　基于“水之云”的水資源管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1整體框架

上海水資源管理系統(tǒng)，以基礎(chǔ)業(yè)務(wù)、填報(bào)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)為支撐，通過(guò)“水之云”服務(wù)抽取與整合數(shù)據(jù)資源，借助多樣化的工具，進(jìn)行綜合應(yīng)用與展現(xiàn)，整體框架設(shè)計(jì)如圖 1 所示。

圖1　水資源管理系統(tǒng)整體框架

3.2功能框架

上海水資源管理系統(tǒng)功能框架設(shè)計(jì)分為業(yè)務(wù)管理、填報(bào)管理、綜合統(tǒng)計(jì)、應(yīng)用管理和服務(wù)監(jiān)控等5 部分功能[5]。

3.2.1業(yè)務(wù)管理功能

根據(jù)國(guó)家“三條紅線”（用水總量、用水效率和水功能區(qū)限制納污）和監(jiān)測(cè)考核的需求，系統(tǒng)功能包括以下 4 項(xiàng)：

1）用水總量監(jiān)測(cè)管理功能。主要包括總量控制，以及審批、監(jiān)督、地下水和水資源等管理功能，實(shí)現(xiàn)在滿足上海市水務(wù)局日常業(yè)務(wù)需要的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集歸檔和統(tǒng)計(jì)分析，形成統(tǒng)一平臺(tái)的上海市水資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，便于與國(guó)家和流域?qū)用娴膶?duì)接。

2）用水效率監(jiān)測(cè)管理功能。主要包括節(jié)水管理、計(jì)劃用水和示范試點(diǎn)。

3）納污能力監(jiān)測(cè)管理功能。主要包括水功能區(qū)管理、飲用水源地保護(hù)、入河排污口管理、水生態(tài)保護(hù)、污水治理、引清調(diào)水和水環(huán)境治理等功能。

4）監(jiān)測(cè)考核管理功能。主要包括對(duì)水資源監(jiān)測(cè)信息、項(xiàng)目、工程信息的管理及指標(biāo)評(píng)估功能。

3.2.2填報(bào)管理功能

為便于各家數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯總，系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)字典、用戶、角色、數(shù)據(jù)項(xiàng)、表單、規(guī)則庫(kù)、工作流和任務(wù)等管理功能，實(shí)現(xiàn)各水務(wù)業(yè)務(wù)單位及部門的基礎(chǔ)報(bào)表管理和數(shù)據(jù)填報(bào)。

3.2.3綜合統(tǒng)計(jì)功能

綜合統(tǒng)計(jì)功能利用 ARC GIS 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地圖、圖表等的可視化，將云數(shù)據(jù)服務(wù)直觀表達(dá)。

3.2.4應(yīng)用管理功能

應(yīng)用管理功能實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)應(yīng)用的個(gè)性化定制，使每一位用戶可自主選擇所需的應(yīng)用模塊，自主組裝個(gè)性化的水資源系統(tǒng)。

3.2.5服務(wù)監(jiān)控功能

服務(wù)監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行及用戶操作的全過(guò)程監(jiān)控，對(duì)云服務(wù)的申請(qǐng)、核準(zhǔn)及使用的全生命周期進(jìn)行監(jiān)控，并實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)的調(diào)用次數(shù)和計(jì)算、存儲(chǔ)資源的使用情況。

3.3典型應(yīng)用

3.3.1水資源專題及應(yīng)用倉(cāng)庫(kù)

用戶經(jīng)過(guò)應(yīng)用倉(cāng)庫(kù)申請(qǐng)、審批水資源業(yè)務(wù)功能模塊，最終被定制化在水資源專題中。水資源專題實(shí)時(shí)反映業(yè)務(wù)模塊統(tǒng)計(jì)概況，對(duì)已成功定制的模塊，系統(tǒng)將推送跟模塊主題相關(guān)的概要或統(tǒng)計(jì)類信息（譬如取水戶系統(tǒng)推送了全市已入庫(kù) 294 戶），水資源專題的消息推送包括對(duì)業(yè)務(wù)、文件共享和預(yù)警信息等的提醒，在代辦事項(xiàng)中，以列表的形式展示該用戶在業(yè)務(wù)鏈中需要處理的工作事項(xiàng)。系統(tǒng)專題及應(yīng)用倉(cāng)庫(kù)界面如圖 2 所示。

圖2　應(yīng)用倉(cāng)庫(kù)及水資源專題展示

3.3.2 數(shù)據(jù)聚合與服務(wù)

以取水為例，取水的業(yè)務(wù)線在系統(tǒng)中是以取水戶為基礎(chǔ)管理單元，從其引申出對(duì)取水口、監(jiān)測(cè)站、監(jiān)測(cè)點(diǎn)和抄表、取水計(jì)劃等的業(yè)務(wù)管理。將與“取水”業(yè)務(wù)鏈有潛在關(guān)聯(lián)的功能模塊集中形成“推薦導(dǎo)航”，以便用戶快速獲得應(yīng)用信息。

上海水資源管理系統(tǒng)基于“水之云”業(yè)務(wù)服務(wù)，把取水戶、口、許可證、申請(qǐng)和監(jiān)測(cè)信息關(guān)聯(lián)在一起，使有效數(shù)據(jù)聚集在一起，系統(tǒng)截圖如圖 3所示。

3.3.3地理空間分析

地理空間分析是自選區(qū)域，分析該區(qū)域內(nèi)取水、排污和污水處理等情況，如該區(qū)域內(nèi)共有取水口、排污口和污水處理廠的數(shù)量，并且分析出該區(qū)審批的水量、污水處理量和排放量的總量。以查詢“新場(chǎng)鎮(zhèn)”區(qū)域、條件為“取水口”為例，系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)聯(lián)該區(qū)域的所有取水相關(guān)功能模塊，并在地圖上進(jìn)行直觀展示，界面如圖 4 所示。

4　結(jié)語(yǔ)

針對(duì)在水資源管理信息化發(fā)展過(guò)程中衍生的數(shù)據(jù)離散無(wú)序，資源擴(kuò)展管理困難等問(wèn)題，引入了云計(jì)算技術(shù)逐步規(guī)劃形成上海市水務(wù)局特有的“水之云”平臺(tái)，介紹了“水之云”平臺(tái)中跟信息化直接相關(guān)的云服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)和組成。上海水資源管理系統(tǒng)采用統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)框架，調(diào)用云服務(wù)搭建而成，大大縮短了開(kāi)發(fā)周期，提高了開(kāi)發(fā)成果的重復(fù)利用率。事實(shí)上，新技術(shù)的引進(jìn)并不是最終目標(biāo)，而是要將已開(kāi)發(fā)和未來(lái)要建的軟件服務(wù)化，以用戶為中心，未來(lái)的信息化需求就是服務(wù)用戶。

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圖4　空間查詢界面

Exploration and Practice of Cloudization of Shanghai Water Resources Management System

PAN Chonglun, ZHANG Chi
(Shanghai Flood Control Information Center, Shanghai 200050, China)

Abstract:In order to solve the problems of water resource data disorder, lack of unified management standards and information resource island, this paper puts forward and practices cloudization of water resources management system in Shanghai. It builds "cloud of water" computing service platform, which provides basic services, business services and monitoring services, the platform has realized the transformation from the original business system to the global resource integration mode. Based on the platform, Shanghai water resources management system establishes five functional modules, effectively improves the closeness of the collaboration of multi subjects and the degree of order, effectively promotes each subject and gives full play to the subjective initiative, produces a synergistic effect and releases the vitality of management.

Key words:water resources management; informatization; cloud computing; "cloud of water" service

作者簡(jiǎn)介：潘崇倫（1982- ），男，江蘇泰州人，工程師，主要研究方向?yàn)樗畔⒒?/p>

收稿日期：2015-11-15

中圖分類號(hào)：TV21

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9405(2016)01-0014-06