淺析農村水利信息資源管理與共享

韓和喜 凌剛 黃偉華

摘要：文章從農村水利信息資源的管理與共享角度切入，深入分析探討了影響農村水利信息資源管理與共享的各項因素，并結合國內外常見的水利信息資源管理系統架構與水利信息化相關技術發展趨勢，提出了符合中國國情的農村水利信息資源管理系統的初步架構思路。

關鍵詞：農村水利；信息化；云技術；信息資源管理；資源共享

中圖分類號：F426 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）15-0127-05

1農村水利信息資源概況

農村水利信息資源按業務類別分別包括農村水利基礎設施信息、在建工程信息、日常辦公信息、即時通訊信息等；按信息屬性類型分則包括空間信息、屬性信息和時間信息等。

其中，反應農村水利基礎設施、水利工程信息的空間信息是農村水利信息資源管理的重點之一。從嚴格意義上講，所謂空間信息（Spatial Information）指的是反映地理實體空間分布特征的信息。通常圖形是表示空間信息主要形式。理論上，任何地理實體都可以通過點、線、面等基本圖形元素形象地重構再現?？臻g信息通過與屬性信息、時間信息結合向人們完整地描述地理實體。人們通過空間信息的獲取、加工與綜合分析，從而發現區域空間分布或變化規律。隨著空間信息技術的發展，越來越多的空間信息應用開始在日常生活中得到應用。

農村水利空間信息資源主要包括來自各類型灌區、農田水利設施、農村飲水安全工程及水利工程動態監控等業務應用領域產生的圖片、視頻、遙感影像及電子地圖等。通過查詢相關農村水利空間信息，各級水利管理部門能夠快速地了解諸如某一灌區所處地理位置、灌區規模、灌區地形、覆蓋的有效灌溉面積、灌區受益村等全面信息，從而進行科學決策。此外，空間信息在水利方面的應用還包括防汛決策支持、洪澇災情評估等。當發生洪澇災害時，各級水利部門亦能夠通過充分利用農村水利空間信息等資源實時地了解各地水利基礎設施的分布及運行狀況，從而制定行之有效的防洪防汛解決

方案。

2農村水利信息資源管理與共享的意義

經合組織（OECD）相關研究表明，到2050年，全世界面臨嚴重水資源危機的人口比例將從2005年的44%上升至47%。當前農業用水約占全球用水量的70%。農業灌溉則是農業用水大戶，也是全球單一領域中水資源使用量最大的。由此可見，提高農業用水效率關乎水資源的未來。農村水利信息資源的高效管理與共享是提升農業用水效率的關鍵。隨著我國水利信息化進程的推進，農村水利信息將會越來越豐富。農村水利信息資源的合理使用不僅能夠促進農業科學灌溉、節水改造、農田水利設施建設管理，還可以在自然災害預防、改善農村居住環境等諸多領域發揮非常重要的作用。

作為國家重要的基礎性信息資源之一，未來農村水利信息資源不僅能在各級水利部門的業務系統中得到廣泛應用，同時也必然整合入國家的電子政務網絡，增強對資源環境動態監測和自然災害等突發事件應急反應的信息采集、綜合分析能力，從而實現跨領域的信息支持，如能夠為三防系統提供詳細準確的各種洪澇災害疏導路線及設施等。因此，實現農村水利信息資源的高效管理與共享有著十分重要的意義。從某種程度上講，實現農村水利信息資源的高效管理與共享將有助于促進我國的水利信息化進程，同時為我國的農業現代化及經濟社會發展提供強有力的基礎支撐。

3影響農村水利信息資源管理與共享的因素

3.1硬件環境因素

根據國家水利信息化發展思路，我國農村水利信息化硬件環境建設采取自上而下的方式開展。隨著國家發展政策的推動與財政投入的加大，當前我國水利系統中上層信息化硬件環境建設已經基本完成，但是基層農村水利信息化硬件環境仍然較為薄弱。

“十一五”期間，水利部、省、市及縣級水利部門已基本完成信息化硬件環境建設，并建立起一定規模的信息化業務管理及辦公體系，但是縣級以下的農村水利基層信息化硬件設施仍十分匱乏，即便是東部的江蘇、浙江及廣東等經濟較為發達的省份，也依然存在農村水利基層硬件設施不到位的情況。中部及西部各省份的情況更加不容樂觀?；鶎邮菙祿膩碓?。基層缺乏足夠的硬件設施就無法全面監控各項水利工作開展，也無法為各級水利管理部門及時提供全面詳細的農村水利信息。缺乏來自基層一線的足夠豐富、翔實的信息支撐，上層再先進的信息化系統也無法充分發揮其作用。

針對這種情況，國家水利發展“十二五”規劃及各省的水利發展規劃不斷出臺，推動著我國水利信息化進程不斷加快。隨著我國水利信息化進程的推進，農村水利基層的信息化硬件環境有望得到逐步完善，從而夯實水利信息化的基礎。

3.2空間信息資源管理技術

我國的空間信息技術發展起步較晚。據國家相關統計數據顯示：“十一五”期間，在國家“863”計劃、“973”計劃、火炬計劃等系列科技發展計劃支撐下，我國在空間信息技術領域取得突破性進展，包括網格地理信息系統、統計遙感、多元遙感數據綜合處理與服務、空間信息快速獲取與自動化處理、多源空間數據集成應用、自適應空間數據引擎等關鍵技術取得重大突破，并實現了技術的產業化應用。截至2010年，我國空間信息技術相關軟件產業產值突破1000億元，并造就了北京超圖軟件（SuperMap）、中國地大（MapGIS）、武大吉奧（GeoStar）等一批國產自主品牌軟件，徹底改變了我國空間信息核心技術長期受制于人的被動

局面。

目前在國內外科研機構及行業應用機構的共同努力，空間數據庫技術在兩種發展趨勢上分別取得了一定突破：

第一種發展趨勢是中間件技術。中間件技術的主要推動者是世界各大GIS廠商。目前較為常見的中間件技術產品有美國ESRI公司的ArcSDE、Mapinfo公司的Spatial-Ware、超圖軟件的SuperMapSDX+。實際上這里所指的中間件實際上并非硬件，而是一個軟件。中間件建立在操作系統之上，管理計算資源和網絡通訊，允許應用元素通過網絡連接進行互操作，并屏蔽其下的通訊協議、系統結構、操作系統、數據庫和其他應用服務，營造出一個相對穩定的高層應用環境，使開發人員能夠集中精力于系統的上層開發，而不用過多考慮系統分布式環境下的移植性和通訊能力。

另一種發展趨勢是空間數據庫擴展技術?？臻g數據庫擴展技術的主要發展力量是全球各大數據庫廠商。當前較為常見的空間數據庫擴展技術主要有Informix數據庫的SpatialData-Blade、IBMDB2數據庫的Spatial Extender和Oracle數據庫的OracleSpatial等。

這兩種空間數據庫技術發展趨勢均在全球范圍內得到比較好的實踐反饋。但是這兩種技術目前在實際應用中各有利弊。例如，在當前眾多數據庫產品中，Oracle關系型數據庫管理系統是管理維護屬性數據和空間數據的理想選擇，然而實際應用中采用Oracle關系型數據庫直接實現對空間數據信息的管理維護操作并不方便，相對較為復雜的數據管理維護操作更是難以實現；而中間件作為軟件在實際應用安裝過程中經常需要針對不同的系統、不同的平臺進行相應的調整，其運行的穩定性與可靠性完全取決于安裝調試的軟件工程師。鑒于此，在實際進行水利信息化系統架設時，通常結合項目需要及預算等因素進行綜合考慮。

3.3云計算

云計算（Cloud Computing），是一種基于互聯網的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計算機和其他設備。云計算包括三個層次：云設備，即基礎設施（IaaS）；云平臺（PaaS）和云軟件應用（SaaS）。云計算描述了一種基于互聯網的新的IT服務增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網來提供動態易擴展而且經常是虛擬化的資源。云其實是網絡、互聯網的一種比喻說法，用來表示互聯網和底層基礎設施的抽象。典型的云計算提供商往往提供通用的網絡業務應用，可以通過瀏覽器等軟件或者其他Web服務來訪問，而軟件和數據都存儲在服務器上。

云計算具有四個顯著的特點：首先，云計算能夠提供最可靠、最安全的數據存儲中心，用戶不必擔心數據丟失、病毒入侵等困擾；其次，云計算對客戶端的硬件設備配置要求較低，軟件使用服務方便；再次，云計算可以輕松實現不同設備間的數據與應用共享服務，能夠跨越不同的平臺；最后，云計算為今后使用網絡數據提供了幾乎無限多的可能，擴展潛力巨大。

3.4云存儲

云存儲是在云計算（cloud computing）概念上延伸和發展出來的新概念，是指通過集群應用、網格技術或分布式文件系統等功能，將網絡中大量各種不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協同工作，共同對外提供數據存儲和業務訪問功能的一個系統。云存儲是云計算的存儲模塊，即虛擬化的、易于拓展的存儲資源池。用戶可以通過云計算系統使用存儲資源池。

與傳統的存儲設備相比，云存儲不僅僅是一個硬件，而是一個網絡設備、存儲設備、服務器、應用軟件、公用訪問接口、接入網、和客戶端程序等多個部分組成的復雜系統。各部分以存儲設備為核心，通過應用軟件來對外提供數據存儲和業務訪問服務。云存儲系統的結構模型由存儲層、基礎管理層、應用接口層和訪問層組成。存儲層是云存儲最基礎的部分，通常由分布在不同地域的大量存儲設備連接而成?；A管理層是是云存儲最核心的部分?；A管理層通過集群、分布式文件系統和網格計算等技術，實現云存儲中多個存儲設備之間的協同工作，使多個的存儲設備可以對外提供同一種服務，并提供更大更強更好的數據訪問性能。應用接口層是云存儲最靈活多變的部分。不同的云存儲運營單位可以根據實際業務類型，開發不同的應用服務接口，提供不同的應用服務。訪問層允許任何一個授權用戶都可以通過標準的公用應用接口來登錄云存儲系統，享受云存儲服務。云存儲運營單位不同，云存儲提供的訪問類型和訪問手段也不同。

3.5制度與人員因素

目前，包括東南沿海經濟較發達省份在內的我國絕大部分地區農村水利基層管理組織不健全，各項基層水利工作大多由水管員（往往是當地農民兼職，并非專職）開展。農村基層的水管員由于能力不夠、精力分散和缺乏專業培訓等原因，對水利行業專業技能與信息化作業的掌握存在明顯不足。隨著我國水利事業的發展與深化，這種情況估計仍將持續一段時間。

由以上分析可以看出，實際上農村水利信息管理制度的制定涉及到三個方面：一是對信息采集設備的管理；二對是空間信息等水利信息采集過程的規范管理；三是對已采集的農村水利信息資源的管理。這三個方面包括了農村水利信息資源的產生到后期的管理與維護。其中，信息采集設備的管理及信息采集過程規范主要針對水利基層工作人員，而對農村水利信息資源的管理與共享則不僅針對水利基層工作人員，還針對各級水利管理部門。結合國內外水利信息管理經驗來看，主要的管理工作與職責由市縣及以上的水利管理部門承擔，基層所承擔的管理工作極少。當然這需要取決于水利管理部門所采用的水利信息管理體系。

4常見的兩種農村水利信息資源管理與共享架構

在水利信息化的初期階段，由于空間信息資源等農村水利信息資源存量規模不大、基層信息化硬件覆蓋程度較低和基層信息技術人員匱乏等因素，因此各主要發達國家基本采用集中式管理架構將農村水利信息資源集中到某個信息存儲中心進行統一管理與共享。集中式管理架構的優點是通過將農村水利信息資源集中交由少量專業人員進行統一管理操作，既提高了農村水利信息的管理效率，又成功地規避了水利信息化初期基層水利工作人員素質能力不足與技術人員匱乏的弊端。從嚴格意義上講，除了極個別國土面積較小的國家，這種集中式管理架構通常并非國家層面的全面統一管理，而是局部的集中式管理。原因在于水利信息化的初期階段，絕大部分國家或地區由于技術、人員及現實環境的局限，無法實現全國水利一張網。因此，大多數情況下，這些國家或地區會采用以某一區域作為中心控制節點的方式構建集中式管理體系，例如我國當前就是以省為區域中心控制節點，再由地區中心節點定期或根據上級水利部門需要將數據進行上傳共享。在這個階段，中央往往主要通過存量信息資源了解全國農村水利基本情況，而無法實現對全國所有農村水利信息資源的實時查詢及管理。

隨著水利信息化工作的全面推進，各發達國家在水利信息化程度較高階段，通過運用各種技術手段逐步將各個區域控制節點與中央水利管理部門連接，形成覆蓋全國的水利網絡，從而使中央一級的水利管理部門能夠在一定程度實現對全國農村水利信息資源的管理操作。這時候的集中管理程度相對較低，同時在信息資源互操作上較為有限、速度較慢，容易出錯，其原因在于中央及各節點的信息系統并非是統一規劃建設，且采用的開發技術、系統架構、硬件標準、接口等方面存在較大差異

所致。

而隨著水利信息化、地理信息系統、云計算和云存儲等信息技術的發展，農村水利信息資源將越來越豐富，信息資源規模也越來越龐大，管理操作的復雜性與難度激增。在這種情況下，即使實現了全國聯網的集中式水利信息管理系統，仍然難以滿足這種龐大的信息管理需求。同時歐美部分國家通過進行水權改革，將水資源的管理與使用（主要指農業用水）劃歸各種地方聯盟組織，如農民用水協會等，試圖市場化手段提升水資源使用效率，由此導致水資源管理權相對較為分散。因此歐美等信息技術與互聯網普及率高的工業發達國家或地區開始采用分布式信息資源管理架構實現對農村水利信息的管理。分布式管理架構與集中式管理架構的最本質差別在于應用的技術原理和管理思維。與集中式管理架構的集權式管理不同，分布式管理架構基于云計算、云存儲等信息技術，結合地理信息系統，通過統一規劃、統一技術標準、統一構建各個區域節點，從而實現更快更穩定的信息采集、傳輸、運算分析等操作，形成一個高效的水利信息資源管理與共享環境，更適合與水資源管理權相對較為分散的情況。

總體而言，兩種架構各有其產生背景與技術優劣勢。集中式管理架構在水利信息化發展初期階段，通過集中管理彌補了水利信息化初期基層信息資源管理的不足，較好地促進農村水利發展和水利信息化進程。而分布式管理架構更適用于水利信息化程度較高、水資源管理權相對較為分散的情況。在一個高度信息化的社會，人們對信息共享需求越高。分布式管理架構更容易實現對信息的共享與

管理。

5我國農村水利信息資源管理與共享的

建議

當前我國農村水利信息化程度較低，農村水利基層信息技術人員嚴重匱乏。按道理這種情況較為適合采用集中式管理架構進行農村水利信息資源管理。但是實際上，由于城鄉二元結構的割裂，我國縣級以上水利部門的信息化程度較高，且縣級以上水利管理部門的網絡覆蓋已經基本全面實現，并由此形成了我國農村基層與縣級以上水利管理部門的信息化程度兩極分化的局面?？紤]到隨著國家“十二五”規劃的推進，我國農村水利信息化的速度會越來越快。與此同時，類似歐美國家的水權改革試點工作也在順利開展。在這樣的背景下，采用集中式管理架構能夠在短期內滿足農村水利信息資源管理與共享要求，但是中長期將成為我國水利信息化工作全面深入推進的阻礙。

與此同時，我國的網絡信息技術、地理信息相關技術在近些年也得到了迅猛發展。結合我國農村水利信息化發展實際與相關技術的發展趨勢，采用分布式管理架構更適合我國水利信息化的發展要求，更能夠促進我國農村水利空間信息資源的有效管理與全面共享。從短期來看，分布式管理架構通過將信息的采集、傳輸、使用與管理分開，使基層水利工作人員只需要進行基礎的信息采集與相關硬件設備維護，降低對基層水利工作人員要求，從而解決當前我國農村水利基層人員專業素養不高、信息技術人員匱乏的問題。從中長期來看，基于云技術構建的分布式管理架構更符合未來技術的發展趨勢，更有利促進我國水利的全面信息化建設。基于云技術的管理架構將計算、存儲等需求分布到各個節點從而降低了系統物理硬件要求與數據管理操作的復雜性。通過云技術將各個節點連接起來，形成一個規模龐大、使用便利的云端水利信息資源管理系統，以實現更快運算、更大存儲、高度共享的未來電子政務要求。

我國水利信息資源的分布式管理架構可以水利部為核心，以省級一級的水利管理部門為區域中心節點進行部署，充分利用省級部門的人才與技術優勢實現對農村水利信息資源的高效管理。在硬件方面，除了部分核心硬件，基于云技術的分布式管理架構對大部分的基礎硬件要求并不高，普通的信息硬件環境即可滿足其要求。針對部分過于陳舊的設備，可通過按照統一標準進行全面升級即可。對于采用云技術構建的農村水利信息資源管理系統而言，大部分的信息元數據仍保留在以省為單位的區域節點中，有利于促進區域內農村水利信息資源的跨平臺共享與應用。

人員與制度方面則需要通過建立農村水利信息采集、傳輸及管理維護操作規范，明確農村水利信息化工作各環節的具體操作要求，并結合理論與實際操作開展水利基層工作人員培訓，提升基層水利工作人員的專業素養，從而在一定程度上確保農村水利信息能夠得到準確的采集、正確的傳輸，以及高效的管理與共享。

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基金項目：本文系廣東省水利科技創新項目《廣東省農村水利綜合管理信息平臺關鍵技術研究開發及應用示范》研究成果。項目組組長為李信民，副組長為周海煒、凌剛、朱加林，組員為韓和喜、陳宇光、張曉玲、呂國勝、黃偉華、張在榮等。

（責任編輯：文森）