佘 東，朱曉彥，丁 俊

（安徽工業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)系，安徽 合肥230051）

我國(guó)是一個(gè)多地質(zhì)災(zāi)害國(guó)家，由地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)的滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷和地裂縫等給人民生活造成了極大的隱患。利用網(wǎng)絡(luò)，將遍布在各自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的位移傳感器、雨量計(jì)、視頻監(jiān)測(cè)信息所生成的水文、土壤等地質(zhì)數(shù)據(jù)發(fā)布到云計(jì)算平臺(tái)，通過(guò)虛擬機(jī)進(jìn)行集中計(jì)算處理，生成相關(guān)預(yù)警信息，并生成Web Service，發(fā)布到用戶電腦和手機(jī)中，能有效即時(shí)的進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警，指導(dǎo)災(zāi)后重建，緩解人民群眾生命財(cái)產(chǎn)損失。

1 現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警方法

現(xiàn)有的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警一般采用傳統(tǒng)的廣播、短信等預(yù)警方式。通過(guò)收看天氣預(yù)報(bào)，向相關(guān)部門(mén)打電話、發(fā)短信等方式通知，這些方法內(nèi)容單一，信息不夠全面，且實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，無(wú)法即時(shí)有效的開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防和救援。部分地市在上述方法基礎(chǔ)上建立了地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)野外實(shí)時(shí)調(diào)查數(shù)據(jù)和現(xiàn)有資料數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立預(yù)警模型（見(jiàn)圖1），該方法較好的解決了地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的科學(xué)性問(wèn)題，但該方法需要各地市建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行計(jì)算存儲(chǔ)，軟硬件投資較大，且需要大量的專業(yè)技術(shù)人才，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)又是局部的，無(wú)法即時(shí)的進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，導(dǎo)致所建立預(yù)警模型也是局部的，缺少全局信息，形成所謂的信息孤島，給災(zāi)害預(yù)防和救援帶來(lái)不便。

圖1 現(xiàn)有的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)示意圖

2 云計(jì)算簡(jiǎn)介

目前，學(xué)術(shù)界對(duì)云計(jì)算（Cl oud Co mputing）還沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義。一般認(rèn)為云計(jì)算是虛擬化（Virtualization）、并行計(jì)算（Parallel Co mputing）、分布式計(jì)算（Distributed Computing）、網(wǎng)格計(jì)算（Grid Co mputing）、效用計(jì)算（Utility Co mputing）、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)（Net work Storage Technologies）、負(fù)載均衡（Load Balance）等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物［1］。云計(jì)算主要包括以下3個(gè)層次的服務(wù)：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS），平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）［2］。筆者主要涉及平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）。SaaS（Soft ware－as－a－Service）是一種通過(guò)Internet提供軟件的模式，各地市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警相關(guān)部門(mén)，無(wú)需安裝軟件，直接使用預(yù)警中心提供的基于Web的軟件服務(wù)，來(lái)即時(shí)的進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警處理。PaaS（Platform－as－a－Service）實(shí)際上是指將軟件研發(fā)的平臺(tái)作為一種服務(wù)，以SaaS的模式提交給用戶。筆者通過(guò)建立省一級(jí)的地質(zhì)信息云計(jì)算平臺(tái)，將服務(wù)器集中管理，通過(guò)服務(wù)器虛擬化建立地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警私有云，為SaaS模式提供應(yīng)用。

3 虛擬化平臺(tái)

虛擬化（Virtualization）在云計(jì)算中，主要指平臺(tái)虛擬化，它是基于云平臺(tái)架構(gòu)的基礎(chǔ)性設(shè)計(jì)方法，它允許將服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備等其他硬件資源作為一個(gè)資源池，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需要來(lái)動(dòng)態(tài)分配這些資源。筆者所用的虛擬化主要指服務(wù)器虛擬化，即將多個(gè)服務(wù)器操作系統(tǒng)利用虛擬化技術(shù)應(yīng)用于同一服務(wù)器上，而不是像早期開(kāi)發(fā)要分別運(yùn)行在多個(gè)獨(dú)立的物理服務(wù)器中。通過(guò)這一方法，可以讓單一的物理服務(wù)器上運(yùn)行多個(gè)虛擬服務(wù)器，并提供良好的安全性和隔離性，服務(wù)器虛擬化通過(guò)虛擬機(jī)監(jiān)視器（V MM）和虛擬化平臺(tái)（Hyper visor）提供對(duì)服務(wù)器硬件設(shè)備的抽象和對(duì)虛擬服務(wù)器的管理。

目前，常用的服務(wù)器虛擬化產(chǎn)品主要包括V Mware公司的v Sphere、V Mware Server、V Mware Wor kstation、V Mware Player、V Mware ESX Server；Micr osoft公司的 Hyper－V、Virtual PC，Virt ual Server；Citrix公司的Xen；IBM公司的z V M、Power V M等。筆者采用原生虛擬化，即虛擬化平臺(tái)直接運(yùn)行在硬件之上的不是宿主操作系統(tǒng)，采用Micr osoft的Hyper－V2.0虛擬化平臺(tái)。使用該平臺(tái)每臺(tái)實(shí)體服務(wù)器可同時(shí)執(zhí)行1024臺(tái)虛擬機(jī)，每臺(tái)虛擬機(jī)可虛擬12個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，處理32個(gè)虛擬處理器，并提供了其它豐富的指令集和設(shè)備接口。目前最新的Hyper－V3.0已于2012年9月5日發(fā)布，性能得到進(jìn)一步的提高。

圖2 基于云計(jì)算的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

如圖2所示，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分為3層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

1）感知層 利用現(xiàn)有的分布在各地的地質(zhì)、水文、氣象等監(jiān)控站采集數(shù)據(jù)，通過(guò)安裝DTU（Data Transfer unit，數(shù)據(jù)傳輸單元），將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)或?qū)P數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)，再通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò) GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無(wú)線服務(wù)）傳送至微軟云計(jì)算平臺(tái)（部分?jǐn)?shù)據(jù)亦可通過(guò)GSM、超短波、北斗衛(wèi)星等通信方式傳輸），云計(jì)算平臺(tái)通過(guò)無(wú)線終端設(shè)備、GPRS DTU接收軟件接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)［3］。部分通訊距離較長(zhǎng)，環(huán)境惡劣的監(jiān)測(cè)站可使用RTU（Remote Ter minal Units，遠(yuǎn)程終端單元）來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)傳輸。

2）網(wǎng)絡(luò)層 云平臺(tái)在接收到數(shù)據(jù)后，將其傳送至云服務(wù)器，系統(tǒng)對(duì)采集到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合以往標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警分析，生成地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型，對(duì)預(yù)警結(jié)果進(jìn)行可視化顯示，并在分析超過(guò)預(yù)警臨界點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)發(fā)出預(yù)警提示信息［4］，如圖3和圖4所示。

3）應(yīng)用層 傳統(tǒng)的預(yù)警方式一般通過(guò)廣播、電話、短信等方式進(jìn)行內(nèi)部預(yù)警（對(duì)相關(guān)負(fù)責(zé)人和災(zāi)害處理人員）和外部預(yù)警（對(duì)全體公眾）。對(duì)公眾，因只需要知道簡(jiǎn)要信息（如災(zāi)害易發(fā)地不要去等），通過(guò)電視廣播、短信等方式就足夠了。但對(duì)內(nèi)部預(yù)警人員這些信息是不夠的（需即時(shí)了解災(zāi)害的動(dòng)態(tài)信息，以便即時(shí)開(kāi)展災(zāi)害預(yù)防和災(zāi)后重建）。筆者通過(guò)云計(jì)算平臺(tái)在網(wǎng)絡(luò)層將預(yù)警數(shù)據(jù)模型生成Web Service，顯示在網(wǎng)站上。內(nèi)部預(yù)警人員可通過(guò)登錄網(wǎng)絡(luò)和智能手機(jī)調(diào)用Web Service的方法即時(shí)掌握地質(zhì)災(zāi)害的最新信息，即時(shí)進(jìn)行災(zāi)害預(yù)處理和災(zāi)后救援工作。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警分析子系統(tǒng)模塊

5 基于Web Service的云應(yīng)用開(kāi)發(fā)

為保持Micr osoft的Hyper－V平臺(tái)的整體兼容和高效，云服務(wù)器采用 Windows Ser ver2008 R2，云數(shù)據(jù)端采用微軟的SQL Ser ver2008，系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)采用基于C＃的微軟VS2010。對(duì)通過(guò)GPRS DTU接收軟件接收來(lái)的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)到SQL Ser ver2008中。同時(shí)，為方便網(wǎng)站和智能手機(jī)調(diào)用，利用VS2010平臺(tái)內(nèi)建的對(duì) Web Ser vice的支持，將數(shù)據(jù)信息直接生成基于XML的Web Ser vice。動(dòng)態(tài)網(wǎng)站使用ASP.NET技術(shù)的進(jìn)行構(gòu)建和使用，通過(guò)ADO.NET調(diào)用SQL Server2008中的數(shù)據(jù)或直接調(diào)用Web Ser vice，完成地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警平臺(tái)網(wǎng)站的建設(shè)。

圖4 雨量監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

由于智能手機(jī)的普及和GIS技術(shù)的成熟，項(xiàng)目組利用Android平臺(tái)架構(gòu)，調(diào)取服務(wù)器產(chǎn)生的Web Ser vice，通過(guò)對(duì)Web Ser vice返回值進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，顯示相應(yīng)的藍(lán)色（初級(jí)，提醒注意）、黃色（災(zāi)害發(fā)生，注意警戒）、橙色（災(zāi)害較為嚴(yán)重）、紅色（災(zāi)害非常嚴(yán)重）預(yù)警信息。并通過(guò)對(duì)Google Map Api的二次開(kāi)發(fā)，自定義地圖圖層，將災(zāi)害預(yù)警信息顯示在地圖上，方便用戶查詢［5］，并可通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接，顯示詳細(xì)的災(zāi)害預(yù)防和救援網(wǎng)頁(yè)信息。

6 結(jié) 語(yǔ)

該預(yù)警平臺(tái)的使用，減輕了各地市對(duì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的重復(fù)投入，通過(guò)省一級(jí)的云計(jì)算平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)路虛擬環(huán)境中地質(zhì)、氣象、水文等部門(mén)的數(shù)據(jù)共享，具有較高的性價(jià)比。該系統(tǒng)的建立，有效的增加了地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的先期性和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。在實(shí)際使用中，仍需進(jìn)一步加強(qiáng)各部門(mén)聯(lián)系，規(guī)范各監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)接口，加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全保護(hù)，開(kāi)發(fā)更多的Web Service應(yīng)用，使系統(tǒng)性能得到進(jìn)一步的提高。

［1］曾文英，趙躍龍，尚敏 .云計(jì)算及云存儲(chǔ)生態(tài)系統(tǒng)研究［J］.計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2011，48（z1）：234－239.

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