云计算在水利信息化建设中的应用探讨

柳 林，刘恒伟，王 哲

（水利部海河水利委员会，天津 300170）

“继个人计算机、互联网变革之后，2010年，云计算作为第3次IT浪潮的代表正在向我们走来。它将带来人类生活、生产方式和商业模式的根本性改变，成为当前全社会关注的热点。”——摘自《中国云计算产业发展白皮书》

1 云计算的困惑

《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》明确指出“推进水利信息化建设，全面实施‘金水工程’，加快建设国家防汛抗旱指挥系统和水资源管理信息系统，提高水资源调控、水利管理和工程运行的信息化水平，以水利信息化带动水利现代化。”2011年全国水利信息化工作会议胡四一副部长强调“夯实新技术应用基础，积极探索物联网在水利业务中的应用，采用云计算等新技术，开展水利信息化资源的整合。”

自 2006年 Google公司首次提出 “云计算”（Cloud Computing）的概念以来，“云计算”已经开始慢慢走近我们身边，以物联网为代表的基于 “云计算”的应用也开始在工作和生活中得到广泛的应用，我们通过移动互联网已经在日常生活中使用一些公共云服务了。云安全、云存储、云教育、云视频、云游戏、云桌面等方方面面的应用已经渗透到台式电脑、笔记本电脑、手机和其他的移动终端里面，但在水利信息化建设中云计算的应用还是一片空白。

随着计算机互联网技术的不断进步和政府信息化建设的持续推进，各级水利部门近年来都陆续建设了信息化基础设施和一系列信息系统，基本实现了部、省、市、县的多级联网，而标准规范不统一、资源割据、共享困难、效能低下、重复建设等一系列问题也逐渐暴露出来，成为水利信息化发展的瓶颈。

水利行业有其自身的特殊性与复杂性，涉及面宽，专业众多，时效性强，决策交互性强。水利信息化涉及的内容十分广泛，建设项目的专业性、技术性都很强，许多目前用于生产的专业应用软件，基本上是专业技术人员自行开发，自编自用，很少有规模化的商品软件。这些软件的系统性、兼容性、可扩展性和用户界面等方面都很难达到商品软件的水平。其他信息管理类系统虽然由专业软件公司设计开发达到了商业软件水平，但由于行业层级管理的侧重点不同，亦只能在本单位内部发挥作用。

对于如何解决目前应用系统标准化程度较低、功能相对单一、系统协调性差，信息资源开发利用层次较低，系统开发与应用的不规范和多样化，难以构成系统化的综合性应用成果，部门间信息共享和业务协同程度低等问题，当前各级水利信息化主管部门虽然积累了多年的建设管理经验，颁布了部分相关标准，但依然存在很多困难。

接触云计算之初，笔者亦为其在水利信息化建设中的作用深感困惑，“物联网”可以在水利信息化建设中“联”什么呢？“云计算”又可以在水利信息化建设中“算”什么呢？但在诸多云计算应用的实践中，通过对云计算相关知识的学习研究，笔者深感其应用的广泛性和发展潜力，同时也认识到物联网、云计算将在极大的程度上解决目前水利信息化中存在的资源共享、重复建设、系统集成、业务协同、新旧系统交替等问题，助推水利信息化的发展，甚至开辟水利行业信息化发展的新篇章。

2 物联网与云计算

物联网 （The Internet of Things）是通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，是新一代信息技术的重要组成部分，顾名思义“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

云是网络、互联网的一种比喻说法。云计算是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。广义云计算是指服务的交付和使用模式，通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务，其中服务可以是硬件资源、软件、信息，或其他服务，计算能力也可以视为一种服务。

云计算与物联网是物在前端，云在后端，相辅相成的关系。一方面，物联网的发展需要云计算强大的处理、存储能力和协作能力作为支撑。从量上看，物联网使用大量的传感器，采集到海量数据。这些数据通过有限或是无限宽带互联网向某些存储和处理设施汇聚；从质上看，使用云计算设施对这些数据进行处理、分析、挖掘，可以更加迅速、准确、智能地对物理世界进行管理和控制，使人类可以更加及时、精细地管理物质世界，大幅提高资源利用率和社会生产力水平。云计算凭借其强大的处理能力、存储能力和极高的性能价格比，很自然就会成为物联网的支撑平台；另一方面，物联网将成为云计算最大的用户，将为云计算取得更大的成功奠定基础。物联网作为云计算应用最大的成功案例，将极大地促进云计算发展。

物联网、云计算兴起的浪潮已经引起了中央政府的关注，国家发展和改革委员会、工业和信息化部等相关主管部门已经对云计算产业的发展势头表现出了相当的兴趣和重视，并着手制定云计算产业在中国的推进政策。中央政府已经认清了云计算产业的核心价值，把握了云计算的未来发展趋势，在推动云计算产业发展方面彰显了巨大的决心。

3 什么是云计算

云计算是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再由多台服务器所组成的庞大系统搜寻、计算分析之后将处理结果回传给使用者。通过这项技术，远端的服务供应商可以在数秒之内，达成处理数以千万计甚至亿计的资讯，达到和“超级电脑”同样强大效能的网络服务。

到目前为止尚未有一个对云计算的标准定义，一般认为，云计算是网格计算（Grid Computing）、分布式计算 （Distributed Computing）、 并行计算（Parallel Computing）、效用计算（Utility Computing）、网络存储 （Network Storage Technologies）、虚拟化（Virtualization）、负载均衡（Load Balance）等传统计算机和网络技术发展融合的产物，通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。

云计算包括以下3个层次的服务：基础设施即服务 （IaaS），平台即服务 （PaaS）和软件即服务（SaaS），如图1所示。

图1 云计算服务模式

IaaS（Infrastructure-as-a-Service）：基础设施即服务，可以简单地理解为云设备。通过Internet可以从完善的计算机基础设施获得服务，将基础设备（如IT系统、数据库等）整合起来，IBM、戴尔、SUN、惠普、思科、H3C等硬件设备厂商就在进行此方面的研究，对应于水利信息化建设中的基础设施建设。

PaaS（Platform-as-a-Service）：平台即服务，也可以简单地理解为云平台，云平台包括了服务端平台和客户端平台，服务端平台与传统的服务平台类似，也是由数据库、应用服务器和中间件等组成；但又有本质的区别，既通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源，又依赖于互联网相关服务的增加、使用和交付模式。作为云计算服务的客户端平台，PaaS实际上是指将软件研发的平台作为一种服务，以SaaS的模式提交给用户。因此，PaaS也是SaaS模式的一种应用，同时PaaS的应用可以加快SaaS的发展，尤其是加快SaaS应用的开发、部署、应用推广效率。代表性的企业包括：Google、微软、苹果，最典型的软件是手机或平板电脑的操作系统，包括Android、iOS、Windows Phone。

SaaS（Software-as-a-Service）：软件即服务，也可以简单地理解为云软件。它是一种通过Internet提供软件的模式，通过大量公有或私有的服务软件或程序，由用户自由选择或组合，为企业、组织或个人的生产、管理和生活服务。它打破原有的软件开发、安装和使用模式，根据个人喜好和业务需求进行定制，提供各式各样的软件服务。 参与者为软件开发企业、政府管理部门、服务部门、软件开发者。

4 云计算的部署

云计算根据部署方式与服务对象的不同可以分为公有云、私有云及混合云。

公有云（Public Cloud）为用户提供应用服务，用户一般可通过Internet使用公有云，绝大部分是免费或价格低廉的。这种云有许多实例，通过Internet网络提供了大量的服务。其主要目的是政务或职能部门为社会公众提供的信息服务或业务办理，或是企业以免费或低廉的价格，提供有吸引力的服务给最终用户，创造新的业务价值，通过公有云整合上游的服务（如增值业务、广告）提供者和下游最终用户，打造新的价值链。如，典型的应用服务，免费的气象信息及其延伸的洗车、着装、出行等辅助信息，列车到站、航班到港信息等。

私有云（Private Cloud）是为特定客户使用而构建的，该基础设施只为特定的用户服务，因而提供对数据、安全性和服务质量的最有效控制。通过用户自有或独立的基础设施，可以设定在此基础设施上部署应用程序的方式。私有云可部署在客户数据中心的防火墙内或一个安全的主机托管场所。私有云对安全问题的保障更符合用户自身的业务需求。私有云可由组织内部的管理部门或云提供商进行构建。

混合云（Hybrid Cloud）是由私有云或公有云组成，同时将公有云和私有云2种服务方式结合。每种云仍然保持独立实体，但用标准的或专有的技术将它们组合起来，具有数据和应用程序的可移植性。由于安全和管理原因，并非所有的组织内部信息都能放置在公有云上，所以目前多数云计算部署采取的都是混合云的模式。同时混合云也为其他目的的弹性需求提供了一个很好的基础，例如应用服务灾难备份，这意味着私有云把公有云作为灾难转移的平台，并在需要的时候去使用它；或是将公有云的应用移植到私有云中，在Internet网络连接故障中可以继续使用相关服务。

公有云与私有云是相对而言的，以水利行业为例，水利行业内部的公共应用服务相对Internet网上公开的应用服务就是私有云，而相对于行业内的各级水利主管部门来说就是公有云，各级水利主管部门建设的仅供本单位内部应用的服务就是公有云。另外，同一应用服务在不同时期或者面向不同用户时可以转换其公有云或者私有云的模式。在建设过程中可以将通用型的模型、方法、信息管理展现方式统一建设，以公有云的方式来发布；在公有云的基础上补充完善本单位、本部门的个性化需求即为私有云。在实际应用中行业内外的公有云和本单位本部门建设的私有云均由云桌面协同使用，减少重复开发，提高综合应用水平，实现业务整合与协同。

5 云存储的应用

云存储（Cloud Storage）是在云计算概念上延伸和发展出来的一个新的概念，是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。 当云计算系统运算和处理的核心是大量数据的存储和管理时，云计算系统中就需要配置大量的存储设备，那么云计算系统就转变成为一个云存储系统，所以云存储是一个以数据存储和管理为核心的云计算系统。

云存储系统中的所有设备对使用者来讲都是完全透明的，任何地方的任何一个经过授权的使用者都可以通过网络与云存储连接，对云存储进行数据访问，并且在网络带宽且云平台处理能力满足的前提下，云存储的效率与传统的客户端存储几乎无异，甚至更高。

近年来投入使用的实时雨水情数据库和水情信息交换系统已经借鉴了云存储的理念，依托全国水利骨干网，通过水情信息交换系统采用数据交换方式实现全国地市、省、流域机构、部水文局4级数据库与数据库间的水情信息交换与共享。

6 云桌面的应用

云桌面，简而言之就是基于云计算的虚拟桌面，是在本地具备输入输出设备的硬件环境，而运行环境由云端资源虚拟实现，同时相关的应用、数据、运算都部署于云端。云桌面是云计算的重要应用领域之一，也是最具特点的应用之一。

云桌面颠覆了传统桌面的技术架构，以一种托管服务的方式把桌面系统交付给终端用户，提升业务应用与支持的服务能力、提高数据安全性、减少运维环节与成本，使得业务管理工作更专注于核心业务应用。相对于传统本地桌面，云桌面具有数据安全、节能减排、易于管理、灵活访问、稳定可靠、易于备份的特点。

在云桌面的应用中经常会有2种不同的提法，即“云桌面”和“桌面云”，目前尚未对此有严格的定义区分，但通过对其内容所表达的含义来分析，笔者认为：云桌面，是通过云计算软件来实现桌面的统一、资源的共享，让客户端脱离主机，用显示器、鼠标、键盘和云计算终端设备就能实现登录与办公，减少管理和维护费用；桌面云，是以现有桌面系统为基础，将资源集中管理，提升桌面服务水平，多用于实现一个窗口、多个桌面，满足多业务处理要求，当灾难发生的时候可以迅速恢复所有托管桌面。简而言之，“云桌面”即脱离客户端主机，由云端服务形成的客户交互桌面；“桌面云”即在用户现有客户端主机系统上根据业务需求形成的基于云计算的不同应用服务的组合。

“云桌面”和“桌面云”都属于瘦客户端的服务模式，但“云桌面”比“桌面云”更“瘦”，建设投资更低，因为“云桌面”模式使用专用瘦终端接入，已经不再需要客户端主机了，所有的运算、存储工作全部在云端完成，客户端只保留鼠标、键盘、显示器等交互设备，客户端本身不具备计算处理能力，为此“云桌面”模式以固定式办公环境为主。反之，“桌面云”应用可在云端或客户端完成计算处理，既可以用于固定式办公环境也可以用于移动式办公环境。

“云桌面”目前主要应用在营业厅、呼叫中心或是人员众多的服务企业的内部管理组织，通过“云桌面”部署桌面虚拟化，带来一种全新的IT服务模式，同时节约建设投资。“桌面云”满足多业务处理要求，在一些特殊工作环境中，用户通常需要同时用到多种不同类型的应用、应用组合或多个桌面系统，“桌面云”可以让用户在一个界面中同时访问不同的后台桌面系统，可以在不同系统间灵活切换，并可根据工作需要将云计算应用服务移植到客户端桌面运行。这样就满足了员工处理多个不同业务的需要，提升了工作效率，减少了空间占用。

此2种方式的原理和实现方式虽有不同，但核心思想是一致的，即相关的应用、数据、运算都部署于云端，基于云计算的虚拟桌面，根据用户需求来选择不同的使用方式，所以在后文中不再区分，统称为“云桌面”。

7 云计算在水利信息化建设中的应用

云计算并不神秘，其实在水利信息化建设中已有类似应用，近年来投入使用的水情信息交换系统已经具备云计算的雏形，初步实现了部门间的信息共享和业务协同。但其也只能说是云计算的雏形，或者定义为初级物联网的应用更为恰当，毕竟与真正意义的云计算相比还没有通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。

云计算的应用包括云安全、云存储、云教育、云视频、云游戏、云桌面等方面的应用，但在水利信息化的应用中，笔者认为重点是云存储和云桌面2个方面。

云存储可提供对海量数据存储、分享、挖掘、搜索、分析和服务的能力，使得数据能够作为无形资产得到统一有效的管理。通过数据集成和融合技术，打破部门间的数据堡垒，实现部门间的信息服务与共享。特别适合于目前水利行业内各类信息资源分级分类管理的模式；同时适合于诸如防汛、山洪、水污染突发事件等现地-指挥中心联合指挥中对现地指挥统一的、有效的、有针对性的信息支持，并可以通过对现场数据的分析处理将数据以更清晰直观的方式展现。

云桌面可为用户提供基于云计算平台的桌面服务，通过云桌面实现业务应用桌面的个性化定制，以面向对象、面向业务管理和个人习惯来选择和定制用户的个性化桌面，同时通过云桌面的虚拟运行环境实现业务的整合与协同。云桌面可默认定制部分常用或通用型业务应用服务，同时也可以根据用户所需进行个性化的定制取舍，访问自己所关注的内容或服务主题，或以应用推送的方式及时将重要的、需要及时关注的应用推送到用户桌面。

其中，业务应用服务可以根据水利行业信息化建设中的主要业务应用划分为水利信息公众服务、防汛抗旱、水资源管理、水资源保护、水土保持监测与管理、水利工程建设与管理、农村水电及电气信息化管理、水利规划设计管理、水利专业数字图书馆、水文业务、灌区信息化及其他特色的业务应用。同时，可针对不同的管理对象类型个性化定制单位或个人桌面，包括水库、水电站、水闸、泵站、引调水工程、堤防、农村供水工程、测站、河湖取水口、地表水水源地、入河湖排污口、治理保护河段、治理保护湖泊、治沟骨干工程、灌区、地下水取水井等。

在云桌面中可默认弹出部分常用或通用型业务应用服务，桌面布局提供了可扩展、易切换的分类应用板块。用户可以在多桌面、多应用主题之间快捷自如切换，个性化定制个人云桌面。用户既可以调整默认桌面的内容，也可以选择添加需要的应用，删除不需要的应用，或由管理人员将重要业务应用及时推送到用户桌面；根据业务工作需要确定应用运行在客户端还是云端，业务应用成果可由用户选择保存在客户端或保存在云端，实现信息共享与业务协同。

云桌面的使用方式将与传统的操作系统使用保持一致，即用户可以打开应用窗口的最大最小化，调整应用窗口大小，拖拽调整应用的位置，保存调整修改信息，应用最小化之后会以小图标的形式出现在桌面下方，用户可以随时调用。用户还可以选择系统主题，登录后也可以自定义默认桌面、自定义桌面背景、自定义码头样式、自定义打开应用的窗口样式。

同时，云计算在水利业务应用系统建设过程中，可以推进标准化与规范化进程，使得标准化与规范化工作更加有的放矢，促进水利行业业务应用系统的软件产品化开发与推广应用，减少重复开发，降低开发成本，有效集成各类业务应用服务与资源，提高综合应用水平。

8 展望

云计算能给我们带来的优势显而易见：节约成本、信息共享、业务协同、节能环保等，然而云计算的实施面临平台整合、应用整合、安全性等多方面的问题。随着云计算技术及其标准化进程的发展和云计算典型应用的逐步展开，越来越多的研究机构和商业厂商将投入到云计算的研究和应用开发中，云计算正迎来前所未有的良好发展机遇。

随着云计算“十二五”规划的制定完成，近年来多个城市、部委纷纷推出各自的云计算产业、规划，并已启动实施，因此云计算政府应用将逐步走强，而随着云计算技术的成熟，各行业的云计算解决方案将日益丰富。

在水利信息化建设方面，云计算的应用必将有力推进信息存储、共享、服务设施与机制的建设，丰富信息源，有效缓解业务应用中需求与信息资源不足、共享困难的矛盾，全面推进综合性共享业务平台的建设。同时，在水利业务应用系统建设过程中，通过云计算的方式达到标准化、模块化与规范化建设，促进业务应用系统的软件产品化开发与推广应用，增强通用性和适用性，减少重复开发，提高综合应用水平。

在不久的将来，一定会有越来越多的云计算应用投入到水利行业业务管理工作中，同时云计算将在水利工作中发挥越来越重要的作用。