水利资源GIS决策和分析系统方案.docx
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水利资源GIS决策和分析系统方案
水资源GIS决策和分析系统方案
第1章项目概述
1.1.项目背景
水利水电工程多数较为庞大而复杂，如何采用科学有效的设计方法以提高效率，怎样直观清晰地描述复杂工程建设的施工过程动态过程，是提高设计和管理现代化水平的关键。
因此，寻求新的技术和计算机辅助设计的方法成为必然趋势。
GIS是近年来迅速发展起来的一门地学空间数据与计算机相结合的新型空间信息技术，利用GIS强大的空间分析能力，可以把水文分析进行可视化表达，进行各种辅助决策，将现实世界中对象的空间位置和相关属性有机的结合起来，满足用户对空间信息的管理。
在"数字地球"概念的推动下，利用目前日趋成熟的GIS技术进行水文模型的构建和GIS集成已成为当今的热点，通过各个基础系统和子系统的构建，可以构建以在线监测技术为基础的重点水利信息监测管理系统，以及基于VPN虚拟专用网络支持水利局PC端端对数据系统地共享以及移动办公。
信息化建设中，特别是在线监测系统带来的海量数据，为空间支持决策系统提供了夯实的基础，如何充分整合信息化的数据，拓展应用，提高应用的层次，让数据更好地为管理服务，成为当前信息化发展和应用提升的主要任务。
1.2.建设容
系统建设的容将基于数据，紧密结合业务，结合GIS技术分析、挖掘数据间隐含的空间、时间、时空变化规律，为管理决策服务。
建设容见图1.1：
图1.1：
系统建设容图
1、完善现有的计算机网络与硬件平台，为本系统服务；
2、对多源异构水利数据进行整合，建立水利地理信息中心数据库：
主要完成水利局现有数据整合；在线监测和手工监测数据的整合；在线监测数据整合，基础业务数据和水利应用数据整合；属性数据和空间数据整合；同时考虑和水利局已有的系统如：
排污申报、水利统计的数据整合和共享。
依托数据、应用、以及网络通讯技术，为水利局部、其他政府部门、公众提供统一的水利资源服务平台，通过元数据技术以及接口技术，实现水利局各部门以及水利局不同级别，系统建设需要考虑以服务中心的多层次外共享。
3、在数据层、以及应用构建层的基础开发应用系统:
主要包括如下7大子系统
●防汛指挥管理系统
●水质水量模拟与监测系统
●区域水利信息综合评价系统
●水污染源综合评估系统
●突发水污染事故指挥系统
●水利业务办公系统
●综合发布系统
4、水利标准建设
水利信息标准化建设对于数据共享、系统维护等具有重要意义。
系统建设应在一致的标准体系下进行。
水利信息标准建设的容包括：
基础性标准和总体技术框架；网络基础设施标准，包括基础通信平台工程建设标准、网络互联互通和安全等标准；应用支撑标准，包括信息交换平台、日志管理和数据库管理等方面的标准；应用标准，包括基础信息、元数据标准、电子公文格式和流程控制等标准，基本形成系统化的水利信息标准体系。
可根据国家水利局、信息产业部、以及地方政府所颁布的有关标准执行。
5、水利信息安全体系建设
建立水利信息访问认证机制，建立统一身份验证机制保证网络环境下用户身份的真实可靠性。
利用目录管理等技术，集中管理用户权限分配，实现环境信息访问的规化管理，保证系统安全。
第2章系统需求分析
2.1.用户现状说明与分析
2.1.1.机构设置情况及用户分析
2.1.1.1.部用户
根据水利局组织机构设置情况和各部门职能，系统建成后的具体用户主要是局领导、各科室的业务人员以及相关的直属事业单位人员。
系统应能根据不同科室的业务职能设置不同的系统操作权限，满足业务科室的职能分工和信息要求。
2.1.1.2.其他用户
水利工作工作涉及面广，为社会提供服务的业务种类繁多，与相关部门来往频繁，因此系统建设的潜在的其它用户也较多。
主要业务来往单位包括：
其他县市水利局、市政府、市气象局、水文单位、应急联动单位，其业务服务对象则面向全社会。
本系统建成之后将直接面向internet互联网，这些用户可以向系统提出信息订阅的请求，通过信息发布服务和数据上传下载完成相关服务。
2.1.2.拟建数据情况
2.1.2.1.需要数据情况
需要水利局数据主要分为两大类数据：
业务数据和空间数据：
需要的业务数据如下表所示：
序号
数据来源
数据情况
1
水污染源监测数据
数据库存储（约1年数据量）
2
实时监测水质水量数据
数据库存储（约1年数据量）
3
洪水淹没损失围数据
数据库存储（约2年数据量）
5
水质自动监测数据
数据库存储（约2年数据量）
6
水电站监测信息显示数据
实时监测数据
7
手工监测数据
纸质数据、Excel数据、Word数据（约十年数据）
8
坝址条件环境监测数据
纸质数据、Excel数据、Word数据（约十年数据）
9
水利局局相关管理数据
纸质数据、Excel数据、Word数据（约十年数据）
其中空间数据主要是采用了ESRI公司的企业GeoDatabase储存，主要打包在监视、监控、监测在线监测系统中，其采用的数据基础为
●参考椭球体：
克拉索夫斯基椭球；
●投影方式：
高斯－克吕格投影；
●分带：
3度分带；
●中央经线：
120度；
●坐标系：
1980坐标系；
●高程系：
1985国家高程基准；
目前所包括的图层分为基础数据和水利专题数据。
以下就是各个专题的具体划分：
数据分类
图层名
基础数据
区县界
区县图廓
一般公路
主要农村
区县政府
区县旅游景点
乡镇政府驻地
其他单位
山峰
标注单位
其他单位
次要单位
省级公路
街块
路中线
路边线
道路边线
道路面
铁路
镇主要单位
高速公路
水利专题数据
城区水利围功能区划图
区县水污染源
河流分布
单线河
地表水监测
地下水监测
大气监测点
水功能区划图
水污染源控制区
水利自动站
绿地
视频监测点
2.1.2.2.数据系统整合
如何在整合原有的系统和数据，为水利预警和控制地理信息系统服务，以及为今后的信息化发展铺好路，是本系统建设当中必须解决的关键问题。
需要根据具体的系统以及系统情况，提出整合的方案。
2.1.3.拟建网络情况
水利局大楼拟建水利局局域网。
大楼网络系统采用外网物理隔离方式组建，所有网络节点都已设置网络防病毒软件。
网络结构拓扑图如图2.1
图2.1结构拓扑图
上述情况表明，如果构建的水利信息化建设的网络基础已经初步形成，为信息系统的建设和运行提供了较好的保障。
2.1.4.软硬件情况
2.1.4.1.基础硬件情况
水利局需拥有千兆防火墙一台，千兆VPN一台，PC服务器四台，将购入PC服务器二台（组成集群供本系统使用），PC数据库服务器二台及光通道存储系统一套。
为了满足水利预警与控制地理信息系统的建设，需要在原来的基础上或者重新配置相应的地图服务器，数据库服务器，文件服务器以及流媒体等服务器。
2.1.4.2.基础软件情况
水利局需要基本的软件有操作系统一套，中文企业版本，支持多个用户；数据库系统一套，中文企业版本，支持多个用户；关于水利预警与控制地理信息系统建设的GIS软件要求，因此我们将在8.1章节的软硬件配置说明中，做出符合实际情况的配置方案。
2.2.主要数据情况
结合水利局拟建的系统和数据情况，分析出目前的主要数据情况图2.2，如，数据的整合应该基于业务的应用以及共享。
数据整合的基本层次是按照基础业务数据、空间数据、手工监测数据、手工监察数据、污染源和水利监测点的在线监测数据、水利管理数据以及水利局部业务办公数据、信息发布数据的相关数据；此外在水利分析中需要获得相关部门的数据如气象、水文数据，在数据整合中应该考虑对外的数据接口和整合方式。
图2.2需求数据分析
2.3.应用系统分析
水利局预警和控制地理信息系统主要目的是解决预警与控制两大特点。
预警与控制，需要污染源以及水利质量数据的数据支撑。
围绕数据以及预警与控制两大主题，需要建立如下系统：
2.3.1.防汛指挥管理系统
水利局拟建设水质自动监测站数据（目前为两个），以及手工地表水的监测点，收集了2年的水质监测站监测数据，以及近10年的手工监测数据，如何从大量的历史监测数据发现水污染和洪水出现规律，利为水利预报服务，需要结合气象和水文的要素对监测数据综合分析，建立地表水预报系统应用系统，为地表水预警和控制服务。
2.3.2.水质水量模拟与监测系统
水利局拟建设拥有水质水量自动监测站，收集近几年的水质水量监测站监测数据，以及近几年的手工监测数据，如何从大量的历史监测数据发现水质水量流量和污染出现规律，为水利资源质量服务，需要结合气象要素对监测数据综合分析，建立水利资源质量预报系统应用系统，为水利资源质量预警和控制服务。
2.3.3.区域水利信息综合评价系统
区域水利信息综合评价系统是建立在大环境监测的基础之上，包括大气、水、环境在线监测数据和手工监测数据，结合水利信息评价分析模型进行区域综合评价。
2.3.4.水污染源综合系统
水污染源数据是水利局数据管理的重要数据。
水利拟将建设污染源在线监测系统（三监、高空监测），对水污染源实时监测，同时对水污染源进行长期的人工监测、监察工作，对积累多年的在线监测数据，以及约几年的监测监查数据进行处理。
如何整理和利用水污染源基础数据、水污染源监察、监测数据、对水污染源数据进行统一规划和管理以及应用，如何把水污染源综合管理和水质污染治理有机结合在一起，共同行成整体综合评价，为管理决策服务，需要建立基于水污染源数据的污染源综合应用系统。
2.3.5.突发水污染事故指挥系统
突发性水污染事故针对突发性污染数据，主要包括事故处理、事故指挥、事故实时跟踪，事故案例分析预测、事故空间分析、数据传输、案例元管理、事故报告文档多媒体管理一系列的管理功能。
2.3.6.办公业务系统
为了更好地实现水利局部部门间信息共享、公众对水利管理工作的参与和监督，以及水利办公流程的标准化，有效地利用整合的数据和应用为管理决策服务，需要对水利局目前的环境业务流程进行系统性整合，以便实现对局主要业务（如局公文流转、水源质量信访举报、建设项目审批管理等流程）的管理，动态管理并透明跟踪业务处理的过程。
2.3.7.发布系统
综合发布系统是在对业务水利公开透明管理的窗口，实现水利公共信息的发布。
综合发布系统实质上是一个面向信息共享、服务共享的，综合发布的系统应该有三个层次：
基本的；通向各子系统的通道；综合信息服务共享的平台。
区域水利信息综合评价系统、水污染源综合评估系统为整个业务系统的基础，在此基础上扩展出防汛指挥管理系统、水质水量模拟与监测系统，以及针对于污染源，特别是流动污染源为主的突发性水污染事故指挥；针对水利业务的办公系统。
所有应用系统的最终成果可以通过合发布系统发布，为管理决策服务。
2.4.系统数据应用分析
2.4.1.数据应用特点
水利数据应用的主要特点有：
1）图文结合的海量数据
水利资源管理的数据有两大类型，一是满足业务流程和业务办公的非空间数据库，二是构成业务办理基础信息的，包含基础空间数据和环境专题数据，该部分数据建设是信息化中比较复杂的部分。
2）数据的快速增长与更新变化
水利局是近年来业务增长与变化较为迅速的政府部门之一，随着近年来社会经济的飞速发展，企业数量的增加，其业务量的增长和业务种类的增加和变化的速度在加快。
同时借助先进的在线监测、监控、监视技术、为水利局提供了大量的实时数据，因此系统必须适应未来业务数据的持续增长，并提供有效手段记录环境资源数据的历史变迁。
3）集中式管理与分布式处理相结合
水利局业务种类较多，多数业务需要各个业务科室之间的协作处理，且存在较强的业务信息关联，同时很多科室业务又具有相对的独立性。
表现在数据处理上，就要求既有在的数据统一集成管理，以增强业务处理过程中的相互衔接，而同时各科室独立性较强的数据管理由各个科室单独处理。
这样，既可减少系统管理的工作量，又能获得较高的工作效率。
4）集中式存储与分布式存储相结合
与数据处理相适应，数据存储也应该采取集中式与分布式相结合的体系结构。
涉及全局性的数据应该集中存储，以增强数据容的同一性和访问的一致性，而对于非全局性的数据，则应该尽量分布式存放，以减少服务器负担和网络传输的压力。
同时也可缓解业务增长和业务高峰所带来的系统“瓶颈”。
在解决水利局与下属单位所等有关部门之间远程数据通讯和数据共享的问题上，为减少数据传输负担，也要考虑集中式存储和分布式存储，并要解决好数据的复制问题。
2.4.2.数据管理要求
数据管理与使用是系统应用的中心容，也是整个系统建设中容较为复杂、操作较为频繁、数据流量较大、数据冲突较为突出的部分。
用户对数据库管理与使用的要求主要集中在数据输入、数据查询检索、数据输出、数据维护等四个主要方面。
2.4.3.数据集成要求
水利数据之间存在着千丝万屡的联系，密不可分。
系统数据之间相互作用并互为条件，对于水利而言孤立的数据绝不是完整的、可信度高的，甚至是一份误导、片面的信息。
系统建设应将系统数据进行有效的集成，最大限度的消除数据孤岛的存在，提高系统所提供数据的完整性和可靠性，实现最大化利用率。
同时针对于与水利相关的气象、水文等数据需要通过数据集成的接口还统一管理以及调度。
2.4.4.数据质量要求
系统要现数据质量控制和检查，保证入库各类数据的图形和属性的正确性。
各类空间数据必须具备相应比例尺地图的精度指标；属性数据应完整、正确；地理要素的容及数据结构应符合建库标准，满足软件系统的功能要求。
2.4.5.数据整理入库
现有各类数据整理可以有效的保护原有的业务成果和信息化建设成果，并能保持相关业务的持续性，是新系统顺利上线的必要支撑。
系统要要对与新建系统相关的
多介质数据进行整理入库，对相关的空间数据进行入库处理，并对原有的业务数据进行数据迁移和数据整合。
2.5.系统性能需求
系统性能要求主要体现在运行效率要求、响应速度要求、对差错的负荷能力要求等几个方面。
系统软件设计和开发必须充分考虑并尽量满足这几个方面的性能要求。
2.5.1.运行效率要求
运行效率要求包括：
●在目前水利局现有的硬件系统条件下，开发的软件系统应能达到特定的运行速度，系统运行速度较快，能够达到水利管理数据的浏览、各种处理、查询统计等日常工作的响应要求，且该速度不以依赖硬件能力为前提，以利于整体提高水利局业务处理的工作效率。
●系统运行时，对系统硬件资源的利用率要合理，避免占用过多系统硬件资源或过于频繁的硬盘访问等，以提升整体运行速度。
2.5.2.响应速度要求
响应速度是软件系统在使用过程中反馈和反应快慢的一种感觉。
响应速度要求包括：
●系统对于涉及数据量不大的用户操作可以进行感觉及时的响应，对常规操作要求软件没有明显停滞。
●对超出响应时间要求的响应要求提供进度条或图标等方式来告诉系统使用者需等待的时间。
●对网络流量予以事先估计，根据硬件能力限制网络会话的最大数目，保证网络服务质量。
具体的响应速度指标要求如下：
●查询响应时间：
✓普通查询时间少于5秒；
✓大数据量查询时间少于15秒；
✓图形数据查询少于15秒。
●批处理时间（包含系统统计）：
✓少于30秒。
●系统并发访问时间：
✓支持最高300个并发用户，正常50个并发用户的性能要求。
●系统支持的数据容量：
✓支持年数据量为10万条记录数、10GB字节的数据量。
2.5.3.容错稳定性要求
系统的稳定性是指系统软件对各种可能出现的差错（各类错误或不合理的输入、系统组件之间的设计不完善而造成的信息传递错误等）的处理能力。
它包括正确性和健壮性两个方面：
●系统的正确性是指本系统本身无错误，它能在未来的软硬件环境下正确地完成所期望的数据输入、管理、查询、信息处理、信息输出，以及辅助管理等各项功能；
●系统的健壮性是指在不合理的操作（如：
命令错误、输入超界数据、所提供的参数不合理等）情况下系统仍能够运行，或自动调节和纠错，或停止运行并提示错误，或做纠错记录并继续运行，或给出错误信息后转到预先规定的错误处理程序处理运行。
●系统软件设计、开发时，要求对各种可能存在的数据或操作输入差错、各个组件之间信息交换会出现的错误等充分估计，并分析和罗列种类和围。
2.5.4.可靠性要求
系统的可靠性是系统优越的重要指标。
自身存在很多BUG的“多病”软件不仅影响使用，而且会对所建信息系统的基础数据造成无法挽回的损失。
●数据库24*7可靠性：
数据库保证每周7天，每天24小时正常工作。
●系统可靠性：
系统软件不存在致命的bug；采用稳定性高、可用性好的硬件产品，保证系统运行不轻易出现死机。
系统提供7×24小时的连续运行，平均年故障时间少于5天，平均故障修复时间少于24小时。
●数据可靠性：
提供高可靠性的数据备份、恢复和容灾机制（提供包括与硬件配合的3种以上数据备份方案），确保系统数据万无一失。
第3章系统总体设计
3.1.系统设计原则
在水利局环境管理业务需要基础上，充分利用了现代通信、计算机网络技术、地理信息和在线监测等技术，建设以基础地理信息数据、各类水利专题数据和办公数据为基础的水利资源数据库，构建一个松散耦合、可扩展的服务管理框架平台，通过对现有系统和数据的整合，实现局及下属各个职能部门的业务处理及办公自动化、污染源综合管理、地表水污染预测、水利资源环境污染预测、区域环境综合评价、突发环境污染事故应急指挥和水利综合信息服务为一体的水利局预警与控制地理信息系统。
为保障该系统建设的顺利进行和完成，系统设计主要遵循以下基本原则：
3.1.1.实用性和可行性
实用性是衡量软件质量体系中最重要的指标，是否与业务结合的紧密，是否具有严格的业务针对性，是系统成败的关键因素，因此，每一个提交给用户手上的系统都应该是实用的，解决问题的。
在系统平台的建设中，要充分利用成熟的技术、平台和工具，避免盲目追求最新技术，同时要充分考虑应用系统对处理能力的需求，防止发生性能瓶颈。
实用性与可行性的思想贯穿了整个系统的设计过程。
符合水利资源管理各种业务要求、操作简单、易于使用、提高效能是系统建设的根本目标，也是系统设计的基本出发点。
在保证系统实用性的前提下，适当采用先进成熟的主流技术（如业务建模技术、GIS应用平台技术等），以符合当前和未来的发展趋势，保证提供的先进性和可扩展性，延长系统的生命周期。
3.1.2.安全性和稳定性
应用系统必须有高可靠性，并对使用信息进行严格的权限管理。
在技术上，采用严格的安全与措施，确保系统的可靠性、性和数据的一致性。
系统安全性包括数据安全、网络安全和软、硬件的安全等。
在保证系统用户权限合法性的同时，保证数据的准确、不易被破坏和泄密，以确保水利资源运行数据和系统的安全性。
系统必须有足够的健壮性。
在发生意外的软硬件故障、操作错误等情况下，一方面能保证回退恢复，减少不必要的损失；另一方面能够很好地处理并给出错误日志。
3.1.3.标准化和规化原则
水利数据和系统设计都必须遵照国家规标准和有关行业规标准，设计标准信息分类编码体系，规系统数据库及元数据，建立开放式、标准化数据输入、输出格式等。
选择符合工业标准的软、硬件平台，采用组件式、模块化的设计思想和开发方法（部分功能采用底层开发），对现有各种异构数据源进行适当的容错处理，与当前业务人员使用的MSOffice、AdobePDF等通用软件兼容，实现数据交互。
3.1.4.网络性
本系统要从硬件、软件、数据库，到应用模块的开发均要现网络化。
所实现的系统必须能够在多用户、并发操作的网络环境下运行，并符合图文处理一体化、业务数据管理一体化、用户界面操作的一体化等要求。
IT技术的发展给广大用户提供了巨大的活动空间，也节约了大量的时间。
其最大的特点就是网络化应用，足不出户便知天下事。
所以本系统的建设要符合IT技术的发展趋势，整体应基于网络GIS来开发，通过网络来传递信息和进行业务处理，并通过连接公众网络向社会发布业务中的相关信息。
同时应将局办公局域网接入政府专网并与Internet在物理上分开，对政府访问因特网采用单独拨号上网的方案。
这样既顾及到政府办公、政务公开和外界交流的需要，同时又顾及到了解社会、经济和生活各方面动态的需要。
3.1.5.可扩展性
系统、数据和硬件等必须具有较强的可扩展性和对需求变化的自适应能力，以适应业务管理容变化造成的系统需求的变化，以满足将来业务的需要和政府信息化建设的需要。
系统设计采用SOA的思想，提供应用开发框架，用户可以按照一定的规采用任何一种开发语言来实现服务组件，通过框架提供的流程协作机制来组装新的合成应用与业务流程流，确保共享数据及流程能够准确反映业务的运营和战略需求。
上述职责划分实现了技术问题与业务问题的明确分离。
系统提供灵活标准化的工业扩展机制。
3.1.6.经济性原则
系统建设要求在实用的基础上做到最经济，以较小的投入获得最大的效益。
在硬件和软件配置、系统开发和数据库建立上都要充分考虑投入和经济效益。
在整体系统设计上强调现有数据和系统的继承性，通过对现有数据和系统的分析，采用最新的应用整合技术实现水利数据和业务系统与新建系统的有机整合，最大限度的保护用户投资。
3.1.7.先进性和与前瞻性原则
在系统的建设过程中采用当代先进技术，选用先进设备，建立一种新概念的、开放的现代管理和办公环境，以组件式的信息技术为依托建立完善的整个系统。
系统要做到基于组件技术的多层应用体系基础上的平台化，抽象出环境管理空间信息需求的共性和特性，提供给用户的不仅仅是一个软件系统，更是一个开发平台。
这个平台上，客户同样可以开发出适合自己业务需求的软件服务部件，并通过平台部署和运行业务部件。
以“通用平台＋专用部件＋参数化配置”的方式，快速、经济、有效地满足环境管理的需求，在保证系统通用性的同时，功能更灵活，操作更便捷，数据更安全，计算更快速。
信息技术发展非常快，硬件更新换代迅速，性能价格比不断跃升，系统软件版本升级也非常快，平均1年时间就有新的版本推出。
在系统建立还必须充分考虑技术的发展趋势，如采用关系数据库管理空间数据、WebGIS应用、OpenGIS规及空间数据互操作（Interoperability）等问题。
同时在硬件配置和系统设计中还充分考虑系统的发展和升级，使系统具有较强的扩展能力，处于应用系统技术领先地位，确保系统能适应现代信息技术高速发展。
3.1.8.系统性与易用性
水利业务的数据要素之间关系错综交错，综合分析业务涵和数据要素之间的相关性和互构性，需要按照水利资源环境管理的要素科学划分原子单元，保证系统在对象级别上具有较好的关联性、整体性和一致性。
在满足系统数据和功能复杂性的基本要求的同时，尽量考虑用户的使用与操作习惯，做到功能虽强大、操作却简单。
3.1.9.完备性
在水利资源环境管理的级别上来抽象和设计环境管理对象，数据中心的数据结构相对隐藏，服务框架在数据引擎的基础上按照面向对象的方式来操作和管理环境数据，对象数据和功能体系充分体现目前水利局的业务需求，并符合现行的工作流程。
3.1.10.开放性以及扩展和升级的能力
采用开放式的体系结构，以保证系统的高度可扩展性；易与第三方系统集成。
同时，为满足未来空间信息服务需求的变化，空间信息服务系统的建设是一个长期的过程，本系统的建设也将分期进行，每一阶段的建设实现有限目标，但必须具备开放的体系结构和良好的扩展能力使各阶段的建设能够前后关联，有效衔接，避免系统建设过程中出现大的结构变动甚至重建，以保护前期投入。
系统的建设还要顾及到政府职能的转变，便于
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