河南水利數據交換共享服務平臺研究

信息化是當今世界發展的大趨勢，中國正處在信息化快速發展的歷史進程之中，以云計算、物聯網、大數據、智慧城市、互聯網+為代表的新技術新業態迅速興起，不斷推動全世界、各行業發生深刻變革。河南水利歷來高度重視信息化的規劃和建設工作，建成了省、市、縣三級互聯互通的計算機網絡系統和山洪災害監測預警信息管理系統、水雨情遙測系統、遠程視頻監控等應用系統，但這些系統建設分散，采用多種技術架構開發而成，技術標準不統一，缺乏有效集成，不能實現互聯互通和資源共享，數據資源復用度不夠，造成了一定程度的資源浪費。

一、水利數據資源管理現狀及存在問題

1.數據存儲分散、安全性低、利用率不足

通過前期的水利信息化建設，初步構建了河南水利數據存儲系統，但各類業務數據資源分散存儲在不同業務部門，尚未建立統一的信息存儲、管理和交換平臺；數據割據現象嚴重、數據庫之間互連互通不足，數據共享、交互效率比較低，數據安全保護管理手段落后。

2.缺乏統一標準體系，各部門之間數據資源交換各異

由于缺乏統一的數據共享交換標準，雖然目前河南省防辦與水文、氣象等部門實現了數據交換，但數據格式、交換工具、交換方法不統一，且沒有數據交換過程的跟蹤監控，存在著數據格式不統一、數據內容不統一等問題，無法為相應業務應用系統提供數據支撐。

3.缺乏統一的應用服務平臺，業務應用系統整合困難

近年來，水利信息化部門提出了“統一規劃、統一標準、統一開發、統一使用”的信息化建設原則，但在實際實施過程中，仍然面臨新的問題與挑戰，首當其沖的是沒有一個統一的應用服務平臺，使得業務系統建設各自為政，已建、在建乃至將建的各業務系統缺乏統一的技術架構，沒有統一的數據訪問及接口規范，難以實現數據和軟硬件資源的有效共享。

二、水利數據交換共享平臺設計

1.水利數據交換共享平臺總體技術架構

水利數據交換共享平臺依據云平臺特點，依托河南省水利信息專網，采用東方通數據交換軟件為中間數據傳輸通道、交換平臺服務總線為核心的分布式系統架構，開發元數據管理系統、數據資源目錄及數據交換管理系統，通過水利信息專網實現省水文局雨水情數據庫、省水利信息中心視頻圖像監測數據庫、省防辦山洪調查評價數據、洪水風險圖數據、省氣象局氣象數據庫之間的對接，并在此基礎上實現向省應急辦數據庫推送數據，數據共享交換平臺總體技術架構如圖1所示。

圖1 數據共享交換平臺總體技術架構圖

圖2 數據交換共享服務平臺設計圖

水利數據交換共享服務平臺以面向服務體系結構（SOA）為框架，以服務總線技術（ESB）為基礎，采取松散藕合方式構建。平臺提供跨平臺數據交換服務，對數據轉換和傳輸過程實現集中統一控制和規范管理，同時保持各業務系統的獨立性。

元數據管理系統用于對數據交換前置數據庫和防辦現有數據庫進行元數據管理，實現數據的溯源管理，并對業務應用提供穩定的數據支撐。

數據交換共享總線是數據神經系統的重要組成部分，它主要承擔適配功能、服務注冊、數據檢查和安全保障功能，連接網絡中的各種數據源和服務對象，以中間件的形式向各種服務對象提供XML等數據服務。

數據的共享交換是基于交換平臺服務總線來實現的，節點服務器之間不允許直接通信，減少數據庫的訪問壓力，增強了數據共享交換的安全性。

2.數據交換方式

目前河南水利數據主要面臨4種不同類型的交換需求，分別是原有系統的數據交換、新建核心業務系統的數據交換、新建非核心業務系統的數據交換、與外部系統的數據交換。

（1）原有系統的數據交換

采取平滑升級至非中心交換方式（直接交換）。由手工或點對點交換方式平滑升級到利用交換平臺來進行數據交換，以解決其交換效率低、時效性差等問題，提高其交換效率和質量。同時，保留其數據格式，不作標準化轉換，以保證原有系統的正常運行。

（2）新建核心業務系統的數據交換

采取中心交換方式。當河南水利數據中心交換庫建成之后，通過數據交換平臺向新建核心業務系統提供其所需共享的數據，同時新建核心業務系統中的數據也向河南水利數據中心交換庫提供其可共享的數據，形成中心數據庫與新建核心業務系統間的數據共享和交換，確保數據唯一、準確、規范。

（3）新建非核心業務系統的數據交換

采取非中心交換方式（直接交換）。不經過河南水利數據中心交換數據庫，而是利用數據交換平臺進行直接交換，以保證數據交換的效率和質量。

（4）與外部系統的數據交換

采取前置交換方式。因無法直接訪問外單位數據庫，則利用數據交換平臺數據訪問封裝成Web服務，部署在安全區的前置機上，以此訪問其它單位基于Web服務接口的數據交換系統，獲取或提供相關數據。

3.數據交換范圍

河南省水利數據交換共享服務平臺通過水利寬帶計算機網絡上聯水利部、黃河水利委員會、海河水利委員會、長江水利委員會和淮河水利委員會；下聯省水利信息中心、省水科院和全省18個市水利局、14個市水文局、10座大型水庫、4個大型水管單位以及134個縣（市、區）水利部門等；通過光纖專線實現省防汛抗旱指揮辦公室與省應急辦、省氣象局、省國土資源廳進行數據交換。

4.信息交換數據分類

以JMS、Web服務等形式對功能層各項功能進行封裝后提供服務，主要包括文件交換服務和數據庫交換服務等。文件交換服務接受文件交換請求，將文件交換到指定位置。數據庫交換服務接受數據庫交換請求，將數據庫中的數據交換到指定的數據庫中。

交換的信息主要包括實時雨水情數據、實時工情數據、山洪災害預警信息、氣象共享數據、國土共享數據、地理信息數據、遙感影像數據、墑情監測數據、洪澇災情數據、三維空間信息數據等。

5.水利數據交換共享服務平臺詳細設計

水利數據交換共享服務平臺采用多點交換、集中管理的軟件架構。交換節點的數據交換共享采用發布訂閱的模式。

如圖2所示，在數據交換共享服務平臺中，主要包括兩大功能模塊：管理中心、交換節點。

（1）管理中心

管理中心包含統一配置管理和統一監控管理兩個子模塊。

①統一配置管理

統一配置管理提供交換基礎信息配置，交換業務配置及系統管理，所有的交換基礎信息例如交換節點、交換通道、交換拓撲、數據發布、數據訂閱等都在此模塊統一配置管理。

②統一監控管理

包含交換環境監控、交換業務數據監控，通過監控管理模塊，用戶能更好的監控整個交換環境和數據交換的情況。

（2）交換節點

交換節點提供從交換數據庫采集數據、數據處理、傳輸、入目標庫等整個交換環節的處理能力。

交換節點可分為前置交換和數據傳輸兩個模塊。

①前置交換

包括數據抽取、流程觸發，數據處理等模塊，這里主要包含了不同的數據抽取模式、觸發模式及數據處理等。

②數據傳輸

數據傳輸鏈接，可根據業務需要配置為長鏈接和短鏈接，同時支持斷點續傳，加密，壓縮，對數據安全可靠傳輸提供有力的支持。

在一個中心節點，多個交換節點的數據交換共享平臺中，中心節點包含了一個管理中心和一個邏輯節點；交換節點由于不需要管理功能，所以不必部署管理中心。

管理中心是一個B/S 管理監控服務，提供平臺的配置管理以及監控功能，所有的交換配置、管理及監控都可以通過此服務完成。

交換節點底層通過TI 和TLQ 來實現數據交換；完成了對本地業務數據庫的數據抽取、加工轉換及打包等工作，打包后的數據通過各個節點上的消息中間件（TLQ）完成可靠、完整、安全的傳輸。

由于中心節點在數據共享交換平臺系統中比較關鍵，同時各交換節點的數據匯總到中心的數據量比較大，為保證系統的可靠性和穩定性，對中心節點做雙機熱備是個不錯的方案。

（3）數據交換共享服務平臺應用

河南水利數據交換共享服務平臺，以省水利廳為管理中心，省水文局、水利信息中心、省氣象局、省應急辦為交換節點。平臺的建成，解決了水情中心雨水情數據、省水利信息中心視頻圖像數據、山洪調查評價、洪水風險圖數據、氣象局氣象數據、省應急辦數據之間的文件、數據交換問題，提高了水利數據安全和利用效率，初步制定了數據共享交換標準，管理中心和各交換節點協同運行，為河南水利省、市、縣三級信息化業務開展提供了堅實的數據支撐。

省水利廳管理中心，接收各交換節點傳輸上來的數據，整理后寫入數據中心，并監控管理各交換節點的運行情況。

省水情中心雨水情數據—交換節點，定時向管理中心同步雨水情的增量數據及修改的基礎數據。

省水利信息中心視頻圖像數據—交換節點，定時向管理中心同步信息中心視頻圖像的增量數據及修改的基礎數據。

山洪調查評價、洪水風險圖數據—交換節點，定時向管理中心同步山洪調查評價、洪水風險圖的增量數據及修改的基礎數據。

省氣象局氣象數據—交換節點，定時向管理中心解析、同步省氣象局氣象共享的氣象數據及修改的基礎數據。

省應急辦數據—交換節點，定時向管理中心同步省應急辦數據的增量數據及修改的基礎數據。

三、結語

通過河南水利數據共享交換服務平臺建設，有效提升了防洪抗旱、水資源管理等水利數據的集約管理水平，擴大了水利數據服務的范圍和對象，減輕了基層系統運行維護壓力，為相關水利業務應用系統的整合提供了支撐環境，初步建立了水利業務相關數據和設備接口標準，為今后智慧水利信息化建設工作的持續開展和完善積累了經驗■