水利綜合管理平臺(tái)中用戶、功能、數(shù)據(jù)整合與實(shí)踐

戴昱 李軍 郭磊

摘? 要： 水利行業(yè)與民生緊密相關(guān)，合理利用水資源、改善水環(huán)境污染、減少洪澇災(zāi)害造成的人身財(cái)產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)損失對促進(jìn)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要意義。國家對信息化建設(shè)越來越重視，對水利信息化建設(shè)也提出了更高的要求。如何實(shí)現(xiàn)“智慧水利”是水利行業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。如何將各個(gè)碎片化分散的系統(tǒng)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、資源的共享更是這一研究課題中的重中之重。本文旨在通過對水利信息化的現(xiàn)狀、存在問題的分析提出一種其實(shí)可行的整合方案。

關(guān)鍵詞： 智慧水利;水利信息化;系統(tǒng)整合;開放平臺(tái)

中圖分類號： TK284.1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.01.039

【Abstract】： Water conservancy industry is closely related to people's livelihood. It is of important significance to utilize water resources rational， improve water environmental pollution， reduce personal property and economic losses caused by flood disasters for promoting social and economic development of our country. The government has been paying more attention to information construction， and putting forward higher requirements for water conservancy information construction. It is a hot research topic in water conservancy industry to realize "intelligent water conservancy "， and top priority of the research topic is to integrate fragmented and decentralized system and realize sharing of data and resources. The article analyzes present situation and existing problems of water conservancy informatization， and puts forward a feasible integration scheme.

【Key words】： Intelligent water conservancy; Water conservancy informatization; System integration; Open platform

0? 引言

近年來，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)高速發(fā)展，智慧城市、互聯(lián)網(wǎng)+等領(lǐng)域創(chuàng)新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，引起各國高度重視。我國先后制定了智慧城市建設(shè)目標(biāo)與計(jì)劃，陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)文件，指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)發(fā)展與智慧城市建設(shè)，確立了數(shù)百個(gè)智慧城市建設(shè)示范項(xiàng)目[1]。水利是“智慧城市”不可缺少的一環(huán)。它與國民的生活緊密相關(guān)，合理利用水資源、改善水環(huán)境污染、減少洪澇災(zāi)害造成的人身財(cái)產(chǎn)損失對促進(jìn)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要意義[2]。

水利部對推廣“智慧水利”十分的重視。 2011年至今先后印發(fā)了《水利信息化頂層設(shè)計(jì)》、《水利信息化資源整合共享頂層設(shè)計(jì)的通知》，《關(guān)于推進(jìn)水利大數(shù)據(jù)發(fā)展的指導(dǎo)意見》、《水利部政務(wù)信息系統(tǒng)整合共享工作方案》等指導(dǎo)文件[3-4]。要求加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，加快數(shù)據(jù)整合共享和有序開放。加快推進(jìn)信息系統(tǒng)整合共享工作，構(gòu)建深度應(yīng)用、上下聯(lián)動(dòng)、縱橫協(xié)管的協(xié)同治理大系統(tǒng)。但受限于投資來源不同、建設(shè)管理各異等歷史原因，水利信息化中存在信息孤島、業(yè)務(wù)割據(jù)、設(shè)施分散、安全薄弱等問題。這些問題隨著水利信息化的不斷發(fā)展日益突顯，嚴(yán)重影響了水利信息化整體效益的發(fā)揮。因此探索研究如何有效地整合水利信息化的用戶、功能、數(shù)據(jù)等資源，對于助力“數(shù)字”水利向“智慧”水利的轉(zhuǎn)變有著重要的意義。

1? 現(xiàn)狀與問題

水利信息化的建設(shè)與發(fā)展如火如荼，但不可否認(rèn)現(xiàn)階也存在諸多問題。

1.1? 用戶結(jié)構(gòu)復(fù)雜

用戶層級從縱向分為部級用戶、廳級用戶、區(qū)縣水利局級用戶，各級用戶對應(yīng)的職責(zé)、需要的功能不盡相同;各層級用戶橫向分又可分為多業(yè)務(wù)線，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)用戶體系不統(tǒng)一。業(yè)務(wù)交叉時(shí)用戶需登錄多個(gè)系統(tǒng);賬戶類型有手機(jī)號、郵箱、賬戶等多種，導(dǎo)致用戶為了便于記憶，大多使用簡單密碼，賬戶安全性差;此外，水利部門對外還要服務(wù)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、海洋等部門，向下還有鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村級各類基層水利員需要管理，人員交叉多、變動(dòng)大。因此對用戶進(jìn)行簡單的樹狀（以部門）結(jié)構(gòu)管理不能滿足水利行業(yè)的真實(shí)需求。

1.2? 業(yè)務(wù)系統(tǒng)割據(jù)

水利的業(yè)務(wù)包括了：水利工程管理、防汛防旱、水資源管理、水文觀測、水利政務(wù)、水土保持、移民安置等多個(gè)方面。信息化的項(xiàng)目都基于各類財(cái)政撥款導(dǎo)致分散建設(shè)情況嚴(yán)重。比如水利工程管理部門有工程安全監(jiān)測系統(tǒng)，防汛防旱部門有洪水預(yù)報(bào)與調(diào)度系統(tǒng)，各系統(tǒng)功能上彼此獨(dú)立。以洪水預(yù)報(bào)為例，這些系統(tǒng)專業(yè)性強(qiáng)，需要多年的水文數(shù)據(jù)積累，通過不斷的調(diào)整參數(shù)才能日趨完善，整合改造有著巨大難度。

1.3? 數(shù)據(jù)存放分散

各業(yè)務(wù)系統(tǒng)有自己的數(shù)據(jù)來源，數(shù)據(jù)源之間標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)資源不融合導(dǎo)致難以進(jìn)行關(guān)聯(lián)關(guān)系分析等進(jìn)一步信息價(jià)值挖掘;數(shù)據(jù)資源更新機(jī)制不健全，存在數(shù)據(jù)質(zhì)量低、歷史數(shù)據(jù)不完整、數(shù)據(jù)陳舊不更新、數(shù)據(jù)不一致、數(shù)據(jù)利用率低等諸多問題[5]。

1.4? 后繼發(fā)展受阻

各系統(tǒng)計(jì)算資源、存儲(chǔ)設(shè)備等僅為各自系統(tǒng)服務(wù)，造成重復(fù)建設(shè)、資源浪費(fèi)，資源無法統(tǒng)籌集中管理，無法發(fā)揮整體效益，不能適應(yīng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、泛在化、大數(shù)據(jù)、人工智能的發(fā)展要求。基礎(chǔ)設(shè)施云平臺(tái)尚未建設(shè)，分散的系統(tǒng)導(dǎo)致移動(dòng)APP、公眾號等分散開發(fā)，一些從業(yè)人員手機(jī)上普遍裝有七八個(gè)工作APP 和20多個(gè)工作類微信公眾號，用戶抱怨較多[6]。

因此，水利綜合管理系統(tǒng)的整合不是簡單地將系統(tǒng)累加。需要正視瓶頸、找到痛點(diǎn)，才能有的放矢、解決難題，讓“智慧水利”不是概念炒作，能夠切實(shí)落地，讓人工智能、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)這些新技術(shù)在水利行業(yè)生根發(fā)芽，產(chǎn)生技術(shù)紅利。

2? 目標(biāo)與原則

根據(jù)上述對現(xiàn)狀與問題的分析，可以看出水利信息化的整合需要達(dá)到的如下目標(biāo)：1. 梳理用戶體系，建立統(tǒng)一用戶認(rèn)證平臺(tái)。平臺(tái)可適應(yīng)各種復(fù)雜的用戶權(quán)限關(guān)系，做到一個(gè)賬號一次登錄即可訪問各個(gè)關(guān)聯(lián)子系。2. 整合封裝水利業(yè)務(wù)功，建設(shè)統(tǒng)一門戶系統(tǒng)、應(yīng)用公共支撐平臺(tái)。做到通過一個(gè)網(wǎng)站、一個(gè)APP即可訪問各個(gè)業(yè)務(wù)條線的功能。3. 梳理業(yè)務(wù)信息、地理空間信息，整合數(shù)據(jù)資源，建設(shè)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心。做到統(tǒng)一水利數(shù)據(jù)模型，一數(shù)一源。4. 建立包括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與管理辦法，逐步規(guī)范新建業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，在設(shè)計(jì)原則上需要做到以下幾點(diǎn)。

2.1? 盡可能避免重復(fù)建設(shè)

應(yīng)在已有的應(yīng)用系統(tǒng)基礎(chǔ)上逐步改良。重新建會(huì)造成資金投入的浪費(fèi);一些系統(tǒng)已運(yùn)行多年，雖然在整合、共享方面有所欠缺，但是業(yè)務(wù)功能好用，且已培養(yǎng)出用戶習(xí)慣，不易貿(mào)然改變;一些系統(tǒng)專業(yè)程度深，重建會(huì)消耗大量人力物力。

2.2? 先整合再整治

水利業(yè)務(wù)相關(guān)體系結(jié)構(gòu)龐大，相關(guān)對象類型數(shù)量眾多：達(dá)到54類別，超過1130萬對象，涉及567種關(guān)系和5942個(gè)指標(biāo)項(xiàng)[7]。往往在建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)上需要耗費(fèi)大量時(shí)間，且對設(shè)計(jì)者知識(shí)面、專業(yè)性要求很高，很多時(shí)候頂層設(shè)計(jì)難以面面俱到。水利業(yè)務(wù)創(chuàng)新是不斷迸發(fā)的，各地區(qū)水利信息化建設(shè)有也差異，因此規(guī)范也需要因時(shí)制宜、因地制宜。如果先進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范再進(jìn)行整合，往往無功而返。因此需要先把數(shù)據(jù)整合在一起，再逐步根據(jù)用戶使用情況分析，分步規(guī)范數(shù)據(jù)，做到“先有再好”。

2.3? “分而治之”的策略

水利業(yè)務(wù)系統(tǒng)種類繁多，有基于C/S的、也有基于B/S的;各個(gè)系統(tǒng)開發(fā)語言、開發(fā)框架都有差異;信息開放、共享的程度也不盡相同，沒有“放之四海而皆準(zhǔn)”的整合工具與方案。對于這樣的情況，應(yīng)對這些系統(tǒng)進(jìn)行分門別類，整合一些容易整合的，轉(zhuǎn)換一些較難整合的，實(shí)在陳舊不能整合的系統(tǒng)通過系統(tǒng)升級改造成新系統(tǒng)進(jìn)行整合。

2.4? 開放的策略

水利信息化整合與升級工作完全由單一系統(tǒng)供應(yīng)商提供一攬子的解決方案，這樣的解決方案大都比較適合新開發(fā)的系統(tǒng)，而且主要針對銀行、電信等管理集中的部門。該種方案一般一次性資金投入大，整合后的系統(tǒng)對管理人員的素質(zhì)要求都很高，不符合水利行業(yè)分散管理的現(xiàn)狀。應(yīng)打造一個(gè)開放的用戶、功能、數(shù)據(jù)平臺(tái)體系，形成統(tǒng)一開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，在規(guī)范的基礎(chǔ)上，能讓多個(gè)供應(yīng)商參與。這樣也可以保證水利信息化創(chuàng)新的活力，行業(yè)的健康發(fā)展。

3? 方法與實(shí)踐

本章節(jié)將介紹水利綜合管理平臺(tái)的用戶驗(yàn)證、功能路由、數(shù)據(jù)訪問等模塊的設(shè)計(jì)，展示平臺(tái)如何逐步對各類水利業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的用戶、功能、數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)前文中明確的目標(biāo)。

3.1? 利用OAuth2與“密碼盒子”混合的方式管理用戶

水利綜合管理平臺(tái)建立集中式用戶數(shù)據(jù)庫，以用戶手機(jī)號作為賬戶。用戶通過網(wǎng)頁、移動(dòng)APP、公眾號、小程序等訪問后臺(tái)統(tǒng)一服務(wù)網(wǎng)關(guān)時(shí)，網(wǎng)關(guān)根據(jù)用戶要訪問的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的驗(yàn)證類型不同分別進(jìn)行處理，如圖1所示。

對于新建的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，或者兼容OAuth2.0的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，平臺(tái)自動(dòng)通過OAuth2.0協(xié)議、OpenId技術(shù)獲取訪問秘鑰token，利用訪問秘鑰token訪問業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)跨業(yè)務(wù)系統(tǒng)單點(diǎn)登錄。OAuth2.0是一個(gè)安全、開放、簡單易用的權(quán)限標(biāo)準(zhǔn)[8]。在國內(nèi)外各大主流互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)如微信、QQ、微博、淘寶、FaceBook上有著廣泛應(yīng)用，被驗(yàn)證是切

實(shí)有效的。因此用它作為平臺(tái)統(tǒng)一驗(yàn)證的規(guī)范，有利于后續(xù)新建業(yè)務(wù)系統(tǒng)更容易地與綜合管理平臺(tái)進(jìn)行用戶權(quán)限上的整合。

傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)一般都使用賬戶名密碼登錄，登錄后獲取session，通過session訪問功能頁面。在整合這方面的用戶，我們采用了一種類似“鑰匙包”形式的“密碼盒子”功能。1）當(dāng)用戶用綜合管理平臺(tái)統(tǒng)一賬戶（手機(jī)號）登錄后，去獲取子業(yè)務(wù)系統(tǒng)資源。2）平臺(tái)判斷該用戶在子業(yè)務(wù)系統(tǒng)是否登錄過（是否存在有效的session），如果沒有，則找平臺(tái)數(shù)據(jù)庫中是否保存有關(guān)聯(lián)賬號;3）如果平臺(tái)數(shù)據(jù)庫中關(guān)聯(lián)的賬號密碼不存在，則讓用戶輸入該子系統(tǒng)賬戶密碼，驗(yàn)證通過后獲取session，進(jìn)行子系統(tǒng)資源訪問。這樣只要輸入一次賬戶密碼進(jìn)行子賬戶綁定后就可以做到統(tǒng)一賬戶登錄。

這種設(shè)計(jì)方法可以做到新老業(yè)務(wù)系統(tǒng)兼容，為用戶的整合帶來可行性、便利性和通用性。

3.2? 基于“用戶群”的概念實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的路由

綜合管理平臺(tái)引入了“用戶群”的概念，如圖2所示。它與QQ群、微信群類似，每個(gè)用戶可以根據(jù)需要加入多個(gè)用戶群，每個(gè)群有管理員、普通用戶之分，管理員可以審核加入申請，也可以讓用戶退群。與傳統(tǒng)群不同的是，綜合管理平臺(tái)的每個(gè)用戶群與業(yè)務(wù)子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，可以相互綁定。比如“安吉水利局群”綁定了《安吉山洪災(zāi)害防治系統(tǒng)》、《安吉工程建設(shè)管理系統(tǒng)》;“臨安水利局群”綁定了《臨安山洪災(zāi)害防治系統(tǒng)》、《臨安水資源管理系統(tǒng)》;“賦石水庫管理群”綁定了《賦石水庫視頻監(jiān)控》、《賦石水庫大壩安全監(jiān)測》;“水利廳水庫管理處群”綁定了

《水利廳水庫管理協(xié)同平臺(tái)》。用戶可以根據(jù)自己所在的單位、崗位加入對應(yīng)的群。只要群管理員審核通過，也可以加入其它群，比如安吉水利管理人員想了解賦石水庫管理處的工作情況，加入賦石水庫的群;水利廳水庫管理處的用戶想要了解臨安水利的情況可以加入臨安水利局管理群。

這樣用戶體系從原來傳統(tǒng)死板的樹狀結(jié)構(gòu)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，帶來很多靈活性。用戶登錄后，系統(tǒng)根據(jù)他參與的用戶群生成有針對性的系統(tǒng)菜單，讓功能在一個(gè)同一平臺(tái)上有效整合。

3.3? 使用代理模式逐步進(jìn)行數(shù)據(jù)整合

平臺(tái)定義了統(tǒng)一對外服務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn)、公共數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)范，新建的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)需按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實(shí)現(xiàn)。但是舊有業(yè)務(wù)系統(tǒng)往往沒有數(shù)據(jù)共享接口，或者不完善、不標(biāo)準(zhǔn)。因此我們需要用“代理”模式對舊有業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行逐步整合，如圖3所示。

每個(gè)舊有業(yè)務(wù)系統(tǒng)都要有一個(gè)服務(wù)代理模塊與之對應(yīng)，服務(wù)代理模塊通過jsoup[9]或Htmlpaser[10]等工具庫將原本傳統(tǒng)的HTML頁面解析成標(biāo)準(zhǔn)的API接口，接入到統(tǒng)一服務(wù)網(wǎng)關(guān)并對外提供共享服務(wù)。同時(shí)代理模塊還將訪問到的數(shù)據(jù)按照定義的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)存放到公共數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，使它成為平臺(tái)公共數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的共享、整合。這樣避免了重做舊系統(tǒng)帶來的成本、時(shí)間投入，同時(shí)可以將舊有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、功能融合到整個(gè)綜合管理平臺(tái)之中。

3.4? 搭建開放平臺(tái)

隨著綜合管理平臺(tái)的整合深入，逐步建立基于Restfull[11]的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)接口，基于OAuth2.0的統(tǒng)一認(rèn)證過程，形成統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上搭建開放平臺(tái)，如圖4所示。

開放平臺(tái)向水利業(yè)務(wù)開發(fā)者提供OpenAPI開放接口、二次開發(fā)SDK、標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)文檔。類似于在微信開放平臺(tái)中開發(fā)公眾號、小程序一樣，開發(fā)者申請一個(gè)開發(fā)者賬號，就可以訪問到平臺(tái)整合好的水利行業(yè)海量監(jiān)測數(shù)據(jù)，各種水利計(jì)算模型、分析功能。開發(fā)者結(jié)合自己的創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)基于人工智能、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)新系統(tǒng)，豐富水利信息化的生態(tài)。

4? 結(jié)論

本文介紹了水利信息化建設(shè)過程中用戶、功能、數(shù)據(jù)整合的必要性。通過分析當(dāng)前系統(tǒng)整合過程中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，明確了統(tǒng)一用戶、應(yīng)用集成、消除信息孤島、建立標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范點(diǎn)的目標(biāo)。提出一種漸進(jìn)式的整合思路：通過OAuth2.0框架、密碼盒子等方式統(tǒng)一用戶管理;通過“用戶群”的模式實(shí)現(xiàn)功能的整合;通過代理模式逐步融合數(shù)據(jù);建設(shè)開放平臺(tái)形成統(tǒng)一開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。它能有效建立業(yè)務(wù)子系統(tǒng)信息共享、松耦合的集成系統(tǒng)。充分實(shí)現(xiàn)信息跨業(yè)務(wù)、跨單位的無障礙共享，提升了業(yè)務(wù)協(xié)同效率;減少了信息集成的復(fù)雜度，縮短整合工作的建設(shè)周期。不僅在水利行業(yè)中發(fā)揮效益，也為其他行業(yè)進(jìn)行系統(tǒng)整合提供了一種思路。

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