国家地下水监测工程（水利部分）系统总集成设计

周政辉，刘庆涛，张淑娜

（1. 河南省漯河水文水资源勘测局，河南 漯河 462000；2. 水利部水利信息中心，北京 100053）

国家地下水监测工程（水利部分）系统总集成设计

周政辉1，刘庆涛2，张淑娜2

（1. 河南省漯河水文水资源勘测局，河南 漯河 462000；2. 水利部水利信息中心，北京 100053）

针对目前国内外地下水信息系统中存在的问题，以国家地下水监测工程（水利部分）信息系统建设为主线，从系统总集成的需求出发，提出系统总集成的总体框架、技术构架及系统各组成部分的功能，从而实现各个应用系统拥有风格统一的用户界面、全线统一的身份认证体系，为实现不同层级中心网络硬件环境的畅通运行，各个应用系统与支撑平台、数据存储、管理体系的分层连接提供技术支撑。

水资源；地下水监测；信息系统；系统总集成

0 引言

国家地下水监测工程（水利部分）建设范围覆盖全国七大流域，31个省（自治区、直辖市）及新疆生产建设兵团，建设内容从监测井土建、监测信息传输到信息服务系统建设，是全国性的项目，具有建设起点高，规范性强，涉及面广，业务耦合度紧密，技术复杂度高等特点，系统总集成的设计与实现是整个工程的技术难点。在国家地下水监测工程（水利部分）信息服务系统建设中要充分考虑利用现有系统，避免重复建设。对于新建和原有的系统衔接问题，主要通过 3 种策略进行考虑：

1）针对原有系统已满足地下水资源业务功能的要求，不对原有系统进行调整，只是通过应用集成规范完成与新建系统的互联互通和业务管理。

2）针对原有系统能部分满足地下水资源业务功能的要求，对原有系统进行局部调整，然后通过应用集成规范完成与新建系统的互联互通和业务管理。

3）针对原有系统中没有地下水资源业务功能，利用原有系统的各类资源（包括服务器、存储、基础软件、基础数据等）重新建设。

在各级网络环境的支撑下，国家地下水监测工程（水利部分）系统总集成需完成 1个国家地下水监测中心、7个流域地下水监测中心、32个省级地下水监测中心和 280 地市级分中心间的信息流转、业务协作[1]。

1 任务需求

1.1 国家地下水监测中心（水利部分）集成需求

1.1.1 环境集成

1）完成集成支撑硬件平台的集成，包括网络、服务器、存储等的集成。

2）完成集成支撑软件的集成，包括商业软件的安装、部署、联调测试。

3）完成集成支撑平台的部署、联调等。

4）完成国家地下水监测中心（水利部分）网络与水利部网络中心的联通。

5）按照部委间网络联通的规定，完成国家地下水监测中心水利部分与国土部分网络联通。

1.1.2 数据集成

完成国家地下水监测中心（水利部分）的数据库管理系统的部署、监测信息数据库的建立，监测数据汇聚、交换等集成工作[2]。

1.1.3 应用集成

完成国家地下水监测中心（水利部分）业务软件之间的集成，业务协同等工作。

1.1.4 与已有系统集成

完成本工程与已有地下水的业务系统的集成与整合，与防汛抗旱指挥系统、水资源监控能力建设等工程相关信息资源共享设计，与 CA 的集成整合等。

1.1.5 界面集成

完成国家地下水监测中心（水利部分）业务系统对外信息发布的信息集成。将各个业务应用的界面展现部分，通过单点登录、页面展现、链接等多种方式实现不同业务软件、其他需要整合系统的展现内容集成到一起。

1.2 流域、省级和地市级监测中心集成需求

1.2.1 环境集成

完成国家地下水监测中心（水利部分）、流域中心、省级中心的硬件平台集成，包括网络、服务器、存储等的集成；完成集成支撑软件的集成，包括商业软件的安装、部署、联调测试；集成支撑平台的部署、联调等；为地市级分中心的环境集成实施提供指导、咨询服务。

1.2.2 数据集成

完成各流域、省级监测中心的数据库管理系统的部署，地下水监测信息数据库的建立，监测数据汇聚、交换等集成工作；为地市级分中心数据集成的实施提供指导、咨询服务。

1.2.3 应用集成

完成本工程在各流域、省级监测中心部署的业务软件系统的集成；为地市级分中心应用集成的实施提供指导、咨询服务。

1.3 集成支撑软件的开发

在系统总集成方案的基础上，结合各类大型集成项目的实施管控经验，开发集成支撑软件和公用功能组件，开发服务管理、门户框架、统一用户身份认证等软件[3]。

2 系统总集成设计

国家地下水监测工程（水利部分）信息系统集成涉及到的点多、层级多，整个平台体系涉及到各级监测中心新增网络设备、主机、存储设备等与已有设备的集成；同时各级地下水监测中心信息平台之间还需进行监测数据和业务流程的交互；系统与水利部其他已有的业务系统（如防汛抗旱、国控水资源等）、其他行业（如气象、农业）之间的数据交互。

国家地下水监测工程（水利部分）信息系统在充分利用既往水利信息化建设成果的基础上进行建设，必然涉及到多类与已有资源的集成整合。面对这么多的集成技术点，总集成框架规划“整合五类资源、开发两类集成软件、制定一套标准规范、四级五层两网集成实施”，如图1所示。

2.1 整合五类资源

整合五类资源：1）集成、整合、扩展已有的网络/安全体系；2）集成、整合仍将并行运用的系统；3）集成、整合既有的地下水信息系统；4）集成和扩展已有的基础软硬件；5）扩展、完善和统一现有的地下水监测采集和传输体系[4]。

2.2 开发两类集成框架软件

开发二类集成框架软件：开发信息发布系统和应用集成支撑软件。1）通过统一的信息发布系统，提供地下水业务管理和信息发布；2）通过统一的应用集成支撑软件，构建一个统一的应用集成框架，提供统一的公共组件、用户管理、数据交互共享机制及统一的业务应用装载。从界面层、应用层和数据层保证全国四级节点能够按照统一的技术集成体系、技术约束机制在通用业务应用框架的基础上实现各自个性化业务需求的有机扩展。

2.3 制定一套标准规范

制定一套标准规范：制定一套涵盖业务管理、系统设计、系统开发、集成技术的系统建设标准规范。在国家地下水监测工程（水利部分）信息系统中，根据系统建设要求，制定了《国家地下水监测工程（水利部分）地下水监测数据通信报文规定》《国家地下水监测工程（水利部分）地下水数据库表结构及标识符》《国家地下水监测工程（水利部分）软件技术管理类标准》《国家地下水监测工程（水利部分）信息交换规约》等一套标准规范，保证全国四级节点能够按照统一的技术标准要求实施扩展其各自个性化的应用需求[5]。

2.4 四级五层两网

四级五层两网集成实施是指：国家地下水监测工程（水利部分）信息系统从组织结构层次上共划分为四级，即中央级、流域级、省级、地市级。系统本身的构成层次将划分为采集传输、数据资源、应用支撑、业务应用和应用交互五层。水利系统的局域网和社会公共网络构成了系统总集成中的两网，实现水利系统内部网络的集成及水利网与社会公网的集成。

图1 国家地下水监测工程（水利部分）系统总集成总体框架图

3 系统总集成技术架构

国家地下水监测工程（水利部分）系统总集成技术架构如图2所示。

3.1 数据集成

国家地下水监测工程（水利部分）信息系统的数据集成主要包括以下4个方面的工作内容：

1）通过多种不同的方式（包括界面录入、文件导入、数据库访问、数据访问服务接口等）实现监测数据向数据汇聚库的写入，同时通过 ETL 工具完成数据汇聚库到业务库的抽取、转换与加载，最终实现监测数据与国家地下水监测工程（水利部分）信息系统的集成。

2）根据国家地下水监测工程（水利部分）信息系统业务应用的需求，通过多种不同的方式实现其他相关数据的接入（如国家水资源监控能力建设项目、国家防汛抗旱指挥系统和全国水文共享等数据）。

3）实现四级系统之间交换过来的数据从交换库向国家地下水监测工程（水利部分）信息系统数据库的抽取、转换与加载，完成四级交换数据的最终写入。

4）实现基础业务数据的整编与导入，相关历史数据的整编与迁移。

3.2 应用集成

国家地下水监测工程（水利部分）信息系统的应用集成主要包括以下2个方面的工作内容：

图2 国家地下水监测工程（水利部分）系统总集成技术架构图

1）通过数据库表共享、功能界面调用、服务接口等方式实现系统内地下水监测信息接收处理、信息查询维护、监测资料整编、资源业务应用、信息交换与共享、资源信息发布、移动客户端软件、水质分析等系统业务应用系统之间的功能调用和数据交互。如水资源行政主管人员在进行地下水资源应急业务的处理时，需要访问地下水资源业务应用系统的某个功能模块或查阅其相关数据。

2）针对系统总集成商统一开发的公共功能组件的集成调用。包括：集成支撑软件和公用功能组件的集成开发。

3.3 界面集成

国家地下水监测工程（水利部分）信息系统的界面集成主要包括通过地下水资源信息发布系统将地下水监测信息接收处理系统、信息查询维护、监测资料整编、资源业务应用、信息交换与共享、地下水水质分析等系统业务应用的展现视图进行统一集成，为水行政主管部门提供个性化地下水资源信息的集中展现和业务管理工作的统一入口，为水行政主管部门提供一个“一站式”的工作平台。将各个业务应用的界面展现部分，通过单点登录、页面展现、链接等多种方式将不同业务软件、其他需要整合系统的展现内容集成到一起。

3.4 四级贯通集成

国家地下水监测工程（水利部分）信息系统建设的目标内容包括国家、流域、省级、地市级地下水监测中心四级信息系统，初步形成集信息汇集与应用支撑为一体的四级系统互联互通、信息共享、流程协同的国家地下水监测工程（水利部分）信息系统技术体系。通过数据交换共享框架和业务流程交互框架，将四级平台的数据和业务流程串联起来，形成完善的全国统一的国家地下水监测工程（水利部分）信息系统。

3.5 与既有水文、水资源、防汛抗旱指挥系统整合改造集成

国家地下水监测工程（水利部分）信息服务系统将为水资源开发利用、水资源管理、抗旱等工作服务，必将与“防汛抗旱指挥系统、水资源监控能力建设”等已建和在建的水利系统发生关联。在充分利用已建水利信息成果的基础上，对既有的水文、水资源、防汛抗旱指挥系统等以下内容进行整合改造集成，促使信息资源的共享和业务功能的协同发展[6-7]。

1）利用现有的防汛抗旱指挥系统网络、电子政务外网、电子政务内网等资源。

2）利用“防汛抗旱指挥系统”的雨水情信息及预报成果，分析地表水与地下水相互转化关系；并与“防汛抗旱指挥系统”共享地下水监测信息和分析成果。

3）利用“水资源监控能力建设”的地下水开采量等信息，并与“水资源监控能力建设”共享地下水监测信息和分析成果。

4）利用水利数据中心的水利水资源基础数据和公共服务。

5）与国家水文数据库共享地下水监测信息。

3.6 与国家地下水监测工程（国土部分）信息系统的集成

国家地下水监测工程中的监测站基本信息，地下水水位、水温、流量、水质等基本监测信息，监测信息的整编成果、分析成果等，水利部和国土资源部共享。2 部需共享的信息，在国家地下水监测中心通过内网实现数据交换共享。

3.7 与其他相关行业系统的集成

我国的信息化建设经过多年坚持不懈的发展，已经在工业、农业、交通、国防、医疗卫生、文化、教育、社会生活和家庭生活等领域得到广泛的应用。其中，环保、城建、气象、农业、林业、交通、发改委和卫生等部门都与水利行业息息相关、关系密切。为了避免重复建设，增加部门间的信息共享，本项目拟积极联系包括环保、国土资源、气象和经济等系统的建设负责部门，了解相关系统的建设内容和采集信息，研究与相关系统的信息共享内容、方式和途径。在整体集成框架的设计上，主要通过数据交换共享框架同其他行业的业务系统进行数据的交换和共享。

4 结语

国家地下水监测工程（水利部分）系统总集成的设计，旨在提高地下水监测信息的传输实效性、共享广泛性、整合高效性；系统总集成的实施，使得四级系统融会贯通，为国家及地方相关部门提供丰富的地下水动态信息，提供水位、水温、水质等分析成果，为水资源调查评价及综合规划提供准确的地下水监测数据，为地下水资源的优化配置、可持续利用提供技术支撑。

[1] 中华人民共和国水利部，国土资源部. 水利部国土资源部关于国家地下水监测工程初步设计报告的批复（水总[2015] 250 号）[A]. 北京：中华人民共和国水利部，2015: 1-3.

[2] 河南黄河水文勘测设计院. 国家地下水监测工程（水利部分）初步设计报告[R]. 郑州：河南黄河水文勘测设计院，2015: 1-10.

[3] 詹全忠，蔡阳. 水利财务管理信息系统建设的思考与实践[J]. 水利信息化，2015 (2): 12-13.

[4] 蔡阳. 现代信息技术与水利信息化[J]. 水利水电技术，2009 (8): 133-137.

[5] 艾萍，唐燕，黄藏青. 水利信息化标准建设的探讨[J]. 水利信息化，2013 (2): 1-4.

[6] 常志华，成建国. 水利信息化资源共享与整合机制体制调研[J]. 水利信息化，2010 (2): 36-39.

[7] 付静，詹全忠. 水利信息化基础设施整合共享研究与实践[J]. 水利信息化，2014 (6): 28-29.

Design on System Intergration of National Groundwater Monitoring Project (Water Resource Part)

ZHOU Zhenghui1, LIU Qingtao2, ZHANG Shuna2
(1. Luohe Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Henan Province, Luohe 462000, China；2. Water Resources Information Center, the Ministry of Water Resources, Beijing 100053, China)

Aiming at the problems of the groundwater information system at home and abroad, based on the national groundwater monitoring project (water) information system construction, starting from the demand of system integration, the article puts forward the overall framework of the system total integration, technology framework and the function of each component of system. It realizes user interface of the unified style in each application system, all unified identity authentication system, to provide the technical support for achieving the smooth running of center network hardware environment in different levels, connections of each application system and support platform, data storage and management system of layered.

water resources； groundwater monitoring； information system； system total architecture

X832

A

1674-9405(2016)06-0050-05

10.19364/j.1674-9405.2016.06.011

2016-07-06

周政辉（1982-），男，河南巩义人，工程师，主要从事水文水资源及水利信息化方面的研究。