水行业信息管理集成系统架构的研究（罗佳宁等）

Alice

摘 要：本文探讨了水物质在自然－社会耦合系统中的运动关系，基于系统工程、系统动力学及价值链原理提出了水物质系统及水务系统价值链活动的基本概念模型，在此基础上阐述了水行业信息管理集成系统的架构体系及其内涵，说明了水行业集成管理的系统性、复杂性和科学性。 关键词：水行业；水物质系统；水务系统价值链；信息管理；集成系统 近20年来信息技术的迅速发展，不论是在广大的全球范围，还是在具体的行业部门；不论是在知识密集的经济行业，还是在专业研发的科技领域，信息技术都得到了广泛的应用。网络基础设施建设初具规模，电子政务普及初倪端详，行业领域的专业应用崭露头角。 我国的水利信息化建设，起步较早。信息传输网路、专题数据库、重点应用系统及信息编码规范等基础工程取得了可喜进展。但是，水行业毕竟是一个信息层次密集的基础产业，水信息及水利信息的描述体系及实现架构，涉及领域广泛，信息复杂，数据量大，专业性强，是一项庞大而复杂的系统工程。年轻的、初级的、发展的信息化产业，解决如此积淀悠久、知识深厚、技术成熟的行业领域的具体问题，尚需系统深入的探索和研究。 一、 水物质系统概念模型 1.1 模型的提出 系统工程方法论，使我们能够运用系统科学的思想方法深入研究系统的概念，系统的基本构成及其各种形态，把握研究对象的整体性，综合应用多种技术，形成新的技术综合体，尤其对于大规模的复杂系统，融合自然科学、技术科学和社会科学的理论、方法和技术，实现管理科学化[1]。二十世纪80年代以来，不论是在水系统的思想理论与技术方法的研究方面，还是在水资源的合理开发与规划管理的实践方面，我国水资源系统工程都得到长足发展和应用。 世纪之交，随着世界各国社会经济的迅速发展，全球经济一体化的发展及区域社会经济融合的发展模式，打破了自然生态资源和社会经济资源原始分布与开发利用的时空界限，而以水资源承载能力、水资源可持续利用、洪汛灾害，干旱缺水、水质污染、生态恶化等为代表的一系列水问题，对于实现自然生态环境与社会经济的协调与发展，关系到人类的生存及社会的进步，起着至关重要的作用，已经成为现代水科学研究与应用领域的重点，受到世界各国、社会各阶层及各个行业领域的普遍关注。1994年我国政府发布的《中国21世纪议程》中，将水资源可持续利用作为我国经济社会可持续发展战略的重要组成部分；2000年海牙世界部长级会议发布的《海牙宣言》提出“水安全”的系统概念和核心思想；2002年水利部汪恕诚部长在《资源水利－人与自然和谐相处》一书中系统论述了资源水利的战略思路[2]，把水资源与国民经济和社会发展紧密联系起来，实现对水资源开发、利用、治理、配置、节约和保护6个方面的科学管理，以水资源的可持续利用支持我国社会经济的可持续发展；同时在科学界和社会行业、在水问题的相关领域积极开展多学科、各层次科学的研究与实践，并取得了重大发展。 笔者在2003年研究、设计水行业信息管理集成系统基础架构的过程中，就水物质在自然生态系统与社会经济系统中的运动与转化关系，提出了“水物质系统概念模型”和“水务系统价值链活动模型”，在此作粗浅地描述并分析其系统特征。 1.2 模型的描述 20世纪末到本世纪初，世界社会经济的发展格局在发生着巨大的变化，全球经济一体化的发展模式，促使社会资本、社会资源及自然资源的重新布局，打破了局地范围的界限，融入了区域甚至全球经济圈的大范围之中。水物质，作为基础性、紧缺性、战略性的自然资源及经济资源的重要组成之一，不仅在自然生态系统中具有局地尺度、区域尺度、流域尺度乃至全球尺度的复合循环与交换的自然过程特征，而且，通过人类的工程技术活动，作为生产关系及生产资料的重要组成部分，直接参与社会与经济的局地、流域、区域乃至全球经济圈的生产与流通的复合过程中；同时，人类的工程技术活动，也在极大地改变并影响着自然生态系统的结构特征，干涉着水物质的自然循环过程。 基于系统动力学[3]及价值链理论[4]，我们可以抽象地描述水物质系统的概念： 水物质系统，是自然生态系统和社会经济系统耦合的复杂系统中最重要的动力系统之一，荷载着全球乃至局地的、自然生态乃至社会经济的物质与能量的运动和转化，人类基于认知的信息通过价值驱动的社会经济价值链活动，参与着遵循自然规律的水物质循环过程，实现对其开发利用的控制与价值。 水物质系统概念模型，整体性地、直观地描述了水物质在自然－社会－经济高度复杂的耦合系统中物质－能量－状态－信息－活动－价值综合层次的元素、结构及关系，高阶次、非线性、多重反馈、时变的复杂系统特征。 1.3 模型的特征 （1）反映水物质在自然生态系统及社会经济系统中的关键过程与运动参数；概括描述了水物质循环过程模型、水物质开发利用模型及水物质价值转化模型； （2） 自然生态系统－水资源－社会经济系统－取水－社会/经济结构－用水－产品/流通/产值－排水过程链，是质与量，权与利，时与度的统一；反映了水物质的社会性，反映了人类社会对水物质的价值取向和社会公平程度，最终反映社会文明程度； （3） 反映了研究水物质运动规律的传统模型（水资源开发利用效益最大化目标下的单一水资源模型）与现代模型（自然－社会整体效益均衡协调综合目标下的系统集成模型，以水循环为链条、以水资源及相关资源为系统参数）之间的区别； （4） 在自然与社会的耦合系统中，自然生态系统与社会经济系统时空尺度的不一致性、开放性及其系统结构的异构性、复杂性；信息描述的半结构化或非结构化；是典型的高阶次、非线性、多重反馈的复杂时变系统； （5） 由于人类的工程技术活动（水设施建设），改变了自然生态系统的原始结构，干预着水物质的自然水文循环过程，改变了水物质运动的自然规律，传统水文学方法有待近一步发展；在社会经济系统中，水物质不仅作为经济资源和生产资料参与着国民经济和社会文明的发展，而且，随着区域经济及全球经济一体化的发展趋势，水物质本身已经成为一种特殊的产品和商品，直接参与价值循环。 （6） 自然动力和自然活动与社会动力和社会活动的可控程度，是人类开发利用与管理水物质的能力表现； 二、 水务系统价值链活动 基于上述水物质系统模型，图2反映了水务系统价值链活动在自然－社会－经济耦合的价值链条中的重要作用。 以水务系统价值链活动为核心的水管理，是一项综合复杂的系统工程，是水物质系统本身的自然、社会和工程技术属性决定的，是水物质系统结构的复杂性决定的。它是自然科学、社会科学及工程技术科学有机融合的自然－人工耦合的管理科学，是管理法规，管理内涵，管理目标，管理体制，管理职能，管理程序的统一。对其正确的认识、描述、调度、利用和控制，不仅需要人的主观能动性，而且必须遵循其客观规律；缺乏对水系统全面深刻的认知，就无法找到问题的关键，缺乏社会性的管理措施，就无法解决根本问题。 “集成化水管理”或“一体化水务管理”的核心思想，都反映了在流域尺度、区域尺度甚至全球尺度科学合理，公平有序，适量有度地开发利用水资源和水物质，实现流域范围、区域范围直至全球范围的社会经济协调持续发展，并保持自然生态系统的再生恢复和良性循环，实现自然与社会双重可持续性。 由于水物质系统的复杂性，决定了水务系统管理的多重性。水务系统管理，不仅是水务主管部门及相关部门的政府性职能事务，更是广泛的社会性公共事业；不仅是局地性工程设施的建设与管理，更是全局性社会管理机制和科学技术体系，是系统的方针政策、法律规程、科学决策、工程措施、经济运筹、价值体系及社会文明的综合。 实现人类的工程技术活动（水设施建设：1:取水，2:输水，3:供水，4:用水，5:排水）与自然生态系统中水物质的自然水文循环过程（自然生态系统水循环：1:蒸散发，2:水汽输送，3:降水，4:下渗，5:径流）的和谐，实现水物质循环周期、水工程运营周期、水价值实现周期、水系统管理周期的同步，才能实现社会－经济－自然的双重可持续性协调发展； 以《水法》、《水污染防治法》、《水土保持法》、《防洪法》为代表的水法规体系，为水利行业的系统管理提供了法律依据，是水务系统管理的核心指南，也是水行业信息系统建设的基础框架。 三、水行业信息管理集成系统 水或者称水物质，不仅有其自身的转化传输时空运动规律，同时因为它是一种溶剂和溶液，是其他的相关物质的运动载体和途径，而形成了其更加特殊复杂的复合运动规律。水信息以及水利信息的描述框架，不仅包括水量水质水时的基本信息，更应当涉及其相关领域的、相关物质的相关信息，而形成内在联系的复合的信息架构。这种复合的信息架构，才能够满足水管理的普适需要和根本目标。 水功能的多样性、水管理的多重性、水循环的复杂性、水开发的艰巨性，决定了水利信息化实现的难度系数。因此水信息描述框架，包括信息资源整合、信息结构描述、专业领域模型、基础应用模型、信息服务模型等集成系统；信息结构描述，应该包括核心元数据、实体属性数据，对象关系数据、通过地理信息描述方式、智能知识管理系统、对象数据库系统及数据仓库系统等管理技术，实现其信息整合和集成管理。 3.1 信息系统架构 水行业信息管理集成系统架构(WIIMIS)，是政府水务系统、水行业管理系统、水利基础设施建设相关领域及相关行业信息化建设的基础性平台，是水利行业信息化建设的探索性尝试与实现。利用现代化信息技术，集成专业领域的科学理论及技术方法，对复杂的水系统高度抽象与概括，建立多维度多层次的综合、系统、科学地描述水系统运动规律的信息体系，建立局地、流域、区域乃至全球范围内的内在联系的研究方法，建立自然－社会－经济复杂巨系统结构上综合分析的水系统框架管理机制，实现在水法、水务、水工、水时、水量、水质、水事、水情乃至水圈的水系统方面科学的管理。该系统架构应该内涵自然、社会、经济领域基础信息及“水对象”各个方面专业信息内容，力求实现从宏观到微观不同层次系统科学的分析、管理与决策, 实现水系统的专业管理和社会管理的和谐，提高水务主管部门及相关部门的管理决策水平。系统实现基于现代计算机综合信息技术及系统集成技术，采用开放的、标准的开发、部署、管理平台，提高前瞻性，自主性，通用性和科学性。 3.2 系统功能实现 系统集成的哲学本质，使我们能够以科学的系统观来研究事物对象的整体元素及相互联系，达到对其全面系统的认知和控制。 水行业信息管理集成系统架构(WIIMIS)，在GovBit Framework九个高度抽象的技术实现模型上（1、应用领域关系模型；2、业务系统层次模型；3、基础设施集成模型；4、系统部署网络模型；5、工作流管理模型；6、业务系统域模型；7、数据信息存储模型；8、知识管理与决策支持模型；9、行业级应用系统集成模型），从信息维度、应用维度和实现维度三个视角来分析并建立水信息描述体系及水信息应用管理框架。力求实现规范业务流程、整合信息数据、开放系统架构、统一应用集成的应用目标。 四、 结语 水物质系统在自然－社会耦合系统中的复杂运动关系，有待我们利用系统工程、系统动力学及价值链原理等自然科学、社会科学及工程技术科学综合的多维度、深入系统的研究，建立整体的、集成的管理信息体系，实现水行业管理及水务管理的科学化和现代化目标。 （由上海佳文比特信息科技有限公司供稿） 参考文献 [1] 汪应洛.系统工程[M]，北京：机械工业出版社，1986. [2] 汪恕诚.资源水利－人与自然和谐相处[M],北京：中国水利水电出版社，2002. [3] 王其藩.系统动力学[M]，北京：清华大学出版社，1988. [4] 王田苗，胡耀光.基于价值链的企业流程再造与信息集成[M]，北京：清华大学出版社，2002. 作者简介 罗佳宁，女，1966.7，1987年，华北水利水电学院。1990－1996，秦皇岛市水务局，1997－，秦皇岛市石河水库管理处，高级工程师。 作者：罗佳宁 胡启中 作者单位： 罗佳宁：秦皇岛市水务局 胡启中：上海佳文比特信息科技有限公司

ymwatcher

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天际之星

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水世界蓝天

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