水利信息系统应用支撑平台探讨

付 静，程益联

（水利部水利信息中心，北京 100053）

水利信息系统应用支撑平台探讨

付 静，程益联

（水利部水利信息中心，北京 100053）

随着水利信息化快速发展，水利信息共享困难、业务割据的问题已成为制约信息化发展的瓶颈，为此，必须开展水利信息化资源整合共享，其中，建设水利信息系统统一的应用支撑平台是资源整合共享的关键。详细介绍应用支撑平台的定位、组成、主要功能及服务方式，初步探讨水利云下的应用支撑平台架构组件及应用，确保水利信息系统的互联互通、信息共享、业务协同。

水利信息系统；应用支撑平台；资源整合

0 引言

水利信息系统应用支撑平台起步较早，在2003 年开始建设的国家防汛抗旱指挥系统一期工程中，水利行业就已开展了应用支撑平台的探索研究并得到应用，其后，在水利电子政务系统、国家水资源监控能力建设项目、全国水土保持监测与网络管理系统、水利财务管理信息系统等多个大型项目中均设计并开发了各自项目的应用支撑平台。

随着信息化建设工作的不断推进，信息化管理工作体制机制的不断完善，云技术应用的日趋成熟，对应用支撑平台提出了新的需求，也为不同业务应用间的业务协同、信息资源整合共享提供了条件，使原有的以各项目为单位开发的烟囱式系统向扁平化共享过渡成为可能。

水利应用支撑平台经过多年实践，已发生了悄然变化，原有各业务系统的应用支撑平台中大而全功能变得更为集中统一，突出重点，逐渐整合为水利信息系统统一的应用支撑平台，实用化地划分为通用工具和应用 2 大服务类组件，重点实现统一通用工具、数据交换服务、用户管理服务、地图服务等功能。

1 应用支撑平台定位

1.1 应用支撑平台纵向关系位置

水利信息化综合体系主要由水利信息基础设施、业务应用体系和保障环境 3 部分组成，框架如图1 所示。水利信息化保障环境由水利信息化标准体系、安全体系、建设及运行管理、落实建设与运行维护资金和人才队伍培养等要素构成；水利基础设施主要包括机房环境、计算资源、存储资源、网络资源及水利数据中心；业务应用由应用支撑平台和业务应用 2 部分组成，应用支撑平台指公用业务处理逻辑，以公共服务的方式由数据中心统一管理，业务应用完成非公用业务处理和实现应用的系统表示。

应用支撑平台位于水利信息基础设施中的水利数据层之上，水利业务应用体系中的水利业务应用之下，起到承上启下作用。采用面向服务体系架构，构建统一应用支撑平台，主要对防灾减灾、水资源管理、水土保持等水利核心业务，以及电子政务等重要政务进行整合，将各种业务和政务应用中通用的系统功能进行复用，形成组件，并在此基础上封装成可以调用的服务，通过服务的调用和再封装等技术，实现水利业务应用的协同，为水利业务应用提供公共开发和运行环境。应用支撑平台是水利信息资源形成整合共享的关键措施，可有效避免各应用对通用资源的重复购置及开发，具有领域内公共资源、共享服务的特质。

图1 水利信息化综合体系框架图

1.2 应用支撑平台横向关系位置

应用支撑平台由国家防汛抗旱指挥系统、国家水资源监控能力建设、水土保持管理系统、水利工程建设管理系统、水利财务管理信息系统等应用支撑平台功能的交集部分构成，并根据各业务系统应用支撑平台的自身特点，充分发挥所长，各有侧重地实现水利信息系统应用支撑平台的通用服务。各业务系统的应用支撑平台更为强调业务的个性化需求，是水利信息系统应用支撑平台的补充延伸。

2 应用支撑平台组成及主要功能

应用支撑平台采用面向服务体系架构，由底层的通用工具服务类和上层的通用应用服务类组成，水利信息系统应用支撑平台构成框架如图2 所示。通用工具服务类指具有通用成熟性的第三方产品，如 GIS、报表工具、全文检索、工作流引擎等工具组件。通用应用服务类主要对防汛抗旱、水资源管理、水土保持等水利核心业务，以及电子政务等重要政务进行整合抽取后，经过再加工，符合其通用性要求，形成统一的数据交换、地图服务和用户管理服务组件。

图2 水利信息系统应用支撑平台构成框架图

2.1 统一用户管理服务组件

以水利现有身份认证体系为基础，遵照相关的用户管理标准规范（组织机构代码、人员属性编码等），建立分布式的用户管理目录体系，分级维护人员的基本属性、社会属性、角色信息，并实现各级之间、政务内网与业务网之间用户身份信息的统一性和唯一性。建立的统一用户管理作为各业务应用的用户信息来源，保障用户信息的准确性、权威性，为后续的统一授权、责任鉴别奠定基础。各应用用户信息来自于统一用户管理系统，并根据需要在此基础上管理和维护各自专有信息。新建应用必须采用统一用户管理系统，已建应用应在升级改造时采用统一用户管理系统。用户管理内容除公民身份号码、姓名、所属机构等基本信息外，还应包括实现入门级授权需要的应用与数据资源等访问授权信息。

2.2 统一地图服务组件

水利“一张图”的信息内容包括国家基础地理、水利基础和业务信息。国家基础地理信息包括水系轴线、水系岸线、湖泊、居民地、地名、铁路、公路、国界、省界、地市界、县界和地形等；水利基础包括了 1～6 级流域、水文站、水库、水电站、水闸、泵站、堤防、引调水工程、农村供水工程、灌区、渠道、地下水取水井和涉水组织机构等；水利业务信息包括支撑各业务系统应用，具有鲜明业务特点的空间信息。水利“一张图”按OGC 标准进行组织，提供包括网络地图切片服务（WMTS）、网络地图服务（WMS）、网络要素服务（WFS）和数据处理服务（WPS）等，各水利业务应用根据需要，分别调用基础和专业服务，聚合形成符合专业特点和应用需求的特定地图服务。

2.3 统一数据交换组件

统一数据交换主要是通过数据交换平台的建设，构建统一的数据交换框架，规范交换流程和方法，形成统一数据交换机制，实现水利部、流域机构、省级等不同节点间的数据交换和政务内网与业务网之间的数据交换，构建三级两域的交换总体布局。支持常规数据、大文件数据、同构数据库等数据的交换。各业务应用仅需调用应用支撑平台上注册的数据交换组件，开发各自的业务应用适配器。

2.4 统一通用工具组件

构建应用支撑平台中的开发应用引擎，将 GIS引擎服务、报表工具、全文检索引擎、工作流引擎等第三方通用工具进行复用管理，支持按照业务需求以服务注册方式增加通用工具类型。

2.5 服务注册管理模块

对应用支撑平台提供的各类功能和服务组件进行注册、发布和管理等。

2.6 监控运行管理模块

监控运行管理模块主要包括平台运行、业务系统、服务运行、用户等的状态监控，以及系统软件、业务告警等的监控与管理功能。

3 应用支撑平台服务方式

应用支撑平台主要通过服务管理将包含的各类功能或组件服务化，并且通过服务管理管理各类服务。水利业务应用服务按照服务注册中心、请求者、提供者 3 个角色，遵守具体的技术规范，进而实现分布式资源的共享和服务。水利信息系统应用支撑平台服务管理模式架构如图3 所示。应用支撑平台中的统一数据交换、地图服务和用户管理服务及统一通用工具组件相当于服务提供者，把包含有服务接口、访问地址及对服务内容的语义描述等相关元素发布到服务注册中心；服务注册中心帮助服务请求者发现和定位合适的服务，并提供服务寻址功能；水利业务应用作为服务请求者，通过应用支撑平台中的服务注册中心发起请求间接获得服务描述，或者从服务提供者处直接获得服务描述，按照服务描述接口和地址约定实现与服务提供者的服务交互。

图3 水利信息系统应用支撑平台服务管理模式架构图

应用支撑平台 SOA 并不是一种现成的技术，而是一种将软件组织在一起的抽象概念，是一种在计算环境中设计、开发、部署和管理离散逻辑单元的模型，主要依赖于用 XML 和 Web Services 实现。因此，SOA 处于战略的角色，Web Services 处于战术角色。

4 基于水利云的应用支撑平台构建

4.1 基于 PaaS 系统的应用支撑平台条件分析

目前水利部在计算、存储资源等基础设施方面，已逐渐按照云平台模式进行架构，在政务内网、业务网内分别采用了 4 台 8 路 10 核服务器（共计 320 核）经过虚拟化技术构建了计算资源池，提高核心服务器的复用率及动态配置能力，从而节约后续购置、运行和管理成本，搭建起了水利基础设施云（IaaS 系统），解决了基础资源的统一管理，但对如何搭建基于云化的应用支撑平台还处于初步探讨和试点阶段。

应用支撑平台作为业务应用的开发、运行环境的平台，如何继续在水利基础设施云上发挥作用，实现软、硬件资源的动态调配成为亟需解决的问题。主要从以下 2 个方面进行分析处理：

1）从应用支撑平台云化适用性角度开展了业务和技术属性 2 个维度分析。业务属性主要考虑业务量突发特征、业务流程的处理串/并行工作机制、业务对资源需求量增长趋势等因素；技术属性主要分析是否存在特殊硬件依赖、负载特点、计算吞吐量、云化迁移工作量，以及应用厂商对应用平台虚拟化的技术支撑程度等因素。

2）在分析基础上，应用支撑平台云化迁移策略，采取由表及里稳健推进方式，优先支撑基于标准化 B/S 架构开发，并具有重复性及标准化任务的处理应用、可拆分的海量计算任务处理应用、业务忙闲分布不均匀且业务峰值明显的应用和可集中整合的业务特征。应用支撑平台云化的技术重点要解决具有通用工具和应用服务类组件的云化部署。

4.2 基于 PaaS 系统的应用支撑平台的架构组件

基于 PaaS 系统的水利信息应用支撑平台架构如图4 所示，通用 IaaS 接口适配下层 IaaS 系统，为基于 PaaS系统应用支撑平台提供公共资源（硬件和软件资源池）支持。事件驱动管理，对事件及事件接收和发送进行管理，同时也管理事件处理方式。资源仓库中存储着通用工具和应用服务类组件，但由于通用应用服务类组件需要按照云架构进行改造，难度较大，目前在试点阶段仅考虑通用工具类中的部分内容，如应用服务器类（Weblogic，IIS），应用开发语言支持类软件（.NET、标准 EXE 和 DLL）。应用环境管理，提供部署应用，应用生命周期和访问路由等管理。资源仓库管理就是管理经过云化的通用工具和应用服务类的组件及应用包。部署应用时，部署模块会根据版本等信息，从资源仓库拉取相应的模板、应用包和通用组件，然后按照模板完成应用部署。通用监控管理，提供监控项、监控策略、结合策略的告警等管理；同时也提供对系统和应用日志的管理能力。

图4 基于 PaaS 系统的水利信息系统应用支撑平台架构图

4.3 基于 PaaS 系统的应用支撑平台应用

4.3.1 业务应用部署

在业务应用与应用支撑平台处于松耦合关系下，可直接采用业务应用部署模式。业务用户首先需要在基于云化的应用支撑平台管理模块中，填写应用相关信息（名称、描述、类型等）；选择应用所依赖的环境规格及与此应用相适配的应用模板；设置应用日志路径及弹性伸缩策略；最后，上传业务应用包。

应用支撑平台根据用户提供的各种应用属性配置，先申请一定规格的环境资源，再通过虚拟机中的 1 个 PaaS 代理，从资源仓库中拉取应用部署所需的实体文件（如通用服务类组件、通用工具类组件、应用模板、应用包等），接下来 PaaS 代理按照应用模板部署应用。

4.3.2 任务调度

在业务应用与应用支撑平台处于紧耦合关系下，可采用任务调度模式。结合水利工作，以气象业务为例，通过事件驱动管理，将应用调度作为事件管理起来。任务调度系统触发应用任务执行事件，事件驱动系统模块接收事件，并根据事件处理的设置触发“启动应用”的事件，具体步骤如下：

1）将结合应用支撑平台监控系统数据，分析应用的历史执行情况，判断本次调度前是否需要对虚拟机进行纵向的弹性伸缩。若需要，则按照一定规则对资源进行伸缩。

2）启动虚拟机，在虚拟机启动成功后启动应用。应用将一直执行，直到“停止应用”事件的触发。停止应用时，先记录应用执行的结果，作为下次“启动应用”事件触发时是否需要进行弹性伸缩的依据之一；接下来依次停止应用和虚拟机，释放资源，结束整个调度过程。

5 结语

建设水利信息系统统一的应用支撑平台，是水利信息资源整合共享的关键措施，将为水利信息化健康发展提供有力的基础支撑。业务应用开发建设要基于水利信息系统统一的应用支撑平台，按照水利信息化标准规范要求，实现统一用户管理、地图服务、数据交换，确保水利信息系统的互联互通、信息共享、业务协同。

虽然目前进行了基于水利云的应用支撑平台工作，但很多理论和方法还需要进一步实践、深化和完善，应用支撑平台云化工作才刚刚起步，还存在诸多不足之处，这也是未来需要深入研究的方向。

[1] 水利部信息化工作领导小组办公室.水利信息化顶层设计[R].北京：水利部信息工作领导小组办公室，2009.

[2] 蔡阳.国家防汛抗旱指挥系统技术丛书：应用支撑与数据汇集平台[M].北京：中国水利水电出版社，2012: 9-23.

[3] 刘永金，黄科.运营商业务平台云计算资源池建设方案探讨[J].电信科学，2013: 201-206.

Discussion on Application Supporting Platform of Water Resources Information System

FU Jing, CHENG Yilian
(Information Center, the Ministry of Water Resources, Beijing 100053, China)

With the rapid development of water resources informatization, the problems of sharing difficulties, business separatist have become a bottleneck restricting the development of informationization.Therefore, resource integration and sharing about water resources informatization must be carried out.The key is constructing a unified application supporting platform of water resources information system.This paper introduces the location, composition, main functions and service modes in detail, preliminary discusses on the support platform architecture components and application under the cloud, in order to ensure interoperability, sharing and business collaboration of water resources information system.

Water resources information system; application supporting platform; resources integration

TV39

A

1674-9405(2014)05-0001-04

2014-09-17

付 静（1976－），女，北京人，高级工程师，主要研究方向为水利信息化。