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基于云计算的水资源智能?App?系统

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2018-05-16 16:02:27

0 引言

水资源管理系统建设是水资源管理现代化的重 要标志之一,能有效解决水资源管理基础薄弱的问 题,为支撑最严格水资源管理制度的实施提供重要 支撑 [1]。利用水资源管理系统快速准确地掌握水资源 信息可以提高决策的科学性和准确性,同时对于落 实水资源管理“三条红线”控制具有重要意义。随 着移动互联网技术的飞速发展和智能手机终端的迅 猛普及,在智慧流域框架内 [2],将智能终端融合在水 资源管理工作中,开发水资源管理移动 App,拓展基 于物联网的水资源感知延伸范围 [3-4],可以有效提升 水资源管理系统的协同性、机动性和智能化水平,为 突破传统的固定地点、时间、工作设备的水资源业 务工作方式,创新水资源管理模式开辟新的途径。

近年来,国内外已经有不少研究和应用部门着 手研制各类移动水利信息发布的应用系统。如美国 奥克兰民防部门组织研发的智能手机 App,可以在诸 如海啸、暴风和地震等自然灾害发生之前,向用户 发出预警 [5]16;德国、菲律宾等在抗洪减灾中使用社 交 App,弥补了灾害警报系统的不足 [5]16;台湾省台 北市开发了“台北市行动防灾 App”[5]16;上海、浙 江、江苏等省市也已经实验性地开发出以智能终端 设备为载体的 App 防汛信息系统 [6-9];太湖流域也实 验性地开发了移动水利信息 App 模块 [10];很多应用 还扩展到实时水文模型的数据计算和模拟数据的实 时获取与发布。综合现状分析,App 在水利中的应 用主要集中在防汛信息系统,尚未普及应用,鲜有 针对水资源管理研发的 App 系统;现有水资源管理 系统多在计算机终端实现,采用 C/S 或 B/S 架构发布 信息,改善了信息获取服务方式,但无法支撑远程移 动办公、现场与水资源监控中心实时的互联互通。

为克服传统的水资源管理系统受时空限制导 致信息获取及服务途径不灵活、工作效率不高的问 题,以福建省水资源管理建设系统为例,基于云计 算软件即服务(SaaS)的理念,提出水资源智能 App 构建模式,并研发了 App 系统,成功部署在福建省 及各设区市,提升了水资源业务办公效率。

1 水资源智能 App 系统总体架构

根据福建省水资源业务移动式办理和信息服务 在移动设备的展现等新的特点及需求,以省与设区 市两级水资源管理系统的应用支撑平台作为基础环 境支撑,构建水资源管理移动应用系统,实现水资 源业务的移动式办理,水资源信息服务的移动设备 展现和预警信息的及时推送,从而提高办事效率, 方便随时掌握水资源状况,提高应急事件处置的及 时性。



福建省水资源管理移动应用系统是在福建省 水资源管理系统的基础上,通过搭建移动应用中间 件,对已实现的四大应用系统(水资源信息服务、 业务管理、决策支持、应急管理等系统)和两大门 户系统(水资源业务应用、信息服务等门户网系 统)的部分功能模块实现移动终端设备的移植,总 体架构如图 1 所示。福建省水资源管理移动应用系 统架构于福建省水资源管理业务应用平台之上,主 要由移动应用服务器端和客户端 2 部分组成。

1)移动应用服务器端。服务器端主要负责解 决管理、后端(企业业务系统)与网络服务的集成 问题,其逻辑功能分为管理(Manager)与业务引擎 (Engine)2 部分。其中统一的 Manager 负责提供应 用、升级、接入控制等业务管理功能,以及用户管 理、认证鉴权、安全策略、系统配置等运营管理功 能;Engine 用来处理与企业的后端集成及通信、推 送、位置等网络服务。根据应用场景的不同,Engine 又分为基础核心(BCS)、通信能力(CAS)、文档转 换(DCS)、推送通知(PNS)、基于位置(LBS)、 推送邮件(PMS)等 6 个独立的服务。服务之间采 用 SOA 的松耦合模型,功能扩展方便;大规模部署 第 2 期 梁生雄等:基于云计算的水资源智能 App 系统研究 7 时,也可以针对特定服务有针对性地提升处理能力。

2)移动应用客户端。客户端主要为开发者解决 跨平台、本地数据处理、终端及第三方能力的集成 问题,并为最终用户提供统一的交互与管理界面。 App 系统业务功能包括监测、综合、预警、应急信 息管理,以及代办提醒、新闻与公告等。

2 水资源智能 App 应用平台研发

2.1 App 系统数据库概念模型

在水资源的开发利用及监控管理过程中,根据 业务功能的不同,将水资源管理数据库中的表分为 信息服务、调配决策支持、应急调度、业务管理信 4 类,设计了数据库的概念模型,传感器和辅助 设备的概念模型分别如图 2 和 3 所示,图 2 和 3 中 的表都来自综合数据库中的监测数据库。 图 2 监测设备基础信息(传感器)

2.2 App 系统功能模型

采用静态建模和动态建模相结合的方式进行 App 系统的建模,其中静态建模采用实体和控制等 关系的类图描述,动态建模采用序列图描述。类图 和序列图采用统一建模语言 UML 描述,对监测、 综合、预警、应急和业务等信息服务及新闻公报 服务功能部件,利用 UML 建模工具 Rational Ros Enterprise Edition 绘制。

2.3 App 平台构建技术

目前智能型手机应用以 Google Android 与 Apple iOS 两大操作系统为代表,福建省水资源管理移动应 用平台以这 2 个平台为主。移动应用平台的应用方 式主要有 Web App 和 Native App 2 种,2 种方式各有 优缺点。Native App 客户端开发工作量大,软件升 RTU 基本信息表 通信设备基本信息表 蓄电池基本信息表 太阳能板基本信息表 充电器基本信息表 防雷器基本信息表 图 3 监测设备基础信息(辅助设备)的概念模型 级和维护比较麻烦,每次版本更新都需要向官方市 场提交审核,开发者需要针对不同的操作系统和分 辨率的终端进行适配开发工作,但目前,其性能和 用户体现都很难被 Web App 取代。Web App 服务器 端的开发工作量大,逻辑复杂,需要在更多设备上 进行测试,前端技术尚未标准化,难使用设备的特 性(传感器、GPS 定位、本地文件系统等)。考虑到 Web App 的标准化和扩展性难度较大,据福建省水 资源管理系统开发的特点,本系统采用 Native App 方式,利用移动中间件 ExMobi 开发实现。 ExMobi 移动应用开发中间件由 ExMobi 客户 端、服务端及 MBuilder 集成开发工具等组成,通过 全面的数据集成技术和丰富的跨平台客户端展现能 力,将业务系统快速、安全、高效地移植于移动终 水位传感器基本信息表 流量计传感器基本信息表 RTU 基本信息表 流速仪传感器基本信息表 雨量计传感器基本信息表 水温测定仪传感器基本信息表 溶解氧测定仪传感器基本信息表 COD 测定仪传感器基本信息表 高锰酸钾指数仪传感器基本信息表 氨氮测定仪传感器基本信息表 总氮测定仪传感器基本信息表 总磷测定仪传感器基本信息表 传感器工况监测信息表 浊度测定仪传感器基本信息表 电导率测定仪传感器基本信息表 蒸发器传感器基本信息表 PH 测定仪传感器基本信息表 传感器基本信息表 8 水 利 信 息 化 2017 (2) LDAP 服务器 关系型数据库 磁盘存储 第三方接口 数据抓取 数据持久/支撑层 应用接入 WAP 接入 智能升级 数据转换 超级解析 规则执行 推送代理 客户端接入 资源调度 认证安全 协议处理 数据统计 核心引擎 基础平台 展现引擎 脚本引擎 数据交互引擎 样式引擎 网络协议 广本操作引擎 MBuilder SSO API Reset API 开发组件 ExMobi Server ExMobi Client 平台服务层 网络接入层 Wi-Fi 3G/4G 用户访问层 iOS Android 图 4 移动 App 体系结构 端。ExMobi 从开发(IDE 环境)、集成(IT 系统对 接、云服务)、打包(各个操作系统的应用打包)、 发布(应用的运行)、管理(日志、更新管理)上提 供了一整套的解决方案。