上海水资源管理系统云化的探索及实践

潘崇伦，张 弛

（上海市防汛信息中心，上海 200050）



上海水资源管理系统云化的探索及实践

潘崇伦，张 弛

（上海市防汛信息中心，上海 200050）

摘 要：为解决水资源数据无序离散、管理标准不统一及信息资源孤岛等问题，提出并实践将上海水资源管理系统进行云化的方案，即搭建“水之云”云计算服务平台，提供基础、业务及监测等服务，实现原有业务系统孤岛化模式向全局资源整合模式的转变。上海水资源管理系统基于“水之云”服务平台建立了五大功能模块，能够提高多元主体协作的紧密和有序程度，有效地促使各个主体充分发挥主观能动性，释放管理活力。

关键词：水资源管理；信息化；云计算；“水之云”服务

0　引言

2011年中央 1 号文件《中共中央、国务院关于加快水利改革发展的决定》（以下简称《决定》）提出实行最严格的水资源管理制度，明确要求“加强水量水质监测能力建设，为强化监督考核提供技术支撑”。2012 年《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》（以下简称《意见》），对实行最严格水资源管理制度进行了全面部署，明确要求“加强取水、排水、入河排污口计量监控设施建设，加快建设国家水资源管理系统，逐步建立中央、流域和地方水资源监控管理平台，加快应急机动监测能力建设，全面提高监控、预警和管理能力”[1]。

为贯彻落实《决定》和《意见》精神，上海市加快实施最严格水资源管理制度的试点工作，其中上海市水务局（上海市海洋局）（以下简称市水务局）实际承担建设《国家水资源监控能力建设项目(上海部分）》。市水务局防汛信息中心主要承担上海市水资源管理信息系统（以下简称市水资源管理系统）的建设，建设内容覆盖上海市市、区（县）两级水资源管理，将以实时监测系统的建设和完善为基础，初步建成以“三条红线”管理目标为核心的业务应用系统和以“红线考核”为准绳的监督管理系统。

上海水资源管理系统秉持最严格水资源的科学化、精细化和信息化管理，系统设计体现了应用模块化、消息（或功能）智能推送、业务协同（数据串联）和灵活分析的理念。提出将上海水资源管理系统进行云化的方案，上海水资源管理的云端信息化，打破了常规条块信息化的运行模式，是系统向服务转变的新思路[2]。

1　水资源管理信息化与云计算

水资源管理信息化发展至今，原有模式下的壁垒清晰可见；与新型技术的结合，是顺应工业 4.0 的发展改革需要，更是壁垒有效解决的方案。

1.1上海水资源管理信息化存在的问题

1）从水资源数据上看，存在离散无序的情况。上海水资源管理涉及多元主体，同时多元主体拥有各自独立的水资源数据。由于多元主体管理方式及形式的差异，造成数据离散严重，无法有序整合。

2）从管理软件上看，存在标准不统一的情况。水资源信息化发展至今，应对各时期和多元主体的不同需求，衍生出繁多管理软件，但是管理软件开发标准不一，增加了运维难度，降低了软件的生命周期。

3）从业务管理上看，存在信息资源孤岛化的情况。水资源管理涉及的业务复杂，并且数据具有多源异构、海量等特点，由于管理方式及形式等的差异，给资源共享、协同管理带来了困难。

4）从硬件资源上看，存在资源扩展、管理困难的情况。随着水资源管理不断地物联网化，水资源数据以 T 级增长的同时，硬件资源紧张化不断凸显，如何更有效地管理硬件资源是信息化中需要考虑的问题。

1.2“水之云”的产生

所谓云计算，是指密集型网格（grid）服务，或称之为“基于服务架构（SOA）”的公共计算。云计算把软件和 IT 基础设施当作一种服务对外提供[3]。水资源管理信息化中通过对云计算的引进从而产生了“水之云”的概念，这不仅仅是一场技术的变革，还是对如何让水资源管理智能化的考量和铺垫。“水之云”将提供高效优质的服务平台，从而提升办公服务效率，使水资源管理信息化前景有更大的发展突破，具体优势如下：

1）由条块模式向系统资源整合模式发展。在传统信息化中，1 个项目即生成 1 个或多个软件，这些软件之间条列分割。究其根本，有体制层面的原因，也有技术层面的原因[4]。随着“水之云”的提出，追求的是协同发展、资源共享的目标，是建立全面感知、深度互联的“水之云”，必定冲击这种设置障碍条块分管的模式。

2）由单一主导向多元主体协同发展。在传统行政管理中，多元主体分门别类，处于相对封闭的模式，如果转变为协同治理的开放式模式，将极大地引发参与热情。提高多元主体协作的紧密和有序程度，有效地促使各个主体充分发挥主观能动性，产生协同效应[4]。

3）向“一站式”资源管理模式发展。云计算中虚拟化技术能够动态实现资源发现、建模、变更和监控，能够对资源实现全生命周期管理。这种对物理资源统一规划和共享使用的特性，大大提高了资源利用率，降低了物理机和机房、机架、网络设备等配套设施的采购规模和成本。通过对各类资源的多维度集中和自动化管理，可降低手工操作失误，有效降低日常运维工作量，同时减少去机房的次数，提高工作的舒适度。

2　水资源管理中的“水之云”服务

“水之云”在技术架构上基于互联网云模式，包含 IaaS，PaaS 和 SaaS 层，这里主要介绍“水之云”的 PaaS 层，即“水之云”服务。通过选取水资源管理系统中所需要的共用的技术和模块，研究开发了相应的模块服务，可以为不同的系统所运用，避免重复开发，节约资金，同时监控标准化服务存储和资源消耗情况。

2.1“水之云”服务关键技术

1）Dubbo。随着互联网的发展，网站应用的规模不断扩大，常规的垂直应用架构已无法应对，分布式服务及流动计算等架构势在必行，Dubbo 是由阿里巴巴研制并开源出的一个分布式服务框架。“水之云”服务采用 Dubbo 分布式服务框架，通过将核心业务抽取出来，发布为独立的服务，使前端应用能更快速和稳定地响应。

2）Zookeeper。Zookeeper 是 Chubby 下开源的分布式应用程序协调服务，提供的功能包括配置维护、名字服务、分布式同步、组服务等。利用Zookeeper 封装好抽取的核心服务，并给用户提供简单易用的接口，以提高系统性能，增强系统功能稳定性。

3）统一的开源开发框架。统一框架是“水之云”服务被推广使用的前提，“水之云”开源框架后端基于 J2EE，前端集成了主流的响应式布局和扁平化的理念。

2.2“水之云”服务组成

“水之云”服务按提供服务类别的不同包含以下 3 方面服务：

1）基础服务。主要提供分布式缓存、消息队列、用户认证、短信通信等服务。

2）业务服务。主要提供水务数据、业务关联 UI组件、信息资源目录等的查询和地图服务。

3）监测服务。主要提供计算存储资源查看、调度分析、资源部署、容器管理的服务。

2.3“水之云”服务管理规范

水之云服务管理框架是一个高性能的服务框架，使得应用可通过高性能的 RPC（远程过程调用协议）实现服务的输出和输入功能，可以和 Spring框架无缝集成。核心部分包含以下几点：

1）远程通讯。提供对多种基于长连接的 NIO框架抽象封装，包括多种线程模型，序列化，以及“请求-响应”模式的信息交换方式。

2）集群容错。提供基于接口方法的透明远程过程调用，包括多协议支持，以及软负载均衡，失败容错，地址路由，动态配置等集群支持。

3）自动发现。基于注册中心目录服务，使服务消费方能动态地查找服务提供方，使地址透明，使服务提供方可以平滑增加或减少机器。

3　基于“水之云”的水资源管理系统的实现

3.1整体框架

上海水资源管理系统，以基础业务、填报和实时监测等数据为支撑，通过“水之云”服务抽取与整合数据资源，借助多样化的工具，进行综合应用与展现，整体框架设计如图 1 所示。

图1　水资源管理系统整体框架

3.2功能框架

上海水资源管理系统功能框架设计分为业务管理、填报管理、综合统计、应用管理和服务监控等5 部分功能[5]。

3.2.1业务管理功能

根据国家“三条红线”（用水总量、用水效率和水功能区限制纳污）和监测考核的需求，系统功能包括以下 4 项：

1）用水总量监测管理功能。主要包括总量控制，以及审批、监督、地下水和水资源等管理功能，实现在满足上海市水务局日常业务需要的基础上，对数据进行汇集归档和统计分析，形成统一平台的上海市水资源基础数据库，便于与国家和流域层面的对接。

2）用水效率监测管理功能。主要包括节水管理、计划用水和示范试点。

3）纳污能力监测管理功能。主要包括水功能区管理、饮用水源地保护、入河排污口管理、水生态保护、污水治理、引清调水和水环境治理等功能。

4）监测考核管理功能。主要包括对水资源监测信息、项目、工程信息的管理及指标评估功能。

3.2.2填报管理功能

为便于各家数据统一汇总，系统利用数据字典、用户、角色、数据项、表单、规则库、工作流和任务等管理功能，实现各水务业务单位及部门的基础报表管理和数据填报。

3.2.3综合统计功能

综合统计功能利用 ARC GIS 技术，实现地图、图表等的可视化，将云数据服务直观表达。

3.2.4应用管理功能

应用管理功能实现了系统应用的个性化定制，使每一位用户可自主选择所需的应用模块，自主组装个性化的水资源系统。

3.2.5服务监控功能

服务监控功能实现了对系统运行及用户操作的全过程监控，对云服务的申请、核准及使用的全生命周期进行监控，并实时监控服务的调用次数和计算、存储资源的使用情况。

3.3典型应用

3.3.1水资源专题及应用仓库

用户经过应用仓库申请、审批水资源业务功能模块，最终被定制化在水资源专题中。水资源专题实时反映业务模块统计概况，对已成功定制的模块，系统将推送跟模块主题相关的概要或统计类信息（譬如取水户系统推送了全市已入库 294 户），水资源专题的消息推送包括对业务、文件共享和预警信息等的提醒，在代办事项中，以列表的形式展示该用户在业务链中需要处理的工作事项。系统专题及应用仓库界面如图 2 所示。

图2　应用仓库及水资源专题展示

3.3.2 数据聚合与服务

以取水为例，取水的业务线在系统中是以取水户为基础管理单元，从其引申出对取水口、监测站、监测点和抄表、取水计划等的业务管理。将与“取水”业务链有潜在关联的功能模块集中形成“推荐导航”，以便用户快速获得应用信息。

上海水资源管理系统基于“水之云”业务服务，把取水户、口、许可证、申请和监测信息关联在一起，使有效数据聚集在一起，系统截图如图 3所示。

3.3.3地理空间分析

地理空间分析是自选区域，分析该区域内取水、排污和污水处理等情况，如该区域内共有取水口、排污口和污水处理厂的数量，并且分析出该区审批的水量、污水处理量和排放量的总量。以查询“新场镇”区域、条件为“取水口”为例，系统将自动关联该区域的所有取水相关功能模块，并在地图上进行直观展示，界面如图 4 所示。

4　结语

针对在水资源管理信息化发展过程中衍生的数据离散无序，资源扩展管理困难等问题，引入了云计算技术逐步规划形成上海市水务局特有的“水之云”平台，介绍了“水之云”平台中跟信息化直接相关的云服务关键技术和组成。上海水资源管理系统采用统一的开发框架，调用云服务搭建而成，大大缩短了开发周期，提高了开发成果的重复利用率。事实上，新技术的引进并不是最终目标，而是要将已开发和未来要建的软件服务化，以用户为中心，未来的信息化需求就是服务用户。

参考文献：

[1] 程晓冰，石玉波，蒋云钟. 国家水资源管理系统建设总体构架[J]. 中国水利，2008 (19): 19-20.

[2] TKwok T, Nguyen T, Lam L. A Software as a Service with Multitenancy Support for an Electronic Contract Management Application[C]// 2008 IEEE International Conference on Services Computing. IEEE Computer Society, 2008:179-186.

[3] VARIA. Cloudarchitectures-AmazonWeb services[EB/OL]. [2015-04-03]. http://acmbangalore.org/events/monthly-talk/ may-2008-cloud-architectures-amazon-web-services.html, 2009.

[4] 智慧城市发展对我国政府管理创新的影响[EB/OL]. [2015-04-03]. http://news.xinhuanet.com/info/2015-05/29/c_ 134279964.htm.

[5] 高芳琴，潘崇伦，邱绍伟. 上海市水资源综合管理系统设计与实现[J]. 水利信息化，2010 (4): 18-24.

图4　空间查询界面

Exploration and Practice of Cloudization of Shanghai Water Resources Management System

PAN Chonglun, ZHANG Chi
(Shanghai Flood Control Information Center, Shanghai 200050, China)

Abstract:In order to solve the problems of water resource data disorder, lack of unified management standards and information resource island, this paper puts forward and practices cloudization of water resources management system in Shanghai. It builds "cloud of water" computing service platform, which provides basic services, business services and monitoring services, the platform has realized the transformation from the original business system to the global resource integration mode. Based on the platform, Shanghai water resources management system establishes five functional modules, effectively improves the closeness of the collaboration of multi subjects and the degree of order, effectively promotes each subject and gives full play to the subjective initiative, produces a synergistic effect and releases the vitality of management.

Key words:water resources management; informatization; cloud computing; "cloud of water" service

作者简介：潘崇伦（1982- ），男，江苏泰州人，工程师，主要研究方向为水利信息化。

收稿日期：2015-11-15

中图分类号：TV21

文献标识码：A

文章编号：1674-9405(2016)01-0014-06