云计算在地质灾害预警系统中的应用

佘 东，朱晓彦，丁 俊

（安徽工业经济职业技术学院计算机系，安徽 合肥230051）

我国是一个多地质灾害国家，由地质灾害引发的滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷和地裂缝等给人民生活造成了极大的隐患。利用网络，将遍布在各自动监测站的位移传感器、雨量计、视频监测信息所生成的水文、土壤等地质数据发布到云计算平台，通过虚拟机进行集中计算处理，生成相关预警信息，并生成Web Service，发布到用户电脑和手机中，能有效即时的进行地质灾害预警，指导灾后重建，缓解人民群众生命财产损失。

1 现有地质灾害预警方法

现有的地质灾害预警一般采用传统的广播、短信等预警方式。通过收看天气预报，向相关部门打电话、发短信等方式通知，这些方法内容单一，信息不够全面，且实时性不强，无法即时有效的开展地质灾害预防和救援。部分地市在上述方法基础上建立了地质灾害预警系统，通过野外实时调查数据和现有资料数据进行比对，进行统计分析，建立预警模型（见图1），该方法较好的解决了地质灾害预警的科学性问题，但该方法需要各地市建立相应的数据服务器进行计算存储，软硬件投资较大，且需要大量的专业技术人才，产生的数据又是局部的，无法即时的进行数据共享，导致所建立预警模型也是局部的，缺少全局信息，形成所谓的信息孤岛，给灾害预防和救援带来不便。

图1 现有的地质灾害预警系统示意图

2 云计算简介

目前，学术界对云计算（Cl oud Co mputing）还没有一个标准定义。一般认为云计算是虚拟化（Virtualization）、并行计算（Parallel Co mputing）、分布式计算（Distributed Computing）、网格计算（Grid Co mputing）、效用计算（Utility Co mputing）、网络存储（Net work Storage Technologies）、负载均衡（Load Balance）等传统计算机和网络技术发展融合的产物［1］。云计算主要包括以下3个层次的服务：基础设施即服务（IaaS），平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）［2］。笔者主要涉及平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。SaaS（Soft ware－as－a－Service）是一种通过Internet提供软件的模式，各地市地质灾害预警相关部门，无需安装软件，直接使用预警中心提供的基于Web的软件服务，来即时的进行地质灾害预警处理。PaaS（Platform－as－a－Service）实际上是指将软件研发的平台作为一种服务，以SaaS的模式提交给用户。笔者通过建立省一级的地质信息云计算平台，将服务器集中管理，通过服务器虚拟化建立地质灾害预警私有云，为SaaS模式提供应用。

3 虚拟化平台

虚拟化（Virtualization）在云计算中，主要指平台虚拟化，它是基于云平台架构的基础性设计方法，它允许将服务器、存储设备等其他硬件资源作为一个资源池，系统可以根据用户需要来动态分配这些资源。笔者所用的虚拟化主要指服务器虚拟化，即将多个服务器操作系统利用虚拟化技术应用于同一服务器上，而不是像早期开发要分别运行在多个独立的物理服务器中。通过这一方法，可以让单一的物理服务器上运行多个虚拟服务器，并提供良好的安全性和隔离性，服务器虚拟化通过虚拟机监视器（V MM）和虚拟化平台（Hyper visor）提供对服务器硬件设备的抽象和对虚拟服务器的管理。

目前，常用的服务器虚拟化产品主要包括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。笔者采用原生虚拟化，即虚拟化平台直接运行在硬件之上的不是宿主操作系统，采用Micr osoft的Hyper－V2.0虚拟化平台。使用该平台每台实体服务器可同时执行1024台虚拟机，每台虚拟机可虚拟12个网络接口，处理32个虚拟处理器，并提供了其它丰富的指令集和设备接口。目前最新的Hyper－V3.0已于2012年9月5日发布，性能得到进一步的提高。

图2 基于云计算的地质灾害预警系统结构图

4 系统总体设计

如图2所示，系统总体设计分为3层：感知层、网络层和应用层。

1）感知层 利用现有的分布在各地的地质、水文、气象等监控站采集数据，通过安装DTU（Data Transfer unit，数据传输单元），将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据，再通过无线通信网络 GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线服务）传送至微软云计算平台（部分数据亦可通过GSM、超短波、北斗卫星等通信方式传输），云计算平台通过无线终端设备、GPRS DTU接收软件接收传输的数据［3］。部分通讯距离较长，环境恶劣的监测站可使用RTU（Remote Ter minal Units，远程终端单元）来进行数据监测传输。

2）网络层 云平台在接收到数据后，将其传送至云服务器，系统对采集到的信息进行数据管理、数据分析，并结合以往标准化数据进行地质灾害预警分析，生成地质灾害预警模型，对预警结果进行可视化显示，并在分析超过预警临界点时，自动发出预警提示信息［4］，如图3和图4所示。

3）应用层 传统的预警方式一般通过广播、电话、短信等方式进行内部预警（对相关负责人和灾害处理人员）和外部预警（对全体公众）。对公众，因只需要知道简要信息（如灾害易发地不要去等），通过电视广播、短信等方式就足够了。但对内部预警人员这些信息是不够的（需即时了解灾害的动态信息，以便即时开展灾害预防和灾后重建）。笔者通过云计算平台在网络层将预警数据模型生成Web Service，显示在网站上。内部预警人员可通过登录网络和智能手机调用Web Service的方法即时掌握地质灾害的最新信息，即时进行灾害预处理和灾后救援工作。

图3 地质灾害预警分析子系统模块

5 基于Web Service的云应用开发

为保持Micr osoft的Hyper－V平台的整体兼容和高效，云服务器采用 Windows Ser ver2008 R2，云数据端采用微软的SQL Ser ver2008，系统软件开发采用基于C＃的微软VS2010。对通过GPRS DTU接收软件接收来的数据，系统直接转换存储到SQL Ser ver2008中。同时，为方便网站和智能手机调用，利用VS2010平台内建的对 Web Ser vice的支持，将数据信息直接生成基于XML的Web Ser vice。动态网站使用ASP.NET技术的进行构建和使用，通过ADO.NET调用SQL Server2008中的数据或直接调用Web Ser vice，完成地质灾害预警平台网站的建设。

图4 雨量监测子系统

由于智能手机的普及和GIS技术的成熟，项目组利用Android平台架构，调取服务器产生的Web Ser vice，通过对Web Ser vice返回值进行数据比对，显示相应的蓝色（初级，提醒注意）、黄色（灾害发生，注意警戒）、橙色（灾害较为严重）、红色（灾害非常严重）预警信息。并通过对Google Map Api的二次开发，自定义地图图层，将灾害预警信息显示在地图上，方便用户查询［5］，并可通过动态链接，显示详细的灾害预防和救援网页信息。

6 结 语

该预警平台的使用，减轻了各地市对灾害预警系统的重复投入，通过省一级的云计算平台，实现了网路虚拟环境中地质、气象、水文等部门的数据共享，具有较高的性价比。该系统的建立，有效的增加了地质灾害预警的先期性和实时动态性，具有较强的实用性。在实际使用中，仍需进一步加强各部门联系，规范各监测站数据接口，加强数据安全保护，开发更多的Web Service应用，使系统性能得到进一步的提高。

［1］曾文英，赵跃龙，尚敏 .云计算及云存储生态系统研究［J］.计算机研究与发展，2011，48（z1）：234－239.

［2］杨娴，陈麟 .云计算环境下的应用虚拟化的研究［J］.软件，2012，33（4）：74－77.

［3］何光军，管群，韦方强，等 .基于云计算的灾害数据处理方案的研究与设计［J］.计算机工程与科学，2012，34（3）：74－79.

［4］陈琳，齐文新，齐宇 .基于云计算的自动气象监测网络系统［J］.计算机应用，2012，32（5）：1415－1417.

［5］佘东 .基于WebService的地质灾害预警系统的设计与实现［J］.西安文理学院学报（自然科学版），2012，15（2）：111－113.