云計算架構下的安全生產(chǎn)應急預測預警系統(tǒng)的應用

　　公共安全是國家安全的重要組成部分，是經(jīng)濟和社會發(fā)展的基本保證。黨中央、國務院高度重視突發(fā)公共事件應急管理工作，建立了公共安全應急技術保障體系，加強了在公共安全應急風險評價、監(jiān)測監(jiān)控、預測預警、動態(tài)決策、綜合協(xié)調等能力，提升了國家應對突發(fā)公共事件能力。我國政府也重視在突發(fā)公共事件應急管理中應用現(xiàn)代科學技術，加快一些成熟的技術在應急管理中得到廣泛應用。云計算就是其中一種先進和成熟的技術之一。

　　云計算概念出現(xiàn)在2007 年底，云計算架構由龐大的計算機群組成，這些計算機群由分布在不同的計算任務資源池組成，并且可以允許每個使用者申請并取得相應的計算能力，存儲和各種軟件服務，由于IBM、Google、亞馬遜等機構的成功應用，已逐步進入信息化的實踐。云計算也是計算機行業(yè)中較先進的信息技術，“虛擬化”、“網(wǎng)格計算”、“平臺即服務”等一系列技術的迅猛發(fā)展，也將加快該技術在公共安全應急管理上的運作步伐。

　　本文主要說明云計算在安全生產(chǎn)應急預測預警系統(tǒng)的應用，包括技術架構、功能模塊和應用流程。

　　1.云計算的概念、架構和特點

　　1.1 云計算的概念

　　目前，云計算沒有統(tǒng)一的定義。一般情況下，云計算（Cloud Computing），就是并行式（Parallel Computing）、分布式計算（Distributed Computing）和網(wǎng)格計算（Grid Computing）的進一步擴展，主要通過大量計算機集群的計算處理能力和存儲能力，將用戶待處理的各種計算任務和存儲服務，提交到眾多計算機所組成的龐大系統(tǒng)，經(jīng)分析、計算和存儲，最后將實現(xiàn)結果反饋給用戶。云計算實現(xiàn)的相關技術包括虛擬化技術、Web服務、SOA 技術、并行編程模型等。

　　1.2 云計算體系架構

　　云計算體系結構一般分為三層，分別為：（1）基礎設施層。也可以說是物理資源層，主要包括計算資源和存儲資源，包括計算機、存儲器、網(wǎng)絡設施、服務器等。整個基礎設施也可以作為一種服務項向用戶提供，即IaaS（Infrastructure as aService）。IaaS 向用戶提供的不但包括虛擬化的計算資源和存儲，還包括外部用戶訪問使用的網(wǎng)絡帶寬等。（2）平臺資源層。在基礎設施之上的是平臺資源層，該層是整個云計算體系的核心層，平臺資源層是將相同類型的資源同構或組合成為資源池，包括存儲資源池、計算機資源池、網(wǎng)絡資源池、數(shù)據(jù)資源池、軟件資源池等。包含云計算系統(tǒng)中的資源管理、部署、分配、監(jiān)控管理、分布式并發(fā)控制、安全管理等。平臺資源層為應用程序開發(fā)者提供了并行開發(fā)環(huán)境，開發(fā)者不關心應用運行時所需要的資源，平臺資源層提供應用程序運行、存儲及維護所需要的所有平臺資源。也可以把平臺資源當作服務稱之為Paas（P1atform as a Service）。（3）應用服務層。它是面向用戶提供簡單的軟件應用服務以及用戶交互接口等，把軟件當作服務稱之為Saas（Software as a Service）。

　　1.3 云計算的特點

　　云計算具有以下特點：

　?。?）虛擬化。云計算支持用戶在任意位置、使用各種終端獲取應用服務。正在這種虛擬化技術，單個服務器可以支持多個虛擬機運行多個操作系統(tǒng)和應用，從而大大提高服務器的利用率。

　?。?）規(guī)模化整合。云計算一般都要求具有相當大的規(guī)模，例如Google 云計算已經(jīng)擁有100 多萬臺服務器。IBM、微軟、Amazon、Yahoo 等的云計算平臺均擁有幾十萬臺服務器。一般而言，一個云計算中心擁有數(shù)百上千臺服務器，這樣才能達到規(guī)模計算能力。

　?。?）高可靠性。云計算使用了多副本容錯技術、計算節(jié)點同構可互換等措施來保障服務的高可靠性，使用云計算比使用本地計算機可靠。

　　（4）高可擴展性。云計算規(guī)?？梢詣討B(tài)調整和伸縮，滿足應用和用戶規(guī)模增長的需要。

　?。?）按需服務。云計算是一個龐大的資源池，使用者可以根據(jù)需要來進行購買；如同自來水、電、煤氣。

　?。?）成本低。由于云計算架構可以采用大量的節(jié)點來構成云，而每個節(jié)點的成本是極其廉價。云計算的集中式管理和通用性使資源無需負擔昂貴的數(shù)據(jù)中心管理成本，因此用戶可以充分享受云計算的低成本優(yōu)勢。

　　2.云計算支持安全生產(chǎn)應急預測預警系統(tǒng)的可行性

　　2.1 云計算的市場應用狀況

　　由于云計算概念已經(jīng)在業(yè)界內廣泛響應，并且云計算應用已經(jīng)有一種迅速擴大的勢頭。其成功的案例還是非常多，如國外的亞馬遜的Web Services 服務、Google 的搜索服務。在國內有百度、騰訊等知名企業(yè)都在用云計算擴展服務。還有一些專業(yè)的超級計算中心，在采用云計算技術提供計算資源和存儲空間出租、托管等服務，如成都云計算中心、中國國家超級計算天津中心等。

　　2.2 安全生產(chǎn)應急預測預警系統(tǒng)的特點

　　對于安全生產(chǎn)應急預測預警系統(tǒng)，有兩個核心組成，第一是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。第二是應急預測預警模型和推演。預測過程首要就是信息監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，信息檢測的范圍大致包括氣象數(shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)、疫情數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、環(huán)境、特大事件和重大事件等。這些都需要通過一個統(tǒng)一接口，統(tǒng)一標準匯總過來。同時，這些數(shù)據(jù)信息要輸入到應急預測預警模型，根據(jù)大量計算獲得相關預警結論。云計算架構的開發(fā)性和超強計算力正好可以支持這一切。

　　2.3 國家和政府的支持

　　現(xiàn)在很多國家和政府也提出了“云優(yōu)先”發(fā)展戰(zhàn)略，如美國政府就要求政府部門開展整合數(shù)據(jù)中心行動，通過集中購買政府云的服務產(chǎn)品，從而形成為政府機構給全社會提供一站式IT服務環(huán)境。我國成都云計算中心是國內首家商業(yè)運營的規(guī)?；朴嬎阒行模袊鴩页売嬎闾旖蛑行牡慕ㄔO目標也是為企業(yè)和科研院所提供高性能計算服務。

　　3.基于云計算架構的安全生產(chǎn)應急預測預警系統(tǒng)

　　3.1 系統(tǒng)概述預測預警系統(tǒng)是保證應急管理盡量不進入啟動階段的重要機制，通過對可能導致事件的風險源識別和風險初步評估，將獲取信息進行匯總，可以得到描述事件的指標與參數(shù)，并且對事件的發(fā)生、發(fā)展與演化有了基本的了解。根據(jù)這些已經(jīng)掌握的信息，進行綜合研判，對是否發(fā)布預警進行決策。若前面階段反映的信息顯示事件已經(jīng)達到了需要預警的程度，就對預警等級進行核定并將預警結果輸出，提醒相關部門做好突發(fā)事件的應急準備。

　　3.2 云計算技術架構

　　將基于云計算的安全生產(chǎn)應急預測預警系統(tǒng)的系統(tǒng)架構分為四層，即云基礎設施層、云計算平臺層、業(yè)務服務層和業(yè)務應用層，這些層級的關系如圖1 中框內所示。

圖1 系統(tǒng)架構示意圖

　　1.云基礎設施層。這層包含了標準云計算平臺中的基礎設施層內容，同時也包含一部分平臺資源層的內容。云計算基礎設施層主要由硬件基礎設施和軟件基礎設施組成，硬件基礎是由硬件組成，包括服務器、存儲設備、網(wǎng)絡設備、通訊設備、計算設備等組成。軟件基礎設施主要由操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫服務器、文件服務器、應用服務器、負載管理等中間件組成。

　　2.云計算平臺層。云計算平臺層主要包括并行編程設計和開發(fā)環(huán)境、結構化海量數(shù)據(jù)的分布式存儲管理系統(tǒng)、海量數(shù)據(jù)分布式文件系統(tǒng)以及實現(xiàn)云計算的其他系統(tǒng)管理工具。平臺層提供應用程序運行及維護所需要的一切平臺資源。通過各類平臺管理技術能夠使大量的服務器協(xié)同工作，方便進行各類業(yè)務部署和開通，快速發(fā)現(xiàn)和恢復系統(tǒng)故障，通過智能化、自動化的手段實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的可靠運營。

　　3.業(yè)務服務層。業(yè)務服務層包括數(shù)據(jù)訪問服務層和數(shù)據(jù)存儲服務層。與傳統(tǒng)管理信息系統(tǒng)的系統(tǒng)架構不同，基于云計算架構下的業(yè)務服務層向用戶提供軟件的應用服務以及用戶服務接口等，通過把軟件當作服務來提供云服務平臺的系統(tǒng)資源及計算能力，它負責業(yè)務應用系統(tǒng)與云計算平臺之間的交互。數(shù)據(jù)訪問服務層由基于數(shù)據(jù)訪問模塊的數(shù)據(jù)訪問對象組成；數(shù)據(jù)存儲服務層除了核心的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外，還包括資源目錄服務、文件系統(tǒng)等，該層提供數(shù)據(jù)存儲和管理、為以上各層提供數(shù)據(jù)及資源服務。這些服務層采用封裝成標準的Web Services服務，基于SOA 架構進行規(guī)劃，并納入到SOA 體系進行管理、配置和使用，包括服務注冊、服務訪問和服務查找等服務接口。外部系統(tǒng)通過調用安全生產(chǎn)應急預測預警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集Web Services 接口來上報應急信息。同時訪問安全生產(chǎn)應急預測預警系統(tǒng)的分析結果Web Services 接口來獲取預測預警結果展示。

　　4.業(yè)務應用層。業(yè)務應用層主要由各種業(yè)務應用系統(tǒng)組成，安全生產(chǎn)應急預測預警系統(tǒng)包括實現(xiàn)信息匯總、綜合預測分析、發(fā)布預測預警結果、預警分級指標管理、模型管理等等。這些系統(tǒng)是建立在下面的服務平臺之上的。由于服務平臺內這些服務在開發(fā)過程中得到良好封裝和耦合，使業(yè)務應用層的構造更加靈活。

　　安全生產(chǎn)應急預測預警系統(tǒng)和云計算平臺之間通過業(yè)務服務層緊密的聯(lián)系在一起。業(yè)務應用提供了粗粒度的業(yè)務功能，它們能夠映射成業(yè)務流程中的任務；服務描述則為業(yè)務服務層提供了定義明確合理的接口，從而使業(yè)務流程不必了解業(yè)務應用和技術平臺的細節(jié)就可方便調用；業(yè)務服務層中的服務注冊確保業(yè)務流程層可以在必要的時候動態(tài)的定位和訪問所需服務。

　　3.3 功能設計

　　應急預測預警系統(tǒng)功能包括信息上報及預測分析、預警信息的分級指標管理、模型管理等。如圖2 所示。

圖2 安全生產(chǎn)應急預測預警系統(tǒng)功能模塊圖

　　3.3.1 信息上報匯總

　　有關部門、各功能區(qū)/ 管委會進行事件信息、部門預測預警結果、現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控信息的上報。

　　3.3.2 綜合預測分析

　　在專業(yè)預測預警的基礎上，根據(jù)預測預警模型，結合事件發(fā)展態(tài)勢、地理及人文環(huán)境，對次生、衍生事件發(fā)生的可能性及事件一旦發(fā)生，其影響范圍（范圍內危險源、目標、人口、經(jīng)濟等）、影響后果、發(fā)展態(tài)勢進行預測，形成綜合預測預警報告。在預警信息管理階段，可以參考綜合預測分析結果，開展對事件預警的分級和發(fā)布等工作。

　　3.3.3 發(fā)布預測預警結果

　　將預測結果（包括事件影響范圍、影響結果、發(fā)展趨勢等）以圖文并茂的方式展現(xiàn)在地理信息系統(tǒng)中。

　　3.3.4 預警分級指標管理

　　結構化管理預警分級指標，提供增、刪、改管理功能。

　　3.3.5 模型管理

　　提供對預測預警模型的新增、維護、版本管理。

　　3.4 系統(tǒng)應用流程

　　系統(tǒng)應用流程主要包括數(shù)據(jù)采集和匯總過程、預測過程、預警過程、處理評估過程等。其實現(xiàn)如圖3 所示。

圖3 安全生產(chǎn)應急預測預警系統(tǒng)應急預測預警流程圖

　　主要是有四個流程階段，第一個階段是預測，第二階段是進行預警，第三個階段是處置響應，第四個階段是評估總結。

　　第一階段：預測階段

　　預測過程首要就是信息監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，信息檢測的范圍大致包括氣象數(shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)、疫情數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、環(huán)境、特大重大事件等。信息監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集應由專業(yè)機構的專用系統(tǒng)來實現(xiàn)，日常的大量專業(yè)數(shù)據(jù)傳送應急指揮中心，技術上通過云計算平臺的業(yè)務服務層來實現(xiàn)。

　　應急指揮中心所監(jiān)控和收集的信息應是經(jīng)過專業(yè)機構加工后的有效數(shù)據(jù)，在收到系統(tǒng)采集的上報數(shù)據(jù)后，信息將分配到特殊崗位進行處置，由相關人員對該上報內容進行核實、確認。應急指揮中心風險隱患監(jiān)測接入系統(tǒng)應具備對多種上報數(shù)據(jù)分析研判的功能。對各類數(shù)據(jù)進行分析和判斷，一旦發(fā)現(xiàn)了異常情況，通過云計算的結果展現(xiàn)平臺，系統(tǒng)可以通過服務模式把異常分析和判斷的結論發(fā)布出去。

　　第二階段：預警階段

　　安全生產(chǎn)專業(yè)部門、各功能區(qū)/ 管委會和相關部門依據(jù)各自職責分工，在確認可能引發(fā)某類重大安全生產(chǎn)事故事件的預警信息后，應根據(jù)各自制定的分預案或專項預案及時部署，迅速通知預案各相關單位和部門采取行動，防止事件的發(fā)生或事態(tài)的進一步擴大，并按照突發(fā)生產(chǎn)事故可能發(fā)生、發(fā)展的等級、趨勢和危害程度，及時上報安監(jiān)局應急指揮中心和應急管理辦公室，并提出相應的預警建議。

　　第三階段：處置響應

　　預警信息發(fā)布后，市應急委員、應急辦、應急中心、各突發(fā)公共事件專項指揮部、各功能區(qū)/ 管委會和相關部門應按照預警立即做出響應，進入相應的應急工作狀態(tài)，適時啟動相應的突發(fā)公共事件應急處置預案，履行各自所應承擔的職責。預警信息發(fā)布單位要密切關注事件進展情況，依據(jù)事態(tài)變化情況和專家咨詢組提出的預警建議，適時調整預警級別，并將調整結果及時通報各相關部門。

　　第四階段：評估總結

　　在事件處理完畢后，決策領導和相關專家進行處理評估，總結得失，對相關流程進行優(yōu)化/ 改善并將其充實/ 完善到相關的預/ 報警、預案和知識庫、決策支持、聯(lián)動協(xié)調、現(xiàn)場指揮等業(yè)務機制中，以進一步提高未來對于此類突發(fā)安全生產(chǎn)事件處理的方式、方法和流程的效力。

　　4.結論

　　云計算為應急預測預警系統(tǒng)的發(fā)展提供了新途徑，為安全監(jiān)察行業(yè)的應急預測預警系統(tǒng)的建設帶來更多的影響和變化。云計算采用虛擬化技術和動態(tài)資源池管理模式，給應急預測預警系統(tǒng)提供一種更加迅速的、安全的、方便的計算服務和數(shù)據(jù)存儲服務。本文描述和說明云計算架構下的應急預測預警系統(tǒng)的設計和應用。本系統(tǒng)應用到天津市濱海新區(qū)安監(jiān)局，把安全生產(chǎn)應急預測預警系統(tǒng)建設到中國國家超級計算天津中心的云計算平臺上來。這種承建模式可以達到如下的效果：節(jié)約投資，提高了社會資源的利用，降低了運營的成本，確保社會各種資源有的效管理，對社會各種資源進行分類存儲和共享。提高安全性，增加開放性，提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。正是由于這些系統(tǒng)應用的實踐，我們相信，將來一定會有越來越多的基于云計算平臺的應用系統(tǒng)投入實用，這也勢必將推動電子政務系統(tǒng)建設的良性發(fā)展。

來源：CIO時代網(wǎng)

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