湖北水利业务中台技术研究

黄少敏，常 丽，张美丽，肖利晖

（湖北省水利水电科学研究院，湖北 武汉 430070）

0 引言

近些年来，湖北省水利信息化建设快速发展，取得了一定成效。在数据层面，自动化采集和传输能力日益增强，信息的数字化程度不断提高，支撑主要业务应用的一些数据库基本建成；在应用层面，充分利用政务云环境，部署了涵盖水利业务的30 多个应用系统，并通过湖北省水利厅业务应用系统集成门户实现了部分系统单点登录及一定程度上的统一用户管理。信息化在水害防御、工程管理、水资源管理、水土保持、电子政务等工作中发挥了重要作用。但是由于建设时期不同、承建部门技术条件差异大，导致了应用系统异构现象严重，特别是围绕单一业务应用建设的系统不能适应业务协同与功能提升，而且在后期建设中无法灵活地快速开发新业务应用等问题突出，阻碍了水利信息化的健康发展。

对于现有业务系统存在的问题，阿里提出了构建符合数据时代的“大中台、小前台”的业务系统架构[1]，目的是构建统一、共享、复用的业务中台，提供共性服务[2]。基于中台理念的业务系统架构，已在电力行业开展了基于业务中台的运营架构研究[3]。在水利行业，浙江省水利系统进行了水利数据和业务中台的研究[4]；广东省水利系统也在新时代智慧水利建设中提出了协同智能的业务融合应用体系的思考，要突破水利专业性壁垒，深度融合业务应用[5]；另外，基于业务中台的河长制综合信息监管系统的研究也在不断推进[6]。本研究旨在业务中台技术的基础上，为湖北省水利信息化构建一个技术较为先进、相对稳健、可持续的应用系统架构，避免不同水利业务应用之间的重复建设，同时支持零代码或少代码地快速开发、部署新系统，支撑水利业务创新。即将建设的湖北省智慧江汉平台项目采用这一应用系统架构，构建统一的业务应用管理平台。

1 应用系统架构的演变

应用系统架构经过单体、垂直、SOA 面向服务、微服务架构等不同阶段，逐渐由单一发展至分布式，由功能化发展至服务化的中台技术架构。

业务中台将多种业务类应用服务以数字化形式沉淀为服务中心，其目的是提升快速和低成本的创新能力。微服务架构是一种云原生架构方法，是面向服务的体系架构（SOA）样式的一种变体，将应用程序构造为一组松散耦合的服务。微服务架构在分解应用的同时，规避了原本复杂度无止境的积累，每个微服务专注于单一功能，并通过定义良好的接口清晰表述服务边界，可由一个小规模开发团队完全掌控，易于保持高可维护性和开发效率。

基于业务中台和微服务架构，可以统一规划和管理各个业务部门的应用系统，可以使共性业务共同使用，避免重复建设，快速搭建和创新业务应用。

2 基于业务中台的应用系统架构

2.1 应用系统架构

利用微服务架构的方式，将各业务或业务间可通用的技术复用，改变传统单独开发、独立运行的建设模式，实现资源共享、信息互通和业务协同，实现各类资源的管理应用，以统一门户实现应用系统的集成接入。业务中台应用架构如图 1 所示。

图1 业务中台应用架构

1）门户。打造千人千面工作台，让信息与流程和人员快速对接。以业务协同为主线，以业务目标为中心，整合应用，集合信息，聚集数据，统一待办，打破信息屏障和孤岛，实现高效协同，提高业务支撑、服务支撑、辅助决策和综合运维能力。根据用户接入方式的不同，在统一、规范的业务微服务支撑下，快速搭建 Web 桌面端、App 移动应用端和微信公众号等应用。

2）微服务平台。面向业务厂商提供微服务从注册、管理、认证、配置等到全生命周期管理功能，提供水利应用的综合集成环境，降低应用系统部署的复杂性，并提升开发团队的业务创新力。

3）一体化运维。提供对基础平台整体情况的监控及运维。

4）安全保障体系。依照信息安全等级保护三级进行信息安全体系建设，合理配置应用安全措施。

2.2 技术架构

为解决单体架构应用系统的难以维护、资源消耗巨大、难以更新升级、可靠性差等一系列问题，引入了微服务架构开发模式。微服务架构的思路是将各种业务应用分解成一套较小的服务，每个服务都是一个特定用途的应用，实现不同的特性或者功能。统一的综合应用管理平台最终通过多种专业服务的聚合和协同为用户提供全面的信息服务。

业务应用系统的微服务架构体系采用SpringBoot 全新框架和编程规范进行建设，服务注册和调用采用 REST 技术路线。微服务管理平台对微服务进行负载均衡、自动发现、熔断、降级、动态限流，保证整个系统的稳定性，防止因 1 个服务的宕机导致整个业务架构的雪崩。业务中台技术架构如图 2 所示。

图2 业务中台技术架构

前端页面框架采用三大框架之一的 Vue 框架，用于构建交互式的 Web 界面，携带令牌 Token 访问微服务网关；微服务网关接收一切外界请求，转发到后端的微服务上去，同时完成一系列的横切功能，例如权限校验、限流及监控等；使用 Nacos 作为统一的微服务注册中心，所有微服务都统一注册到 Nacos中，业务应用自身的微服务之间调用通过注册中心实现；应用性能管理（APM 系统）通过各种探针采集数据，收集关键指标，同时搭配数据呈现以实现对微服务应用程序的性能和故障管理；网关与微服务 API 接口之间使用 Swaager 2 进行会话共享。

2.3 门户

门户分为以下 2 个部分管理：

1）后台管理。包括门户定制（拖拽配置）、内容管理、应用集成、业务协同等。

2）应用管理。面向管理人员，提供应用的全生命周期管理功能，包括注册审批、应用申请审批、上下线管理、应用数据目录管理功能。

2.4 微服务平台

微服务平台建立目的在于降低系统部署的复杂性，并最大限度减轻系统间同质化功能导致的重复开发，降低开发人员的劳动强度，也相应减轻系统的资源负载。在对现有系统数据的梳理和整合形成高质量标准数据中心后，对常用的水利业务场景进行微服务设计和构建，如雨量和水位查询、报汛消息发送等，可采用不同的开发语言逐渐拆分，形成微服务模块供后续业务系统构建调用。

微服务平台主要实现以下三大功能：

1）微服务治理。基于微服务架构，提供微服务全生命周期管理功能，支持开发、注册、熔断、限速、路由等多种微服务治理功能。

2）微服务发布管理。主要实现服务的接入、发布、下线、注册、升级管理等微服务发布全生命周期的管理。

3）服务超市。提供所有微服务的展示，提供给用户进行申请、下载、查询、使用。本次主要提供基础支撑、大数据和业务协同等服务。

3 湖北水利业务中台

湖北水利业务中台是智慧江汉平台的一项重要建设任务。智慧江汉平台是湖北省水利信息化新一轮水利补短板工作中提出来的重点项目，将由数据资源池升级与完善（数据中台）、应用系统功能升级（业务中台）、智慧使能平台建设（支撑中台）、网络安全防御能力提升和其他能力提升等 5 个部分组成。

项目建设重点和难点是针对当前业务系统做不到流程再造，不足以支撑管理模式创新，特别是与新技术融合不深，协同化、智能化应用水平不高等迫切问题，利用业务中台的架构，搭建湖北省水利微服务管理平台，并通过逐步建设各种水利业务微服务，继而统一实现 PC 端 Web 业务、移动和微信公众号应用，实现“统一技术标准、统一运行环境、统一数据资源、统一支撑平台、统一门户和应用、统一安全保障”的“六个统一”思路中的统一门户和应用。

3.1 Web 业务应用系统

由于现有单体业务应用系统仍运行正常，具备一定的生命力，智慧江汉平台的业务中台应用将先期完成高层级综合应用、综合业务应用可视化展示大屏、联合会商与调度支持和水利监管等，并根据实际业务和系统更替需求，逐步实现智慧水利的流域防洪和水资源管理与调配等“2 +N”水利业务应用系统。

1）高层级综合应用。根据建设的水利数据资源池的数据，把原先沉淀于烟囱系统的高层级综合应用功能微服务化，构建基于业务中台的高层次应用，彻底解决高层级管理人员不同业务应用需要登录不同应用系统的问题。

2）综合业务应用可视化展示大屏。依托大数据工具、水利一张图服务，基于多种图表，通过多种不同条件的组合、多维分析，形成提供围绕核心业务需要的多个主题，适应多种尺寸的大屏幕，向用户全面展示大数据中心各类基础和专题数据建设成果。可视化展示主题包括但不限于流域防洪、水资源、病险水库安全运行、水土保持、农村饮水安全和水利工程等管理，以及河湖长制监管、水利监督业务，提供图表展示等多种直观量化展现方式。

3）联合会商与调度支持。利用智慧江汉平台数据资源池与支撑平台建设成果，选择湖北省具备代表性河道、水库及流域，试点建设大型、跨区域和流域的联合会商与调度支持系统，逐步实现流域级水资源调度、水安全防御、水环境治理、水生态保护、水政务监督、水资产管理等多维业务一体化的流域联合会商与决策支持系统。

4）水利监管。水利监管平台整体围绕监管信息预处理、行业监督稽查、安全生产监管、工程质量监督、项目稽查和监督决策支持、水行政执法业务等重点工作，整合湖北省水利厅现有监督监管平台功能等，推进行业与专业监督信息互通，扩展质量监督、决策支持等功能，分门别类建立问题台账，实现行业监督检查、安全生产监管、质量监督、项目稽查等业务工作中问题发现上报，筛选分类，情

况核实，整改反馈，跟踪复查，责任追究，统计分析，预测决策等环节的全流程支撑。

3.2 移动应用

基于“一个平台，多级用户”的原则，建立基于智能手机移动终端的移动 App，实现与 PC 端进行互联互通，集成已建 App，自定义各类微服务应用，为水利业务提供高效、便捷的移动化办公手段。

移动端主要业务应用包括水灾害防御、水资源监控与分析管理、水生态水环境事务管理、水工程建设状况和工程安全运行监控、水利监督等五大方面。

3.3 微信公众号

微信公众号主要内容为消息推送，推送每天重要水信息给公众，范围包括通知公告、新闻动态、水利文化和水利（名胜）风景区推介、水利基础知识普及、违法事件举报、实时感知水雨情信息、灾情公告、告警信息等，保障社会公众的知情权并提升获得感。

4 结语

通过基于中台的水利业务应用系统架构的研究和不断实践，实现各个业务系统的微服务管理、快速迭代和高效耦合，完成业务系统的重构与多用户管理，形成稳定长效的系统模块与组件管理机制与迭代原则，支持新系统的快速开发、部署和开展业务创新，最终形成水利业务应用系统建设“微起步、微架构、快迭代、强实用、重协同、增效能”的良性循环局面。同时，通过这个研究也为智慧江汉平台项目的具体实施打下基础，并将使智慧江汉平台成为湖北省智慧水利的坚实底座。