基于可信云服务的地震信息共享平台设计

郭 燕，陈思颖，石砚斌

(1.防灾科技学院，河北 三河 065201;2.哈尔滨工程大学经济管理学院，黑龙江哈尔滨 150001)

0 引言

近年来，我国汶川地震、玉树地震、芦山地震等，都造成了巨大的人员伤亡和财产损失［1］，利用信息技术有效进行地震应急管理成为降低地震灾害损失的重要手段［1］。随着Web2.0 自媒体时代的到来，传统的数据存储与处理方式、信息交互方式已不能完全满足地震应急管理的需要，地震信息共享平台对云计算的需求应运而生。现阶段对于地震信息系统的研究主要集中在以下几方面:地震信息共享平台的构建［2］，地震台网数据实时速报［3］，借助信息系统进行防震减灾辅助决策与地震应急管理［4－6］，在地震现场，利用应急指挥救援以及辅助决策系统进行统一应急协调［7－9］，基于信息系统进行地震灾害损失评估等［7，10］。对于云计算在地震灾害管理方面应用的研究，美国一家名为 Early Warning Labs 的地震监测初创公司正在考虑运用云计算进行地震预警，其正在与美国政府合作开发一款 Quake Alert 的地震预警系统［11］;欧洲各国、日本、韩国以及新加坡等国家的政府机构也都已逐步开始采用云计算技术方案［12］;我国学者主要研究了云计算在地震应急信息获取、地震应急救援辅助以及地震灾害损失评估中的应用［9，10，13］，总体而言，基于云计算技术的地震信息共享平台还有待构建。

1 云计算技术概述

1.1 云计算定义

现阶段，对于云计算的定义有多种解释，在众多定义中，被广泛接受的是美国国家标准与技术研究院(NIST)给出的定义:云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池(资源包括网络，服务器，存储，应用软件等服务)，这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互［14］。

可信云(Trusted Clouds)主要指的是云计算的可信性，对于客户而言，判断一个云服务提供商提供的云计算服务是否可信，可以依据该服务是否以客户预期的方式达到预期的目标［15］。

1.2 云计算分类

云计算从服务方式角度来划分，可以分为公有云(Public Clouds)，私有云(Private Clouds)与混合云(Hybrid Clouds)［14］。公有云通常指云服务供应商为公众提供开放的计算、存储等服务。私有云指的是云服务供应商将私有云部署在防火墙内，为某个特定的组织提供相应的服务。相对而言，公有云有比较强的灵活扩展性和经济性，私有云有较高的可靠性和安全性。混合云也可以看作是扩展至公有云的私有云。混合云可以让私有数据中心和公有云同时参与服务，可以在用户需要时调用网络外部资源。

云计算按照服务层次可以分为三个层次，基础设施即服务(Infrastructure as a service，缩写为IaaS)，平台即服务(Platform as a service，缩写为PaaS)，软件即服务(Software as a service，缩写为SaaS)［16］。

IaaS，消费者可以通过Web 订购完善的计算机基础设施服务。如:租用Web 硬件服务器、数据库服务器、负载均衡器、CPU 以及虚拟网络等其他的计算机资源。PaaS，软件开发人员可以通过Web 方式订购云计算服务供应商提供的操作系统、应用开发环境等平台级产品，可以在不购买服务器的情况下开发新的应用程序。SaaS，软件运营商将其开发的应用软件部署在自己的服务器上，消费者可以在Web 上订购运营商运行在云计算基础设施上的应用软件，并提供给终端用户，通过获取服务的多少和时间长短向应用软件厂商支付费用，而无需进行软件维护。

2 地震信息共享平台概念框架

2.1 地震应急管理相关主体

在地震应急救援中，相关的救援主体主要为抗震救灾指挥部、地震工作机构、当地政府部门以及其他的合作机构。随着移动互联网及Web2.0 的发展，每个民众在互联网中都扮演着“自媒体”的角色，在地震应急管理过程中，发挥着重要的终端信息交互和舆情导向作用［17］。基于角色的多元化，地震信息共享平台涉及到的主体由地震工作机构、政府、其他合作机构扩展到民众，根据不同主体在地震应急过程中发挥作用的不同，可以区别的给予各主体不同的平台使用权限。

2.2 地震信息共享平台模块设计

地震信息共享平台主要由用户管理模块、基础信息管理模块、信息发布模块、信息采集模块以及应急指挥模块组成，如图1所示。整个平台从高效信息交互角度入手，以云计算作为基础架构，体现了大数据时代新的信息管理理念。

图1 地震信息共享平台功能模块Fig.1 Functional model of earthquake information sharing platform

2.3 地震应急信息共享流程

基于可信云服务的地震信息共享平台可以分为日常运营和应急运营两部分。日常运营主要涉及到地震工作机构内部的工作流程，涉及到的主体较少，流程也比较简单，私有云服务可以满足基本的日常运营。而在地震应急过程中，涉及到的应急主体比较多，信息交互频率也大幅增加，需要借助混合云模式对地震信息共享平台进行扩展，如图2所示。

地震发生后，地震工作机构监测到地震三要素，结合震区的灾情状况，迅速对震情进行评估，启动相应级别的应急预案。震区成立抗震救灾指挥部，合作机构将地震救援力量和物资储备信息上报至指挥部，指挥部完成各救援力量的统一协调和资源调度。随着应急进程的推移，参与到应急工作中的主体也逐渐增加，此时，各主体之间实时沟通的频率增大，需要启动混合云模式，借助公有云可扩展性的特点构筑高效的信息交互平台，同时，信息发布也可以在该平台上进行，比如灾区救援情况的发布、调度指令的发布、其他现场情况的发布等。信息发布和信息采集除了传统互联网PC 端之外，还可以借助移动互联网的APP 应用。混合云的交互模式呈现出不断循环的状态，直到地震应急管理过程恢复至日常运营状态。

图2 地震应急信息共享流程Fig.2 Process of earthquake emergency information sharing

3 地震信息共享平台体系结构

3.1 基于云服务方式的体系结构

基于云服务分类的地震信息共享平台的的体系结构，可以看作是私有云和公有云共同运作的混合云模式，具体如图3所示。

对于地震工作机构而言，在平时运营过程中，可以采用私有云的模式。服务器可以内部托管，也可以进行第三方托管。可以将私有云服务看作一个内部数据共享中心，地震工作人员依据其拥有的权限通过身份认证读取数据库数据。对于互联网用户，进入地震信息共享平台需要穿过防火墙，防火墙在很大程度上保证了私有云的运营安全。

而在地震发生后，由于地震工作机构内部相应的数据计算量以及外部对其访问量的猛增，私有云模式并不能有效满足地震应急需求，因此，地震应急管理过程中采用混合云的模式。在地震应急管理过程中，信息共享平台会启动混合云模式。地震工作人员通过VPN 虚拟专用网络进入信息共享平台，其他用户直接通过Internet 进入平台，地震工作人员、契约合作机构、公众可以根据预设的权限访问相应的数据库;对于终端访问，可以是传统互联网业务网站、门户网站，也可以是移动互联网客户端，如专门的地震信息交互APP，或者微信、微博等拥有大规模用户的即时通信软件。

混合云模式的地震信息共享平台，将地震工作机构日常运营管理与地震发生后应急状态下的应急管理有机结合起来，在一定程度上既保证了相关信息的安全性，又提升了信息数据处理的效率;但是，混合云模式中，尤其在地震应急管理状态下，地震工作机构增强了对云服务供应商云计算技术以及云计算基础设施的依赖，这就要求地震工作机构应认真合理地对云服务供应商进行筛选，以保障服务可靠性。

图3 基于云服务方式的地震信息共享平台体系结构Fig.3 Architecture of earthquake information sharing platform based on cloud computing service modes

图4 基于云服务层次的地震信息共享平台体系结构Fig.4 Architecture of earthquake information sharing platform based on cloud computing service levels

3.2 基于云服务层次的体系结构

云计算按照服务层次通常可以分为 Iaas，Paas，Saas 三个层次，基于云服务层次的地震信息共享平台的体系结构，在传统三层次基础上，加入了Daas 层次，具体如图4所示。

针对以上四层服务体系，具体服务内容与不同终端用户的使用匹配不同，由图4的连接线可以看出，在地震信息共享平台中，涉及到的主要用户有三类，地震工作机构成员、公众以及合作机构，这三类用户以及云服务提供商与地震信息共享平台四层云服务都有相应的连接，也即四层云服务体系对不同的用户可以提供不同的服务。用户使用的终端可以是PC 台式机、笔记本电脑，也可以是在移动互联网下使用的其他客户端设备，尤其是智能手机的应用，在地震发生后灾情获取以及现场及时沟通过程中发挥着重要作用。

基于云服务层次的地震信息共享平台体系，依据其清晰的分层结构，可以为地震灾害管理过程中涉及到的不同主体提供对应的服务，使得从事不同类型工作的主体都可以借助云服务分层次平台进行信息交互;但是地震灾害管理是一个复杂过程，其中往往存在一些角色定位比较模糊的工作类型，针对这种情况，该体系结构分层次平台与管理主体之间进行匹配的有效性就会受到影响。

5 结论与讨论

构建云计算地震信息共享平台可以在很大程度上提升地震应急管理效率。本文基于可信云服务对地震信息共享平台进行设计，分别设计了混合云服务方式体系结构以及以IaaS、DaaS、PaaS、SaaS 作为服务层次的体系结构，对于云计算地震信息共享平台的实施方案，还需进一步研究。

对于可信云服务商的选择，由于基于可信云服务的地震信息共享平台的订购属于政府采购范围，平台上涉及到的数据对安全性和私密性要求较高，因此，在购买过程中需要重点考虑供应商的认证情况。2014年7月，我国工业和信息化部发布了第一批通过“可信云服务认证”的云服务供应商，地震工作机构在选择供应商时可以参考该供应商是否通过“可信云服务认证”。对于政府采购而言，通过可信云服务认证在很大程度上说明供应商提供的云服务在质量方面和需求满足方面有一定的保障。但是，现阶段，不同云计算服务供应商提供的接口标准还没统一，用户数据还难以在不同云服务供应商之间迁移，因此，地震工作机构一旦选择了某可信云服务供应商为其提供云服务之后，短时间内不宜更换供应商。

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