宁夏水利数据中心建设探讨

王彦兵，李 硕

（宁夏水文水资源勘测局，宁夏 银川 750001）

• 简讯 •

宁夏水利数据中心建设探讨

王彦兵，李 硕

（宁夏水文水资源勘测局，宁夏 银川 750001）

扼要介绍宁夏水利业务特点及信息化环境概况，从建设指导、业务、信息化、人员队伍、建设模式等 5 个背景方面对宁夏水利数据中心规划建设的背景环境进行阐述，分析宁夏水利数据中心的总体建设步骤、第 1 阶段的建设过程和设计要点，分享第 1 阶段的建设成果。对宁夏水利数据中心规划和建设过程进行总结，希望对今后宁夏水利信息化工作及他省水利数据中心建设起到些许借鉴作用。

水利数据中心；规划；建设；水利业务；水利信息化；经验

0 引言

宁夏是唯一国土面积全部属于黄河流域的省区，土地总面积 6.64 万 km2，总人口约 632 万。近年来，随着水利业务的不断发展，数据量、工作量也不断加大，对业务分析的深度、准确性和效率的要求也不断提高。借助信息化手段提高业务处理能力已经逐渐融入宁夏水利的日常业务处理工作中。宁夏水利厅近年来在网络、机房、信息采集、数据存储积累等基础设施建设方面投入了很大精力，并取得一定的进展。与此同时，在水利部的指导和自身需求的牵引下，各主要业务方向的应用系统建设也逐步开展。

随着宁夏水利信息化的不断推进和发展，自身对水利信息化资源整合的内部需求也日趋明确和迫切。加之近年来数据仓库、数据资源管理、海量存储、光纤链路、物联网、云计算等技术的高速发展和深入开发应用，建设宁夏水利数据中心的技术条件已经成熟可靠。为此，宁夏水利厅建立覆盖宁夏水利全业务的统一水利数据资源环境和共享交换体系，建设支持全区水利系统和相关政府部门信息共享和业务协同的水利数据中心，以适应宁夏水利现代化发展需求。

1 宁夏水利数据中心的建设背景

1.1 建设指导背景

国家水利数据中心是国家“金水工程”规划重点建设的“六大系统、两大基本支撑平台”中的一大基本支撑平台[1]。在国家水利数据中心“三级”总体布局中，省级水利数据中心属于第 3 级骨干支撑节点。水利部于 2009 年初向水利行业内发布的《水利数据中心建设基本技术要求》[2]，为宁夏水利数据中心的建设提供了总体建设指导。

进入“十二五”，水利部制定的《全国水利信息化发展“十二五”规划》[3]，以及宁夏水利厅制定的《宁夏水利信息化“十二五”规划》[4]，均在建设方向、总体内容、框架等方面，为宁夏水利数据中心建设提供阶段性指导[5]。

1.2 业务背景

宁夏水利厅是宁夏水行政主管部门，下设 40 家厅属单位，并直接管理引扬黄灌区的灌溉和大部分工业园区的供水业务。按自然地理划分，全自治区分为北部引黄灌区、中部风沙干旱带、南部黄土丘陵区。北部引黄灌区灌溉面积为 36 万多 hm2，是全区经济社会发展的精华地带；中部风沙干旱带煤炭、土地资源丰富，水资源极度匮乏，区域发展主要依赖扬黄水，已建成 4 大扬黄灌溉工程和 2 大工业供水工程；南部黄土丘陵区经济社会发展用水主要依赖当地雨洪水资源，库井灌区面积为 7 万多 hm2，水资源保障率低，水土流失严重。同时，为了解决引水、输水、用水、节水问题，充分利用水源资源，宁夏引扬黄灌区灌溉用水、工业园区供水及大型集中式人畜饮水工程均由水利厅下属单位直接运营供水业务。

从宁夏水利厅的组织机构分布看，宁夏水利厅政务工作包括：办公、组织人事、党政作风、党团、工会、财务审计等管理工作；水利业务主要包括：规划计划、建设管理、科技教育、水政水资源管理、农村水利、防汛抗旱、水文业务、灌溉管理、节水管理、水土保持、水库移民事务管理、城市防洪、水利经济、安全生产、工程建设管理、水务供水业务等。市级水务局业务管理内容相对较少，县级水务局虽然管理的范围较水利厅小，但业务内容比较全面，几乎涵盖各类业务范围。

总体来说，宁夏中北部主要以农业灌溉和工业供水为主，中南部主要以抗旱为主。灌区灌溉业务是宁夏水利的一大特色业务，40 家厅属单位中包含了灌溉管理局和 11 家自流、扬水灌溉管理处，主要管理、调度、控制灌区灌溉，以及渠系建筑物和机电设备等的运维、养护，同时肩负着灌区及周边地区人畜饮水、生态环境改善工作，是宁夏水利业务中非常重要的一部分。中南部地区干旱缺水，因此抗旱工作也是宁夏水利业务的一项重点工作。宁夏水利厅直属 40 家厅属单位直管全区一半以上的水利业务，并对各县（区）的水利业务垂直管理，对建设统一集中式的水利数据中心提供了基础保障。

1.3 信息化背景

1.3.1 基础信息资源建设情况

宁夏水利规划的信息资源采集点包括引扬黄灌区骨干工程信息采集点 5 092 处和水文监测站点3 707 处，共 8 799 处。已有的监测站点共 789 处，其中自动监测站点 197 处，人工监测站点 592 处；目前正在实施的水文监测站点有 1 331 处，其中自动监测站点 1 122 处，人工监测站点 209 处。

基础信息资源建设的不断丰富，尤其是信息采集监测覆盖范围和密度的不断扩大和加强，为水利数据中心实现数据的统一管理和共享提供了必要条件。

1.3.2 通讯网络环境建设情况

按照国家“两域四区”的通讯网络环境体系，目前宁夏水利的网络区域划分基本成型，并重点发展承载业务数据传输的水利政务外网（水利政务外网是原水利行业防汛骨干网借助国家政务外网的延伸，宁夏水利行业中也称“水利业务专网”，下同）和外网局域网 A，B 区的建设，其中又以 B 区局域网的建设为主，A 区主要以接入为重点。目前，宁夏水利通信传输专网已全部建成，水利厅与各市县水务局、厅属单位全部联通 20 MB 光纤，灌溉管理所及水文站为 10 MB 光纤通信，为建设集中式数据中心提供了通信保障。

1.3.3 应用系统建设情况[6]

以水文、防汛业务信息化为先导，宁夏水利在国家指导和自身需求建设的双重驱动下，已积累了多套业务应用系统，并逐渐发挥辅助业务管理的作用。主要包括：防汛抗旱指挥系统一期工程系列应用、水文局水情综合业务系统、宁夏水文数据库、灌区水量调度系统、水土保持监测系统一期工程系列应用、农村饮水安全管理系统、水利工程建设管理系统、水库移民安置管理系统、三维电子江河系统、小型农田水利申报系统、银川市水资源管理系统、宁夏水利普查系统，以及正在建设的山洪预警系统等等。这些系统在支撑业务管理的同时，也对系统数据的来源、一致性、安全性及系统的运行维护等提出新的需求。

同时，以往各单位根据内部需要建设的，如灌区水情遥测类、数据填报类等系统大多被淘汰或废弃，或虽然仍在使用但已很难满足目前的信息交互需求。这些系统积累的数据如何完整地留存和有效地利用，也是一项新需求。

1.4 人员队伍背景

随着信息时代气息的逐渐深入，以及水利部的大力倡导，自身需求的加强，宁夏水利单位各级领导都逐渐重视水利信息化的建设与发展。为全面推进全区水利信息化建设，于 2011 年 9 月底成立了宁夏水利信息化建设领导小组，厅长担任组长，主管副厅长及总工程师任副组长并主持工作。下设办公室，由水文局和信息中心共同组成，抽调各单位信息化知识丰富和业务能力强的工作人员专门负责信息化建设项目的前期规划、中期建设、后期运维管理等。同时，各厅属单位、市县水务局人员年轻化趋势明显，高等教育人才比例增加，带动各单位信息化意识和水平逐渐提升。

1.5 建设模式背景

在水利厅主管领导的带领下，宁夏水利厅拼盘资金形成合力，创新建设模式，实施集中管理。有效避免了由于项目来源多样、资金投入渠道分散、建设标准不统一、管理部门不同等原因，造成建设内容重复、资源不能共享等问题的发生。在建设管理上实行“统一设计标准、统一组织招标、统一合同签订、统一资金使用、统一施工管理、统一项目验收、统一质量监督”，为宁夏水利信息化建设进入“快车道”、高效发展扫清了障碍。

2 宁夏水利数据中心的建设分析

数据中心作为整个宁夏水利业务的支撑体系，如何既满足宁夏水利的实际情况，又达到前瞻性、先进性的要求，是数据中心建设前期必须考虑的事情，在具体建设过程中，要重点考虑范围、数据和共享 3 个方面的问题。

2.1 数据中心建设思路及步骤

目前仅水利数据中心已经有了不少的实践，从硬件共享到数据共享，从数据集中到业务集中，都为数据中心的建设提供了很多借鉴。在宁夏水利数据中心的建设中采用以现有资源为基础，整合、综合已有数据，以数据共享、集中管理为手段的建设思路，以期最终建设一个可覆盖宁夏水利全业务的综合性数据中心。

为了实现这个目标，宁夏水利数据中心采用总体规划、分步建设的方式。2011 年完成了总体构思和数据中心的整体初步设计，根据初步设计的建设步骤，2012 年 6 月开始实施第 1 阶段的建设。

第 1 阶段是打基础、定框架的阶段，基于网络建设规划，先建设 B 区范围的数据中心。宁夏水利信息化一期工程水利数据中心建设是以现有设备、网络资源和信息资源为基础，通过整合、综合，建立覆盖宁夏水利全业务的统一水利数据资源环境和共享交换体系[7]，建设支持全区水利系统和相关政府部门信息共享和业务协同的公共核心支撑平台[8]。

第 1 阶段的具体建设内容包括：进行初步的信息资源规划，搭建全区数据中心的软硬件基础环境、网络及安全保障环境，建设全业务全数据的数据存储环境，搭建数据交换共享、公共服务、地理空间信息等平台，同时建设基础性的应用管理系统，包括数据维护管理、综合信息服务、二三维空间展示、监控管理等系统[9]。

目前第 1 阶段已基本建设完成，建设过程如图1所示。

待第 1 阶段成果逐渐发挥作用，一定程度上对业务管理方式、人员思想产生促进性影响，对进一步的建设和改造有迫切需求时，将再进行设计修订和第 2 阶段的建设。下一阶段的主要任务重点将放在全区应用功能模型的梳理和应用系统的整合与建设方面。

数据中心的建设与以往应用系统建设的主要区别在于，数据中心建设的前期调研和分析，要全盘考虑整个数据中心乃至今后基于其上的应用系统建设，因此要慎重设定范围，开展信息资源规划，然后再进行具体建设内容的设计和实施。

图1 数据中心第 1 阶段建设过程图

2.2 数据内容及应用

宁夏水利数据中心第 1 阶段建设的重点是基础环境和数据框架，因此重点分析建立数据、业务和系统体系结构等模型，建立相关的资源管理标准。因宁夏水利信息化程度尚未达到依赖应用系统处理业务的程度，因此在下一阶段再进行功能模型的分析和建立。

宁夏水利数据中心的数据内容严格按照基础库和专业库区分，基础库存放各系统共享的基础类的数据，包括接口、整合、交换 3 个数据层。专用库存放各应用系统自己私有使用的数据，对于已建应用的专用库，保留原有存储数据库类型和地点，随着应用更新逐渐改造后，停用原有专用库；对于以后新建应用系统的专用库，按照数据中心存储数据库类型和分布方式进行统一规划存储；对于在建系统的专用库，原则上及时按照新建专用库方式改造。数据存储结构示意图如 2 所示。

图2 数据存储结构示意图

各类数据库中只有基础库的整合数据层存放数据库形式的空间数据，少量文件型空间或缓存数据，可根据地理信息系统平台的需要自定规则在文件系统中存储。

2.3 数据交换共享体系

数据交换共享按照数据流向分为左右、上下、内外、网域间的交换共享。“左右”是指同节点同网络区域数据中心内部的数据交换关系；“上下”是指数据中心各级节点间的交换关系；“内外”多是指水利数据中心与其他行业单位间的交换关系，也包括与公网环境内系统或设备间的交换关系，如自动采集点、视频监控点；“网域间”是指“两域四区”各区域间的数据交换关系。

对于省（自治区）及所辖市县而言，数据中心的总体交换体系属于“一级中心”的方式，即只有省级数据中心真正承担数据交换共享的服务能力，左右、上下、内外均是以省级节点数据存储体系的基础库为中心的交换共享，同节点同网域的专用库、市县级数据中心节点，以及与数据中心通过Internet 连通的外部环境，均作为交换共享的终端节点，仅完成本节点提供需要共享给其他单位的数据及所需其他单位数据的获取能力，不作为对其他节点直接提供数据共享服务的节点，即：省级、市县级水利数据中心整体采用的是“一级中心、两级交换”的星形交换共享体系结构，而非每个节点自成“中心”的网状体系结构。

2.4 数据中心设计要点

2.4.1 信息资源的规划

信息资源规划是对信息进行采集、处理、传输和使用的全面规划，侧重数据流分析，在一定职能域范围内，建立功能、数据和系统体系结构等模型，建设信息资源管理基础标准[10]。

第 1 阶段信息资源规划的建设过程如图3 所示。

图3 首次信息资源规划实施过程图

2.4.2 全业务全数据的定位

宁夏区域范围小，管理集中，容易统筹安排，因此数据中心一期建设定位为“全业务”，汇集“全数据”进行统一整理、集中存储、高度共享。且在数据模型的设计、数据的交换及整编录入过程中，强调“一数一源”的原则，保证一个数据确定唯一的责任单位，多处使用的同一数据具有唯一的数据源头，解决信息重复生产、数据来源不一、数据不一致的问题。

2.4.3 一级中心两级交换的设计

考虑到维护管理的人力情况和建设、运行成本，宁夏水利数据中心设计为“一级中心两级交换”，即在区水利厅设立区数据中心，承担全区数据的存储，提供交换共享服务，提供统一的功能及应用服务；在 22 个县级水务局建立数据中心前置节点，作为现地管理应用系统的集中部署中心，并作为交换前置节点与区中心实现两级数据交换[11]。

2.4.4 SOA 的服务架构

整个宁夏水利数据中心遵循 SOA 的服务架构[12]，无论是数据还是功能性、公共业务性的应用，或是监控类管理应用，均采用服务的形式对外提供，基于服务总线进行统一管理、调度，采用标准的、多样化的、可扩展的服务接口，为上层业务应用系统提供灵活的服务支持，并达到服务实现与接口的解耦合[12]。

2.4.5 先进技术的应用

宁夏水利数据中心经过技术考察和研究，在确保整个环境稳定性的基础上，积极运用当前主流的先进技术，保证系统的前瞻性，延长系统使用寿命。包括：采用虚拟化技术搭建数据中心基础环境，以提高资源利用率，提升整体性能，增强灵活性，减少应用瓶颈；运用云计算 IaaS，DaaS，PaaS等技术理念搭建全区云模式数据中心等[13]。

2.4.6 创新性的多维方式

在数据收集整编录入阶段，采用创新性的多维方式，实现数据快速、准确收集与促进全区水利业务人员信息化水平提高的双赢。主要采用系统数据自动交换，各典型业务单位数据样本精细化收集处理，“全民”大培训，发动业务数据责任单位录入数据并审核数据正确性等多种方式，既能快速收集更多的历史数据资料，又验证了数据模型的合理性，并能最大程度地保证业务数据的正确性，同时通过培训提高水利业务人员的信息化水平，增强对数据中心的理解。

3 宁夏水利数据中心的阶段性成果

截至目前，宁夏水利数据中心第 1 阶段建设已接近尾声，大部分建设已基本完成，并取得一定成果。具体成果如下：

1）基础硬件环境搭建。已完成区中心机房、网络环境的改造和虚拟应用环境的搭建；完成 40 家厅属单位、灌区管理所、水文站和 26 家市（县）水务局水利专网的接入，防入侵安全的建设及辅助供电的改造；完成 54 路视频监控系统及监控集中存储的建设。

2）信息资源规划。梳理出全宁夏水利业务17 大类、62 小类、347 项业务流程，梳理出业务数据 13 大类 48 小类，分析整理了业务与数据共享目录，绘制了 C-U 矩阵图。

3）数据库建设。完成数据库模型设计及基础数据库、数据交换系统、数据库维护系统的建设，完成与 3 类专用数据库的数据自动交换；建设完成21 个市县分中心的前置节点及专用数据库集成环境的建设。

4）应用支撑平台建设。开发完成应用支撑服务平台及综合信息服务系统，完成应用服务开发 79 个、共享服务 150 个、综合信息服务 249 个、综合监控19 项、公共移动应用功能 43 项。

5）空间信息共享平台。完成二三维展示、GIS门户、空间数据维护等系统的建设；发布地图服务157 个、空间分析服务 8 个、专题图50 多张。

4 宁夏水利数据中心的建设经验教训

针对初步设计和前期准备过程及第 1 阶段的建设工作，总结出以下几点经验或教训：

1）数据中心建设范围广、难度大，必须高层领导坐镇，上下思路一致，各单位高度重视。

2）数据中心建设实施之前，最好做好各业务单位的培训工作，使相关业务领导和骨干了解数据中心的建设目的、基本方法和相关技术，为建设过程中各单位的积极参与和协作打好基础。

3）信息资源规划是数据中心的地基，需做足充分的思想准备，扎实做好信息资源规划，把握好核心，确定好方向。

4）数据中心的基础性设计细节需要不断推敲，在运用中磨合改善，信息化建设不像工程建设，不能追求一蹴而就，要在坚持核心和方向不变的前提下，敢于调整，追求完善。

5）数据中心的技术先进性固然重要，但要以稳定性为前提，不可一味追求新技术、新产品，而忽略技术或产品的适用性和成熟稳定，这样会导致数据中心“大厦”的根基不稳。

6）每个省份的情况不同，应根据本省水利业务各单位的实际情况，按业务领域分块或分步实施信息资源规划和数据中心建设，逐步扩大范围，最终形成整合。

5 结语

水利数据中心建设是水利信息化的大势所趋，将会成为水利信息化近期乃至一段时间的建设重点。随着水利业务和管理的精细化、及时性、综合性要求的不断提升，传统的工作方式及以往孤立、简单的信息化应用支持将不再能够满足需求。而SOA、云计算、大数据分析等新技术的涌现，成熟，落地，恰好为水利数据中心建设提供了良好契机，理性地、按需地选择新技术，将会使水利数据中心更高效地建设和发挥作用。同时还需要发动相关业务单位，对自身的业务和信息进行充分地梳理、分析、规范，借助水利数据中心建设机会调整、优化业务和管理流程，建立稳定的基础模型，才能更加事半功倍，使水利数据中心持久、良性地运转起来，发挥统一信息、整合资源、节约成本、支持决策的作用。

基于宁夏水利现状开展的数据中心的规划、第 1 阶段的建设过程和取得的成果，以及对建设经验和设计要点的总结，是在水利数据中心方面的先行探索，将在宁夏水利数据中心的后续使用、优化和补充的实践中进一步摸索完善和调整。

[1] 水利部水利信息中心.全国水利信息化规划（“金水工程”规划）[R].北京：水利部水利信息中心，2003.

[2] 水利部水利信息中心.水利数据中心建设基本技术要求[R].北京：水利部水利信息中心，2009.

[3] 水利部规划计划司.全国水利信息化发展“十二五”规划[R].北京：水利部规划计划司，2012.

[4] 宁夏回族自治区水利厅.宁夏水利信息化“十二五”规划[R].银川：宁夏回族自治区水利厅，2012.

[5] 蔡阳.水利信息化发展“十二五”规划编制应着力把握的几个问题[J].水利信息化，2010 (1): 1-3.

[6] 水利部信息化工作领导小组办公室.2012 年度中国水利信息化发展报告[M].北京：中国水利水电出版社，2013.

[7] 成建国，钱峰，艾萍.国家水利数据中心建设方案研究[J].中国水利，2008 (19): 32-34.

[8] 水利部水文局（水利信息中心）.关于印发加快推进水利信息化资源整合与共享指导意见的通知[R].北京：水利部水文局（水利信息中心），2008.

[9] 甘郝新，陈晓武，舒强.水利数据中心框架设计初探[J].人民珠江，2011 (6): 61-63.

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[11] 艾萍，吴礼福，陈子丹.水利信息化顶层设计的基本思路与核心内容分析[J].水利信息化，2010 (1): 9-12.

[12] 艾萍.面向服务的国家水利数据中心体系结构[C]//全国水利信息化技术与建设成果交流展示会论文集.北京：中国水利水电出版社，2005: 11-23.

[13] 蔡阳.现代信息技术与水利信息化[J].水利水电技术，2009 (8): 133-138.

Discussion about Water Resources Data Center Construction in Ningxia

WANG Yanbing, LI Shuo

(Ningxia Hui Autonomous Region Hydrology and Water Resources Survey, Yinchuan 750001, China)

A summary introduction is made on the features of water resources business and informatization status in Ningxia.The article expounds on theconstruction background of Ningxia water resources data center from five aspects such as guidance, business, informatization, staff team and construction mode.The general construction steps, the construction process in the first phase and the design points of Ningxia water resources data center are analyzed.Sharing the results in the first phase, it summarized its planning and construction process, hoping that these are useful for later and helpful to other provinces.

water resources; planning; construction; water resources business; water resources informatization; experience

TV211

A

1674-9405(2014)04-0053-06

2014-03-21

王彦兵（1978－），男，宁夏中宁人，工程师，主要从事水利信息化建设与管理及水文情报预报工作。