浅析农村水利信息资源管理与共享

韩和喜 凌刚 黄伟华

摘要：文章从农村水利信息资源的管理与共享角度切入，深入分析探讨了影响农村水利信息资源管理与共享的各项因素，并结合国内外常见的水利信息资源管理系统架构与水利信息化相关技术发展趋势，提出了符合中国国情的农村水利信息资源管理系统的初步架构思路。

关键词：农村水利；信息化；云技术；信息资源管理；资源共享

中图分类号：F426 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）15-0127-05

1农村水利信息资源概况

农村水利信息资源按业务类别分别包括农村水利基础设施信息、在建工程信息、日常办公信息、即时通讯信息等；按信息属性类型分则包括空间信息、属性信息和时间信息等。

其中，反应农村水利基础设施、水利工程信息的空间信息是农村水利信息资源管理的重点之一。从严格意义上讲，所谓空间信息（Spatial Information）指的是反映地理实体空间分布特征的信息。通常图形是表示空间信息主要形式。理论上，任何地理实体都可以通过点、线、面等基本图形元素形象地重构再现。空间信息通过与属性信息、时间信息结合向人们完整地描述地理实体。人们通过空间信息的获取、加工与综合分析，从而发现区域空间分布或变化规律。随着空间信息技术的发展，越来越多的空间信息应用开始在日常生活中得到应用。

农村水利空间信息资源主要包括来自各类型灌区、农田水利设施、农村饮水安全工程及水利工程动态监控等业务应用领域产生的图片、视频、遥感影像及电子地图等。通过查询相关农村水利空间信息，各级水利管理部门能够快速地了解诸如某一灌区所处地理位置、灌区规模、灌区地形、覆盖的有效灌溉面积、灌区受益村等全面信息，从而进行科学决策。此外，空间信息在水利方面的应用还包括防汛决策支持、洪涝灾情评估等。当发生洪涝灾害时，各级水利部门亦能够通过充分利用农村水利空间信息等资源实时地了解各地水利基础设施的分布及运行状况，从而制定行之有效的防洪防汛解决

方案。

2农村水利信息资源管理与共享的意义

经合组织（OECD）相关研究表明，到2050年，全世界面临严重水资源危机的人口比例将从2005年的44%上升至47%。当前农业用水约占全球用水量的70%。农业灌溉则是农业用水大户，也是全球单一领域中水资源使用量最大的。由此可见，提高农业用水效率关乎水资源的未来。农村水利信息资源的高效管理与共享是提升农业用水效率的关键。随着我国水利信息化进程的推进，农村水利信息将会越来越丰富。农村水利信息资源的合理使用不仅能够促进农业科学灌溉、节水改造、农田水利设施建设管理，还可以在自然灾害预防、改善农村居住环境等诸多领域发挥非常重要的作用。

作为国家重要的基础性信息资源之一，未来农村水利信息资源不仅能在各级水利部门的业务系统中得到广泛应用，同时也必然整合入国家的电子政务网络，增强对资源环境动态监测和自然灾害等突发事件应急反应的信息采集、综合分析能力，从而实现跨领域的信息支持，如能够为三防系统提供详细准确的各种洪涝灾害疏导路线及设施等。因此，实现农村水利信息资源的高效管理与共享有着十分重要的意义。从某种程度上讲，实现农村水利信息资源的高效管理与共享将有助于促进我国的水利信息化进程，同时为我国的农业现代化及经济社会发展提供强有力的基础支撑。

3影响农村水利信息资源管理与共享的因素

3.1硬件环境因素

根据国家水利信息化发展思路，我国农村水利信息化硬件环境建设采取自上而下的方式开展。随着国家发展政策的推动与财政投入的加大，当前我国水利系统中上层信息化硬件环境建设已经基本完成，但是基层农村水利信息化硬件环境仍然较为薄弱。

“十一五”期间，水利部、省、市及县级水利部门已基本完成信息化硬件环境建设，并建立起一定规模的信息化业务管理及办公体系，但是县级以下的农村水利基层信息化硬件设施仍十分匮乏，即便是东部的江苏、浙江及广东等经济较为发达的省份，也依然存在农村水利基层硬件设施不到位的情况。中部及西部各省份的情况更加不容乐观。基层是数据的来源。基层缺乏足够的硬件设施就无法全面监控各项水利工作开展，也无法为各级水利管理部门及时提供全面详细的农村水利信息。缺乏来自基层一线的足够丰富、翔实的信息支撑，上层再先进的信息化系统也无法充分发挥其作用。

针对这种情况，国家水利发展“十二五”规划及各省的水利发展规划不断出台，推动着我国水利信息化进程不断加快。随着我国水利信息化进程的推进，农村水利基层的信息化硬件环境有望得到逐步完善，从而夯实水利信息化的基础。

3.2空间信息资源管理技术

我国的空间信息技术发展起步较晚。据国家相关统计数据显示：“十一五”期间，在国家“863”计划、“973”计划、火炬计划等系列科技发展计划支撑下，我国在空间信息技术领域取得突破性进展，包括网格地理信息系统、统计遥感、多元遥感数据综合处理与服务、空间信息快速获取与自动化处理、多源空间数据集成应用、自适应空间数据引擎等关键技术取得重大突破，并实现了技术的产业化应用。截至2010年，我国空间信息技术相关软件产业产值突破1000亿元，并造就了北京超图软件（SuperMap）、中国地大（MapGIS）、武大吉奥（GeoStar）等一批国产自主品牌软件，彻底改变了我国空间信息核心技术长期受制于人的被动

局面。

目前在国内外科研机构及行业应用机构的共同努力，空间数据库技术在两种发展趋势上分别取得了一定突破：

第一种发展趋势是中间件技术。中间件技术的主要推动者是世界各大GIS厂商。目前较为常见的中间件技术产品有美国ESRI公司的ArcSDE、Mapinfo公司的Spatial-Ware、超图软件的SuperMapSDX+。实际上这里所指的中间件实际上并非硬件，而是一个软件。中间件建立在操作系统之上，管理计算资源和网络通讯，允许应用元素通过网络连接进行互操作，并屏蔽其下的通讯协议、系统结构、操作系统、数据库和其他应用服务，营造出一个相对稳定的高层应用环境，使开发人员能够集中精力于系统的上层开发，而不用过多考虑系统分布式环境下的移植性和通讯能力。

另一种发展趋势是空间数据库扩展技术。空间数据库扩展技术的主要发展力量是全球各大数据库厂商。当前较为常见的空间数据库扩展技术主要有Informix数据库的SpatialData-Blade、IBMDB2数据库的Spatial Extender和Oracle数据库的OracleSpatial等。

这两种空间数据库技术发展趋势均在全球范围内得到比较好的实践反馈。但是这两种技术目前在实际应用中各有利弊。例如，在当前众多数据库产品中，Oracle关系型数据库管理系统是管理维护属性数据和空间数据的理想选择，然而实际应用中采用Oracle关系型数据库直接实现对空间数据信息的管理维护操作并不方便，相对较为复杂的数据管理维护操作更是难以实现；而中间件作为软件在实际应用安装过程中经常需要针对不同的系统、不同的平台进行相应的调整，其运行的稳定性与可靠性完全取决于安装调试的软件工程师。鉴于此，在实际进行水利信息化系统架设时，通常结合项目需要及预算等因素进行综合考虑。

3.3云计算

云计算（Cloud Computing），是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。云计算包括三个层次：云设备，即基础设施（IaaS）；云平台（PaaS）和云软件应用（SaaS）。云计算描述了一种基于互联网的新的IT服务增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展而且经常是虚拟化的资源。云其实是网络、互联网的一种比喻说法，用来表示互联网和底层基础设施的抽象。典型的云计算提供商往往提供通用的网络业务应用，可以通过浏览器等软件或者其他Web服务来访问，而软件和数据都存储在服务器上。

云计算具有四个显著的特点：首先，云计算能够提供最可靠、最安全的数据存储中心，用户不必担心数据丢失、病毒入侵等困扰；其次，云计算对客户端的硬件设备配置要求较低，软件使用服务方便；再次，云计算可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享服务，能够跨越不同的平台；最后，云计算为今后使用网络数据提供了几乎无限多的可能，扩展潜力巨大。

3.4云存储

云存储是在云计算（cloud computing）概念上延伸和发展出来的新概念，是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种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。云存储是云计算的存储模块，即虚拟化的、易于拓展的存储资源池。用户可以通过云计算系统使用存储资源池。

与传统的存储设备相比，云存储不仅仅是一个硬件，而是一个网络设备、存储设备、服务器、应用软件、公用访问接口、接入网、和客户端程序等多个部分组成的复杂系统。各部分以存储设备为核心，通过应用软件来对外提供数据存储和业务访问服务。云存储系统的结构模型由存储层、基础管理层、应用接口层和访问层组成。存储层是云存储最基础的部分，通常由分布在不同地域的大量存储设备连接而成。基础管理层是是云存储最核心的部分。基础管理层通过集群、分布式文件系统和网格计算等技术，实现云存储中多个存储设备之间的协同工作，使多个的存储设备可以对外提供同一种服务，并提供更大更强更好的数据访问性能。应用接口层是云存储最灵活多变的部分。不同的云存储运营单位可以根据实际业务类型，开发不同的应用服务接口，提供不同的应用服务。访问层允许任何一个授权用户都可以通过标准的公用应用接口来登录云存储系统，享受云存储服务。云存储运营单位不同，云存储提供的访问类型和访问手段也不同。

3.5制度与人员因素

目前，包括东南沿海经济较发达省份在内的我国绝大部分地区农村水利基层管理组织不健全，各项基层水利工作大多由水管员（往往是当地农民兼职，并非专职）开展。农村基层的水管员由于能力不够、精力分散和缺乏专业培训等原因，对水利行业专业技能与信息化作业的掌握存在明显不足。随着我国水利事业的发展与深化，这种情况估计仍将持续一段时间。

由以上分析可以看出，实际上农村水利信息管理制度的制定涉及到三个方面：一是对信息采集设备的管理；二对是空间信息等水利信息采集过程的规范管理；三是对已采集的农村水利信息资源的管理。这三个方面包括了农村水利信息资源的产生到后期的管理与维护。其中，信息采集设备的管理及信息采集过程规范主要针对水利基层工作人员，而对农村水利信息资源的管理与共享则不仅针对水利基层工作人员，还针对各级水利管理部门。结合国内外水利信息管理经验来看，主要的管理工作与职责由市县及以上的水利管理部门承担，基层所承担的管理工作极少。当然这需要取决于水利管理部门所采用的水利信息管理体系。

4常见的两种农村水利信息资源管理与共享架构

在水利信息化的初期阶段，由于空间信息资源等农村水利信息资源存量规模不大、基层信息化硬件覆盖程度较低和基层信息技术人员匮乏等因素，因此各主要发达国家基本采用集中式管理架构将农村水利信息资源集中到某个信息存储中心进行统一管理与共享。集中式管理架构的优点是通过将农村水利信息资源集中交由少量专业人员进行统一管理操作，既提高了农村水利信息的管理效率，又成功地规避了水利信息化初期基层水利工作人员素质能力不足与技术人员匮乏的弊端。从严格意义上讲，除了极个别国土面积较小的国家，这种集中式管理架构通常并非国家层面的全面统一管理，而是局部的集中式管理。原因在于水利信息化的初期阶段，绝大部分国家或地区由于技术、人员及现实环境的局限，无法实现全国水利一张网。因此，大多数情况下，这些国家或地区会采用以某一区域作为中心控制节点的方式构建集中式管理体系，例如我国当前就是以省为区域中心控制节点，再由地区中心节点定期或根据上级水利部门需要将数据进行上传共享。在这个阶段，中央往往主要通过存量信息资源了解全国农村水利基本情况，而无法实现对全国所有农村水利信息资源的实时查询及管理。

随着水利信息化工作的全面推进，各发达国家在水利信息化程度较高阶段，通过运用各种技术手段逐步将各个区域控制节点与中央水利管理部门连接，形成覆盖全国的水利网络，从而使中央一级的水利管理部门能够在一定程度实现对全国农村水利信息资源的管理操作。这时候的集中管理程度相对较低，同时在信息资源互操作上较为有限、速度较慢，容易出错，其原因在于中央及各节点的信息系统并非是统一规划建设，且采用的开发技术、系统架构、硬件标准、接口等方面存在较大差异

所致。

而随着水利信息化、地理信息系统、云计算和云存储等信息技术的发展，农村水利信息资源将越来越丰富，信息资源规模也越来越庞大，管理操作的复杂性与难度激增。在这种情况下，即使实现了全国联网的集中式水利信息管理系统，仍然难以满足这种庞大的信息管理需求。同时欧美部分国家通过进行水权改革，将水资源的管理与使用（主要指农业用水）划归各种地方联盟组织，如农民用水协会等，试图市场化手段提升水资源使用效率，由此导致水资源管理权相对较为分散。因此欧美等信息技术与互联网普及率高的工业发达国家或地区开始采用分布式信息资源管理架构实现对农村水利信息的管理。分布式管理架构与集中式管理架构的最本质差别在于应用的技术原理和管理思维。与集中式管理架构的集权式管理不同，分布式管理架构基于云计算、云存储等信息技术，结合地理信息系统，通过统一规划、统一技术标准、统一构建各个区域节点，从而实现更快更稳定的信息采集、传输、运算分析等操作，形成一个高效的水利信息资源管理与共享环境，更适合与水资源管理权相对较为分散的情况。

总体而言，两种架构各有其产生背景与技术优劣势。集中式管理架构在水利信息化发展初期阶段，通过集中管理弥补了水利信息化初期基层信息资源管理的不足，较好地促进农村水利发展和水利信息化进程。而分布式管理架构更适用于水利信息化程度较高、水资源管理权相对较为分散的情况。在一个高度信息化的社会，人们对信息共享需求越高。分布式管理架构更容易实现对信息的共享与

管理。

5我国农村水利信息资源管理与共享的

建议

当前我国农村水利信息化程度较低，农村水利基层信息技术人员严重匮乏。按道理这种情况较为适合采用集中式管理架构进行农村水利信息资源管理。但是实际上，由于城乡二元结构的割裂，我国县级以上水利部门的信息化程度较高，且县级以上水利管理部门的网络覆盖已经基本全面实现，并由此形成了我国农村基层与县级以上水利管理部门的信息化程度两极分化的局面。考虑到随着国家“十二五”规划的推进，我国农村水利信息化的速度会越来越快。与此同时，类似欧美国家的水权改革试点工作也在顺利开展。在这样的背景下，采用集中式管理架构能够在短期内满足农村水利信息资源管理与共享要求，但是中长期将成为我国水利信息化工作全面深入推进的阻碍。

与此同时，我国的网络信息技术、地理信息相关技术在近些年也得到了迅猛发展。结合我国农村水利信息化发展实际与相关技术的发展趋势，采用分布式管理架构更适合我国水利信息化的发展要求，更能够促进我国农村水利空间信息资源的有效管理与全面共享。从短期来看，分布式管理架构通过将信息的采集、传输、使用与管理分开，使基层水利工作人员只需要进行基础的信息采集与相关硬件设备维护，降低对基层水利工作人员要求，从而解决当前我国农村水利基层人员专业素养不高、信息技术人员匮乏的问题。从中长期来看，基于云技术构建的分布式管理架构更符合未来技术的发展趋势，更有利促进我国水利的全面信息化建设。基于云技术的管理架构将计算、存储等需求分布到各个节点从而降低了系统物理硬件要求与数据管理操作的复杂性。通过云技术将各个节点连接起来，形成一个规模庞大、使用便利的云端水利信息资源管理系统，以实现更快运算、更大存储、高度共享的未来电子政务要求。

我国水利信息资源的分布式管理架构可以水利部为核心，以省级一级的水利管理部门为区域中心节点进行部署，充分利用省级部门的人才与技术优势实现对农村水利信息资源的高效管理。在硬件方面，除了部分核心硬件，基于云技术的分布式管理架构对大部分的基础硬件要求并不高，普通的信息硬件环境即可满足其要求。针对部分过于陈旧的设备，可通过按照统一标准进行全面升级即可。对于采用云技术构建的农村水利信息资源管理系统而言，大部分的信息元数据仍保留在以省为单位的区域节点中，有利于促进区域内农村水利信息资源的跨平台共享与应用。

人员与制度方面则需要通过建立农村水利信息采集、传输及管理维护操作规范，明确农村水利信息化工作各环节的具体操作要求，并结合理论与实际操作开展水利基层工作人员培训，提升基层水利工作人员的专业素养，从而在一定程度上确保农村水利信息能够得到准确的采集、正确的传输，以及高效的管理与共享。

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基金项目：本文系广东省水利科技创新项目《广东省农村水利综合管理信息平台关键技术研究开发及应用示范》研究成果。项目组组长为李信民，副组长为周海炜、凌刚、朱加林，组员为韩和喜、陈宇光、张晓玲、吕国胜、黄伟华、张在荣等。

（责任编辑：文森）