基于云計(jì)算的消防通信指揮系統(tǒng)架構(gòu)研究

摘 要：本文分析了消防通信指揮系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展中存在的問(wèn)題，介紹了云計(jì)算的概念、優(yōu)點(diǎn)和服務(wù)架構(gòu)，提出了基于云計(jì)算的消防通信指揮系統(tǒng)架構(gòu)體系并詳述了其工作原理，為消防部隊(duì)基于云計(jì)算技術(shù)的服務(wù)開發(fā)和設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；消防通信指揮系統(tǒng)；架構(gòu)

中圖分類號(hào)：TP393

“十一五”期間，全國(guó)消防部隊(duì)在信息化方面已經(jīng)取得了巨大的成就，初步建成了消防信息化體系，提高了消防通信指揮能力，初步實(shí)現(xiàn)了“指揮控制實(shí)時(shí)化、通信手段多樣化、情報(bào)信息多元化、輔助決策科學(xué)化、指揮終端智能化”等目標(biāo)，全面提升了消防部隊(duì)滅火救援快速反應(yīng)能力。但是隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，現(xiàn)有的各級(jí)消防通信指揮系統(tǒng)對(duì)日益膨脹的軟硬件設(shè)備需求難以有效控制，各類資源浪費(fèi)情況也日益突出，數(shù)據(jù)資源雖然在一定程序上得到了有效整合，但在與部隊(duì)內(nèi)部、社會(huì)單位相關(guān)系統(tǒng)之間仍然存在交互、共享障礙，并對(duì)消防指揮調(diào)度信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)深層次智能化應(yīng)用仍顯得缺乏。

云計(jì)算的出現(xiàn)，使得人們對(duì)資源利用和交互模式的理念開始發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，對(duì)信息應(yīng)用的存儲(chǔ)、計(jì)算能力以及相關(guān)軟硬件資源能夠得到按需分配，使得諸如大數(shù)據(jù)分析、復(fù)雜模型計(jì)算、快速響應(yīng)計(jì)算等需要進(jìn)入應(yīng)用階段。

結(jié)合以上情況，本文提出了一種基于云計(jì)算的消防通信指揮系統(tǒng)架構(gòu)模式，希望通過(guò)采用云計(jì)算技術(shù)來(lái)解決目前消防通信指揮系統(tǒng)面臨的資源利用率不高、系統(tǒng)異構(gòu)性和不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)深度挖掘等問(wèn)題。

1 消防通信指揮系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

消防通信指揮系統(tǒng)是一個(gè)集有線通信、無(wú)線通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)輔助決策、地理信息處理、CTI、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、綜合信息管理等技術(shù)于一體的高科技集成綜合系統(tǒng)，由火警受理、火場(chǎng)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、地理信息、車輛動(dòng)態(tài)管理、移動(dòng)通信、通信指揮模擬訓(xùn)練、消防指揮決策支持、火場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控、消防信息管理等多個(gè)子系統(tǒng)組成部分。該系統(tǒng)覆蓋整個(gè)城市，范圍規(guī)模大，包括消防通信指揮中心、消防中隊(duì)、火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)、消防車輛、城市重點(diǎn)單位及救災(zāi)相關(guān)單位等。

經(jīng)過(guò)多年有規(guī)劃、有步驟的消防信息化建設(shè)工作，公安消防部隊(duì)在全國(guó)各地級(jí)城市（含以上）相繼建成了消防通信指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)能快速地實(shí)現(xiàn)信息的收集、傳遞和處理，輔助消防指揮員進(jìn)行快速、正確的決策，快速生成作戰(zhàn)命令、指示，準(zhǔn)確地掌握火場(chǎng)情況，監(jiān)控火場(chǎng)發(fā)展情況，在撲救火災(zāi)和處置應(yīng)急救援事故中發(fā)揮了重要的作用，為各級(jí)消防部隊(duì)的調(diào)度指揮決策提供了科學(xué)、高效的支撐手段，效益明顯。

2 消防通信指揮系統(tǒng)存在的問(wèn)題

消防通信指揮系統(tǒng)在取得成效的同時(shí)，我們也要深刻認(rèn)識(shí)到該系統(tǒng)還存在著一些問(wèn)題。隨著消防部隊(duì)滅火救援信息化應(yīng)用的不斷深入和信息技術(shù)的快速發(fā)展，該系統(tǒng)的現(xiàn)狀與消防部隊(duì)現(xiàn)代化的發(fā)展要求相比，尚存在一定差距，難以更好地滿足消防部隊(duì)實(shí)際工作的需求。從目前情況來(lái)看，主要存在以下問(wèn)題。

2.1 系統(tǒng)硬件資源利用率不高，且安全性有待提高。消防通信指揮系統(tǒng)硬件包括通信、CTI、GIS、GPS、數(shù)據(jù)處理、錄音、視頻、模擬演練等應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器20多臺(tái)及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)、安全和存儲(chǔ)陣列等設(shè)備。這些設(shè)備隨著系統(tǒng)建設(shè)購(gòu)置分配（根據(jù)業(yè)務(wù)需求購(gòu)買服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)備和數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件等軟件資源，然后進(jìn)行業(yè)務(wù)軟件開發(fā)），系統(tǒng)一旦實(shí)施完畢，硬件基礎(chǔ)設(shè)施與應(yīng)用的耦合度和關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，其擴(kuò)展能力受制于計(jì)算、存儲(chǔ)等容量以及軟件的擴(kuò)展能力，設(shè)備和軟件優(yōu)化升級(jí)擴(kuò)容困難。這樣，部分設(shè)備的資源得不到優(yōu)化配置和調(diào)度，基礎(chǔ)實(shí)施資源很難進(jìn)行整合，導(dǎo)致后面設(shè)備數(shù)量激增，資源整體資源利用率不高，浪費(fèi)嚴(yán)重。同時(shí)，系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)運(yùn)行涉及多臺(tái)硬件計(jì)算設(shè)備（部分關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用仍然在單機(jī)環(huán)境運(yùn)行），其中系統(tǒng)任何一臺(tái)的設(shè)備宕機(jī)都有可能產(chǎn)生單點(diǎn)故障，易對(duì)系統(tǒng)的整體業(yè)務(wù)連續(xù)性造成重要影響，系統(tǒng)整體安全性問(wèn)題突顯。

2.2 系統(tǒng)共享了部分內(nèi)部數(shù)據(jù)，但與外部系統(tǒng)間存在“數(shù)據(jù)鴻溝”問(wèn)題。消防通信指揮系統(tǒng)已共享了一體化消防業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)政治工作系統(tǒng)和警務(wù)系統(tǒng)的干部和士兵數(shù)據(jù)、裝備管理系統(tǒng)中的裝備數(shù)據(jù)，共享了消防中隊(duì)圖像監(jiān)控、公安卡口和道路治安監(jiān)控等圖像數(shù)據(jù)。但該系統(tǒng)仍與公安人口信息系統(tǒng)、PGIS系統(tǒng)、消防戶籍化管理單位系統(tǒng)（消防設(shè)施及火災(zāi)隱患等狀態(tài)）等系統(tǒng)數(shù)據(jù)尚未完全對(duì)接，與氣象、醫(yī)療急救、燃?xì)?、供水、供電、房地等?yīng)急聯(lián)動(dòng)單位的數(shù)據(jù)共享舉步維艱，導(dǎo)致在火災(zāi)和應(yīng)急救援事故處置中急需的信息獲取不到、數(shù)據(jù)更新不及時(shí)，在一定程度上影響系統(tǒng)效能的發(fā)揮。

2.3 系統(tǒng)缺乏深層次的應(yīng)用，數(shù)據(jù)綜合利用率低，智能輔助決策功能較弱。該系統(tǒng)現(xiàn)有應(yīng)用雖能基本滿足了滅火和應(yīng)急救援諸多工作初步需求，但在指揮調(diào)度應(yīng)急決策、數(shù)據(jù)綜合研判分析、滅火現(xiàn)場(chǎng)模擬演練等方面仍缺乏深層次應(yīng)用，現(xiàn)有指揮調(diào)度和火災(zāi)撲救在一定程度還是憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)有系統(tǒng)對(duì)部分新入警的消防接警員和現(xiàn)場(chǎng)指揮員分析及決策指導(dǎo)性不強(qiáng)。同時(shí)，該系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源深層次挖掘利用還比較欠缺，有的城市雖積累了十多年的消防接處警指揮調(diào)度文字和語(yǔ)音數(shù)據(jù)、大量火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)案例圖像數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)分析和決策能力仍然較弱，缺乏預(yù)警預(yù)測(cè)、案例決策等大數(shù)據(jù)深度應(yīng)用，無(wú)法滿足任務(wù)日益繁重的消防部隊(duì)實(shí)戰(zhàn)智能化的要求，現(xiàn)有系統(tǒng)在消防通信指揮中發(fā)揮信息化支撐作用能力有待提高。

3 云計(jì)算概述

3.1 云計(jì)算概念。云計(jì)算（Cloud Computing）是網(wǎng)格計(jì)算、分布式計(jì)算、效用計(jì)算、并行計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、虛擬化、負(fù)載均衡等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合的產(chǎn)物。云計(jì)算通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將分散在不同物理位置上的資源（包括軟件、硬件和數(shù)據(jù)等）聯(lián)合起來(lái)，進(jìn)行統(tǒng)一而靈活的管理、調(diào)度和利用，并按照需要以服務(wù)的方式提供給用戶，是一種信息化技術(shù)和新型商業(yè)模式的結(jié)合體。云計(jì)算的后臺(tái)可以是分散的、異構(gòu)的，這些資源通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接后可以提供海量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和極強(qiáng)的計(jì)算能力。而對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，所有這些后臺(tái)資源和技術(shù)細(xì)節(jié)都被屏蔽，用戶只需通過(guò)個(gè)人終端就可以獲得所需的數(shù)據(jù)和服務(wù)。其核心思想是將分散的資源聯(lián)合起來(lái)，并過(guò)濾掉復(fù)雜的架構(gòu)與技術(shù)，以簡(jiǎn)單的方式供用戶使用。目前像微軟、Amazon、Yahoo、Google、IBM、Sun等國(guó)際大公司都提供了云計(jì)算的應(yīng)用業(yè)務(wù)。

3.2 云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)：（1）超大規(guī)模和虛擬化?！霸啤本哂谐蟮囊?guī)模，“云”提供給用戶前所未有的超強(qiáng)計(jì)算能力；“云”端采用虛擬化技術(shù)，支持用戶在任何時(shí)間和地點(diǎn)，使用簡(jiǎn)單的終端設(shè)備登錄并獲取“云”端的數(shù)據(jù)和軟件資源。（2）通用性和易擴(kuò)展性。云計(jì)算不針對(duì)特定的應(yīng)用，在“云”的支撐下根據(jù)用戶的需求構(gòu)造出多樣化的應(yīng)用；“云”的規(guī)模也可以動(dòng)態(tài)伸縮，滿足應(yīng)用環(huán)境和用戶規(guī)模的變化。（3）高可靠性和靈活性?！霸啤笔褂昧藬?shù)據(jù)多副本容錯(cuò)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等措施來(lái)保障服務(wù)的高可靠性，并支持任意點(diǎn)的恢復(fù)。（4）數(shù)據(jù)與應(yīng)用共享。在云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式中，數(shù)據(jù)只有一份被保存在“云”端，用戶接入網(wǎng)絡(luò)后能夠同時(shí)訪問(wèn)和使用同一數(shù)據(jù)，避免在不同設(shè)備之間進(jìn)行同步的開銷。（5）簡(jiǎn)單的終端和按需提供服務(wù)。包括應(yīng)用軟件在內(nèi)，幾乎所有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在“云”內(nèi)，終端的功能將會(huì)退化，企業(yè)和用戶按需支付購(gòu)買所需的服務(wù)。（6）高度自治性。通過(guò)自動(dòng)化配置管理服務(wù)，能夠按需自動(dòng)調(diào)配服務(wù)，同時(shí)根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的變化自動(dòng)增加或減少服務(wù)的數(shù)量。

3.3 云計(jì)算架構(gòu)。云計(jì)算架構(gòu)一般分為三層：基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。其服務(wù)的基本形式包括：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）。具體為：（1）基礎(chǔ)設(shè)施層（IaaS），這是云所提供的最基礎(chǔ)的服務(wù)形式。IaaS通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源。這些基礎(chǔ)資源根據(jù)各部門的需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配，所提供的服務(wù)都是偏底層，但使用也更為靈活。（2）平臺(tái)即服務(wù)（PaaS），是指將云中的中間件作為服務(wù)提供給用戶，這些資源包括數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用容器等。PaaS提供了基礎(chǔ)的架構(gòu)，軟件開發(fā)人員可以在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行新應(yīng)用的二次開發(fā)，降低了程序開發(fā)的復(fù)雜度和開發(fā)周期。（3）軟件即服務(wù)（SaaS），是指將軟件部署在服務(wù)器上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將這些軟件以服務(wù)的模式提供給用戶。用戶根據(jù)自己的需要對(duì)各種功能模塊進(jìn)行組合，形成具有個(gè)性化的軟件。這種模式靈活性高、要擴(kuò)展性好，大大降低了用戶的初期投入和維護(hù)成本。

4 基于云計(jì)算的消防通信指揮系統(tǒng)架構(gòu)

在分析消防通信指揮系統(tǒng)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，為解決當(dāng)前存在的問(wèn)題，并結(jié)合消防通信指揮現(xiàn)有業(yè)務(wù)深化應(yīng)用層次需求，運(yùn)用云計(jì)算的架構(gòu)思想和關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建基于云計(jì)算的消防通信指揮系統(tǒng)架構(gòu)，并將其分為四層，自下而上分別由IaaS層、PaaS層、DaaS層、SaaS層組成。其架構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于云計(jì)算的消防通信指揮系統(tǒng)架構(gòu)

4.1 IaaS層。該層包括了硬件基礎(chǔ)設(shè)施層和基礎(chǔ)設(shè)施管理層兩部分。硬件基礎(chǔ)設(shè)施層構(gòu)成云計(jì)算平臺(tái)最重要的大量硬件基礎(chǔ)設(shè)施和物理資源，構(gòu)成了消防通信指揮系統(tǒng)共享使用的硬件資源池，主要包括計(jì)算類資源、存儲(chǔ)備份類資源、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)類資源?；A(chǔ)設(shè)施管理層是為了能有效地調(diào)度和共享使用資源池中的物理資源，使用虛擬化軟件對(duì)大量的服務(wù)器、存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行虛擬化；同時(shí)，為了能給應(yīng)用提供動(dòng)態(tài)和彈性擴(kuò)展的資源分配能力，還需要使用基礎(chǔ)設(shè)施管理平臺(tái)軟件對(duì)各種虛擬化資源和物理資源進(jìn)行統(tǒng)一管理、調(diào)度分配和使用監(jiān)控。

4.2 PaaS層。該層主要提供各種完成云計(jì)算和云存儲(chǔ)所必需的平臺(tái)支撐軟件，主要包括云存儲(chǔ)系統(tǒng)和云計(jì)算系統(tǒng)兩大部分。云存儲(chǔ)系統(tǒng)需要提供結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和快速查詢能力，以及大量非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理能力。消防通信指揮系統(tǒng)中存在著很多高度結(jié)構(gòu)化的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，為了能對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行快速查詢，最好把它們存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中（如Oracle等）。同時(shí)，消防通信指揮系統(tǒng)中出現(xiàn)了大量的非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，因其數(shù)據(jù)量大無(wú)法繼續(xù)使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)保存和處理，需要提供分布式文件系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)，目前較為完善、廣為大家接受和使用的分布式文件系統(tǒng)是開源的Hadoop系統(tǒng)中的HDFS。云計(jì)算系統(tǒng)主要用來(lái)進(jìn)行大數(shù)據(jù)的并行處理，完成消防數(shù)據(jù)的分析和挖掘。目前，較為成熟的并行處理軟件是開源的Hadoop，它提供了MapReduce并行編程和計(jì)算軟件框架。

4.3 DaaS層。該層為數(shù)據(jù)資源服務(wù)層，包括共享數(shù)據(jù)資源和應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源兩部分。應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源是各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的自有數(shù)據(jù)，共享數(shù)據(jù)資源是公安數(shù)據(jù)資源、社會(huì)面應(yīng)急聯(lián)動(dòng)單位數(shù)據(jù)資源。通過(guò)建設(shè)共享的統(tǒng)一數(shù)據(jù)資源服務(wù)層，可進(jìn)一步收集、整合公安和應(yīng)急聯(lián)動(dòng)單位各類數(shù)據(jù)資源，為消防通信指揮各類應(yīng)用提供數(shù)據(jù)資源支撐服務(wù)。該層主要是建立資源數(shù)據(jù)庫(kù)、開發(fā)信息資源管理軟件、制定一套完成的信息資源數(shù)據(jù)更新流程，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源是可伸縮的，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的分布節(jié)點(diǎn)上且采取多份存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。該層采取關(guān)系型數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)和非結(jié)構(gòu)化的分布式文件系統(tǒng)相結(jié)合的數(shù)據(jù)管理模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。

4.4 SaaS層。該層包括共享服務(wù)構(gòu)件層和應(yīng)用系統(tǒng)層兩部分。共享服務(wù)層公用的服務(wù)資源包括消息服務(wù)、地理信息服務(wù)、數(shù)據(jù)抽取集成服務(wù)、統(tǒng)計(jì)分析服務(wù)、數(shù)據(jù)挖掘服務(wù)、安全服務(wù)以及統(tǒng)一數(shù)據(jù)資源訪問(wèn)等公用服務(wù)模塊和程序。這些共享服務(wù)構(gòu)件的開發(fā)可基于Web Service和SOA構(gòu)件完成開發(fā)，以一種標(biāo)準(zhǔn)的方式為通信指揮系統(tǒng)提供共享集成和互操作訪問(wèn)能力。應(yīng)用系統(tǒng)層由各個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，具體包括預(yù)警預(yù)測(cè)、車輛調(diào)度、災(zāi)情推演、應(yīng)急指揮、實(shí)時(shí)決策、模擬演練、綜合研判、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等內(nèi)容。這一層需要根據(jù)實(shí)際工作需求和應(yīng)用現(xiàn)狀逐步開展建設(shè)實(shí)施。

5 結(jié)束語(yǔ)

云計(jì)算技術(shù)是新興技術(shù)，在消防部隊(duì)?wèi)?yīng)用還處于起步探索階段，本文將云計(jì)算應(yīng)用到消防通信指揮系統(tǒng)中，對(duì)于解決當(dāng)前信息系統(tǒng)存在的問(wèn)題提供了新的思路，從而滿足了消防部隊(duì)對(duì)硬件資源的利用、信息資源的高度集成共享和深層次系統(tǒng)和數(shù)據(jù)應(yīng)用需求，為后續(xù)的研究和應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但云計(jì)算技術(shù)仍不是非常成熟，隨著該技術(shù)的全面發(fā)展和消防通信指揮系統(tǒng)建設(shè)的進(jìn)一步推進(jìn)，如何將云計(jì)算應(yīng)用到消防通信指揮系統(tǒng)的落地階段仍有許多困難亟需解決，還有待消防部隊(duì)從事信息化工作人員進(jìn)一步研究和探索。

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作者簡(jiǎn)介：丁祥郭（1974.08-），男，江西修水人，碩士，司令部信息通信處高級(jí)工程師，主要從事消防信息化建設(shè)和應(yīng)用研究工作。

作者單位：上海消防總隊(duì)，上海 200002