水资源管理技术范文

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从我国当前的基本国情和水资源使用的具体情况来看，水资源的匮乏、分配不均以及社会经济布局与水资源不符的情况日益突出，在社会逐步向前推进的形势下，水资源的标准也发生了变化，并且会变得越来越稀缺。从现阶段一些发达国家的水资源状况来看，在20世纪80年代时，水资源工程的建设规模就已经相当巨大，目前则主要以运行调度、资源优化和环境保护等为主。在当前形势下，对水资源进行充分的利用具有极其重要的意义。与一些发达国家相比，我国在水利的发展以及水资源的研发方面还处于一个初始阶段，因此，必须不断加大水利工程的建设力度，使其能够发挥出更大的作用。

1实行最严格水资源管理制度过程中存在的主要问题

实行最严格水资源管理制度的提出，使得社会各界更加关注水资源的有效利用，该管理制度的基本理念是以“三条红线”作为基础，然而，“三条红线”在制定的过程当中仍存在着较大的难度，供水量和用水量的相关数据无法得到明确，两者都具有较强的动态性特征，因此，几乎很难清晰划分出红线。与此同时，想要充分发挥“三条红线”的作用并基于相应的控制指标进行有效的反馈，相关的管理部门就必须做出迅速的反应，并且要在最短的时间里提高水资源的管理效率。由于现阶段我国在水资源方面还不具备较为健全的管理体制，所以，除了要不断提高管理制度的完善性，还必须加强相关责任制的落实，要运用科学、合理的方式审核水资源管理当中无法进行量化和非硬性的指标，全面落实虚化和弱化的管理责任制，不断完善水资源管理制度，采取有效的管理措施使最严格水资源管理制度发挥出最大的作用。

2最严格水资源管理制度支撑技术

2.1制定并不断完善综合管理技术

以最严格水资源管理的相关理念为基础，制定出较为完善的管理模式和具有较强可靠性的管理体系，将最严格水资源管理的理论与想法转变为切实可行的水资源管理制度并形成一个完善的体系，同时还要根据现阶段区域水资源环境和社会经济发展的具体状况确认其中的具体细节。制定出有关水权、用水量、用水效率、水功能区域限制、审核以及水资源管理责任等制度。而针对“三条红线”的规定和管理，都必须以管理技术作为支撑。此外，还要借助于红线控制的具体方法评价和计算水资源的开发。

2.2问题研究技术

针对重要的科学问题不断加大研究力度，能够使水资源管理工作更加顺利地开展，按照具体规定编制出科学、合理的水资源管理方案。必须充分意识到水资源系统所具有的复杂性热点，尤其是影响水资源转变规律发生变化的相关因素。在过冷或过热的气候条件下，水资源就会在时空当中进行二次分配，并且其数量也会发生变化，这不仅在很大程度上降低了水资源供求的平衡性，同时也进一步加大了水资源管理工作的难度。就现阶段而言，气候发生的变化使水资源受到的影响主要体现在温度、降水、水分蒸发和河流循环等方面，而对水资源的规划管理产生的影响并不明显。如气候变化对水资源在可使用量、供水量和需水量等方面产生的影响。

2.3水资源管理规范化技术

要想使水资源管理工作能够更加顺利地开展并取得较好的效果，不仅要提高相关技术的规范性，还必须采取有效的管理措施并完善工作的基本程序。针对水资源管理过程中存在不足，制定出最严格水资源管理制度，科学、合理地分配初期水权，把握好总量，提高水量的调配效率，严格管理取水权，实施定额管理制度，并控制纳污情况。综上所述，最严格水资源管理制度在水资源的管理工作中有着极其重要的意义，不仅能够在很大程度上提高水资源的利用率，同时还进一步促进了水资源的未来发展。然而，从现阶段的具体情况看，我国在水资源管理方面还存在着一些问题，因此，还需针对实行最严格水资源管理制度的关键技术不断加大研究力度，使水资源能够得到更好的利用，以此进一步推动社会经济的发展步伐。

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瑞典斯德哥尔摩国际水研究所曾研究指出，到2025年，非洲和亚洲至少有30亿人口不得不面对严重的水资源短缺问题，同时，世界上超过50%的人口也将会因为水资源短缺问题而难以实现粮食自给。同时，世界各国对水资源可持续利用和管理的重视程度也越来越高。近年来，不少国家和地区，如美国、澳大利亚等，相继制定了与水资源相关的发展路线图，目的在于放眼未来，为实现水资源的永续利用而未雨绸缪。

目前，水资源短缺、水环境恶化、水生态失衡、水灾害加剧、水管理薄弱等问题已经对我国社会主义现代化建设可持续发展构成了严重的威胁。因此，在当前及今后相当长的时期内，水资源成为制约我们经济社会发展的关键因素。基于网络技术日新月异的发展，实现水资源管理的网络化，是一项切实可行的，能有效管理水资源的创新之举和科学方法。

1 水资源管理的现状

我国改革开放30多年来，进行了大规模的水利建设，取得了举世瞩目的成就，但对水资源的配置和管理，尤其是量化管理方面尚缺乏系统的考虑。由于历史原因和管理体制问题，我国的水资源管理模式一直比较粗放，管理指导思想陈旧，管理技术手段落后，计量设施建设远不能满足水资源量化管理的需要，导致水行政主管部门不能对水资源的开发利用与保护实施有效的监督和管理，使得有限的水资源十分紧缺，而且对其利用效率不高、污染严重，其可再生性受到很大影响。

为进一步提高我国水资源管理水平，积极促进我国水资源管理工作的转变，即由过去静态管理向动态管理转变，由经验性管理向科学管理转变，由分散的条块管理向统一管理转变，以水资源的可持续利用支撑社会经济的可持续发展，系统地研究和建设流域或区域水资源实时监控管理系统显得十分必要和迫切。

1.1 依靠网络科技管理

进入21世纪，水利部运用网络技术进行水资源管理有着清醒的认识，并在相关文件里明确指出：水利现代化，首先是水资源调控现代化；实现水资源的优化配置是水利现代化的主要目标；应用当代先进的科学理论与高新技术对水资源进行实时监控、优化调度和统一管理，最终实现水资源的优化配置和可持续利用是我国水资源现代化管理的发展方向。

1.2 国外发展经验

国际上比较重视水资源综合管理及信息化，在传统的定点观测信息的基础上，大力发展了3s（GPS、RS、GIS）技术在水资源监测与管理中的应用，使得水资源管理实现了事件动态化和空间立体化特征。监控范围包括供水水库、地下水源、自来水厂、80km长的环城供水隧道干线、11个小区供水泵站及总长度为31526km的新老供水管网系统，实现了全面数字化管理。其他有特点的水资源管理系统还有：以色列、法国和俄罗斯等国家建立的大型灌区优化配水管理系统，澳大利亚维多利亚州税务局的流域水资源监测和调度管理系统、供水公司的实时监控及自动调度系统、昆土兰州供水预警系统等。

1.3 我国未来发展的思路

针对我国社会经济发展和水资源供求状况的变化，以及水资源开发利用管理中出现的新情况、新问题、水利部及时调整了治水思路，提出要由“工程水利”向“资源水利”转变、“传统水利”向“现代水利、可持续发展水利”转变，要求将水资源开发利用与国民经济发展、生态坏境保护等结合起来统筹规划，在重视水资源开发、利用、治理的同时、更加注重水资源的配置、节约和保护，切实改变过去“重建设、轻管理”的做法，在重视工程措施的同时，特别强调重视非工程措施，强化科学管理的作用。这对于支持和强化我国水资源统一、动态、科学管理、指导水资源的合理开发和高效利用，保障计划用水和节约用水，强化水行政主管部门对水资源开发利用实施监督和管理职能，具有十分重要的意义。

2 网络技术的支撑能力

当代高信技术的发展，特别是信息技术、数字化技术和互联网的发展，使得对水资源进行实施监控管理具备了必要的基础条件。当前，水资源实时监控管理系统的研究与建设，代表了水资源现代化管理的一种发展方向。

数字模型和决策支持是水资源实时监控管理系统的技术核心。以丰富的综合信息为基础，采用现代水资源管理数学模型，为水资源的实施管理、调度提供决策支持是水资源实时监控管理系统的核心任务。这种模型势必突破“就水论水”的局限性，充分体现水资源的可持续利用和经济、社会发展与资源、环境协调统一的原则。

3 水资源管理系统

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中图分类号：TV文献标识码： A

1水文水资源常态与应急统合管理的初步认知

1. 1常态与应急状态及其相互关系

常态通常指持续出现或是经常发生的状态，又称正常状态或一般状态。常态管理，是指相对于平稳的社会环境和自然环境处于正常运行态势下所进行的管理，其目的是为了维持正常的需求，防止累积效应的发生，尽量减少应急发生的机率，管理的途径主要是控制管理。

应急状态是指特殊的或不经常出现的，或需要采取某些超出正常工作程序的行动以避免事故发生或减轻事故后果的状态，有时也称为紧急状态，大致可分为自然灾害、重大事故和重大社会事件3种。应急管理是指为应对各种危机情景所进行的信息收集与分析、问题决策、计划与措施制定、化解处理、动态调整、经验总结和自我诊断的全过程。其最重要的特点是在非常情况下牺牲部分利益，保全大局，管理的目的是维护系统在特殊情境下的可持续运行，管理的路径主要是风险管理。

常态和应急状态的区分体现在3个方面，即状态存在或是发生的概率特征、事件发生的差异性影响或结果、管理或应对途径的差别化。基于系统视域的角度，常态和应急状态之间存在密切关系，主要表现在依存和转换两方面的关系。

1.2对常态与应急统合管理的认知

由于常态管理与应急管理之间存在着密切的辩证统一关系，因此尽管常态和应急状态的情景和管理的路径存在差异，但综合两方面情景的统合管理的思想长期存在，并被运用于管理的实践当中。常态和应急统合管理，将理性的控制过程和高效的风险减免机制相互结合，通过博弈应急管理和常态管理各自牺牲一部分利益，实现全局最优。表征是应急管理常态化，常态管理应急化；本质是各种极值的均化，即把风险转化，做到“大事化小，小事化了”，降低风险发生的不确定性。一般情况下，常态采用常态管理手段，应急状态采取应急管理手段。对于统合管理，同时考虑常态和非正常方式进行管理。由于突发事件不是一成不变的，其中未预料事件占了部分比例，所以应急管理不是消极防守，应对这些未预料事件，首先要建立应急预案，在日常过程中就要采用经济、法律、科技等一系列的手段对风险灾害进行预防，提高应急决策能力。同时，还要把握好原则，并根据实际情况随机应变，提高危机处理能力。

2水文水资源常态与应急统合管理理论探析

2. 1常态与应急统合管理的水循环基础

常态和应急管理实质上是对水循环过程的某一区段采取人工调控措施的行为。对于一个完整的自然水文过程来说，年际和年内的丰枯周期性变化是其最大的特征，趋势性和随机性特征则叠加在周期性特征上，形成水文过程的整体特征。一个区域的年内水文过程可大致划分为3个阶段，即平水段、枯水段和丰水段。受随机性的影响，不同阶段的划分是一个相对的概念，随着自然地理特征、季节的变化而有所差异。不同水文区段的水量分配过程见图1所示，其中绿线为由降雨形成的对区域地表和地下水的实时补给所提供的供水量，红线为区域社会经济耗水需求量。丰水期降雨量大，除满足生产生活用水需求外，还形成对当地地表、地下水的年度补给量，以及河道正常下泄量。当降雨出现峰值，河道正常下泄能力难以满足水量下泄要求时，则出现不可控下泄洪水，严重时形成洪水灾害。在枯水期，由于降雨直接形成的供水能力降低，社会经济耗水需求反而在一定程度上较丰水期有所增加，二者之间呈现一定差额，那么在丰水期或者是丰水年通过地下水、人工调蓄工程等所蓄存的水将发挥供水效用。当地下水、人工调蓄工程等的年内、年际调节供水量总量大于这一差额，则区域水资源供需可达到平衡，反之呈现缺水状况，此时区域供水将通过挤占生态用水、限制用水等非常规方式实现，但是当缺水量达到区域不可承受范围时，干旱灾害发生。

图1年水文过程的水量分配及其调控管理

2. 2基于全水文过程的水资源常态与应急统合管理

水资源常态与应急统合管理，就是立足于自然水文的年内与年际整体过程，将正常状态下的水资源管理和非正常状态下的应急管理有机结合起来，实施基于自然水循环系统全过程调控的水资源管理，从而实现将水资源开发利用、防洪除涝和抗旱减灾等有机融合，提升水循环调控效率，增强水安全保障程度。具体来说，对于水文过程的常态管理也就是指对于一定概率范围内的水文事件或是过程进行调控和管理，如P=90%概率范围以内；对于水文过程的应急管理是指对于一定概率以外的水文事件或是过程进行调控和管理，如P =90%概率范围以外。对于应急状态，可以进一步细分为一般应急状态和危机管理状态，其中危机管理状态是指更小概率水文事件发生情境下的管理，如P = 97. 5%以外或是连续几个P = 75%的枯水年。不同水文过程对应的状态及相应的管理模式详见图2。

图2基于全水文过程区间的水资源常态和应急统合管钾

2. 3中国水文水资源常态与应急统合管理的策略思考

随着信息技术的发展，水文水资源信息共享平台等新技术的使用也为中国水文水资源常态与应急统合管理提供了新的工具。目前，针对中国水文水资源情势及存在问题，提出水文水资源常态与应急统合管理实践的基本思路，即“以丰补枯，以平缓枯、以枯解丰，丰枯联凋，化害为利”，降低洪涝灾害风险，提升供水安全保障程度，提高水管理和调控效率。

2. 4实现水文水资源常态与应急统合管理的模式体系结构探讨

(1)全过程水信息共享融合实现信息共享是促进水资源常态与应急统合管理的基本条件与要求，有必要作为一项基本制度加以规定和执行。在常态与应急统合管理中，水信息的共享主要体现在3个方面：①水资源常态管理部门与应急管理部门之间的信息共享，保障各自管理措施的全面性和均衡性；②水资源管理部门与涉水部门之间的信息共享，包括气象、地质、环保、建设等部门，提高常态与应急统合管理的科学性；③政府部门与社会公众之间的水信息共享，提高公众对于水资源常态与应急管理的认识，保障各种常态与应急统合管理措施的顺利执行，同时积极听取公众意见，改善水资源管理方式。

(2)水循环状态识别控制正确把握和识别水循环状态的临界变化，及时采取相应的常态或应急调控措施是实现水资源统合管理的关键。水循环系统常态、防汛应急及抗旱应急状态的识别调控主要包含防汛应急状态的识别调控和抗旱应急状态识别调控两个方面内容。

(3)各类水工程联合运用水利工程特别是大型枢纽水库的优化调度是实现水资源常态与应急统合管理的重要措施，在技术保障条件下建立起水利工程的优化调度制度是促进统合管理发挥实效的重要手段。具体来说，优化调度就是发挥水利工程调节作用，使其防洪、供水、发电、生态等多重效用达到最理想化实现。

(4)流域水资源统一调配水资源综合配置制度是常态与应急统合管理的一项基本制度，通过对区域和流域水资源在各种水文条件下的综合优化配置，明确各种水文条件下区域(流域)的水资源供需状况，作为水资源常态与应急综合管理的基础。水资源综合配置结果一方面作为常态管理的基本依据，指导水资源合理分配和利用；另一方面通过对极端水文条件，主要是极端干旱情况下的水资源供给与需求进行平衡分析，探究干旱应急状态下的水资源开源和节流措施。通过综合配置，促进常态与应急管理的联合。

（5）涉水事务综合管理模式加强水量调度过程中的部门协调和体制改革，是常态与应急统合管理重要的组织保障。

结语

水文水资源统合管理是在民生水利理念下，努力适应中国水文水资源条件和情势的探索，是水文水资源常态和应急管理双重情景中的策略选择，是对未来水文水资源管理发展模式的积极研讨。

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中图分类号：R931.2 文献标识码：R 文章编号：1009914X（2013）34055501

引言

在信息领域，目录服务体系是统一管理数据资源的有效途径。水利信息资源目录服务体系通过数据源管理能实现水利信息资源在目录服务系统中的注册，利用元数据对已注册水利信息资源进行统一描述，最终实现对水利信息资源的统一管理和共享。

数据源即数据的来源，是对水利信息资源管理系统的抽象。元数据，又称元资料、中介资料，是描述数据的数据。通过数据源管理能够实现数据的注册与元数据的发现。

本文从技术角度来探讨在构建水利信息资源目录服务体系过程的数据源与元数据管理，并提出一套可行的解决方案。

1 相关研究

近年来，水利信息资源目录服务体系数据源与其元数据的管理方法一直是水利信息化领域的研究热点，主要集中在如何从理论角度用元数据来描述水利信息资源。朱星明等探讨了基于数据元的水利科学数据交换，阐述了水利科学数据的数据源标准体系结构，为实现水利信息共享提供了很好的解决方案。王卫等研究了水利行业基础数据应用系统的建设，未利用元数据来描述水利数据，而是直接管理各种分散存储在关系表中的水利统计信息，避开元数据直接管理具体数据不易于后期的系统维护与重构，也会造成多系统间信息共享上的困难。目前，涉及水利信息资源数据源与元数据的管理方法主要是针对单一数据类型，且以地理空间数据较多，为此本文将从技术上研究对3种数据类型的水利信息资源的数据源与元数据进行统一管理的机制。

2 水利信息数据源管理框架

数据源是提供某种所需要数据的器件或原始媒体，在本文中指的是能够提供水利信息资源的原始媒体。元数据是数据源下水利资源的描述信息。

水利信息数据源管理的框架如图1所示，本文按照水利数据的表现方式，将数据源分为关系库、遥感库和矢量库数据源3种类型，元数据类型分别是关系、遥感和图层元数据。水利信息数据源管理提供数据源的注册，元数据的发现、自动抽取、注册和更新等服务。其中数据源注册支持3种水利信息数据源的注册；资源共享用于支持对注册数据源中的数据资源进行共享；元数据自动抽取用于抽取数据源中数据资源的元数据；在数据源的数据中资源发生变化的情况下，元数据发现服务会监测到其更新，并通过元数据更新服务实现信息资源元数据的更新。

关于元数据标准，国内外对涉及水利信息资源的元数据已有大量研究，主要成果有：ISO 19115-2003，GB/T l9710-2005，SDS/T2112-2004，SL420-2007，和 SL473-2010，等，这些标准主要针对特定数据格式（矢量、遥感）的水利信息资源，在统一描述属性（关系库数据）、矢量和遥感数据等水利信息资源上显得不足。故本文采用笔者研究小组定义的水利信息资源目录服务元数据来描述水利信息资源。

本文将以“数据源的注册-元数据的注册-元数据的更新”为主线，分别阐述以下几个问题：1）数据源注册机制，实现数据源的注册和判重；2）元数据注册，实现元数据的发现、注册和审核；3）元数据更新机制，实现在水利信息资源更新后程序化地更新元数据。数据源管理框架如图 1 所示。

3 水利信息数据源管理中关键技术应用

3.1 数据源的注册

数据源相关信息主要包括数据源自身和管理机构的描述信息。通常在数据库中需要2张表来存放数据源的相关信息，一张存放数据源的描述信息，另一张存放数据源管理机构的描述信息。在注册数据源时，首先要判断该数据源是否已经在系统中注册，判断依据以数据源描述信息为主。对于关系库数据源，如果IP地址、端口号和用户名相同的关系库数据源在系统中已经存在，则该次数据源注册将会失败，否则注册成功。数据源成功注册后，为该数据源分配1个唯一的ID作为标识，其下的元数据信息将通过该ID与数据源关联。相关表结构设计如图2所示。

3.2 元数据的注册

水利信息资源目录服务元数据描述的是整个水利信息资源，有部分选填元数据项。本文针对不同类型的水利信息资源，定义了相应核心可查询目录服务模式和核心可返回目录服务模式（核心元数据子项），利用元数据项子集描述特定类型的水利信息资源，达到提高系统响应效率的目的。

3.2.1 元数据的存储

按照元数据规范，完成元数据项的填写后，将会生成1个符合水利信息资源目录服务元数据标准的XML文档，为了提高目录服务发现的效率，本文将水利信息资源目录服务元数据标准的核心可查询和返回目录服务模式提取出来，存储到关系数据表中，并建立相应的倒排索引。由于水利信息资源数据类型的不同，相应的核心可查询目录服务模式也会有差异。

本文采用2层继承结构来存储元数据，在数据库中表现为父表和子表。父表中存放水利信息资源各核心元数据项子集的公共元数据项，子表中存放各种核心元数据项子集的特有元数据项。采用这种2层继承结构来存放元数据有着比较明显的优点，如果系统中新增加1种水利信息资源数据类型，数据库中原有表结构不需要更改，直接增

加1个相应子表即可，具有良好的可扩展性。元数据的存储类图如图3所示。

3.2.2 元数据的自动抽取

不同数据类型的水利信息资源具有不同核心目录服务模式和自动抽取的元数据项，为了代码的可读性和后期维护，本文采利用抽象工厂模式创建一系列标准接口，屏蔽底层实现。抽象工厂模式定义是：提供1个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定他们具体的类。

AbstractMeta 是一个抽象产品，它可能有3种不同的实现，RMmeta，RSMeta 和 MapMeta 就是对抽象产品的具体分类的实现。

利用抽象工厂模式，不同类型的元数据的抽取任务就实现为不同的具体类，共享同一个抽象产品接口，这样就可以将具体的发现元数据实现机制屏蔽在接口之后。

3.2.3 元数据的注册

元数据的发现，方便元数据管理员查看数据源下到底含有多少元数据，只提供核心可查询和返回目录服务模式。当元数据管理员要注册1条元数据时，就需要根据上文中提到的元数据规范提取元数据描述信息，最终形成1个待审核的XML片段，成功审核后即完成元数据的注册。考虑到以后数据量非常庞大时，数据库可能成为性能瓶颈，所以本文将待审核的和审核成功的元数据分别存放在不同的表中。这样有利于以后利用数据库垂直分区（将不同的表放到不同的数据库服务器上）技术，以减轻单个数据库上读写压力。

3.3 元数据的更新

在元数据注册成功后，它指向的真实数据可能会发生变动，比如关系表的字段数、记录条数，所以需要定时进行元数据描述信息的更新。

3.3.1 元数据的更新依据

如何判断元数据是否应该更新，这也是应该考虑的问题。对于关系库数据源，判断依据为表的最后一次DML和DDL时间；对于遥感库数据源，判断依据为遥感影像文件的修改时间；对于矢量库数据源，判断依据是图层信息的修改时间。

3.3.2 元数据的更新策略

本文采用自动和手工2种方式来更新元数据信息。在系统启动时，开启1个后台线程，定时扫描已注册了数据源的水利信息资源，如果符合更新条件，则更新该资源的描述信息。定时线程的更新时间一般定在凌晨以后系统负载比较小的时候，这样不会影响用户正常访问系统。当然元数据管理可以手工触发更新操作，粒度可以到达数据源下的某具体的资源（1 张数据库表、遥感影像或矢量图层）。

3.4 应用实例

水利信息资源目录服务体系的数据源与元数据管理机制，根据国家水利数据中心水利信息资源目录服务系统对水利信息资源管理的基本要求制定。水利信息资源目录服务系统管理水利资源数据分中心信息资源涉及的水文、水质、水资源、水利设施（空间）、土壤侵蚀、灌溉、水能资源调查、农村水电 8 个专题信息库，涵盖了属性、矢量和遥感影像数据等类型的水利信息资源。目前，本文提出的管理方法已经成功地运用到水利信息资源目录服务系统中，实现对属性数据、矢量图层和遥感影像等类型的水利信息资源的数据源注册，元数据发现，元数据自动抽取和更新功能。在数据源注册方面，能够实现上述8个专题库中3种数据类型的数据源注册；资源共享服务能够实现对上述 8 个专题库中属性数据（关系数据库与数据表）、遥感影像数据和矢量地图等数据资源的共享；元数据自动抽取能够自动地抽取出属性数据中关系数据库的联系信息、关系数据表的表结构、库表的中文名称，遥感影像数据的波段、投影参数、坐标参数、时空范围、分辨率，矢量地图的时空范围、几何数据对象等元数据项；元数据更新服务能够在监测到上述数据资源变化情况后，自动或手工抽取变化后的元数据，并进行元数据的更新。本文的数据源与元数据管理机制在水利信息资源目录服务系统的应用表明，本文提出的管理机制能够很好地管理水利信息资源的数据源和元数据，并为目录服务体系提供基础。