遼寧省信息系統(tǒng)共享整合總體技術架構

姜仕琪

(遼寧省大伙房水庫管理局有限責任公司，遼寧 撫順 113007)

為積極踐行水利網(wǎng)信“安全、實用”總要求和全國水利網(wǎng)信工作會議精神，按照水利部“需求牽引、應用至上、數(shù)字賦能、提升能力”要求，以數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化為主線，以數(shù)字化場景、智慧化模擬、精準化決策為路徑，全面推進算據(jù)、算法、算力建設，以加快構建具有預報、預警、預演、預案功能的智慧水利體系為總體目標，全力推動遼寧省水利網(wǎng)信工作實現(xiàn)新跨越，驅動水利改革發(fā)展取得新成效。全省組織開展水利信息系統(tǒng)共享整合。促進資源集約高效利用，加速水利數(shù)據(jù)全面共享[1- 5]。遼寧省現(xiàn)有水旱災害防御、水資源保護利用、水利工程建設、水生態(tài)水環(huán)境、水監(jiān)督和協(xié)同辦公等30個業(yè)務系統(tǒng)，覆蓋了省級重要的水利業(yè)務和政務職能[6]。圍繞信息系統(tǒng)集約化建設要求，有效推進全省水利信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源、應用支撐、業(yè)務應用集約化建設，實現(xiàn)全省水利信息系統(tǒng)由分散建設向共建共享的模式轉變[7]。近些年來，國內信息系統(tǒng)整合共享已逐步開展，并取得一定成果[8- 15]，但各技術方案在促進資源集約高效利用，加速水利數(shù)據(jù)全面共享還未涉及全面，為此本文從信息系統(tǒng)整合共享總體技術框架著手，分別從總體架構、數(shù)據(jù)架構、信息資源架構、功能架構、技術架構、安全架構出發(fā)，對全省水利信息系統(tǒng)整合共享實施技術框架進行探討，研究成果對于國內其他區(qū)域水利信息系統(tǒng)整合共享實施方案編制具有參考意義。

1 總體架構

依托遼寧省水利已建、在建信息化資源，從水利統(tǒng)一工作平臺集成、統(tǒng)一身份認證接入、統(tǒng)一數(shù)據(jù)資源建設、統(tǒng)一接入服務建設等方面入手，以業(yè)務需求為出發(fā)點，構建水利通用功能服務，利用微服務技術框架和微服務融合組件向水旱災害防御、水資源保護利用、水利工程建設、水生態(tài)水環(huán)境、水監(jiān)督和智慧行政等業(yè)務服務協(xié)同共享應用，統(tǒng)一遼寧水利移動終端入口，去除冗余功能，降低功能重復性開發(fā)，節(jié)省信息化投資。其總體架構如圖1所示，各架構層如下：

(1)基礎設施層。利用已建和在建項目計算資源、存儲資源，構建設施集約、性能高效、安全穩(wěn)定的基礎設施云，為信息系統(tǒng)共享整合提供統(tǒng)一的“算力”服務。

(2)數(shù)據(jù)接收與匯集。具有匯集水利行業(yè)數(shù)據(jù)、其他行業(yè)數(shù)據(jù)能力的數(shù)據(jù)接收匯集平臺、視頻級聯(lián)接入平臺、遙感影像接收處理服務平臺，現(xiàn)有業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收和匯集需求整合入數(shù)據(jù)接收與匯集平臺，數(shù)據(jù)資源納入?yún)R集庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)同集群匯集管理，為數(shù)據(jù)資源池提供數(shù)據(jù)支撐。

(3)數(shù)據(jù)資源池。按照“一數(shù)一源、一源多用”原則，整合各類業(yè)務數(shù)據(jù)，融合氣象、應急、自然資源等其他行業(yè)共享數(shù)據(jù)，完善平臺數(shù)據(jù)資源體系，提供標準統(tǒng)一、持續(xù)更新、現(xiàn)勢權威的“算據(jù)”服務體系。

(4)支撐層。利用通用基礎、空間應用支撐、可視化組件支撐、微服務支撐、分析挖掘類等基礎應用支撐組件、服務融合支撐框架，實現(xiàn)水利信息系統(tǒng)以服務形式融合，統(tǒng)一訪問入口，形成水利統(tǒng)一工作平臺。基于水利一張底圖、水利智能應用模型庫和水利模型管理平臺等基礎平臺，提供統(tǒng)一“算法”服務體系，提升水利業(yè)務的數(shù)字化和智能化水平。

(5)應用層。利用應用支撐平臺提供的微服務支撐組件、服務融合支撐框架構建涵蓋水利通用功能服務、水旱災害防御服務、水文水資源服務、水利工程建設與運行管理服務、水生態(tài)水環(huán)境服務、水監(jiān)督服務和智慧行政服務、以及遼寧水利移動APP等統(tǒng)一接入服務。

(6)網(wǎng)絡安全體系。在可靠的物理和安全環(huán)境、全面的計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡資源等基礎信息資源防護的基礎上，通過安全資源池、虛擬主機防護等措施加強云平臺及虛擬化的安全防御，實現(xiàn)本項目物理和環(huán)境安全、基礎信息資源安全、云與虛擬化安全。項目建設過程中充分考慮數(shù)據(jù)安全、應用安全、安全數(shù)據(jù)采集等，實現(xiàn)全方位安全保障。

(7)標準規(guī)范體系。依托國家部委發(fā)布的數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)庫建設相關標準規(guī)范，以及遼寧省以往建設水利信息化系統(tǒng)發(fā)布的標準規(guī)范開展標準規(guī)范體系的建立。

2 數(shù)據(jù)架構

充分考慮水利業(yè)務需求，全面梳理與整合水利行業(yè)數(shù)據(jù)，融合相關行業(yè)和社會數(shù)據(jù)，在水利云存儲框架和計算框架下，基于“一數(shù)一源、一源多用”的原則，以全域、全時、多源途徑獲取數(shù)據(jù)為依托，以數(shù)據(jù)整合治理技術為紐帶，以數(shù)據(jù)聯(lián)動更新為核心，以數(shù)據(jù)集中共享為目標，以數(shù)據(jù)產(chǎn)品為驅動，構建數(shù)據(jù)資源池，為各類業(yè)務服務提供鮮活的水利數(shù)據(jù)支撐，其數(shù)據(jù)架構如圖2所示。以水利存量數(shù)據(jù)為基礎，以數(shù)據(jù)匯集系統(tǒng)為手段，以離線文件、接口、直連數(shù)據(jù)庫等形式，將已建業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源匯集到匯集庫，在匯集庫不做任何規(guī)則的清洗，完成全量備份，保障數(shù)據(jù)資源的完整性和可用性。基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型、統(tǒng)一語義、統(tǒng)一編碼和相關數(shù)據(jù)標準規(guī)范對匯集庫的數(shù)據(jù)進行對象化、標準化、規(guī)范化處理，然后按照基礎數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、共享數(shù)據(jù)分類存儲。重點開展業(yè)務專題數(shù)據(jù)的治理入庫，同時存儲元數(shù)據(jù)信息，編制業(yè)務數(shù)據(jù)資源目錄。為滿足數(shù)據(jù)在建庫管理、大數(shù)據(jù)應用服務方面的最優(yōu)性能，將不同類型數(shù)據(jù)按照結構化、半結構化、非結構化數(shù)據(jù)分類存儲。

3 信息資源架構

根據(jù)統(tǒng)籌規(guī)劃、資源整合的原則，滿足水利業(yè)務的實際需求，通過數(shù)據(jù)接口、文件采集、數(shù)據(jù)庫對接等方式將已建水利信息系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資源接收或匯集到匯集庫，并經(jīng)數(shù)據(jù)資源池處理后，分類入基礎庫、監(jiān)測庫、業(yè)務庫、共享庫、空間專題庫、目錄庫，以及元數(shù)據(jù)庫，支撐主要各類業(yè)務服務應用，實現(xiàn)全省水利信息的無縫對接，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)的資產(chǎn)化應用，其資源架構如圖3所示。水利監(jiān)測數(shù)據(jù)是水旱災害防御和水資源開發(fā)保護利用的基礎數(shù)據(jù)，尤其隨著信息技術水平的發(fā)展，監(jiān)測手段、監(jiān)測設備種類和監(jiān)測精度也隨之增多，監(jiān)測數(shù)據(jù)流根據(jù)業(yè)務主體責任使數(shù)據(jù)流更為復雜。山洪責任主體為縣級，因此測站數(shù)據(jù)一站雙發(fā)同時報縣山洪系統(tǒng)和匯集庫；水文遙測站、水資源監(jiān)控站、地下水監(jiān)測站和氣象數(shù)據(jù)均一步到省，通過數(shù)據(jù)接收與匯集平臺交換到市縣虛擬交換節(jié)點，實現(xiàn)與市縣相關單位共享；大中小型水庫目前采用人工報汛和自動測報雙軌報送數(shù)據(jù)機制，互為校驗，數(shù)據(jù)入?yún)R集庫。對上述數(shù)據(jù)整理后入監(jiān)測庫，共享給各業(yè)務庫調取。

圖1 總體框架

圖2 數(shù)據(jù)框架

4 功能架構

遼寧水利信息系統(tǒng)整合實施項目因受軟件開發(fā)框架、源代碼知識產(chǎn)權，分散規(guī)劃、建設年代較久等因素影響，大部分信息系統(tǒng)的整合需重新開發(fā)，依托在建的水利云建設、水利數(shù)據(jù)資源池建設、智慧水利與應用支撐平臺建設、數(shù)據(jù)接收與匯集平臺建設、省水利一張圖建設、網(wǎng)絡安全體系建設等任務基礎上，展開業(yè)務應用系統(tǒng)整合工作，開發(fā)水旱災害防御服務、水文水資源服務、水利工程建設與安全運行管理服務、水環(huán)境水生態(tài)服務和水利監(jiān)督服務等業(yè)務專題服務，對接平臺提供的統(tǒng)一訪問門戶(水利統(tǒng)一工作平臺)和統(tǒng)一身份認證體系。

圖3 信息資源框架

從原有業(yè)務系統(tǒng)功能中梳理分析，將雨水情測報、旱情測報、地下水監(jiān)測、水質監(jiān)測和基礎信息管理等功能，構建成水利通用功能，采用微服務融合技術框架，面向業(yè)務服務需要提供服務注冊能力。

5 技術架構

技術架構采用國產(chǎn)自主可控技術建設的硬件、軟件、支撐組件，上層開發(fā)環(huán)境選擇支持跨平臺運行的主流開發(fā)語言。采用基于面向服務總線的SOA和具有服務網(wǎng)格化特征的微服務相結合的雙引擎框架，和前后端分離技術體系進行開發(fā)建設，預先在服務器的后端環(huán)境完成大量的前端邏輯計算和頁面渲染工作，提升前端的訪問性能。

5.1 服務總線SOA和微服務相結合的雙引擎框架

面向服務的SOA架構是一種軟件體系結構，應用程序的不同組件通過網(wǎng)絡上的通信協(xié)議向其他組件提供服務。微服務架構使用輕量級的HTTP、REST或ThriftAPI形式進行服務間或服務與應用間的通信和協(xié)作。微服務支持彈性伸縮、負載均衡、快速升級等，其技術架構如圖4所示。

根據(jù)SOA架構和微服務架構的特征，對消息實時性和準確性有高要求，需要總線控制邏輯協(xié)調功能協(xié)作的服務功能采用SOA部署的服務；對響應速度、流暢性、便攜性和可擴展性要求較高的基于平臺封裝的功能服務、數(shù)據(jù)服務可以采用微服務。

5.2 前后端分離技術體系

整合系統(tǒng)后端的主流框架有核心框架、數(shù)據(jù)庫連接池、安全框架、模版引擎、緩存框架、持久層框架、工具類、日志管理等。項目前端主流框架有JS框架、客戶端驗證、彈出層、樹結構控件、數(shù)據(jù)表格、副本在線編輯器等。通過前端引入NodeJS層作為服務橋接層，通過NodeJS服務器在服務器端運行JS腳本，預先在服務器的后端環(huán)境完成大量的前端邏輯計算和頁面渲染工作，提升前端的訪問性能。

6 安全架構

系統(tǒng)在現(xiàn)有網(wǎng)絡安全防護措施為基礎，依托先進的網(wǎng)絡安全技術、完善的管理體制，以安全運營中心為核心，其安全架構如圖5所示。已構建的網(wǎng)絡安全體系整體架構，對網(wǎng)絡安全標準規(guī)范、縱深防御體系、統(tǒng)一密碼服務、統(tǒng)一安全服務、安全威脅感知體系、安全運營體系、安全管理體系等方面進行統(tǒng)一規(guī)劃和設計，實現(xiàn)了網(wǎng)絡安全的智能感知、智能診斷、智能預警、智能調度、智能控制等功能，為本項目系統(tǒng)穩(wěn)定運行和數(shù)據(jù)安全提供有力支撐、有效保障。

圖4 技術架構圖

7 結語

圍繞“數(shù)字遼寧智造強省”的改革需要，通過推進遼寧水利已建和在建信息系統(tǒng)整合，實現(xiàn)水利統(tǒng)一工作平臺集成、統(tǒng)一身份認證接入、統(tǒng)一數(shù)據(jù)資源建設、統(tǒng)一接入服務的功能，優(yōu)化業(yè)務流程、推進業(yè)務重構，形成業(yè)務應用協(xié)同聯(lián)動，實現(xiàn)了水利信息化建設管理更加規(guī)范、應用更加高效、服務更加智能的目標。按照“需求牽引、應用至上、數(shù)字賦能、提升能力”要求，以數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化為主線，以數(shù)字化場景、智慧化模擬、精準化決策為路徑，加快構建具有預報、預警、預演、預案功能的遼寧智慧水利體系。

圖5 安全架構