新疆生产建设兵团水利信息化资源整合与共享

毛国新 ，周 力 ，张永威

（1．新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830002；2．新疆生产建设兵团水利局，新疆 乌鲁木齐 830002）

0 引言

近年新疆生产建设兵团（以下简称兵团）水利信息化建设有效推进了水利业务的顺利开展，促进了能力建设，提升了管理水平。在积极推进同时，已有水利应用系统由于建设时间不同、资金来源不同、建设方式各异、技术架构多样、应用分散等因素影响，导致水利信息化存在的信息孤岛、业务割据、设施分散、安全薄弱等问题[1]，影响了兵团水利信息化整体效益的发挥。

遵循水利部水利信息化资源整合共享顶层设计思路[2]，旨在通过门户整合，解决现有信息化应用协同突出问题。重点围绕兵团现有的防汛抗旱指挥系统、山洪灾害监测预警系统、中小河流水文监测系统和兵团水利普查等一批重点项目，进行基础设施、水利地理信息、数据资源、业务应用整合与共享。落实一数一源并统一数据模型、地图服务、通用工具、门户集成[3-4]，实现兵团水利信息化建设由分建专用向集约共享的变革，实现跨部门业务协作与资源共享，提高系统应用的便捷性和高效性，达到全兵团水利信息化的统一管理和共享。

1 信息化资源梳理

兵团水利信息化建设始于“九五”期间，伴随金水工程的实施，水利信息化建设进入了稳步发展阶段，近年随着相应建设投入的增加，兵团水利信息化建设也取得了诸多成果。

1）数据资源现状。通过第一次全国水利普查完成的河湖、水利工程、水土保持、地下水取水、灌区用水、经济社会用水等 10 类普查对象清查工作，形成了兵团范围普查对象数据集与普查空间成果数据集；兵团已建成雨水情、水文水资源、墒情监测站 1 204 座，建成 1 个水情中心和 13 个水情分中心；已建成 241 个重点取用水户监控、5 个重要饮用水源地水质在线监测，以及 70 座地下水监测站点、29 300 多口机井监测；建设了 539 座视频、图像监控点，42 座大中型水库建设了水位视频监控，并实现了统一管理。初步建成了水利空间、水利普查成果、雨水情监测等一批基础性业务数据库。

2）基础设施现状。现有核心路由器 2 台，接入交换机 2 台；应用服务器 7 台，GIS 服务器 1 台，Web 应用服务器 2 台，内网采集服务器 1 台，安全服务器 1 台，虚拟化管理中心服务器 8 台；工作站3 台，标准机柜 3 套；机房布置有安全系统入侵检测、安全漏洞扫描、病毒防护、安全审计等系统及安全管理中心。

3）应用系统现状。兵团已建有国家防汛抗旱指挥、山洪灾害监测预警、中小河流水文监测、水资源监控管理平台等 15 个业务应用系统，建有农村水电统计、全国病险水库填报、堤防水闸信息等 8 个统计填报系统，建有水利部电子公文交换系统、兵团综合办公应用平台（涉密）、兵团协同政务平台3 个电子政务系统，共计 26 个应用系统。系统架构为 B/S，C/S，单机版，开发语言有 JavaEE，VB，C# 等，这些分散建设的系统导致技术架构多样、开发平台不统一、数据库类型不一致等问题。

4）网络现状。已形成上达水利部，下至各师水利局、水利服务中心的网络架构，与水利部之间水利专网带宽 4 Mbit/s；建成了兵团水利专网，连接14 个师（市）水利局和 69 个山洪灾害团场；互联网已覆盖兵团、师、团场三级水利部门。

2 资源整合设计

2.1 技术路线

根据业务需求和现有的技术框架，门户系统采用 SOA 的分布式应用架构和 B/S 结构[5]，基于J2EE 平台设计、开发、组装和部署整合集成系统；主要技术采用前后端分离的开发模式，前端采用Angularjs 框架，后端采用 Spring MVC 架构；运用Spring MVC 技术对诸多数据库和业务系统进行中间件平台创设，进行公共服务模块整合以保证支撑环境的跨平台运行；以 Web Service 技术进行业务应用衔接服务，设计开发内部系统和外部系统的信息交互，实现了兵团水利信息资源异构系统的良好共享；采用 XML 规范不同平台带来的系统边界壁垒，在其他业务系统的部署站点中的 Web.xml 文件中添加 CAS 认证系统的单点登录过滤器，自动认证用户身份；采用 WebGIS 技术实现网络环境下兵团水利地理信息的管理和发布；数据库平台服务器采用 Window 2012，数据库采用 Oracle 10。初步建成新疆兵团水利资源共享服务平台和高效协同的水利业务应用体系。

1）基于 J2EE 平台的水利应用架构建设。本系统以 J2EE 平台架构起基于 Web 的多层次分布式结构模型[6]，采用组件的方式设计、开发、组装、部署应用系统，将面向对象的轻量级持久性技术集成到该架构中，开发出与平台无关的 J2EE 构件的解决方案，并将所有对数据源的访问操作抽象封装在公共 API 和 SDK 中，为系统整合共享提供了良好的机制，保证了开发的业务应用系统支撑跨平台运行能力。针对兵团水利信息化整合共享项目，提出了分布式 5 层架构体系，软件的中间业务开发采用 JSP/JavaBeans/Spring/Web 等技术构造，各个应用组件根据其所在的层分布在不同的服务器上，实现了实体构件复用和异构数据库的访问，解决了兵团水利信息化整合中的关键技术和应用服务问题。

2）基于 Spring 技术的水利服务模块实现。Struts + Hibernate + Spring 的整合架构设计采用分层的思路，并为各层次的支撑提供一个整合框架的解决方案，并隔离各层之间的相互依赖以便于系统扩展[7]。Struts 作为表现层和控制层主要框架，提供控制器和表现层管理；Hibernate 作为数据访问层的底层持久框架，提供对象关系映射；Spring 负责程序的业务控制，将 Struts 和 Hibernate 整合起来。水利系统业务逻辑层采用了 Struts 和 Spring 整合的方式实现，业务逻辑和数据库层的交互采用 Spring +Hibernate 方式，再封装到模块组件中，向上可以与MVC 框架无缝整合，向下可以与持久层框架无缝整合，开发出结构清晰、重用性好、维护方便的轻量级的水利服务模块，实现了兵团水利信息资源异构系统的良好整合。

3）基于 Web Service 的业务应用服务共享。水利业务应用共享接口服务采用 Web Service 技术[8]。Web Service 是一种面向服务的分布式计算体系结构，使用标准化的 XML 语言和标准化协议展现服务，在不同系统平台之间具有互操作性，可通过Web 完成在线应用服务，实现不同应用程序之间的远程调用，通过标准化接口实现数据共享与交换管理。兵团水利信息资源共享平台，采用基于 Web Service 实现 SOA 的基本框架，实现异构系统之间的数据信息资源的共享、交换，围绕平台制定平台接口规范，软件接口标准主要包括各水利基础及业务接口的接口内容、关键字、命名方式、服务调用机制、接口描述方法、描述内容等，规范了兵团水利局各在建和拟建业务系统对外发布的接口，极大地提升了平台的共享服务能力。

4）基于 WebGIS 技术的地理信息展示。水利地理信息共享服务系统采用 WebGIS 技术。为实现地图服务和功能服务的共享，利用 WebGIS 技术与其他 Web 信息服务进行无缝集成，将 GIS 功能封装成组件，以组件方式提供给用户，方便在建和拟建水利应用系统的地图服务调用，实现网络环境下兵团水利地理信息的管理和发布。本系统采用基于 UGC内核的 SuperMap iServer 平台，支持面向服务的体系结构 SOA 标准，支持异构系统架构，支持 WMS/WFS/WCS/WPS 等多种 OGC 标准 Web 服务，并具备调用汇聚第三方空间地理信息服务的能力。目前系统将 Web 服务器和地图应用服务器架构在一起，已将水利地理信息基础、兵团水利专题、自治区水利专题应用等数据，以影像、矢量、地形等底图形式提供水利地理信息在线网络服务，实现基于一张图的兵团水利信息资源有效整合与集成。

2.2 总体设计

结合兵团水利局已建水利信息基础设施、数据库、业务平台现状，采用云构架的建设模式，从基础设施层、数据资源层、平台支撑层、业务应用层、应用展现层方面布局总体框架设计[9]。兵团水利信息化资源整合与共享总体框架如图 1 所示，图中虚线框为已建内容，实线框为项目建设内容。

图 1 兵团水利信息化资源整合与共享总体框架图

1）基础设施层（IaaS）。利用本项目扩建改造整合现有机房，建立起统一的基础设施运维环境，硬件资源环境配置包括计算和数据服务器，以及存储、网络、防火墙等设备，软件环境配置主要为操作系统、GIS 基础、数据库及平台管理等软件。用户能够在云基础设施平台部署和运行任意软件，包括操作系统和应用程序，也可控制操作系统选择、存储空间、部署的应用，使兵团水利局初步具备一定的 IaaS 服务能力。

2）数据资源层（DaaS）。采用面向对象的水利数据模型，对水利对象结构、对象分类、对象实例进行有效组织和编码，形成集数据模型、处理入库、更新维护、可视化配置的数据资源整合和建库。数据层资源在数据基础上完成面向兵团水利应用多级比例尺多专题的地理信息分层表达、符号化和地图配置，有效促进水利信息资源整合与集成共享，以提升兵团水利 DaaS 服务能力。

3）平台支撑层（PaaS）。PaaS 担负着水利信息资源存储、管理、处理与服务发布的职责，服务于共享与二次开发的需要，为脚本开发、客户端开发提供标准的 API 和 SDK 服务，以及提供接口查询、说明与管理等功能；服务器端部署对业务组件提供的服务，主要包括中间件、报表工具、GIS 工具等通用服务组件，为上一层的业务应用赋能。兵团水利信息化 PaaS 云平台提供多种通用服务组件，通过组合与装配形成对业务应用层的服务，这些服务同时也可以直接由业务应用进行调用，完成其所需要的功能，主要包括数据、地图、功能管理服务等内容，已初步具有一定 PaaS 服务能力。

4）业务应用层（SaaS）。利用应用支撑平台提供的各项支撑服务，构建兵团水利局基于 SaaS 的云平台服务体系，将已建、在建的水利应用系统按照标准部署到服务平台上，提供标准接口按照服务的形式向用户发布，实现水利业务应用的协同共享。通过单点登录和统一用户集成了兵团水利防汛抗旱综合管理、水资源监控管理、地下水监测等 15 个应用系统；集成了农村水电统计等 8 个统计填报系统；开发了防汛值班、灌区信息化、水利市场监管、运维管理等 6 个系统。目前构建起兵团水利 SaaS 云集成平台，为业务人员提供了水利应用集成协同，提高了水利业务管理效能。

5）综合信息服务门户。按照汇聚、共享、定制理念开展水利综合信息门户建设，实现基于一张图的多业务系统的集成、协同与共享，实现单点登录并统一身份认证、门户建设、用户管理、信息展现。兵团水利系统用户通过门户，可以查询丰富的地图服务资源和影像服务资源，并通过提交服务申请，实现查询、浏览、统计、应用资源一站式服务，平台主要包括门户首页、一张图展示、综合应用、服务管理、系统管理等功能，实现了水利信息系统的整合，有效提升兵团水利信息化工作水平。

6）标准规范、安全保障体系。依托兵团水利局已有安全保障体系，架构起标准规范、安全保障两大体系。系统编制了兵团水利资源的数据源和元数据、水利资源目录服务、数据维护与更新、业务应用服务与共享等内部标准规范。网络机房增加了堡垒机、日志审计、数据库审计、主机安全等设备，配置了身份鉴别、访问控制和可信验证的准入策略，实现机房环境安全；增加了下一代防火墙、Web 应用防火墙、接入交换机等设备划分安全隔离域，增加了 APT 检测设备和漏洞扫描系统，实时进行系统检测、漏洞扫描及风险管理。

3 建设成果

3.1 统一综合门户建设

建设兵团水利综合信息服务统一门户系统，初步形成基于 Web 的系统的一站式服务构架，并基于兵、师两级水利系统内部浏览器/服务器架构，将异构的业务应用集成在一起，构建起基于统一用户管理和统一登录认证的门户框架，解决了多系统多点登录问题。系统包括门户首页、单点登录、一张图、协同应用和系统管理等 5 个功能模块，为兵团、各师水利部门用户按照角色权限提供统一接入管理，实现信息汇聚、业务聚合、个性定制等。通过对水利资源、业务应用和用户管理的整合，加大了水利部门间的资源共享力度，推动了兵团水利业务应用协同服务的向深度广度拓展。

3.2 统一水利一张图应用

以中心数据库为基础，通过可视化方式，建成兵、师两级共用的兵团水利一张图，提供专题展示、信息查询、统计分析、实时监测等功能，对空间和非空间共享服务提供统一的管理，有效开发利用兵团地理信息资源，实现了信息化与水利业务应用的深度融合；通过制定基础地理和水利核心业务数据标准，开发地理信息服务数据交换平台，实现横向、纵向数据的上报等机制；通过在线编辑与审核功能模块提供了数据更新的接口，以业务驱动保障数据动态更新，构建了以业务应用协同为主线的兵团水利一张图动态更新机制；建设了一张图门户运维管理系统，基于 OGC 规范对整合的一张图成果进行封装重构，已发布展现服务 64 个，构筑统一平台，赋能水利业务应用；构建了“兵团水利一张图 +”的水利业务协同体系[10]，并已在多个业务系统建设中发挥重要作用。

3.3 统一数据中心建设

基于国家基础地理、水利普查空间、水利专题空间的数据，将涉及水利业务的水利对象和业务管理数据，汇聚到兵团水利数据中心专用数据服务器中。重点整合了水利部、自治区、兵团现有的山洪灾害防汛，防汛抗旱，水资源管理，兵团水利工程“四清”等业务系统的 7 个主要数据库数据资源23 类共 21 万余条，同时整合各类山洪灾害防汛、中小河流水位、降雨量等实时监测和预警数据入库3 600 余万条，并实现下联师团、上接水利部、横连兵团其他局委的汇集共享，联动更新。通过兵团水利综合应用系统，建立统一的水利数据接口和水利资源服务体系，实现水利信息共享、业务协同，充分发挥现有资源的作用和效能，已初步建立了一数一源的兵团水利中心数据库。

3.4 统一应用平台整合

通过对兵团水利业务流程梳理和管理需求分析，整合了防汛抗旱指挥系统、水资源管理系统、地下水监测工程等已建业务应用系统，初步建成统一高效协同的水利业务应用平台。平台提供水利一张图服务与应用的集成展示，以及基于一张图服务调用与扩展开发的水利业务系统，开发人员可以通过标准接口获取业务应用所需的数据资源和功能服务，根据水利业务需要，不断拓展基于服务调用扩展开发的各类子系统应用。目前在统一应用平台上开发集成了建设档案管理、防汛值班、水利工程建设管理等 6 个系统，使平台功能组件逐渐丰富，以信息化重组推动了水利业务流程协同化，彰显出资源整合的显著效果。

3.5 统一基础设施整合

通过对基础设施整合、网络架构重组及必要的规划新建，初步建成基于云的基础设施平台，实现网络互联互通、保障机房运行安全，提高资源高效利用，搭建共享存储资源池。目前兵团本级网络机房通过 100 Mbit/s 电信电路与兵团信息中心核心交换机连接，各类设备包括核心交换机 2 台、接入交换机 7 台、服务器 11 台、机柜 4 个、KVM 1 套；利用 8 台 8 路服务器建成了兵团水利私有云，划分为 25 台虚拟机，购置 100 TB 存储 1 套；继续租用数字兵团虚拟服务器 17 台；开通了兵团至国家防总的 4 Mbit/s 专线网络，采用千兆光纤与师级互联，已形成上达水利部，下至各师水利局、水利服务中心、各团场等单位的网络架构；互联网已覆盖兵团、师、团场三级水利部门，视频会商网络实现兵团本级与 13 个师、69 个团场异地视频会商系统建设，以及兵团本级和水利部之间的视频连通。

4 结语

针对水利信息化建设存在的信息、数据、业务等孤岛问题，兵团开展的水利信息化资源整合与共享建设项目，通过现代信息技术的汇聚、融合、共享等关键技术对异构数据和业务应用进行整合，提供了统一设施、数据整合、共享服务、集成应用等兵团级的水利信息资源整合解决方案，实现了兵团水利局不同业务部门、应用系统之间的协同共享，提高了兵团水利信息化保障能力和服务水平。

兵团水利信息化工作今后努力做好以下几点工作：加快推进兵团层级水利资源整合共享标准体系建设；积极构建空天地一体化的水利监测感知网，提高洪水预报能力，建设水旱灾害智能业务应用；建立兵师水利数据的更新维护和有效共享机制；建成集兵团基于水利一张图的三维可视化水利专题地图；建设智慧使能平台，构建面向特定业务场景的水利模型及学习算法，提升智能水利应用水平，为兵团水利向智慧水利转型提供先行基础。