灌區(qū)信息化系統(tǒng)的體系架構(gòu)研究

拓萬虎（甘肅省白銀市興電灌區(qū)管理局，甘肅 白銀 730900）

灌溉農(nóng)業(yè)在中國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有舉足輕重的地位。大型灌區(qū)不僅是糧食安全的重要保障，而且在改善生態(tài)環(huán)境、涵養(yǎng)水源、凈化空氣、抑制水土流失、減少風(fēng)沙威脅起到重要的作用。因此，加強(qiáng)灌區(qū)管理，增強(qiáng)灌區(qū)作用具有非常重要的意義。

灌區(qū)信息化是灌區(qū)管理部門提高工作效率，降低管理成本，制定科學(xué)決策的重要手段。近些年來，在國家政策的扶持下，中國大型灌區(qū)的信息化工作獲得了長足的進(jìn)步。2002年確定的試點(diǎn)灌區(qū)，初步建成了水情、工況、墑情等信息的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，信息傳輸與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，泵站監(jiān)控系統(tǒng)，視頻工情系統(tǒng)，水費(fèi)收繳系統(tǒng)，辦公自動化系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫及各種輔助信息系統(tǒng)等。灌區(qū)信息化建設(shè)實(shí)踐表明,信息化建設(shè)在促進(jìn)灌區(qū)水管制度改革、減輕農(nóng)民負(fù)擔(dān)、促進(jìn)灌區(qū)職能轉(zhuǎn)變等方面起到積極的推動作用[1-2]。

隨著灌區(qū)信息化發(fā)展，灌區(qū)信息系統(tǒng)建設(shè)逐漸暴露出了一些問題：灌區(qū)信息化建設(shè)長期以來沒有統(tǒng)一的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，盲目建設(shè)、各自為政，灌區(qū)“信息孤島”現(xiàn)象嚴(yán)重；另一方面，灌區(qū)信息系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)問題嚴(yán)重，信息系統(tǒng)之間功能重疊，存在一定的投資浪費(fèi)。針對以上存在問題，該文從興電灌區(qū)基本管理業(yè)務(wù)實(shí)際出發(fā)，提出了以過程控制層、計劃調(diào)度執(zhí)行層、水資源計劃管理層為組成的三層系統(tǒng)架構(gòu)體系，將灌區(qū)的管理、調(diào)度、控制分開考慮，統(tǒng)一系統(tǒng)開發(fā)過程中概念和標(biāo)準(zhǔn)，以此三層架構(gòu)體系來指導(dǎo)整個興電灌區(qū)的信息化系統(tǒng)建設(shè)，指導(dǎo)信息系統(tǒng)集成接口及集成方式。該系統(tǒng)架構(gòu)模型對其他灌區(qū)信息化建設(shè)中同樣具有一定的借鑒作用。

1 灌區(qū)主要工作流程

灌區(qū)信息化是為灌區(qū)管理業(yè)務(wù)流程服務(wù)，目的是提高業(yè)務(wù)流程工作效率，節(jié)約資源、降低人力負(fù)擔(dān)，在積累數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)水資源的管理科學(xué)化。在此基礎(chǔ)上，利用這些信息化手段，對灌區(qū)管理業(yè)務(wù)流程再造，進(jìn)一步提升灌區(qū)管理水平，實(shí)現(xiàn)由管理到信息系統(tǒng)實(shí)施，再到業(yè)務(wù)過程再造提升的閉環(huán)過程。顯然，在灌區(qū)信息化實(shí)施過程中，必須要以灌區(qū)工作業(yè)務(wù)流程為核心考慮信息系統(tǒng)建設(shè)。

中國幅員遼闊，大型灌區(qū)分布各異，面臨環(huán)境各不相同，因此，灌區(qū)業(yè)務(wù)流程不能一概而論，具體問題具體分析。該文此節(jié)，以甘肅興電灌區(qū)為例闡述灌區(qū)主要業(yè)務(wù)流程。興電灌區(qū)地處甘肅中部干旱地區(qū)，緊靠騰格里大沙漠邊緣，其業(yè)務(wù)模式在中國北部干旱地區(qū)具有一般的代表意義。興電灌區(qū)業(yè)務(wù)流程主要包含四項內(nèi)容：農(nóng)戶用水銷售、農(nóng)水灌溉、備品備件、設(shè)備維護(hù)。其業(yè)務(wù)流程內(nèi)部過程及之間關(guān)系如圖1所示。

圖1所示四個主要業(yè)務(wù)內(nèi)容中，設(shè)備維護(hù)與備品備件一般發(fā)生在灌溉閑季，其業(yè)務(wù)和其他兩個業(yè)務(wù)相對獨(dú)立，無直接協(xié)同關(guān)系。用水銷售和灌溉業(yè)務(wù)具有較復(fù)雜的聯(lián)系性，農(nóng)戶用水組根據(jù)自己情況上報水管所請求水量，調(diào)度中心和灌溉管理部門根據(jù)灌區(qū)各水管所需求量合理制定配水計劃，配水量經(jīng)農(nóng)戶用水組認(rèn)可后繳費(fèi)確認(rèn)，水管所及調(diào)度中心根據(jù)配水計劃完成提水與灌溉過程。

2 灌區(qū)信息化架構(gòu)設(shè)計

灌區(qū)信息系統(tǒng)在灌區(qū)的日常管理中發(fā)揮著越來越重要的作用，其相關(guān)技術(shù)吸引了各方面的注意，成為了研究熱點(diǎn)[3-5]，因此，現(xiàn)有的灌區(qū)信息系統(tǒng)設(shè)計中，更多的是考慮信息技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)，而對整體信息系統(tǒng)架構(gòu)探討不足，系統(tǒng)設(shè)計缺乏方向性，造成信息孤島與重復(fù)建設(shè)。針對以上問題，也有研究者試圖從灌區(qū)業(yè)務(wù)的角度出發(fā)來整體考慮信息系統(tǒng)架構(gòu)[6-7]，但這些研究所設(shè)計的信息系統(tǒng)往往既有管理功能又有控制功能，忽略了“控制”與“管理”集成在一起所帶來的復(fù)雜性，系統(tǒng)開發(fā)過程中概念混亂，標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一，信息化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具有巨大的困難。

基于此，根據(jù)上節(jié)中所涉及到的灌區(qū)主要業(yè)務(wù)，該文提出在信息系統(tǒng)設(shè)計時考慮以實(shí)現(xiàn)灌區(qū)業(yè)務(wù)流程為核心內(nèi)容，“管理行為”和“生產(chǎn)行為”分開，將信息系統(tǒng)建設(shè)分為三個層次：底層是過程控制層，完成“生產(chǎn)過程”的過程控制功能；上層是水資源計劃管理層，完成灌區(qū)的水資源灌溉決策與經(jīng)營管理；中層為水資源調(diào)度執(zhí)行層，主要考慮的是管理過程與“生產(chǎn)”過程結(jié)合部分，即將上層的管理決策功能與下層的水資源灌溉控制功能進(jìn)行集成。三層的體系架構(gòu)如圖2所示.

在三層信息系統(tǒng)架構(gòu)中，水資源計劃管理層在灌區(qū)信息化建設(shè)中起到導(dǎo)航作用，引導(dǎo)其他層信息系統(tǒng)建設(shè)方向。水資源計劃管理層中：成本中心與財務(wù)信息系統(tǒng)相對重要，其功能和各個業(yè)務(wù)模塊發(fā)生交互協(xié)同；設(shè)備維護(hù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)與備品備件業(yè)務(wù)系統(tǒng)相對獨(dú)立，除財務(wù)外和其他業(yè)務(wù)過程無協(xié)同需求；灌溉和收費(fèi)信息系統(tǒng)之間協(xié)同關(guān)系復(fù)雜，兩個信息系統(tǒng)有一定的信息集成需求。

信息架構(gòu)底層是過程控制層，包括泵站DCS系統(tǒng)、變電站DCS系統(tǒng)、水渠液位流量監(jiān)控系統(tǒng)，這些系統(tǒng)主要是完成底層設(shè)備的控制，完成從水源到農(nóng)田的水資源調(diào)度控制功能，采集上層管理所需要的數(shù)據(jù)。

水資源調(diào)度執(zhí)行層是灌區(qū)信息化建設(shè)的關(guān)鍵層，其目的是將上次水資源灌溉計劃轉(zhuǎn)換成調(diào)度指令下達(dá)，并在計劃實(shí)施過程中監(jiān)督底層系統(tǒng)狀況以及計劃執(zhí)行情況。顯然，水資源調(diào)度執(zhí)行層紐帶作用與上下層的連接關(guān)系對整個灌區(qū)信息化系統(tǒng)非常重要。其技術(shù)實(shí)現(xiàn)要考慮上下層軟件系統(tǒng)集成，因此相比其他層信息系統(tǒng)具有更高的難度和復(fù)雜性，在灌區(qū)信息化過程中，應(yīng)充分考慮。

3 結(jié)語

灌區(qū)信息化建設(shè)仍然處于一個摸索建設(shè)階段，沒有統(tǒng)一的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，盲目建設(shè)不可避免。因此，必須研究以架構(gòu)模型為指導(dǎo)的信息化系統(tǒng)建設(shè)。該文從興電灌區(qū)實(shí)際業(yè)務(wù)出發(fā)，提出了三層體系架構(gòu)模型，指導(dǎo)未來的信息化發(fā)展方向，以實(shí)現(xiàn)基本業(yè)務(wù)流程，在信息系統(tǒng)為工具的基礎(chǔ)上，進(jìn)行業(yè)務(wù)流程再造，提升灌區(qū)工作效率。該文提出信息架構(gòu)從業(yè)務(wù)流程全局考慮問題，盡可能的避免了信息孤島問題及重復(fù)建設(shè)問題的產(chǎn)生；將“管理行為”和“生產(chǎn)行為”分開實(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性。三層架構(gòu)對其他灌區(qū)的信息化具有一定的借鑒意義。

至此，該文僅探討了信息系統(tǒng)的架構(gòu)問題，沒有涉及到信息化建設(shè)的另外一個關(guān)鍵問題：信息系統(tǒng)的集成問題。隨著信息化進(jìn)展的加快，信息系統(tǒng)集成問題必然成為困擾灌區(qū)信息化建設(shè)的一個重要問題，近年來，信息系統(tǒng)集成方法正由面向功能的開發(fā)方法轉(zhuǎn)向面向服務(wù)的、面向流程和模型的開發(fā)方法，由基于模塊的構(gòu)造方法轉(zhuǎn)向基于構(gòu)件的構(gòu)造方法，以適應(yīng)業(yè)務(wù)流程的快速改變和業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的集成。因此，在灌區(qū)具體信息系統(tǒng)構(gòu)建時，應(yīng)首先考慮可重構(gòu)的軟件實(shí)現(xiàn)模式，這也是下一步工作的研究重點(diǎn)。