省级水资源管理系统数据共享与交换实现方法分析

符伟杰，冯永勤，周晓峰，朱小伟

（1. 水利部南京水利水文自动化研究所，江苏 南京 210012；

2. 水利部水文水资源监控工程技术研究中心，江苏 南京 210012;

3. 江苏省水文水资源勘测局，江苏 南京 210029；

4. 河海大学，江苏 南京 210098；

5. 江苏南水科技有限公司，江苏 南京 210012）

省级水资源管理系统数据共享与交换实现方法分析

符伟杰1,2，冯永勤3，周晓峰4，朱小伟2,5

（1. 水利部南京水利水文自动化研究所，江苏 南京 210012；

2. 水利部水文水资源监控工程技术研究中心，江苏 南京 210012;

3. 江苏省水文水资源勘测局，江苏 南京 210029；

4. 河海大学，江苏 南京 210098；

5. 江苏南水科技有限公司，江苏 南京 210012）

国家水资源管理系统分中央、流域、省级、地市级和县区级等五级，在整个水资源管理系统建设中，省级水资源管理系统不仅是所有基础数据的汇聚点，同时也负责向流域和中央系统上报数据，所以，数据共享与交换平台是核心内容之一。针对省级水资源管理系统设计和建设的实际需要，从总体架构、数据交换方式和交换流程等方面，详细分析和探讨省级水资源管理系统数据共享与交换的实现方法，为同类系统的设计和建设提供借鉴。

水资源管理；省级；共享与交换；平台结构；交换节点；交换流程；配置管理；日志管理

0 引言

为了贯彻最严格的水资源管理制度，实现水资源管理 3 条红线的控制目标，水利部开展了国家水资源管理系统建设工作，同时，要求各流域和省（市）水利部门根据统一部署，同步开展各自辖区内的水资源管理系统建设[1]。

国家水资源管理系统分中央、流域、省级、地市级和县区级等五级，在整个水资源管理系统建设中，省级水资源管理系统处于中心地位，不仅要收集汇总地级市和县区级直接采集的终端数据（如用水量等），集成和共享其他需要的数据（如水雨情、气象、水环境、社会经济等数据），还要负责向流域和中央系统上报数据。所以，在省级水资源管理系统中，数据共享与交换平台是关键，对整个国家水资源管理系统的建设和运行起到重要作用[2-3]。

1 数据共享与交换平台结构

省级水资源管理系统数据共享与交换以水资源数据库、信息监测系统为基础，完成省水资源管理部门与中央、流域、地市水利部门的数据共享与交换，同时，完成省水利单位各部门之间的数据共享与交换。

数据共享与交换平台由 4 个部分组成，逻辑架构如图 1 所示[4]，具体组成分析如下：

1）路由管理。数据共享与交换平台的数据交换以传输队列为基础，通过对传输数据控制信息的配置实现消息路由，所以，对路由信息的配置和维护是功能之一。

数据共享与交换平台内部建有消息路由表，含消息的源地址、目的地址、类型及对应的传输队列名等字段；传输消息的控制信息同样含有消息的源地址、类型等字段。通过查询路由表，消息流程会知道该业务对象应该送往哪里、如何送。

2）数据管理。数据共享与交换平台通过管理配置提供数据格式规则管理功能。通过该功能，用户可维护交换的数据包类型、数据记录类型、数据记录各字段类型和格式等信息可以存放在数据库中。

3）日志管理。数据共享与交换平台提供完善的日志管理功能，包括数据库和非数据库方式，通过该功能可以调阅数据交换共享与交换平台上传输的每一条消息，并且进行事后跟踪。

4）安全管理。数据共享与交换平台提供消息的加密传输功能，并提供相应的监控界面以保证平台运行的可靠性。

图1 数据共享与交换平台逻辑架构图

2 数据交换节点与方式

2.1 交换的节点

省级水资源管理系统数据共享与交换涉及省市各级水利、水文部门等，每个节点配备 1 台数据共享与交换服务器，实现与其他数据节点的数据交换与服务，部署如图 2 所示。

图2 省级水资源管理系统数据共享与交换部署图

省中心和各分中心的应用系统，通过数据共享与交换平台实现系统间实时数据的传输，分中心间的应用系统不能直接通过数据共享与交换平台进行数据传输。数据共享与交换平台为各应用系统提供标准的 API 调用，不同节点上的数据共享与交换平台间通过消息中间件实现数据交换。

以在建的江苏省水资源管理信息系统一期为例，将建设 4 300 多个取水监测站和地下水位遥测站，其中地表水取水监测站近 1 600 个，地下水取水监测站 2 200 多个，地下水位监测站 500 个。一期系统将建设 1 个省中心、13 个市级分中心和 26 个县级分中心，省中心和 13 个市级分中心通过前期已经建设的江苏省水利专网（带宽 2 Mbit/s）联网，26 个县级分中心在本期建设中，通过补充建设网络，实现和省水利专网的互联互通，从而实现省中心和所有分中心之间数据的共享与交换[5]。

2.2 交换的数据

数据共享与交换平台需交换的数据包括水位、流量、水质、工情、气象和预警等信息。

2.3 交换的方式

交换的方式有文件到数据库，数据库到文件，文件到文件和数据库到数据库等多种。对于各类数据的交换，数据共享与交换平台应为相应的数据采集或应用系统提供统一的调用接口，保证这些数据能交换到省中心。

节点之间的数据交换可以采用以下 2 种方式：1）主动交换方式，即发送节点主动向接收节点发送数据；2）被动方式，即接收节点向发送节点申请，发送节点通过认证后，向接收节点发送数据。

数据共享与交换平台应提供数据类型用户自定义功能，可定义交换的数据包类型、数据记录类型、数据记录各字段类型和格式等。数据类型用户自定义采用在省中心集中定义的方式，发送、接收两端共享省中心的数据定义表，发送端按定义的格式整理数据，接收端按定义的格式识别数据，正确地进行数据的处理、存储。

为保证数据交换的安全，数据共享与交换平台需要支持多层次的安全及权限管理，如基于数字证书的安全连接认证；支持 DES，3DES，RC4 等加密算法；提供应用程序认证机制等。通过管理工具进行简单的配置，无需编码可以实现对关键业务数据的多层次的安全保护及用户权限管理。

3 数据交换流程

应用系统通过数据共享与交换平台提供的接口接入应用系统所在省中心（或分中心）的数据共享与交换平台，实现和其他应用系统的数据交换。一个完整的数据收发流程如图 3 所示[4]。

图3 省级水资源管理系统收发流程数据流向图

目前省中心和分中心的应用系统可以根据是否具有数据存储分成具有数据库和不具有数据库 2 种应用系统，针对这 2 种类型的应用系统提供不同的实现方案。

4 数据交换系统接口

作为数据交换平台，应该为上层应用提供良好的、多样化的、统一的、通用的接口，包括收发、广播、订阅等。这些接口的开放方式和管理应该灵活多样，具有良好的扩展性。平台接口的设计按照交换数据和方式确定接口方式，包括为应用提供 API接口发送消息格式的、文件和图像格式的、带格式的文件及广播消息的数据。其中，为应用提供 API广播消息数据的功能只针对省中心，省中心调用该接口向分中心广播数据；分中心应无条件地接收广播数据，但没有广播权限。

另外系统接口还包括提供数据发送优先级控制、API 订阅和发布接口等。

5 数据交换系统的配置和日志管理

省级水资源管理系统数据共享与交换的配置管理，是指提供配置机制供应用动态配置对外的底层传输队列、通道，提供配置机制供应用动态配置应用数据接收队列、通道，对广播和订阅发布进行管制，省中心对各分中心可进行远程配置管理，而分中心不可干预省中心数据及管理等。

省级水资源管理系统数据共享与交换的日志管理，是指数据共享与交换平台要及时、实时地了解交换平台的状况和数据跟踪，平台要记录详细的、可查询的数据跟踪日志，要提供查看和监管当前平台通讯状态、数据收发及拥堵情况的机制，并提供严格的权限管理机制和便于使用的平台管理界面等。

6 结语

水资源管理数据共享与交换平台是水资源管理系统的重要组成部分，除了要考虑平台的实用性、开放性外，还要考虑平台的可扩展性，而平台的安全性和高可靠性也是保证平台正常发挥作用的重要前提。同时，必须注意制订统一的数据共享交换标准，并对平台进行统一的规划和建设，只有这样，才能保证建成后的平台正常发挥作用，实现预期的目标。

[1] 王浩，蒋云钟，石玉波，等. 国家水资源管理系统项目建议书[R]. 北京：中国水利水电科学研究院，航天信息股份有限公司，2010: 73-93 .

[2] 中华人民共和国水利部. 省（自治区、直辖市）水资源管理系统建设基本技术要求[S]. 北京：中华人民共和国水利部，2008: 1-18.

[3] 中国水利水电科学研究院，水利部水文局（水利信息中心）. 流域水资源管理系统建设基本技术要求[S]. 北京：水利部水文局（水利信息中心），2011: 1-9.

[4] 冯永勤，孙京忠，符伟杰，等. 安徽省水资源管理系统实施方案[R]. 合肥：安徽省水文局，2010: 144-150.

[5] 张建云，刘九夫，吴永祥，等. 江苏省水资源管理信息系统一期工程初步设计[R]. 南京：南京水利科学研究院，2009: 53-60.

Analysis about Implementation Method of Data Exchanging and Sharing in Water Resources Management System of Provincial Level

FU Weijie1,2, FENG Yongqin3, ZHOU Xiaofeng4, ZHU Xiaowei2,5

(1.Nanjing Automation Institute of Water Conservancy and Hydrology, the Ministry of Water Resources, Nanjing 210012,China;
2. Hydrology and Water Resources Engineering Research Center for Monitoring, the Ministry of Water Resources, Nanjing 210012, China;
3.Jiangsu Provincial Hydrology and Water Resources Investigation Bureau, Nanjing 210029,China；
4. Hohai University, Nanjing 210098, China;
5. Jiangsu Naiwch Co.Ltd, Nanjing 210012, China)

National Water Resources Management System is divided into 5 levels of centre, river basin, provincial, municipal and county district. In the construction of overall system, water resources management system of provincial level is not only the focal point of all basic data, but is responsible for reporting data to the river basin and the central system also. So, data sharing and exchange platform is one of the core content. Aiming at actual requirements of design and construction, the article detailedly analyzes and discusses data sharing and exchanging of the system from overall architecture, data exchange way and process for giving a reference for similar systems.

water resources management; provincial level; sharing and exchanging; platform structure; switching node; exchange process; configuration management; log management

TV21；TP39

A

1674-9405(2015)02-0031-04

2014-08-17

符伟杰（1969－），男，江苏常熟人，高级工程师，主要从事水利信息化系统研究和设计工作。