郭 燕，陳思穎，石硯斌

(1.防災(zāi)科技學(xué)院，河北 三河 065201;2.哈爾濱工程大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150001)

0 引言

近年來，我國汶川地震、玉樹地震、蘆山地震等，都造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失［1］，利用信息技術(shù)有效進(jìn)行地震應(yīng)急管理成為降低地震災(zāi)害損失的重要手段［1］。隨著Web2.0 自媒體時(shí)代的到來，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理方式、信息交互方式已不能完全滿足地震應(yīng)急管理的需要，地震信息共享平臺(tái)對云計(jì)算的需求應(yīng)運(yùn)而生。現(xiàn)階段對于地震信息系統(tǒng)的研究主要集中在以下幾方面:地震信息共享平臺(tái)的構(gòu)建［2］，地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)速報(bào)［3］，借助信息系統(tǒng)進(jìn)行防震減災(zāi)輔助決策與地震應(yīng)急管理［4－6］，在地震現(xiàn)場，利用應(yīng)急指揮救援以及輔助決策系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一應(yīng)急協(xié)調(diào)［7－9］，基于信息系統(tǒng)進(jìn)行地震災(zāi)害損失評估等［7，10］。對于云計(jì)算在地震災(zāi)害管理方面應(yīng)用的研究，美國一家名為 Early Warning Labs 的地震監(jiān)測初創(chuàng)公司正在考慮運(yùn)用云計(jì)算進(jìn)行地震預(yù)警，其正在與美國政府合作開發(fā)一款 Quake Alert 的地震預(yù)警系統(tǒng)［11］;歐洲各國、日本、韓國以及新加坡等國家的政府機(jī)構(gòu)也都已逐步開始采用云計(jì)算技術(shù)方案［12］;我國學(xué)者主要研究了云計(jì)算在地震應(yīng)急信息獲取、地震應(yīng)急救援輔助以及地震災(zāi)害損失評估中的應(yīng)用［9，10，13］，總體而言，基于云計(jì)算技術(shù)的地震信息共享平臺(tái)還有待構(gòu)建。

1 云計(jì)算技術(shù)概述

1.1 云計(jì)算定義

現(xiàn)階段，對于云計(jì)算的定義有多種解釋，在眾多定義中，被廣泛接受的是美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)給出的定義:云計(jì)算是一種按使用量付費(fèi)的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，進(jìn)入可配置的計(jì)算資源共享池(資源包括網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器，存儲(chǔ)，應(yīng)用軟件等服務(wù))，這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行很少的交互［14］。

可信云(Trusted Clouds)主要指的是云計(jì)算的可信性，對于客戶而言，判斷一個(gè)云服務(wù)提供商提供的云計(jì)算服務(wù)是否可信，可以依據(jù)該服務(wù)是否以客戶預(yù)期的方式達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)［15］。

1.2 云計(jì)算分類

云計(jì)算從服務(wù)方式角度來劃分，可以分為公有云(Public Clouds)，私有云(Private Clouds)與混合云(Hybrid Clouds)［14］。公有云通常指云服務(wù)供應(yīng)商為公眾提供開放的計(jì)算、存儲(chǔ)等服務(wù)。私有云指的是云服務(wù)供應(yīng)商將私有云部署在防火墻內(nèi)，為某個(gè)特定的組織提供相應(yīng)的服務(wù)。相對而言，公有云有比較強(qiáng)的靈活擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)性，私有云有較高的可靠性和安全性?；旌显埔部梢钥醋魇菙U(kuò)展至公有云的私有云。混合云可以讓私有數(shù)據(jù)中心和公有云同時(shí)參與服務(wù)，可以在用戶需要時(shí)調(diào)用網(wǎng)絡(luò)外部資源。

云計(jì)算按照服務(wù)層次可以分為三個(gè)層次，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure as a service，縮寫為IaaS)，平臺(tái)即服務(wù)(Platform as a service，縮寫為PaaS)，軟件即服務(wù)(Software as a service，縮寫為SaaS)［16］。

IaaS，消費(fèi)者可以通過Web 訂購?fù)晟频挠?jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。如:租用Web 硬件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、負(fù)載均衡器、CPU 以及虛擬網(wǎng)絡(luò)等其他的計(jì)算機(jī)資源。PaaS，軟件開發(fā)人員可以通過Web 方式訂購云計(jì)算服務(wù)供應(yīng)商提供的操作系統(tǒng)、應(yīng)用開發(fā)環(huán)境等平臺(tái)級(jí)產(chǎn)品，可以在不購買服務(wù)器的情況下開發(fā)新的應(yīng)用程序。SaaS，軟件運(yùn)營商將其開發(fā)的應(yīng)用軟件部署在自己的服務(wù)器上，消費(fèi)者可以在Web 上訂購運(yùn)營商運(yùn)行在云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施上的應(yīng)用軟件，并提供給終端用戶，通過獲取服務(wù)的多少和時(shí)間長短向應(yīng)用軟件廠商支付費(fèi)用，而無需進(jìn)行軟件維護(hù)。

2 地震信息共享平臺(tái)概念框架

2.1 地震應(yīng)急管理相關(guān)主體

在地震應(yīng)急救援中，相關(guān)的救援主體主要為抗震救災(zāi)指揮部、地震工作機(jī)構(gòu)、當(dāng)?shù)卣块T以及其他的合作機(jī)構(gòu)。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)及Web2.0 的發(fā)展，每個(gè)民眾在互聯(lián)網(wǎng)中都扮演著“自媒體”的角色，在地震應(yīng)急管理過程中，發(fā)揮著重要的終端信息交互和輿情導(dǎo)向作用［17］?；诮巧亩嘣卣鹦畔⒐蚕砥脚_(tái)涉及到的主體由地震工作機(jī)構(gòu)、政府、其他合作機(jī)構(gòu)擴(kuò)展到民眾，根據(jù)不同主體在地震應(yīng)急過程中發(fā)揮作用的不同，可以區(qū)別的給予各主體不同的平臺(tái)使用權(quán)限。

2.2 地震信息共享平臺(tái)模塊設(shè)計(jì)

地震信息共享平臺(tái)主要由用戶管理模塊、基礎(chǔ)信息管理模塊、信息發(fā)布模塊、信息采集模塊以及應(yīng)急指揮模塊組成，如圖1所示。整個(gè)平臺(tái)從高效信息交互角度入手，以云計(jì)算作為基礎(chǔ)架構(gòu)，體現(xiàn)了大數(shù)據(jù)時(shí)代新的信息管理理念。

圖1 地震信息共享平臺(tái)功能模塊Fig.1 Functional model of earthquake information sharing platform

2.3 地震應(yīng)急信息共享流程

基于可信云服務(wù)的地震信息共享平臺(tái)可以分為日常運(yùn)營和應(yīng)急運(yùn)營兩部分。日常運(yùn)營主要涉及到地震工作機(jī)構(gòu)內(nèi)部的工作流程，涉及到的主體較少，流程也比較簡單，私有云服務(wù)可以滿足基本的日常運(yùn)營。而在地震應(yīng)急過程中，涉及到的應(yīng)急主體比較多，信息交互頻率也大幅增加，需要借助混合云模式對地震信息共享平臺(tái)進(jìn)行擴(kuò)展，如圖2所示。

地震發(fā)生后，地震工作機(jī)構(gòu)監(jiān)測到地震三要素，結(jié)合震區(qū)的災(zāi)情狀況，迅速對震情進(jìn)行評估，啟動(dòng)相應(yīng)級(jí)別的應(yīng)急預(yù)案。震區(qū)成立抗震救災(zāi)指揮部，合作機(jī)構(gòu)將地震救援力量和物資儲(chǔ)備信息上報(bào)至指揮部，指揮部完成各救援力量的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和資源調(diào)度。隨著應(yīng)急進(jìn)程的推移，參與到應(yīng)急工作中的主體也逐漸增加，此時(shí)，各主體之間實(shí)時(shí)溝通的頻率增大，需要啟動(dòng)混合云模式，借助公有云可擴(kuò)展性的特點(diǎn)構(gòu)筑高效的信息交互平臺(tái)，同時(shí)，信息發(fā)布也可以在該平臺(tái)上進(jìn)行，比如災(zāi)區(qū)救援情況的發(fā)布、調(diào)度指令的發(fā)布、其他現(xiàn)場情況的發(fā)布等。信息發(fā)布和信息采集除了傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)PC 端之外，還可以借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的APP 應(yīng)用?；旌显频慕换ツＪ匠尸F(xiàn)出不斷循環(huán)的狀態(tài)，直到地震應(yīng)急管理過程恢復(fù)至日常運(yùn)營狀態(tài)。

圖2 地震應(yīng)急信息共享流程Fig.2 Process of earthquake emergency information sharing

3 地震信息共享平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

3.1 基于云服務(wù)方式的體系結(jié)構(gòu)

基于云服務(wù)分類的地震信息共享平臺(tái)的的體系結(jié)構(gòu)，可以看作是私有云和公有云共同運(yùn)作的混合云模式，具體如圖3所示。

對于地震工作機(jī)構(gòu)而言，在平時(shí)運(yùn)營過程中，可以采用私有云的模式。服務(wù)器可以內(nèi)部托管，也可以進(jìn)行第三方托管?？梢詫⑺接性品?wù)看作一個(gè)內(nèi)部數(shù)據(jù)共享中心，地震工作人員依據(jù)其擁有的權(quán)限通過身份認(rèn)證讀取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。對于互聯(lián)網(wǎng)用戶，進(jìn)入地震信息共享平臺(tái)需要穿過防火墻，防火墻在很大程度上保證了私有云的運(yùn)營安全。

而在地震發(fā)生后，由于地震工作機(jī)構(gòu)內(nèi)部相應(yīng)的數(shù)據(jù)計(jì)算量以及外部對其訪問量的猛增，私有云模式并不能有效滿足地震應(yīng)急需求，因此，地震應(yīng)急管理過程中采用混合云的模式。在地震應(yīng)急管理過程中，信息共享平臺(tái)會(huì)啟動(dòng)混合云模式。地震工作人員通過VPN 虛擬專用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入信息共享平臺(tái)，其他用戶直接通過Internet 進(jìn)入平臺(tái)，地震工作人員、契約合作機(jī)構(gòu)、公眾可以根據(jù)預(yù)設(shè)的權(quán)限訪問相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫;對于終端訪問，可以是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)站、門戶網(wǎng)站，也可以是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)客戶端，如專門的地震信息交互APP，或者微信、微博等擁有大規(guī)模用戶的即時(shí)通信軟件。

混合云模式的地震信息共享平臺(tái)，將地震工作機(jī)構(gòu)日常運(yùn)營管理與地震發(fā)生后應(yīng)急狀態(tài)下的應(yīng)急管理有機(jī)結(jié)合起來，在一定程度上既保證了相關(guān)信息的安全性，又提升了信息數(shù)據(jù)處理的效率;但是，混合云模式中，尤其在地震應(yīng)急管理狀態(tài)下，地震工作機(jī)構(gòu)增強(qiáng)了對云服務(wù)供應(yīng)商云計(jì)算技術(shù)以及云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的依賴，這就要求地震工作機(jī)構(gòu)應(yīng)認(rèn)真合理地對云服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行篩選，以保障服務(wù)可靠性。

圖3 基于云服務(wù)方式的地震信息共享平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)Fig.3 Architecture of earthquake information sharing platform based on cloud computing service modes

圖4 基于云服務(wù)層次的地震信息共享平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)Fig.4 Architecture of earthquake information sharing platform based on cloud computing service levels

3.2 基于云服務(wù)層次的體系結(jié)構(gòu)

云計(jì)算按照服務(wù)層次通常可以分為 Iaas，Paas，Saas 三個(gè)層次，基于云服務(wù)層次的地震信息共享平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)三層次基礎(chǔ)上，加入了Daas 層次，具體如圖4所示。

針對以上四層服務(wù)體系，具體服務(wù)內(nèi)容與不同終端用戶的使用匹配不同，由圖4的連接線可以看出，在地震信息共享平臺(tái)中，涉及到的主要用戶有三類，地震工作機(jī)構(gòu)成員、公眾以及合作機(jī)構(gòu)，這三類用戶以及云服務(wù)提供商與地震信息共享平臺(tái)四層云服務(wù)都有相應(yīng)的連接，也即四層云服務(wù)體系對不同的用戶可以提供不同的服務(wù)。用戶使用的終端可以是PC 臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦，也可以是在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)下使用的其他客戶端設(shè)備，尤其是智能手機(jī)的應(yīng)用，在地震發(fā)生后災(zāi)情獲取以及現(xiàn)場及時(shí)溝通過程中發(fā)揮著重要作用。

基于云服務(wù)層次的地震信息共享平臺(tái)體系，依據(jù)其清晰的分層結(jié)構(gòu)，可以為地震災(zāi)害管理過程中涉及到的不同主體提供對應(yīng)的服務(wù)，使得從事不同類型工作的主體都可以借助云服務(wù)分層次平臺(tái)進(jìn)行信息交互;但是地震災(zāi)害管理是一個(gè)復(fù)雜過程，其中往往存在一些角色定位比較模糊的工作類型，針對這種情況，該體系結(jié)構(gòu)分層次平臺(tái)與管理主體之間進(jìn)行匹配的有效性就會(huì)受到影響。

5 結(jié)論與討論

構(gòu)建云計(jì)算地震信息共享平臺(tái)可以在很大程度上提升地震應(yīng)急管理效率。本文基于可信云服務(wù)對地震信息共享平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別設(shè)計(jì)了混合云服務(wù)方式體系結(jié)構(gòu)以及以IaaS、DaaS、PaaS、SaaS 作為服務(wù)層次的體系結(jié)構(gòu)，對于云計(jì)算地震信息共享平臺(tái)的實(shí)施方案，還需進(jìn)一步研究。

對于可信云服務(wù)商的選擇，由于基于可信云服務(wù)的地震信息共享平臺(tái)的訂購屬于政府采購范圍，平臺(tái)上涉及到的數(shù)據(jù)對安全性和私密性要求較高，因此，在購買過程中需要重點(diǎn)考慮供應(yīng)商的認(rèn)證情況。2014年7月，我國工業(yè)和信息化部發(fā)布了第一批通過“可信云服務(wù)認(rèn)證”的云服務(wù)供應(yīng)商，地震工作機(jī)構(gòu)在選擇供應(yīng)商時(shí)可以參考該供應(yīng)商是否通過“可信云服務(wù)認(rèn)證”。對于政府采購而言，通過可信云服務(wù)認(rèn)證在很大程度上說明供應(yīng)商提供的云服務(wù)在質(zhì)量方面和需求滿足方面有一定的保障。但是，現(xiàn)階段，不同云計(jì)算服務(wù)供應(yīng)商提供的接口標(biāo)準(zhǔn)還沒統(tǒng)一，用戶數(shù)據(jù)還難以在不同云服務(wù)供應(yīng)商之間遷移，因此，地震工作機(jī)構(gòu)一旦選擇了某可信云服務(wù)供應(yīng)商為其提供云服務(wù)之后，短時(shí)間內(nèi)不宜更換供應(yīng)商。

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