最严格水资源管理移动应用场景研究

王 超，李宝芬，杨发瑞，张 振

(1.云南省水文水资源局，云南昆明650106；2.云南省水文水资源局昆明分局，云南昆明650103；3.昆明市松华坝水库管理处，云南昆明650201；4.东华软件股份公司，北京100086)

0 引 言

水是生态之基、生命之源、生产之要。人均水资源少、时空分布不均是我国的基本水情。当前，我国水资源面临的形势异常严峻，水资源短缺、水污染严重以及水生态环境恶化等问题日益突出，已成为制约经济社会持续平稳发展的主要瓶颈。随着城镇化和农业现代化不断推进，水资源供求矛盾日益凸显。为达到更加可靠、经济、安全、高效的管理水资源业务，水资源管理部门通过信息科技手段，提高其信息化管理水平显得尤为迫切。为此，2012年国家启动了水资源监控能力建设项目，一期项目(2012年～2014年)已基本建成，在水资源管理中逐步发挥了相应的作用。

移动信息化是传统信息化的扩展延伸，是利用通信技术、互联网技术和移动终端，随时随地进行各项业务、管理活动以及服务的一种新方式，为规范、高效、互动的全方位管理与服务提供了支撑。为推动最严格水资源管理工作，国家已启动了水资源监控能力建设二期项目(2016年～2018年)已启动，在二期项目中移动应用将成为主要的发展方向。本文设计了水资源移动应用平台的总体架构，设计和规划了水资源业务管理中的移动应用的需求及典型应用场景，及相关移动应用的落地，有助于全面提升水资源业务的移动信息化水平和水资源管理系统的智能、高效水平。

1 移动应用对水资源管理的价值

水资源关系到国计民生，是发展经济不可或缺的战略自然资源。伴随着经济稳健持续增长，对水资源的需求与消耗量不断增涨。特别是水源污染、人口剧增、工农业用水技术落后、浪费严重和水生态环境恶化，更使水资源短缺的问题更加凸显，并成为经济社会发展的瓶颈。这就要求提高水资源利用率，保证水资源的持续长久的开发利用，充分发挥水源工程的效益，在满足水量和水质要求的前提下，使水资源发挥最大的社会、经济和环境效益。移动应用在水资源管理中有广泛的应用范围，比如在水行政主管部门的水资源监测作业、日常办公、公众服务、智能分析中，移动应用可以提升其工作效率、管理水平与公众或用水户的满意度，意义十分重大。

现场移动作业及移动办公可利用移动终端开展水资源监测现场作业，如现场检察和调查作业、设备巡检、物资管理、应急事件处理等业务，可以解决传统人工操作、手工纸质记录等工作方式中存在的人为因素多、效率低、管理成本高等可能的问题，有利于实现工作方式的变更；移动办公系统打破了办公的物理边界，人员外出时，也可以进行公文阅览、审批、查阅公告和文件、收发邮件、查看水资源监测及用水情况，可以大大提升公文流转的速度，实现办公环境无差异化，有利于提高工作效率。移动公众服务包括余量、水费记录查询、购水和故障提醒、举报投诉，移动支付等功能，可以帮助管理部门建立与取用水户等用户沟通低成本、高效率的互动渠道，有利于增强取用水户等用户满意度[1- 2]。

2 移动应用平台总体架构

为了实现水资源管理部门便捷、高效、智能和安全的移动信息化建设目标，参考目前水资源管理信息化的各业务系统，移动应用平台采用3层(基础数据层、业务逻辑层和移动终端层)架构(见图1)模式构建，平台将业务逻辑转移到服务器端，客户端负责交互实现和界面的展现。这种架构最大优势是模块的松耦合、扩展性好、跨平台，也降低了客户端开发的复杂度和维护难度。

图1 水资源移动应用平台功能构架

(1)基础数据层。目前大多数水行政主管部门已基本建成了水资源信息服务系统、水资源业务管理、监测设备管理、门户和办公等系统。其可根据移动客户端的实际需求，选择相应的基础数据源，并通过数据抽取、清洗、校验、转换等数据处理服务，为业务逻辑层的数据接口调用提供数据源。

(2)业务逻辑层。客户端不直接访问各业务系统，而是数据处理之后，通过搭建的移动应用服务器，以Web service方式创建数据访问接口，使用HTML/XML/JSON等格式进行数据通讯，并通过移动应用服务器中间件发布和管理各接口方法，为移动终端层访问基础数据层提供通道。在业务逻辑层要处理移动应用访问数据的安全性问题，具体体现在数据存储的安全、访问权限的安全、移动设备管理的安全和系统运行维护的安全(见图2)。

图2 水资源业务应用移动安全访问、数据处理及业务层框架示意

(3)移动终端层。提供移动应用的人机交互界面，适配不同操作系统的移动终端设备，目前主流的移动操作系统是IOS、Android、Windows Phone。针对水行政主管部门的实际需求，本研究设计了移动作业、移动办公、移动公众服务和移动智能4类移动应用。针对原生态应用程序的开发，遵循充分利用移动应用平台的特点和优势，定制差异化的用户体验，遵守用户使用习惯的同时，使得各移动应用平台的优势最大地发挥的理念。

移动应用运行于公共的网络环境，且移动终端具有易丢失等风险；其安全问题也是水行政主管部门移动信息化面临的重大问题。只有解决了移动应用程序所涉及的数据存储和传输、身份认证、访问准入、设备可管理性、木马病毒等诸多安全问题，才能真正推动移动应用在水行政主管部门中的发展。因此，在移动终端用户的接入和数据传输上，可使用SSL或VPN安全连接技术。该技术把SSL的安全性和基于标准的接入控制和细粒度策略制定相结合，IOS、Android和Windows phone等主流移动操作系统全面支持。

3 典型移动应用场景分析

3.1 移动作业

水资源监测设施具有明显的特点：点多面广，多部署在野外、山区等特殊地理位置，容易受到天气影响，处地偏僻，难以监控、定位与维护。

目前，正在建设中的国家水资源监控能力建设项目，其目的是初步形成与实行最严格水资源管理制度近期目标相适应的国家水资源监控能力，为支撑水资源定量管理考核工作奠定基础。本项目中仅云南省一期就建设了国控重点取用水户监测站点近700个；同时还建设有水源地水质监测站，所有站点分布全省16个州市，前期监测站点建设任务多，后期的站点维护任务繁重，其移动应用主要为：

(1)移动设备监控，通过在监测站点上装配无线传感器或视频监控器等无线监控设备，再利用GPRS或北斗等通讯技术进行无线传输，实现对监测设备运行环境的有效监控。如进行设备参数、水位、流量、设备电压等监测工作，并将监测结果发送到移动终端上，可以实现故障设备的预警、快速定位和及时响应，为快速恢复正常监测创造条件[3- 4]。

(2)移动巡检，可以让巡检人员通过移动终端的二维码识别技术，进行设备的地理定位、设备信息的识别，从而便捷创建巡检任务，也可以让巡检人员随时随地查询巡检与维修记录、查询巡检统计分析报告、完成设备的多媒体信息采集和上传。移动巡检减少了书面工作和数据录入，节省成本和时间并提高了工作效率，也降低了手工操作的失误率。

(3)移动定位和抢修，可以让设备抢修人员通过移动终端，迅速查询并定位周边的故障站点或突发事件，通过移动定位装置，进行故障定位和寻路工作，实现故障站点的紧急抢修和突发事件的移动定位。

3.2 移动办公

水资源管理人员可以使用移动终端设备，在任何时间、任何地点，处理单位事务(如公文审批、文件管理、日程管理等)，从而促进内部信息沟通，提高工作效率，降低管理成本，增强事务处理和程序性和可控性，让协同办公变得高效，提高单位和企业的整体管理水平。

水资源业务审批量大且程序多，传统办公系统历时过长，影响业务进度；工作人员在公文审批方面可以在移动办公系统上，通过移动终端查阅待办事项、请(批)示事件，实现及时的业务审批。

此外，在日程管理方面，主要考虑实现个人工作日程、领导日程、部门日程或委托他人日程的功能，支持日程提醒与查看，提高个人时间管控效率，从而提高整个组织的绩效。在文件管理方面，主要实现文件收集、存储、分类整理和文件共享等功能，配合文件权限管理功能，即可实现移动的文件管理。

3.3 移动公众服务

传统的水行政主管部门，承担着用水查询、水费收缴、欠费催缴、投诉举报、电话通知等大量工作。这种管理模式，成本高、效率低，不能及时将各类信息及时准确传递到取用水用户，也不便于收集取用水用户的建议和反馈。移动公众服务，可以让普通取用水用户通过移动终端，实时进行计划用水余额和用水历史记录查询；借助“支付宝”、“银联”或“微信”提供的移动安全支付服务，进行在线购水和移动支付；对于缴费提醒、故障消息或停水通知等与取用水用户密切相关的信息，移动应用服务器推送相关提示信息至取用水用户的移动应用终端，使取用水用户随时随地获取最新信息。移动公众服务提供的取用水的一站式服务，不但可以增加取用水户的满意度，也可以实现水资源管理效率的最大化。

3.4 移动智能

传统的商业智能(BI)主要为管理高层决策者服务，因其受到安全因素影响，数据分析仅能在本地用户终端完成，通用性、实时性、交互性不足，随着水资源业务管理信息化程度的不断提高，商业智能不仅要为管理高层决策者提供战略性决策支持，还需为其他用户提供操作型决策支持。

移动智能，借助丰富的图表、GIS、气泡图等展现形式，让数据直观可视，可为水行政管理部门决策提供强有力的支持。通过一系列预设指标，可及时、直观地查看取用水的情况；通过对特定指标的分解和对比，可以分析取水用水管理中出现的问题；通过数据挖掘技术，分析各关键指标的关联关系，并利用数据计算模型，预测决策方案的影响；通过细化分解关键业务的关键指标和管控范围，可以监控水资源开发利用的全过程；通过建立取用水户分析模型，对取用水户进行分析与挖掘，可以为水资源分配及调度提供决策支持，提升服务能力和服务精细化管理[5- 6]。

移动智能的支点是对大数据量的数据挖掘和分析，所以移动应用平台后台需要处理大量存储和计算的请求。为了提高移动智能系统的访问速度，建议在平台层采用分布式存储与关系数据库相结合的方式。为此，移动智能的应用架构，具体方法是:对高实时性的请求，采用分布式计算平台从传统业务系统中抽取解析数据，之后将数据装载到关系数据库中，以实时响应用户请求；对低实时性请求，分布式计算平台先将用户请求分解到多个并行的子任务，之后从传统业务系统中抽取数据并解析，将子任务和解析后的数据交由运行环境中的多个计算节点分散进行数据计算，最后将计算结果装载至分布式存储中，用以响应用户的低实时性查询、数据挖掘和数据分析任务。这种方式可以同时满足用户高实时请求及大数据计算的需求。

3.5 水资源移动应用实例

在国家水资源监控能力建设二期项目推进过程中，多数省份都提出了移动平台的开发计划，水资源管理移动应用在各地逐步开展和落地。例如，云南的水资源移动应用的建设就已启动，建设调研过程中各类用户均对水资源移动应用表现出浓厚的兴趣，并充满期待，提出许多具有地方特点的应用场景。目前，设计版已初具雏形(见图3)，下一阶段将在用户需求详细调研的基础上进一步细化完善功能。

图3 云南水资源业务移动应用界面

4 结论和展望

(1)本文所研究并设计的移动应用平台总体框架、移动应用的应用需求及使用场景可以作为水资源业务移动应用及其平台的研究与建设的参考，而相关移动应用的落地可以为取用水用户提供更便捷的服务，使其能够随时随地享受移动应用带来的便利。

(2)移动应用为水资源业务管理的高效智能发展带来了机遇，在移动作业、办公、公众服务、业务分析处理等各个方面，移动应用有助于显著提升其工作效率、管理水平与用户满意度。

(3)移动应用在水行政管理部门中的推进也面对很多的挑战:一方面，如何低成本地部署移动智能终端与移动应用网络，使移动应用尽可能多地满足水行政管理部门的各种业务需求，是一个挑战；另一方面市场上各种的移动终端平台正在日益多元化、移动设备型号成千上万，移动设备和移动应用的适配是一个巨大的挑战，为不同的移动设备的各移动应用定制差异化的用户体验，充分利用移动设备的特点和优势，使得各移动平台的优势发挥，值得深入研究。