公共安全是国家安全的重要组成部分，是经济和社会发展的基本保证。党中央、国务院高度重视突发公共事件应急管理工作，建立了公共安全应急技术保障体系，加强了在公共安全应急风险评价、监测监控、预测预警、动态决策、综合协调等能力，提升了国家应对突发公共事件能力。我国政府也重视在突发公共事件应急管理中应用现代科学技术，加快一些成熟的技术在应急管理中得到广泛应用。云计算就是其中一种先进和成熟的技术之一。
云计算概念出现在2007 年底，云计算架构由庞大的计算机群组成，这些计算机群由分布在不同的计算任务资源池组成，并且可以允许每个使用者申请并取得相应的计算能力，存储和各种软件服务，由于IBM、Google、亚马逊等机构的成功应用，已逐步进入信息化的实践。云计算也是计算机行业中较先进的信息技术，“虚拟化”、“网格计算”、“平台即服务”等一系列技术的迅猛发展，也将加快该技术在公共安全应急管理上的运作步伐。
本文主要说明云计算在安全生产应急预测预警系统的应用，包括技术架构、功能模块和应用流程。
1.云计算的概念、架构和特点
1.1 云计算的概念
目前，云计算没有统一的定义。一般情况下，云计算（Cloud Computing），就是并行式（Parallel Computing）、分布式计算（Distributed Computing）和网格计算（Grid Computing）的进一步扩展，主要通过大量计算机集群的计算处理能力和存储能力，将用户待处理的各种计算任务和存储服务，提交到众多计算机所组成的庞大系统，经分析、计算和存储，最后将实现结果反馈给用户。云计算实现的相关技术包括虚拟化技术、Web服务、SOA 技术、并行编程模型等。
1.2 云计算体系架构
云计算体系结构一般分为三层，分别为：（1）基础设施层。也可以说是物理资源层，主要包括计算资源和存储资源，包括计算机、存储器、网络设施、服务器等。整个基础设施也可以作为一种服务项向用户提供，即IaaS（Infrastructure as aService）。IaaS 向用户提供的不但包括虚拟化的计算资源和存储，还包括外部用户访问使用的网络带宽等。（2）平台资源层。在基础设施之上的是平台资源层，该层是整个云计算体系的核心层，平台资源层是将相同类型的资源同构或组合成为资源池，包括存储资源池、计算机资源池、网络资源池、数据资源池、软件资源池等。包含云计算系统中的资源管理、部署、分配、监控管理、分布式并发控制、安全管理等。平台资源层为应用程序开发者提供了并行开发环境，开发者不关心应用运行时所需要的资源，平台资源层提供应用程序运行、存储及维护所需要的所有平台资源。也可以把平台资源当作服务称之为Paas（P1atform as a Service）。（3）应用服务层。它是面向用户提供简单的软件应用服务以及用户交互接口等，把软件当作服务称之为Saas（Software as a Service）。
1.3 云计算的特点
云计算具有以下特点：
（1）虚拟化。云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务。正在这种虚拟化技术，单个服务器可以支持多个虚拟机运行多个操作系统和应用，从而大大提高服务器的利用率。
（2）规模化整合。云计算一般都要求具有相当大的规模，例如Google 云计算已经拥有100 多万台服务器。IBM、微软、Amazon、Yahoo 等的云计算平台均拥有几十万台服务器。一般而言，一个云计算中心拥有数百上千台服务器，这样才能达到规模计算能力。
（3）高可靠性。云计算使用了多副本容错技术、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算机可靠。
（4）高可扩展性。云计算规模可以动态调整和伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。
（5）按需服务。云计算是一个庞大的资源池，使用者可以根据需要来进行购买；如同自来水、电、煤气。
（6）成本低。由于云计算架构可以采用大量的节点来构成云，而每个节点的成本是极其廉价。云计算的集中式管理和通用性使资源无需负担昂贵的数据中心管理成本，因此用户可以充分享受云计算的低成本优势。
2.云计算支持安全生产应急预测预警系统的可行性
2.1 云计算的市场应用状况
由于云计算概念已经在业界内广泛响应，并且云计算应用已经有一种迅速扩大的势头。其成功的案例还是非常多，如国外的亚马逊的Web Services 服务、Google 的搜索服务。在国内有百度、腾讯等知名企业都在用云计算扩展服务。还有一些专业的超级计算中心，在采用云计算技术提供计算资源和存储空间出租、托管等服务，如成都云计算中心、中国国家超级计算天津中心等。
2.2 安全生产应急预测预警系统的特点
对于安全生产应急预测预警系统，有两个核心组成，第一是数据采集系统。第二是应急预测预警模型和推演。预测过程首要就是信息监测和数据采集，信息检测的范围大致包括气象数据、地震数据、交通数据、疫情数据、水文数据、环境、特大事件和重大事件等。这些都需要通过一个统一接口，统一标准汇总过来。同时，这些数据信息要输入到应急预测预警模型，根据大量计算获得相关预警结论。云计算架构的开发性和超强计算力正好可以支持这一切。
2.3 国家和政府的支持
现在很多国家和政府也提出了“云优先”发展战略，如美国政府就要求政府部门开展整合数据中心行动，通过集中购买政府云的服务产品，从而形成为政府机构给全社会提供一站式IT服务环境。我国成都云计算中心是国内首家商业运营的规模化云计算中心，中国国家超级计算天津中心的建设目标也是为企业和科研院所提供高性能计算服务。
3.基于云计算架构的安全生产应急预测预警系统
3.1 系统概述预测预警系统是保证应急管理尽量不进入启动阶段的重要机制，通过对可能导致事件的风险源识别和风险初步评估，将获取信息进行汇总，可以得到描述事件的指标与参数，并且对事件的发生、发展与演化有了基本的了解。根据这些已经掌握的信息，进行综合研判，对是否发布预警进行决策。若前面阶段反映的信息显示事件已经达到了需要预警的程度，就对预警等级进行核定并将预警结果输出，提醒相关部门做好突发事件的应急准备。
3.2 云计算技术架构
将基于云计算的安全生产应急预测预警系统的系统架构分为四层，即云基础设施层、云计算平台层、业务服务层和业务应用层，这些层级的关系如图1 中框内所示。
图1 系统架构示意图
1.云基础设施层。这层包含了标准云计算平台中的基础设施层内容，同时也包含一部分平台资源层的内容。云计算基础设施层主要由硬件基础设施和软件基础设施组成，硬件基础是由硬件组成，包括服务器、存储设备、网络设备、通讯设备、计算设备等组成。软件基础设施主要由操作系统、数据库服务器、文件服务器、应用服务器、负载管理等中间件组成。
2.云计算平台层。云计算平台层主要包括并行编程设计和开发环境、结构化海量数据的分布式存储管理系统、海量数据分布式文件系统以及实现云计算的其他系统管理工具。平台层提供应用程序运行及维护所需要的一切平台资源。通过各类平台管理技术能够使大量的服务器协同工作，方便进行各类业务部署和开通，快速发现和恢复系统故障，通过智能化、自动化的手段实现大规模系统的可靠运营。
3.业务服务层。业务服务层包括数据访问服务层和数据存储服务层。与传统管理信息系统的系统架构不同，基于云计算架构下的业务服务层向用户提供软件的应用服务以及用户服务接口等，通过把软件当作服务来提供云服务平台的系统资源及计算能力，它负责业务应用系统与云计算平台之间的交互。数据访问服务层由基于数据访问模块的数据访问对象组成；数据存储服务层除了核心的数据库系统外，还包括资源目录服务、文件系统等，该层提供数据存储和管理、为以上各层提供数据及资源服务。这些服务层采用封装成标准的Web Services服务，基于SOA 架构进行规划，并纳入到SOA 体系进行管理、配置和使用，包括服务注册、服务访问和服务查找等服务接口。外部系统通过调用安全生产应急预测预警系统的数据采集Web Services 接口来上报应急信息。同时访问安全生产应急预测预警系统的分析结果Web Services 接口来获取预测预警结果展示。
4.业务应用层。业务应用层主要由各种业务应用系统组成，安全生产应急预测预警系统包括实现信息汇总、综合预测分析、发布预测预警结果、预警分级指标管理、模型管理等等。这些系统是建立在下面的服务平台之上的。由于服务平台内这些服务在开发过程中得到良好封装和耦合，使业务应用层的构造更加灵活。
安全生产应急预测预警系统和云计算平台之间通过业务服务层紧密的联系在一起。业务应用提供了粗粒度的业务功能，它们能够映射成业务流程中的任务；服务描述则为业务服务层提供了定义明确合理的接口，从而使业务流程不必了解业务应用和技术平台的细节就可方便调用；业务服务层中的服务注册确保业务流程层可以在必要的时候动态的定位和访问所需服务。
3.3 功能设计
应急预测预警系统功能包括信息上报及预测分析、预警信息的分级指标管理、模型管理等。如图2 所示。
图2 安全生产应急预测预警系统功能模块图
3.3.1 信息上报汇总
有关部门、各功能区/ 管委会进行事件信息、部门预测预警结果、现场监测监控信息的上报。
3.3.2 综合预测分析
在专业预测预警的基础上，根据预测预警模型，结合事件发展态势、地理及人文环境，对次生、衍生事件发生的可能性及事件一旦发生，其影响范围（范围内危险源、目标、人口、经济等）、影响后果、发展态势进行预测，形成综合预测预警报告。在预警信息管理阶段，可以参考综合预测分析结果，开展对事件预警的分级和发布等工作。
3.3.3 发布预测预警结果
将预测结果（包括事件影响范围、影响结果、发展趋势等）以图文并茂的方式展现在地理信息系统中。
3.3.4 预警分级指标管理
结构化管理预警分级指标，提供增、删、改管理功能。
3.3.5 模型管理
提供对预测预警模型的新增、维护、版本管理。
3.4 系统应用流程
系统应用流程主要包括数据采集和汇总过程、预测过程、预警过程、处理评估过程等。其实现如图3 所示。
图3 安全生产应急预测预警系统应急预测预警流程图
主要是有四个流程阶段，第一个阶段是预测，第二阶段是进行预警，第三个阶段是处置响应，第四个阶段是评估总结。
第一阶段：预测阶段
预测过程首要就是信息监测和数据采集，信息检测的范围大致包括气象数据、地震数据、交通数据、疫情数据、水文数据、环境、特大重大事件等。信息监测及数据采集应由专业机构的专用系统来实现，日常的大量专业数据传送应急指挥中心，技术上通过云计算平台的业务服务层来实现。
应急指挥中心所监控和收集的信息应是经过专业机构加工后的有效数据，在收到系统采集的上报数据后，信息将分配到特殊岗位进行处置，由相关人员对该上报内容进行核实、确认。应急指挥中心风险隐患监测接入系统应具备对多种上报数据分析研判的功能。对各类数据进行分析和判断，一旦发现了异常情况，通过云计算的结果展现平台，系统可以通过服务模式把异常分析和判断的结论发布出去。
第二阶段：预警阶段
安全生产专业部门、各功能区/ 管委会和相关部门依据各自职责分工，在确认可能引发某类重大安全生产事故事件的预警信息后，应根据各自制定的分预案或专项预案及时部署，迅速通知预案各相关单位和部门采取行动，防止事件的发生或事态的进一步扩大，并按照突发生产事故可能发生、发展的等级、趋势和危害程度，及时上报安监局应急指挥中心和应急管理办公室，并提出相应的预警建议。
第三阶段：处置响应
预警信息发布后，市应急委员、应急办、应急中心、各突发公共事件专项指挥部、各功能区/ 管委会和相关部门应按照预警立即做出响应，进入相应的应急工作状态，适时启动相应的突发公共事件应急处置预案，履行各自所应承担的职责。预警信息发布单位要密切关注事件进展情况，依据事态变化情况和专家咨询组提出的预警建议，适时调整预警级别，并将调整结果及时通报各相关部门。
第四阶段：评估总结
在事件处理完毕后，决策领导和相关专家进行处理评估，总结得失，对相关流程进行优化/ 改善并将其充实/ 完善到相关的预/ 报警、预案和知识库、决策支持、联动协调、现场指挥等业务机制中，以进一步提高未来对于此类突发安全生产事件处理的方式、方法和流程的效力。
4.结论
云计算为应急预测预警系统的发展提供了新途径，为安全监察行业的应急预测预警系统的建设带来更多的影响和变化。云计算采用虚拟化技术和动态资源池管理模式，给应急预测预警系统提供一种更加迅速的、安全的、方便的计算服务和数据存储服务。本文描述和说明云计算架构下的应急预测预警系统的设计和应用。本系统应用到天津市滨海新区安监局，把安全生产应急预测预警系统建设到中国国家超级计算天津中心的云计算平台上来。这种承建模式可以达到如下的效果：节约投资，提高了社会资源的利用，降低了运营的成本，确保社会各种资源有的效管理，对社会各种资源进行分类存储和共享。提高安全性，增加开放性，提升了系统的稳定性。正是由于这些系统应用的实践，我们相信，将来一定会有越来越多的基于云计算平台的应用系统投入实用，这也势必将推动电子政务系统建设的良性发展。
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本文标题：云计算架构下的安全生产应急预测预警系统的设计和应用
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