李 磊 ，李家歡 ，李鑫雨 ，王 鈞 ，賈廣平

（1．水利部信息中心，北京 100053；2．東華軟件股份公司，北京 100091）

0 引言

農(nóng)村水利水電工程是指為增強(qiáng)抗御干旱洪澇、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民生活條件、提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力、保護(hù)與改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境服務(wù)的水利措施，這些工程大多分布在田間地頭，服務(wù)于千家萬(wàn)戶，無(wú)論是農(nóng)村、灌溉供水，還是小水電建設(shè)運(yùn)行，都是關(guān)系到農(nóng)村億萬(wàn)群眾生存發(fā)展的大事[1-2]。近年來(lái)水利部認(rèn)真貫徹黨中央、國(guó)務(wù)院決策部署，積極踐行“十六字”治水方針，聚焦農(nóng)村飲水安全、灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造、農(nóng)村水電綠色發(fā)展等重點(diǎn)工作，強(qiáng)化農(nóng)村水利水電信息化建設(shè)，推動(dòng)農(nóng)村水利水電高質(zhì)量發(fā)展。

目前農(nóng)村水利水電業(yè)務(wù)支撐的信息系統(tǒng)主要有2 個(gè)：1）全國(guó)農(nóng)村水利管理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在2009年原有系統(tǒng)上改造而來(lái)，涵蓋農(nóng)村供水、灌區(qū)和泵站等工程信息的匯集，管理和分析等業(yè)務(wù)[3]。2）全國(guó)農(nóng)村水電統(tǒng)計(jì)信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是 2009年根據(jù)水電統(tǒng)計(jì)需要開(kāi)發(fā)的具備省、市、縣各級(jí)水電年報(bào)，快報(bào)數(shù)據(jù)錄入和統(tǒng)計(jì)等功能的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。隨著中央國(guó)家機(jī)關(guān)機(jī)構(gòu)改革部署，2018年底水利部將農(nóng)村水利與水電業(yè)務(wù)合并，成立農(nóng)村水利水電司[4]，業(yè)務(wù)系統(tǒng)整合改造工作也隨之提上日程。

為了整合系統(tǒng)資源，避免多頭管理、維護(hù)造成的低效率、高成本，實(shí)現(xiàn)信息共享和功能復(fù)用，充分先進(jìn)技術(shù)方法、多源信息，進(jìn)一步提升農(nóng)村水利水電信息化管理能力。在水利部農(nóng)村水利水電司的指導(dǎo)下，水利部信息中心按照“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”的總體要求[5]，利用先進(jìn)、安全、可靠的技術(shù)手段開(kāi)展系統(tǒng)整合改造工作，將農(nóng)村水利、全國(guó)農(nóng)村水電統(tǒng)計(jì)的信息管理系統(tǒng)及長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶小水電清理整改工作管理平臺(tái)納入整合范圍，通過(guò)拆分、融合、重構(gòu)，打造統(tǒng)一的全國(guó)農(nóng)村水利水電信息管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

由于原有系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間久遠(yuǎn)，受制于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件和能力，缺乏系統(tǒng)性的頂層設(shè)計(jì)，特別是對(duì)于農(nóng)村水電系統(tǒng)功能、業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)管理沒(méi)有明確統(tǒng)一框架，導(dǎo)致信息數(shù)據(jù)質(zhì)量低、共享互聯(lián)程度低、應(yīng)用深度不夠等一系列問(wèn)題。

因此，全新設(shè)計(jì)的全國(guó)農(nóng)村水利水電信息管理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)農(nóng)水信息系統(tǒng)），農(nóng)水信息系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖 1 所示。

圖1 全國(guó)農(nóng)村水利水電信息管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

農(nóng)水信息系統(tǒng)采用了以下 6 個(gè)層級(jí)為主體，并以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃與安全、運(yùn)維與質(zhì)量 2 個(gè)保障體系為支撐的“6 + 2”層次體系設(shè)計(jì)：

1）環(huán)境層。指在服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)資源及終端設(shè)備基礎(chǔ)之上搭建的水利云平臺(tái)[6]，具備了存儲(chǔ)、計(jì)算、交換、備份等功能。

2）數(shù)據(jù)層。用于存儲(chǔ)農(nóng)村水利水電各項(xiàng)業(yè)務(wù)信息，包括內(nèi)部獲取及外部交換獲得的各類(lèi)數(shù)據(jù)。

3）支撐層。以現(xiàn)有的水利部應(yīng)用支撐平臺(tái)為依托，使用統(tǒng)一用戶、單點(diǎn)登錄、短信服務(wù)、服務(wù)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用層的功能支撐。

4）應(yīng)用層。根據(jù)原有系統(tǒng)的各類(lèi)功能進(jìn)行部分遷移、重開(kāi)發(fā)，通過(guò)模塊化配置實(shí)現(xiàn)灌區(qū)管理、泵站機(jī)井管理、農(nóng)村供水、基層水利服務(wù)機(jī)構(gòu)、農(nóng)民用水合作組織、農(nóng)村水電、一張圖、大屏展示、用戶行為分析、系統(tǒng)管理等各項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用。

5）展現(xiàn)層。承擔(dān)著應(yīng)用層與用戶層交互的重要任務(wù)，通過(guò) Web 端、移動(dòng)端等多種方式將農(nóng)村水利水電各項(xiàng)功能展示給用戶，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化應(yīng)用。

6）用戶層。包括水利部、流域、省、地（市）、縣及水利工程單位用戶。

2 關(guān)鍵技術(shù)方法

農(nóng)水信息系統(tǒng)的整合改造，在軟件功能方面主要采用了微服務(wù)技術(shù)和應(yīng)用優(yōu)化重組，在硬件及軟件運(yùn)行環(huán)境方面采用了全新環(huán)境。

2.1 微服務(wù)技術(shù)

系統(tǒng)采用面向微服務(wù)體系架構(gòu)，首先將原有系統(tǒng)的業(yè)務(wù)按照灌區(qū)、泵站、機(jī)井、農(nóng)村供水工程、基層水利服務(wù)機(jī)構(gòu)、農(nóng)民用水合作組織、農(nóng)村水電站等對(duì)象進(jìn)行歸納整合，最后按照前后端分離的模式，以業(yè)務(wù)應(yīng)用最小化為原則，將農(nóng)村水利、全國(guó)農(nóng)村水電統(tǒng)計(jì)的信息系統(tǒng)和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶小水電清理整改工作管理平臺(tái) 3 個(gè)系統(tǒng)，拆分為灌區(qū)管理微服務(wù)、泵站、機(jī)井管理、農(nóng)村供水、基層水利服務(wù)機(jī)構(gòu)、農(nóng)民用水合作組織、農(nóng)村水電和系統(tǒng)管理 8 個(gè)業(yè)務(wù)群，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行微服務(wù)拆分，最終形成 7 個(gè)微服務(wù)和 1 個(gè)互聯(lián)互通接口的服務(wù)體系。微服務(wù)拆分具體如圖 2 所示。

圖2 農(nóng)村水利水電業(yè)務(wù)微服務(wù)拆分

2.2 應(yīng)用優(yōu)化重組

在充分調(diào)研業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，對(duì)原有功能進(jìn)行了優(yōu)化重組，共完成應(yīng)用改造 22 項(xiàng)、應(yīng)用提升 15 項(xiàng)、整合應(yīng)用 2 項(xiàng)：利用 GIS 空間分析、多維數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)分析等技術(shù)，增加農(nóng)村供水、農(nóng)村水電和灌區(qū)管理 3 類(lèi)業(yè)務(wù)的數(shù)字大屏，一張圖，增加集中供水工程現(xiàn)狀、行業(yè)概況等專(zhuān)題應(yīng)用，考慮到實(shí)際業(yè)務(wù)需要開(kāi)發(fā)了移動(dòng)端應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)與桌面端的互聯(lián)互通、功能復(fù)用和信息共享，增加了用戶行為、權(quán)限、審核流程配置等功能性應(yīng)用模塊，整合農(nóng)村水電基本資料和業(yè)務(wù)管理應(yīng)用。優(yōu)化重組后的農(nóng)村水利水電業(yè)務(wù)系統(tǒng)如圖 3 所示。

圖3 農(nóng)村水利水電業(yè)務(wù)應(yīng)用優(yōu)化重組

2.3 分布式部署與全新替代

農(nóng)水信息系統(tǒng)采用了前后端分離的部署技術(shù)，利用全新軟硬件進(jìn)行替代，其中：環(huán)境層采用水利云平臺(tái)、華為服務(wù)器、麒麟 V10 操作系統(tǒng)；數(shù)據(jù)層方面選擇了具備空間信息存儲(chǔ)功能、分布式部署的瀚高數(shù)據(jù)庫(kù)，華為 NAS 存儲(chǔ)服務(wù)和 Redis 內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)；支撐層平臺(tái)統(tǒng)一采用水利部應(yīng)用支撐平臺(tái)[7]，支持安全、身份認(rèn)證等；應(yīng)用層前端采用 Vue 架構(gòu)和 HTML5 技術(shù)，容器平臺(tái)采用 Linux 容器虛擬技術(shù) Docker 和集群管理平臺(tái) Kubernetes，中間件采用 Tongweb 組件并結(jié)合常用多種 UI 插件，展現(xiàn)層全面支持奇安信、火狐等主流瀏覽器。

3 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

此次整合改造借助新技術(shù)、新環(huán)境實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村水利水電業(yè)務(wù)功能和服務(wù)的提檔升級(jí)，數(shù)字大屏、農(nóng)村水利一張圖等 5 個(gè)方面是此次整合改造的特點(diǎn)和亮點(diǎn)。

3.1 數(shù)字大屏

為全面、直觀掌握農(nóng)村水利水電業(yè)務(wù)的整體情況，按照模塊化設(shè)計(jì)思路定制開(kāi)發(fā)數(shù)字大屏功能，全面展示各項(xiàng)工程業(yè)務(wù)信息，如圖 4 所示。除中間位置的地圖顯示區(qū)外，其他區(qū)域可由用戶按照特定需要進(jìn)行配置，包括數(shù)字大屏各個(gè)模塊的位置、顯示與否等均可自定義。

圖4 農(nóng)村水利水電數(shù)字展示

3.2 農(nóng)水一張圖

實(shí)現(xiàn)農(nóng)村水利水電工程全部上圖，支持按行政區(qū)劃、空間位置、統(tǒng)計(jì)年份等條件檢索，能夠展示工程關(guān)鍵業(yè)務(wù)參數(shù)、屬性信息，結(jié)合全國(guó)水利一張圖河流、湖泊和流域等基礎(chǔ)要素，為農(nóng)村水利水電業(yè)務(wù)管理提供地理信息服務(wù)，如圖 5 所示。

圖5 農(nóng)村水利水電一張圖

3.3 多源信息匯集

充分融合來(lái)自其他不同系統(tǒng)的業(yè)務(wù)信息，包括水利部監(jiān)督舉報(bào)平臺(tái) 12314 關(guān)于農(nóng)村飲水安全相關(guān)問(wèn)題、水利部水情會(huì)商系統(tǒng)的土壤墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、氣象會(huì)商系統(tǒng)中的未來(lái)數(shù)值降雨預(yù)報(bào)等信息，為后面的智慧化模擬和精準(zhǔn)化決策奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.4 業(yè)務(wù)輔助工具

考慮到日常業(yè)務(wù)工作需要，提供文檔庫(kù)、任務(wù)進(jìn)度提醒、消息通知和模板報(bào)告等工作輔助工具，用戶可根據(jù)具體任務(wù)進(jìn)度情況，設(shè)置短信、郵件提醒方式和頻次，通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)分發(fā)和管理、定制常用的工作文檔模板，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取和加工，自動(dòng)生成報(bào)告，顯著提升工作效率和水平。

3.5 權(quán)限角色管理

考慮到不同用戶層級(jí)對(duì)系統(tǒng)功能的需求不同，按照水利部、省、市、縣和工程管理單位 5 層對(duì)用戶進(jìn)行分級(jí)，每一級(jí)別用戶根據(jù)具體工作需要賦予相應(yīng)的角色權(quán)限，能夠?qū)Ρ炯?jí)及下一級(jí)的用戶進(jìn)行管理，這種自上而下的用戶體系極大減輕系統(tǒng)運(yùn)維的工作量，能夠更為精準(zhǔn)地對(duì)用戶角色進(jìn)行管理，操作靈活便捷，有力保障了農(nóng)水信息系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

整合后的全國(guó)農(nóng)村水利水電信息管理系統(tǒng)將農(nóng)村供水、水電和灌區(qū)等多項(xiàng)業(yè)務(wù)集中管理，充分利用微服務(wù)、空間地理信息、分布式存儲(chǔ)等主流技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)信息線上匯集和統(tǒng)計(jì)分析，避免了分散式開(kāi)發(fā)造成的用戶、業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)不一致情況，能夠根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制，進(jìn)一步提升了業(yè)務(wù)管理效率和水平。此次改造也是農(nóng)水水電業(yè)務(wù)智慧化發(fā)展的堅(jiān)實(shí)一步，為了避免重建輕管造成系統(tǒng)資源浪費(fèi)，今后要在實(shí)際工作中不斷迎合新任務(wù)、新需求，不斷升級(jí)完善，充分發(fā)揮好系統(tǒng)功能，才能實(shí)現(xiàn)由數(shù)字化到網(wǎng)絡(luò)化最終向智能化的終極目標(biāo)。