水环境自动监测数据共享系统关键技术

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摘 要：水环境监测工作是水环境质量保护和管理过程中的重要手段,它需要准确获地获得各涉水部门收集监测数据以便进行分析,但由于涉水部门间存在信息壁垒,无法充分利用好监测数据.为此,本文结合笔者多年的实践经验,重点就水环境自动监测数据共享系统的关键技术进行探讨,以实现监测数据的共享.

关 键 词 ：水环境质量；监测数据；共享系统；关键技术；数据传输

中图分类号：TP39 文献标识码：A

1.水环境监测要素信息动态管理模型构建

环境监测数据涉及的环境要素面广量大,同时环境管理目标会发生变化及调整,环境监测基础要素信息适应管理需求处于动态调整的状态.多年来,环境监测数据管理系统在设计时没有充分考虑监测基础要素数据与环境管理工作的种种关联,搭建的数据库中存在大量的难以预计的监测数据抽取差异、特定的数据表达习惯,不同时期、不同的环境监测数据,用户往往需要挑选不同要素类别的环境测点集合,通过数据清洗、抽取等步骤提取出符合要求的监测数据,然后再对数据进行分析、汇总与表征.

2.基于BPM的水环境监测要素编码管理业务流程建模技术

环境监测要素编码是用于唯一标识环境管理对象,环境管理目标发生变化的同时水环境监测要素的编码等内容都会随之发生变化,必须通过规范化的流程操作实现完整的监测要素编码信息管理,实现业务工作的自动化.研究利用业务流程建模（BPM,Business Process Modeling）技术,制定水环境监测要素编码申请、变更电子化流程.通过该流程实现水环境监测要素编码产生、使用、变更和停用的全过程监管,提高河流各类水环境监测要素的管理能力.

3.基于Biztalk的流域水环境监测数据共享技术

利用成熟的Biztalk中间件技术,构建水环境监测数据传输交换平台.实现可靠消息服务,通过消息的异步方式集成各应用系统.同时在消息转换的过程中使用XSL Tranormation（XSLT）引擎解析文本文件,Office Excel文档,EDI文档结构和C和JA以及JMS等多种消息格式转换成XML格式.将大量基于各自业务流程的异构数据进行数据格式转换,交换到数据中心进行统一管理,并将本项目中心数据库的相关数据根据业务要求交换到相应的业务部门数据库中,实现水环境监测数据的共享.

在数据交换平台中心交换系统服务器上部署微软的Biztalk服务器、微软消息中间件以及微软应用和数据适配器,在各个部门的数据交换前置机上部署与集成和数据交换平台相对应的适配器和消息中间件,利用前置机实现中心平台（交换中心）与交换节点（前置机）之间的合理分离（部门业务职责分离、异构技术平台分离）和标准化交互（在中心和节点之间按照标准进行交互）,增加整个体系的可扩展性、可维护性、可推广性将不同平台、不同架构和不同功能的业务部门的系统有机的连接起来,实现不同部门前置交换信息库之间的安全、可靠、稳定、高效的信息交换传递系统.

4.基于SOA的流域水环境监测数据交换共享技术

流域水环境监测信息共享系统的业务和数据并不是一成不变的,为了能使应用快速实现新的业务需求,需要让应用和数据具备一种敏捷的适应变化能力,从而迅速实现关键业务服务.通过SOA平台可以灵活的控制以Web服务为核心的业务逻辑,实现高效的业务组合和数据格式转换,在短时间内实现各种流域水环境信息集成的新型业务,更好地实现流域水环境信息共享提供坚实、可靠的基础.SOA架构是建立在一整套开放的标准和技术上的,开放的标准能够从技术底层上保证在不同平台上能相互兼容、互联互通,不再是封闭的私有应用系统.基于标准的开放的系统不会随着架构变化而被淘汰,因此有效延长了系统的应用服务生命周期.SOA架构具有数据服务层提供的统一数据访问功能,可以集成众多涉水监管部门应用底层的大量异构的孤立数据源.这种松散耦合的数据访问模式有效的避免了在数据库升级、业务流程发生改变的情况下对应用程序的直接影响,增强了数据的适应能力.

SOA架构带来的高效整合效率,有效缩短实施的时间.不同于传统的应用集成方式采用基于专业系统的适配器和基于特殊平台的消息总线集成方式,Web服务是一种应用访问的标准接口,所以无论流域水环境监测信息共享系统的应用运行于何种平台,应用都可以通过它实现与其它应用的相互访问.所以一旦使用Web服务定义好流域水环境的应用业务访问标准,它就可以被集成到整个信息架构中.最终实现了业务功能被广泛复用,从而更高效地实现了流域水环境信息的不同应用整合.

5.数据传输网络构建技术

通信传输网络是数据采集交换传输的载体,随着网络技术的发展已具备建立起具有相当规模的光纤通信网和数字微波通信网的技术基础.本项目借助于数据传输网络的构建技术,建立国家-省-市-县等4级水环境监测数据传输网络,运行各级各环保部门的业务系统,传输各级业务数据,需满足数据传输稳定、安全、高效、互不干扰等需求.

5.1 基于VPN的数据传输网络构建技术

以公众网为基础的VPN系统构建水环境监测信息集成、共享与决策支持平台,能有效解决当前水环境监测信息资源集成、共享与传输问题,并且大大提高水环境监测信息资源的利用效率.VPN（Virtal Private Network）是虚拟专用网络的简称.VPN通过对网络数据的封包和加密传输,在一个公用网络（通常是因特网）上建立一个临时的、安全的连接,从而实现在公网上传输私用数据.在VPN中,任意两个节点之间的连接并没有传统专网所需的端到端的物理链路,而是利用某种公众网的物理链路来实现.

5.2 基于SDH的数据传输网络构建技术

研究基于同步数字体系（SDH）的流域水环境监测数据传输网络构建技术,在国家环境信息与统计能力建设纵向环保传输专网建成后,建立基于SDH的国家-省-市-县等4级水环境数据传输网络. SDH（Synchronous Digital Hierarchy）是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络.它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能,能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护,因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点.

将SDH对实时业务的有效承载和网络二层甚至三层技术所具有的数据业务处理能力有机结合起来,以增强传送节点对多类型业务的综合承载能力.为满足客户层对以太网业务性能日益增长的要求,当前新的研究重点己集中在将多协议标签交换（MPLS）和弹性分组环（RPR）等技术内嵌入MSTP中,并和已有技术有效配合,共同提高以太网的业务性能及其组网应用能力.

6.基于CA的流域水环境监测数据安全管理技术

为了保证用户在传输网络上传递水环境监测数据的安全性、可靠性、完整性和不可抵赖性,不仅需要对用户的身份真实性进行验证,也需要有一个具有权威性、公正性、唯一性的机构,负责向电子商务的各个主体颁发并管理符合国内、国际安全电子交易协议标准的电子商务安全证,并负责管理所有参与网上交易的个体所需的数字证书.

电子商务认证授权机构,也称为电子商务认证中心,是负责发放和管理数字证书的权威机构,并作为电子商务交易中受信任的第三方,承担公钥体系中公钥的合法性检验的责任.

研究基于CA认证的流域水环境监测数据安全管理技术,利用WindowsServer200x搭建CA认证服务器,在中国环境监测总站部署CA更证书服务器,省、市级环境监测部门部署从属证书服务器,构成证书安全链,实现水环境监测数据的访问审计、资源使用权限配置等功能.

结语

水环境监测工作是确保我国水环境质量的重要举措,监测数据的收集和统计分析对我国水环境质量具有重要作用,可以实现多部门、多数据层次间的监测数据共享,提高政府及相关部门决策的能力,从而有效地改善我国水环境质量.