基于ISM方法的水利信息化影响因素分析*

李 婷，郑垂勇，2

(1．河海大学商学院，江苏南京 210098;2．江苏省水资源与可持续发展研究中心，南京 210098)

1 引言

水与国民经济各个方面密切相关，水信息对于水利其他行业部门的发展有着重要的作用，水利信息化可以大大丰富水利信息的来源和种类，对建设现代化水利、节水型社会有着重要意义。2000年以来，水利部门对治水理念进行了一系列思考和理论总结［1］，提出了可持续发展水利这一全新理念。先进的治水理念必须要有先进的技术体系作为支撑切入点。近年来信息技术的快速发展为实现水利信息化提供了技术上的可能。

我国水利信息化起步于“七五”期间，是随着我国工业化建设展开进行的［2］。然而，我国工业化起步较晚，工业化水平总体较低，这导致我国水利信息化的基础比较薄弱。但是2002年“金水工程”的开展以及2011年中央一号文件对“金水工程”的进一步推动，我国水利信息化建设取得了较大的进展。现代水利信息化建设经历了从无到有、从局部到整体的发展过程，受环境、资金、人才、技术等因素的影响，我国水利信息化还存在许多问题，如信息化渠道不畅、信息化建设滞后于水利建设、水利基础信息资源难以统一优化配置、水利业务应用开发不足等。如何针对现存的制约因素解决这些存在的问题，是当前我国水利信息化进程中的亟须工作。该文通过相关文献查阅和专家访谈的形式，总结出当前我国水利信息化的影响因素，并运用一种新型的现代系统工程分析方法——解释结构模型对错综复杂的影响因素的层级结构进行整理，找出影响我国水利信息化的直接影响因素和深层影响因素，对于我国有所侧重地制定相应的措施促进水利信息化、实现现代化水利有着重要的意义。

2 水利信息化概述

水利信息化，就是水利行业应用计算机等信息技术以提升水事活动处理效率和效能的过程。更准确地说，水利信息化就是充分利用当代信息技术，开发和利用水利信息资源，包括对水利信息进行采集、传输、存储、处理和服务，从而全面提升水利事业活动效率和效能的历史过程［3］。水利信息化是与水利行业信息技术的运用发展紧密联系的。2000年后，互联网技术开始迅速推广和普及，信息技术加速向水利行业渗透，水利行业信息采集、运输、存储、处理和可视化表达开始全面采用一系列计算机、通信、互联网技术，水利行业的信息技术应用进入一个全新的数字化阶段。

水利信息化是水利行业与信息技术的结合体，立足于为可持续发展水利提供先进的技术支持，为水利行业的技术升级提供完整的解决方案，涉及的专业知识和技术及其广泛，内涵十分丰富。其中通信网络技术是水利信息化的关键技术支撑。主要包括远程自动监控技术，通信网络技术，数据库技术，数字模拟技术，软件开发与系统集成技术以及3S技术等。根据水利行业的应用需求，水利信息化过程中会建立各种功能不同的应用系统，这些系统有着一个基本统一的逻辑结构［4］(图1)，其中信息管理系统是整个系统的核心部分，运行支持平台是系统运行的保障，信息采集系统是整个系统的基础。

图1 应用系统基本结构

3 ISM模型简介

解释结构模型 (interpretive structural model，简称ISM)［5］，是1973年由美国沃菲尔德教授开发的一种现代系统工程分析方法。这种方法旨在将复杂的系统分解为若干子系统要素，在计算机的帮助下利用人们的实践经验和知识，最终构成一个多级递阶的结构模型。通过有向图和关联矩阵的运用，可以把模糊不清的思想、看法转化为直观的、具有良好结构关系的模型。其目的是明确系统内各组成要素之间的相互关系，了解系统结构，揭示系统的几何学或拓扑学的定性结构。

水利信息化是一个复杂的系统。系统中的影响因素及因素之间的相互关系是无法通过明确的统计数据来进行定量分析的，既不像粮食产量可以通过直接统计得到数据而进行分析［6］，也不像分析土地流转影响因素中可以借助调研数据间接得到分析值［7］。总体看来水利信息化系统中各影响因素直观上只是模糊不清的思想概念。该文中运用的SIM模型以定性分析为主，属于概念模型，其优点就是它可以不需要明确的统计数据支撑，集中表示系统相互间如何关联，而不表示量的关系，具有很强的解释功能。特别适用于变量众多、关系复杂而结构不清晰的系统分析中。该文将ISM方法用于水利信息化影响因素分析中，就是为了理清各因素在整个水利信息化系统中的关系，是一种行之有效的结构目标分析方法。

ISM的建模程序如下［8］:①设定关键问题;②选择构成系统的影响关键问题的因素;③列举各因素的相关性;④根据各要素的相关性，建立邻接矩阵和可达矩阵;⑤对可达矩阵分解后，建立结构模型;⑥根据结构模型建立解释结构模型。

4 水利信息化的ISM模型的建立与实施

4.1 确定水利信息化的影响因素

水利信息化是一个关系复杂、涉及面广的庞大系统，受众多因素的影响，且因素之间存在着相互影响的复杂关系。

首先，2012年水利部印发的《全国水利信息化发展“十二五”规划》(水规计 ［2012］190号)是“十二五”期间全国水利信息化发展的阶段性、纲领性文件和行动指南。该规划根据水利信息化“十一五”发展实际和“十二五”发展目标，按照顶层设计的基本思路和核心内容，提出了由水利信息基础设施、业务应用和信息化保障环境共同组成的“十二五”全国水利信息化建设总体框架［9-11］。

其次，当前我国水利信息化建设现状中，在取得一定成就的同时，还存在着水利信息化认识不足、信息化标准体系不完善、水利化人才缺乏、地区水利信息化发展不平衡、水利信息化建设管理模式僵硬等问题［12-13］。

综合考虑水利信息化顶层设计的基本思路与核心内容、“十二五”水利信息化发展共建项目布局，结合当前我国水利信息化建设的现状，文章重点选取如下12个水利信息化的影响因素。

S1:水利信息化基础设施;S2:建设和运行管理机制;S3:水利信息化人才队伍;S4:信息化思想认识;S5:水利信息化资源整合与共享程度;S6:信息化安全保障体系;S7:水利主管部门的重视与支持;S8:投入情况;S9:政府政策;S10:信息化技术;S11:水利信息化标准化体系;S12:水利信息化法律环境。

以上12个水利信息化影响因素中从水利信息化内部和外部两方面来区分，对水利信息化具有不同的影响途径和影响效果，如此可得表1。

表1 水利信息化的影响因素

4.2 建立水利信息化影响因素的邻接矩阵和可达矩阵

水利信息化作为一个系统，它包含Si(i=1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12)等12个基本元素，这12个因素之间的逻辑联系可以用表1来表示，对因素之间的联系有这样的定义，即矩阵元素aij为逻辑关系“1”表示Si对Sj有影响，aij为逻辑关系“0”表示Si对Sj没有影响。例如，水利信息化基础设施(S1)是信息化安全保障体系 (S5)的建立与完善的基础，对其是有影响的，所以表格元素a15为1;而水利信息化基础设施 (S1)对政府政策 (S9)是没有影响的，所以a19为0。以此类推，根据水利信息化领域专家的实际经验得到水利信息化及其影响因素之间的关系，如表2所示。

表2 因素之间的联系

由表2可以建立邻接矩阵A，如式 (1)所示。邻接矩阵描述了各因素两两之间的逻辑关系。

可达矩阵M是用矩阵形式来描述有向连接图各节点之间经过一定长度的通路后可达到的程度，表示从一个要素到另一个要素是否存在连接的路径。根据邻接矩阵A，通过Matlab软件 (程序代码略)求得可达矩阵M，如式 (2)所示。

从可达矩阵M可以看出，S2与Si(i=2，3，4，7，8，9，10，11，12)都有连接路径，而与S5和S6是没有连接路径的，以此类推可以推导出其他要素之间的连接路径情况。

4.3 对可达矩阵进行区域划分

对可达矩阵进行区域划分是为了理清各因素对水利信息化的影响程度。根据矩阵M，给出定义:

(1)可达集合R(Si):可达矩阵M中要素Si对应的行中，包含有1的矩阵元素所对应的列要素的集合，代表Si到达的要素。

(2)先行集合Q(Si):可达矩阵M中要素Si对应的列中，包含有1的矩阵元素所对应的行要素的集合，代表Si到达的要素。

根据上述定义，可得到水利信息化影响因素的可达集合R(Si)、先行集合Q(Si)和交集P(Si)，如表3所示。

表3 可达集合R(Si)、先行集合Q(Si)和交集P(Si)

若P(Si)=R(Si)∩Q(Si)，则P(Si)为最高级要素集。得到最高级要素后，划去可达矩阵中的最高级要素，可得到次高级要素，以此类推，可得到可达矩阵的不同区域划分。按照此规则，分别划去 (S1，S5，S6)、 (S2)、 (S3，S4，S8)、(S7，S10，S11)和 (S9)，最后剩余S12。通过上述分析，水利信息化的影响因素可以划分为六个层级，分别是第一级 (S1，S5，S6)，第二层 (S2)，第三 层 (S3，S4，S8)，第 四层 (S7，S10，S11)，第五层 (S9)，第六层 (S12)。

图2 水利信息化影响因素的解释结构模型

4.4 建立解释结构模型

根据对可达矩阵的级间划分，建立解释结构模型，见图2。

水利信息化影响因素及其之间的关系是一个具有6级的多级递阶结构。第一层是影响水利信息化建设进程的基本要素，包括水利信息化基础设施、水利信息化资源整合与共享程度、信息化安全保障体系;第二层是建设和运行管理机制;第三层包括水利信息化人才队伍、信息化思想认识和投入情况;第四层有水利主管部门的重视与支持、信息化技术以及水利信息化标准化体系;第五层和第六层分别为政府政策和水利信息化法律环境。

5 水利信息化影响因素的ISM模型相关性分析

从水利信息化影响因素的解释结构模型可以看出，水利信息化的影响因素构成的具有6级阶梯结构的系统中，6个阶层的因素对水利信息化建设与进程的影响是层层递进，逐层深入的。从第一层的表层基本因素，途径第二、三、四层的中间层动力因素和相关层动力因素，直至最深层的导向层动力因素，水利信息化影响因素共同演进，交互推动水利信息化持续发展。

(1)表层基本因素。水利信息化基础设施、水利信息化资源整合与共享程度以及信息化安全保障体系是水利信息化发展的表层基本因素，是构成水利信息化建设的基础。水利信息化基础设施是水利信息化建设的基石，起基础性作用;水利信息化资源整合与共享是水利信息化建设范围普及扩大的内在动力;信息化安全保障体系是水利信息化顺利进行的有力保障基础。同时，水利信息化基础设施又是实现水利信息化资源整合与共享以及安全保障体系建立的基础。水利信息化资源的整合与共享使得基础设施的建设更加合理有效，减少重复建设的浪费，保证信息化安全保障体系的统一覆盖和协同发展。信息化安全保障体系为实现信息化基础设施建设及信息化资源整合与共享提供安全保障。

(2)中间层动力因素。首先，建设和运行管理机制是水利信息化工程的有力保证，水利信息化工程作为一项规模庞大、结构复杂、涉及面广、科技含量高的系统工程，建设管理和运行管理应确保相互衔接，实践中的“重工程建设、轻运行管理”的做法应当摒弃，建立符合水资源可持续利用内在要求的高校合理的建设与运行管理并重的管理新体制，扫除中国水利现代化体制上的障碍。其次，水利信息化人才队伍、信息化思想认识以及投入情况是在人才、观念和资金三个方面保障水利信息化的顺利进行。建立一支高素质复合型专业人才队伍是水利现代化的关键性问题。水利的现代化首先是观念的现代化。以信息化武装水利事业、走可持续发展的现代化水利之路的治水观念必须大力宣传和普及。这些科学的信息化水利观念深入人心，就能为中国水利信息化扫清思想上的障碍。水利投入作为国家重要的积极财政政策手段，“十二五”水利投资年均增速20%以上，水利投资从“十一五”的7 000亿元增加至“十二五”的1．8万亿元［14］，这为水利事业的发展宏观上创造良好的发展机遇。将这些水利投资如何分配到水利信息化建设中是水利信息化发展的重要环节。

(3)相关层动力因素。一方面，水利主管部门的重视与支持有利于水利主管部门加大对水利信息化建设的人才选拔与培训以及建设资金的投入。另一方面，水利的发展离不开相关行业的信息支持，当今信息技术飞速发展，对水利信息的采集、处理、共享方式都发生了翻天覆地的变化，水利信息化必须要有先进的技术体系作为支撑切入点。另外，水利信息化标准化体系是保证信息资源在采集、交换、处理、传输等过程中的有统一的规范，最大限度实现水利信息化资源的整合与共享，减少重复建设与资源的浪费，实现水利信息系统协同发展。

(4)导向层影响因素。政府政策和水利信息化法律环境是水利信息化的导向层影响因素，在水利信息化发展过程中起着引导大方向的重要作用。其中政府制定相关政策是建立在整个国家尤其是水利信息化法律环境的宏观基础上的。由于水利是社会公益性事业，在实现水利信息化的过程中，政府起到了主导作用，水利信息化主要是政府行为，所以，水利信息化也是政府信息化的一部分。［15］在建设水利信息化的过程中，需要政府全面规划，制定相应的促进水利现代化的政策，营造良好的宏观发展环境。事实上近年来政府的“金水工程”计划对水利信息化进程具有重要的支持和推动作用。另一方面，通过制定一系列相关法律法规，确保信息化工作有法可依。

从结构模型中还能看出，在各级影响因素中，平级之间或跨级之间的两两元素之间也存在着相互作用的关系。因此，在水利信息化发展过程中要求合理把握并有效平衡各影响因素之间的作用关系。

6 结论

ISM方法以因素间的逻辑关系为前提建立的定性的水利信息化影响因素结构模型，将水利信息化各个影响因素系统统一分析，清晰了解各因素间的逻辑关系，并得以找出影响水利信息化的根本原因。其结果表明，我国水利信息化建设过程中，政府要发挥带头引导的积极作用，营造良好的技术、经济发展环境，并将水利投入作为国家重要的积极财政政策实施手段是当前政府需要作出的努力，政府制定完善的法律法规体系和合理的全面发展总规划是水利信息化发展的最关键因素。只有在这样的大环境下，水利行业及社会各方才会在观念、设施、人才等方面逐步朝水利信息化的大方向有序发展，也只有这样，才能实现真正的水利信息化，走向可持续的现代化水利发展道路。

该文引用ISM方法给出了一种分析水利信息化发展的一种方法，将无法用统计数据测算的模糊化概念问题转化为结构清晰、层次分明的概念模型，对分析和发展水利信息化有一定的参考意义。但由于ISM方法的运用是建立在文献查阅和专家访谈的基础上的，存在一定的局限性和主观性，这也是以后研究中需要改进的地方。

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