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        利用云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建水文大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用前景探討

        2016-02-05 05:32:32雷成茂楊國德
        山西水利 2016年11期
        關(guān)鍵詞:用戶

        雷成茂,郭 銀,楊國德,張 靜

        (1.黃河水利委員會(huì)水文局,河南 鄭州 450004;2.黃河水利委員會(huì)中游水文水資源局,山西 晉中 030600)

        利用云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建水文大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用前景探討

        雷成茂1,郭 銀2,楊國德2,張 靜2

        (1.黃河水利委員會(huì)水文局,河南 鄭州 450004;2.黃河水利委員會(huì)中游水文水資源局,山西 晉中 030600)

        黃河水文測報(bào)整工作是保證黃河安瀾的一項(xiàng)重要工作,為有效利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改變傳統(tǒng)的工作模式,使黃河水文測報(bào)整工作中的數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)、處理計(jì)算和共享更方便、更快捷、更安全,提出利用云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建水文大數(shù)據(jù)平臺(tái)的設(shè)想。

        互聯(lián)網(wǎng);云計(jì)算;水文測報(bào)整;數(shù)據(jù)共享;數(shù)據(jù)安全

        云計(jì)算是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的一大支柱技術(shù),而且已經(jīng)基本成熟,電腦、智能手機(jī)上的眾多與互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的軟件都離不開云計(jì)算。云計(jì)算為建立強(qiáng)大高效的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理計(jì)算與分析、數(shù)據(jù)共享的集成環(huán)境提供了強(qiáng)有力的技術(shù)與物理基礎(chǔ)。

        采用云計(jì)算技術(shù)建立大數(shù)據(jù)平臺(tái),黃河水文測報(bào)工作中數(shù)據(jù)的采集、傳輸、計(jì)算處理分析、存儲(chǔ)、安全、共享等,就會(huì)變得非常方便、快捷、經(jīng)濟(jì)、安全。

        1 需求分析

        1.1 水文工作常規(guī)模式

        黃河水文業(yè)務(wù)工作包含水文測驗(yàn)、水情報(bào)汛、水文資料整編,即通常指的黃河水文測、報(bào)、整。

        1.1.1 水文測驗(yàn)工作常規(guī)模式

        水文測驗(yàn)是黃河水文測報(bào)整工作中最基礎(chǔ)的工作,目的是取得原始的水文數(shù)據(jù),經(jīng)過初步計(jì)算分析,為水情信息提供數(shù)據(jù)依據(jù),為水文資料整編提供基礎(chǔ)資料。

        近年來,隨著我國科技的飛速發(fā)展,水文測驗(yàn)方式也在不斷改善,降水觀測采用了遙測自記固態(tài)雨量計(jì),水位觀測采用了超聲波水位計(jì)、電子水尺、雷達(dá)水位計(jì)等,基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、傳輸,但還未實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)分析、計(jì)算、共享,而水溫、蒸發(fā)、流量、含沙量測量大部分還是通過人工觀測記載的方式來完成,雖然部分?jǐn)?shù)據(jù)的分析處理通過各單位自行研發(fā)的軟件來進(jìn)行,但最后的數(shù)據(jù)成果的提交仍需通過紙介質(zhì)來完成。

        1.1.2 水情報(bào)汛工作

        水情報(bào)汛承擔(dān)著為黃河防汛決策提供科學(xué)數(shù)據(jù)的重責(zé),實(shí)時(shí)性強(qiáng)。通常采用電臺(tái)、電話抄報(bào)方式發(fā)送、接收水情報(bào)文,耗時(shí)長,且容易出錯(cuò)。近年來全面建成了以北斗衛(wèi)星、亞洲五號(hào)衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信相結(jié)合的水情報(bào)汛網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了全流域雨水情實(shí)時(shí)傳輸,但還未達(dá)到大數(shù)據(jù)自動(dòng)分析計(jì)算、共享。

        1.1.3 水文資料整編工作

        水文資料整編是對(duì)原始的水文資料按科學(xué)方法和統(tǒng)一格式,進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ),最后匯編、刊印的總稱。

        過去水文資料整編工作都是通過純手工的方式,需要人員多、歷時(shí)長,又容易出錯(cuò)。隨著計(jì)算機(jī)的普及,北方片水文資料整編軟件的使用,極大地降低了水文資料整編工作強(qiáng)度,提高了水文資料整編精度,但最終資料結(jié)果仍需采用紙介質(zhì)來存儲(chǔ),未實(shí)現(xiàn)全流域資料自動(dòng)電子存儲(chǔ)、共享。

        1.2 云計(jì)算優(yōu)勢

        1.2.1 云計(jì)算概念

        云計(jì)算是一種利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地、按需、便捷地訪問共享資源池(如計(jì)算設(shè)施、存儲(chǔ)設(shè)備、應(yīng)用程序等)的計(jì)算模式。計(jì)算機(jī)資源化服務(wù)是云計(jì)算重要的表現(xiàn)形式,它為用戶屏蔽了數(shù)據(jù)中心管理、大規(guī)模數(shù)據(jù)處理、應(yīng)用程序部署等問題。通過云計(jì)算,用戶可以根據(jù)其業(yè)務(wù)負(fù)載快速申請(qǐng)或釋放資源,并以按需支付的方式對(duì)所使用的資源付費(fèi),在提高服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)降低運(yùn)維成本。

        1.2.2 云計(jì)算特點(diǎn)

        云計(jì)算采用計(jì)算機(jī)集群構(gòu)成數(shù)據(jù)中心,并以服務(wù)的形式交付給用戶使用,使得用戶可以像使用水電一樣按需購買資源。首先,云計(jì)算能根據(jù)工作負(fù)載大小動(dòng)態(tài)分配資源,而部署于云計(jì)算平臺(tái)上的應(yīng)用根據(jù)需要使用資源的變化,并能根據(jù)變化做出響應(yīng);其次,相對(duì)于強(qiáng)調(diào)異構(gòu)資源共享的網(wǎng)格計(jì)算,云計(jì)算更強(qiáng)調(diào)大規(guī)模的資源池的分享,通過分享提高資源復(fù)用率,并利用規(guī)模經(jīng)濟(jì)降低成本,總體可概括為彈性服務(wù)、資源池化、按需服務(wù)、服務(wù)可計(jì)費(fèi)、泛在接入等特點(diǎn)。

        2 黃河水文測報(bào)整大數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)建設(shè)想

        2.1 框架結(jié)構(gòu)

        黃河水文測報(bào)整大數(shù)據(jù)平臺(tái)由云計(jì)算服務(wù)器和軟件構(gòu)成。其中,云計(jì)算服務(wù)器中集成了各種水文原始數(shù)據(jù)及經(jīng)過分析加工、處理的中間數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)上傳軟件和資源分享軟件。

        云服務(wù)器中有大型sqlserver數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫根據(jù)數(shù)據(jù)分類建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)表,其格式類似目前使用的北方片水文資料整編軟件,其中原始數(shù)據(jù)可以由各個(gè)水文測站直接通過相關(guān)軟件上傳到云服務(wù)器中,中間數(shù)據(jù)是經(jīng)過分析加工、處理由相關(guān)部門通過相關(guān)軟件傳輸?shù)皆品?wù)器中,這些構(gòu)成了云服務(wù)器中的水文資料數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)。

        與此同時(shí),開發(fā)用戶訪問相關(guān)軟件,用戶可以根據(jù)自己所需調(diào)用相關(guān)軟件,相關(guān)軟件調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)過分析、計(jì)算、加工后通過用戶終端呈現(xiàn)在用戶面前。

        為了提高服務(wù)的靈活性,云服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)都是原始數(shù)據(jù)和半成品數(shù)據(jù),沒有成品數(shù)據(jù),成品數(shù)據(jù)是用戶在終端調(diào)用相應(yīng)軟件和數(shù)據(jù)后,由軟件將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)加工成成品數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在用戶面前。

        2.2 數(shù)據(jù)安全

        云計(jì)算數(shù)據(jù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)安全稱為云安全。黃河水文測報(bào)整大數(shù)據(jù)平臺(tái)的云安全策略有以下幾點(diǎn):建立嚴(yán)格的權(quán)限管理系統(tǒng)和權(quán)限監(jiān)測系統(tǒng);內(nèi)部使用的軟件屏蔽搜索引擎;加強(qiáng)病毒、木馬的監(jiān)測與清除;數(shù)據(jù)備份,根據(jù)需要多臺(tái)服務(wù)器交互備份數(shù)據(jù);提供數(shù)據(jù)服務(wù)的軟件加強(qiáng)權(quán)限審查與監(jiān)測,對(duì)失效用戶及時(shí)清除信息。

        3 黃河水文測報(bào)整大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用

        黃河水文的測、報(bào)、整這三個(gè)項(xiàng)目在實(shí)現(xiàn)云計(jì)算大數(shù)據(jù)平臺(tái)服務(wù)中要區(qū)別設(shè)計(jì)。

        3.1 水文測驗(yàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸與共享

        隨著時(shí)代的發(fā)展,目前各水文站都配備了臺(tái)式電腦、筆記本電腦,95%以上的水文測站都可以上網(wǎng),具備了將水文原始觀測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)皆朴?jì)算服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中的基本條件。

        為此,可以開發(fā)一組水文測驗(yàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸軟件,通過移動(dòng)靈活的平板電腦、智能手機(jī),利用有線、無線網(wǎng)絡(luò),實(shí)時(shí)將野外測驗(yàn)原始數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆朴?jì)算服務(wù)器中。這樣測站可以實(shí)時(shí)調(diào)用本站的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。另外,其他單位可以通過互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過一定權(quán)限直接共享這些數(shù)據(jù),從而進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、加工、處理等。

        3.2 水情信息服務(wù)社會(huì)的傳輸與共享

        采用云計(jì)算技術(shù)傳輸、存儲(chǔ)水情信息,會(huì)更直接快捷。一是將水文測站提供的水情報(bào)文實(shí)時(shí)存儲(chǔ)在云計(jì)算服務(wù)器中,包括水文測站本身、水情報(bào)文使用單位可以通過云計(jì)算服務(wù)器直接共享水情信息數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)性更強(qiáng)。并可以根據(jù)用戶使用的權(quán)限及使用數(shù)據(jù)量直接計(jì)費(fèi)或免費(fèi),管理更方便。二是在云計(jì)算服務(wù)器中布置相應(yīng)軟件,水文測站調(diào)用相應(yīng)軟件,由軟件根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成相應(yīng)報(bào)文,然后傳輸?shù)皆朴?jì)算服務(wù)器中,避免了目前人工擬定報(bào)文、然后輸入到相關(guān)設(shè)備中傳輸?shù)沫h(huán)節(jié),大大降低錯(cuò)報(bào)率。同時(shí),測站可以隨時(shí)調(diào)用自己發(fā)送的報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn),發(fā)現(xiàn)問題立即糾正。三是各測站可以隨時(shí)共享流域內(nèi)各站點(diǎn)原始或經(jīng)過分析的降雨、流量、含沙量等資料,從而為本站測驗(yàn)做好充分準(zhǔn)備。

        3.3 水文資料整編成果共享

        水文資料整編目前有很多環(huán)節(jié),首先是水文測站在站整編,然后勘測局集中整編、技術(shù)部門組織審查、水文局匯編,如果采用云計(jì)算技術(shù)可以一步到位。

        由于云計(jì)算服務(wù)器中已經(jīng)有水文測站直接上傳的原始數(shù)據(jù),相關(guān)軟件將把原始數(shù)據(jù)加工成可以直接生成成果的半成品,然后用戶可以根據(jù)需要調(diào)用相應(yīng)軟件,由軟件直接生成成果資料呈現(xiàn)在用戶面前。

        大數(shù)據(jù)平臺(tái)建立后,設(shè)計(jì)嚴(yán)格的權(quán)限系統(tǒng)和計(jì)費(fèi)系統(tǒng),將打破目前使用資料單位直接上門,手工抄錄資料,計(jì)算費(fèi)用的模式。

        采用大數(shù)據(jù)平臺(tái)管理模式后,用戶網(wǎng)上申請(qǐng),然后系統(tǒng)審查后授予相應(yīng)權(quán)限,用戶直接根據(jù)授權(quán)付費(fèi)然后調(diào)用相應(yīng)資料,即云計(jì)算服務(wù)。

        P333.9 [

        ]C [

        ]1004-7042(2016)11-0034-02

        雷成茂(1970-),男,1991年畢業(yè)于黃河水利學(xué)校陸地水文專業(yè),高級(jí)工程師。

        2016-09-14;

        2016-10-19

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