一種災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)和計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)和方法，計(jì)算系統(tǒng)包括災(zāi)害信息云計(jì)算平臺、用戶終端和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，災(zāi)害信息云計(jì)算平臺的架構(gòu)采用六層架構(gòu)設(shè)計(jì)，其配置地用于根據(jù)災(zāi)害信息和地質(zhì)信息調(diào)用地質(zhì)模型和分析模型完成災(zāi)害信息的計(jì)算和處理、災(zāi)害仿真、災(zāi)害評估、預(yù)警預(yù)報(bào)以及演示災(zāi)害過程，六層架構(gòu)包括硬件資源層、統(tǒng)一資源池層、地質(zhì)模型和分析模型資源池層、災(zāi)害仿真模型資源池層、災(zāi)害視景仿真表達(dá)層和管理調(diào)度層。本發(fā)明可以使用戶享受到專業(yè)的、快速的災(zāi)害信息處理服務(wù)，又可以節(jié)約時(shí)間、金錢、人力等諸多成本，可廣泛用于各種自然災(zāi)害如滑坡、泥石流、塌陷、地震、山洪、雪崩等。
【專利說明】
一種災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)和計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及云計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于災(zāi)害信息的云計(jì)算系統(tǒng)和計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]每到雨季，全國各地災(zāi)害易發(fā)區(qū)就會(huì)面臨泥石流、山體滑坡、崩塌等災(zāi)害頻發(fā)的狀況，由于地質(zhì)災(zāi)害通常發(fā)生在自然條件惡劣、交通不便利的山區(qū)，表現(xiàn)出分布范圍廣、地形地貌復(fù)雜、涉及人口眾多等特點(diǎn)，因此每年突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害均造成大量的群眾傷亡和巨額的財(cái)產(chǎn)損失，從而針對地質(zhì)災(zāi)害的防范研究尤顯重要。
[0003]針對地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)研究由來已久，目前對地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測和研究主要有兩種模式。一種是天氣預(yù)報(bào)+群測群防模式，即國家災(zāi)害預(yù)報(bào)防范預(yù)警信息定時(shí)發(fā)布預(yù)警等級，結(jié)合人力重點(diǎn)排查，這種模式預(yù)警面積大，耗費(fèi)人工多，且準(zhǔn)確度和精確度欠缺，因此很難達(dá)到精確排查，全面防范、準(zhǔn)確預(yù)報(bào)的結(jié)果。另一種是無人監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)模式，采用雨量計(jì)、土壤含水量計(jì)、位移計(jì)、加速度計(jì)、震動(dòng)計(jì)等多種傳感器，采集某片區(qū)域的信息，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星等網(wǎng)絡(luò)上傳給中心站，組成一個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)行災(zāi)害信息的計(jì)算和研究。通常這些系統(tǒng)自成一體，被單獨(dú)享有和使用，系統(tǒng)中心站的籌備和建設(shè)需要借用專業(yè)的計(jì)算機(jī)人員、投入可觀的資金并經(jīng)過完整的建設(shè)周期才能投入使用，因此若要進(jìn)行相關(guān)的監(jiān)測或研究，首先各單位得自行組建一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算的中心站，包括一系列的硬件，如:服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，和一系列的軟件，如:數(shù)據(jù)處理軟件、系統(tǒng)軟件、驅(qū)動(dòng)軟件、安全軟件等，還要購買或開發(fā)相應(yīng)的地質(zhì)學(xué)模型或動(dòng)力學(xué)模型，然后待安裝、調(diào)試，成功后才能開展監(jiān)控和研究工作。然而當(dāng)中心站投入運(yùn)行后，由于災(zāi)害信息業(yè)務(wù)的突發(fā)性特點(diǎn)，系統(tǒng)的平均資源利用率會(huì)表現(xiàn)出不高，因此若中心站的CPU、內(nèi)存、網(wǎng)速等硬件條件一般，那么在災(zāi)害突發(fā)期間的大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的速度將受到影響，這樣即便是再好的計(jì)算方法、再實(shí)時(shí)的監(jiān)測都會(huì)因?yàn)橹行恼镜挠?jì)算能力跟不上而體現(xiàn)不出效果，甚至延誤了災(zāi)害預(yù)報(bào)的寶貴時(shí)機(jī);然而若一味的滿足峰值計(jì)算的硬件配置，則要耗費(fèi)高額的投入成本，而在災(zāi)害少發(fā)期，這些高性能的硬件資源將處于閑置狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述出現(xiàn)的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)，其包括災(zāi)害信息云計(jì)算平臺、用戶終端和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，災(zāi)害信息云計(jì)算平臺的架構(gòu)采用六層架構(gòu)設(shè)計(jì)，其配置地用于根據(jù)災(zāi)害信息和地質(zhì)信息調(diào)用地質(zhì)模型和分析模型完成災(zāi)害信息的計(jì)算和處理、災(zāi)害仿真、災(zāi)害評估、預(yù)警預(yù)報(bào)以及演示災(zāi)害過程，六層架構(gòu)包括硬件資源層、統(tǒng)一資源池層、地質(zhì)模型和分析模型資源池層、災(zāi)害仿真模型資源池層、災(zāi)害視景仿真表達(dá)層和管理調(diào)度層，災(zāi)害信息云計(jì)算平臺內(nèi)部采用開放式的架構(gòu)，每層內(nèi)部具有1接口，用于實(shí)現(xiàn)供擴(kuò)展、刪減或修改以及調(diào)度的功能。
[0005]優(yōu)選的是，硬件資源層中的硬件資源包括服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
[0006]優(yōu)選的是，統(tǒng)一資源池層配置地對硬件資源層的硬件資源進(jìn)行虛擬化形成特定資源。
[0007]優(yōu)選的是，地質(zhì)模型和分析模型資源池層針對災(zāi)害類型以及地質(zhì)類型建立地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型庫和分析模型庫。
[0008]優(yōu)選的是，災(zāi)害仿真模型資源池層針對突發(fā)災(zāi)害進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和關(guān)聯(lián)歷史數(shù)據(jù)的仿真計(jì)算和危險(xiǎn)評估。
[0009]優(yōu)選的是，災(zāi)害視景仿真表達(dá)層和管理調(diào)度層針對不同災(zāi)害目標(biāo)和災(zāi)害等級進(jìn)行視景模擬，包括建立視景仿真中所需的繪制模型庫和調(diào)度關(guān)系。
[0010]優(yōu)選的是，管理調(diào)度層面向不同用戶提供服務(wù)的多個(gè)并行的信息任務(wù)進(jìn)行管理和調(diào)度。
[0011]優(yōu)選的是，災(zāi)害信息云計(jì)算平臺內(nèi)部采用開放式的架構(gòu)，每層內(nèi)部具有1接口，用于實(shí)現(xiàn)供擴(kuò)展、刪減或修改以及調(diào)度的功能。
[0012]本發(fā)明還提供一種災(zāi)害信息云計(jì)算方法，其采用上述任一項(xiàng)技術(shù)方案中的災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)，方法能夠?qū)崿F(xiàn)災(zāi)害信息的存儲(chǔ)、災(zāi)害信息的計(jì)算和處理、災(zāi)害仿真、災(zāi)害評估、預(yù)警預(yù)報(bào)以及演示災(zāi)害過程。
[0013]作為優(yōu)選，方法包括以下運(yùn)行階段:規(guī)劃、部署和運(yùn)行，其中，規(guī)劃階段包括對各種硬件資源池，一致的調(diào)度方法和快速的部署技術(shù);部署階段是不同用戶根據(jù)各自的資源需求動(dòng)態(tài)占用各種資源，先進(jìn)行初始化資源部署，當(dāng)所有硬件和軟件資源環(huán)境已經(jīng)就緒，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行的初始化配置過程，在任務(wù)執(zhí)行過程中展開運(yùn)行部署，為了滿足不同用戶的彈性需求，對資源進(jìn)行的動(dòng)態(tài)調(diào)度和配置;運(yùn)行階段是使用資源進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)，最終得到結(jié)果的過程。
[0014]作為優(yōu)選，在實(shí)現(xiàn)不同的功能時(shí)，包括以下步驟:
[0015]在災(zāi)害數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，當(dāng)用戶采集的災(zāi)害數(shù)據(jù)需要將海量的、長期的、可靠的存儲(chǔ)或備份時(shí)，用戶終端通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程把數(shù)據(jù)上傳給災(zāi)害信息云計(jì)算平臺，平臺將根據(jù)數(shù)據(jù)的規(guī)模和特點(diǎn)開辟出一個(gè)空間存放此數(shù)據(jù)；
[0016]在災(zāi)害數(shù)據(jù)處理方面，當(dāng)用戶需要進(jìn)行災(zāi)害數(shù)據(jù)比較和分析時(shí)，在用戶端軟件上選定待分析的數(shù)據(jù)塊，然后選取地質(zhì)模型和分析模型，下達(dá)計(jì)算指令，災(zāi)害信息云計(jì)算平臺接收到命令，根據(jù)計(jì)算的規(guī)模和用戶的計(jì)算時(shí)間要求預(yù)估所需的資源，然后在資源池內(nèi)調(diào)取相應(yīng)的資源，進(jìn)行并行計(jì)算，再此過程中可根據(jù)實(shí)時(shí)情況靈活的調(diào)整各資源的配額，計(jì)算完成后把分析結(jié)果輸出給用戶終端，其中，各種地質(zhì)模型和分析模型是用戶自行設(shè)計(jì)，通過管理員加載完成的，或者僅對本用戶開放，或者通過授權(quán)對其它用戶開放；
[0017]在災(zāi)害仿真方面，當(dāng)用戶需要進(jìn)行災(zāi)害仿真的研究時(shí)，在用戶端軟件上選定所需仿真的數(shù)據(jù)塊，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，涉及:時(shí)間段、區(qū)域選取、參數(shù)種類等分類信息，然后選取災(zāi)害仿真模型，下達(dá)仿真指令，災(zāi)害信息云計(jì)算平臺根據(jù)仿真的時(shí)間要求和數(shù)據(jù)計(jì)算的復(fù)雜度、規(guī)模預(yù)估所需的資源，然后在資源池內(nèi)調(diào)用CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源，進(jìn)行并行計(jì)算，計(jì)算完成后把仿真結(jié)果輸出給用戶；
[0018]在災(zāi)害視景仿真方面，當(dāng)用戶需要將災(zāi)害仿真的結(jié)果用直觀的方式展示出來時(shí)，在用戶端軟件上選定視景仿真功能，下達(dá)指令，災(zāi)害信息云計(jì)算平臺將根據(jù)仿真結(jié)果調(diào)用相應(yīng)的視景仿真模型，進(jìn)行視景仿真，將畫面和聲音結(jié)果用三維圖像表示出來。
[0019]本發(fā)明涉及的災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)和計(jì)算方法為災(zāi)害數(shù)據(jù)的大規(guī)模存儲(chǔ)、災(zāi)害科學(xué)的研究、災(zāi)害預(yù)報(bào)的研究提供一個(gè)專業(yè)的、共享的、高性能的云計(jì)算平臺及方法，提供一系列可共享的、“無限制”的、通用的存儲(chǔ)和計(jì)算資源，又可同時(shí)為多個(gè)用戶的不同需求提供大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能、災(zāi)害數(shù)據(jù)的預(yù)處理功能、模型處理功能、災(zāi)害仿真功能、以及視景重現(xiàn)功能等多樣的災(zāi)害信息處理功能，這樣用戶既可以享受專業(yè)的、快速的災(zāi)害信息處理服務(wù)，又可以節(jié)約時(shí)間、金錢、人力等諸多成本，可廣泛用于各種自然災(zāi)害如滑坡、泥石流、塌陷、地震、山洪、雪崩等，還能面向全社會(huì)為災(zāi)害的研究、監(jiān)測和預(yù)報(bào)提供一個(gè)大規(guī)模計(jì)算和海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的云平臺。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明涉及的災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖2是本發(fā)明涉及的災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)中計(jì)算平臺的架構(gòu)圖；
[0022]圖3是本發(fā)明涉及的災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)的軟件交互示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0024]如圖1所示本實(shí)施例涉及的災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)包括災(zāi)害信息云計(jì)算平臺1、用戶終端2和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)3，該災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，其中災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I是服務(wù)提供方，其能夠存儲(chǔ)多種災(zāi)害的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，可同時(shí)滿足多個(gè)用戶對不同災(zāi)害數(shù)據(jù)的處理任務(wù);用戶終端2是享受服務(wù)方，不需要考慮數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)的中間環(huán)節(jié)以及硬件、軟件的維護(hù)等問題，僅需要針對處理對象和處理結(jié)果選擇合適的模型和參數(shù)，就可以享用災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I所提供的強(qiáng)大、專業(yè)的存儲(chǔ)、計(jì)算、處理功能。具體地，用戶終端2包括輸入、輸出終端，輸入終端指系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)、計(jì)算時(shí)下達(dá)的處理任務(wù)，以及初始化參數(shù)的設(shè)置，輸出終端指仿真運(yùn)行的結(jié)果輸出，在系統(tǒng)中以用戶端的形式設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)3能夠保障系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)快速交換以及傳輸安全性。
[0025]具體地，災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I的架構(gòu)采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì)，具體地設(shè)計(jì)為六層參考模型，如圖2所示，具體包括硬件資源層、統(tǒng)一資源池層、地質(zhì)模型和分析模型資源池層、災(zāi)害仿真模型資源池層、災(zāi)害視景仿真表達(dá)層和管理調(diào)度層。
[0026]其中，第一層也就是最底層為硬件資源層，其包括服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等硬件。第二層為統(tǒng)一資源池層，其配置地對最底層的硬件資源進(jìn)行虛擬化的資源，包括:CPU、存儲(chǔ)、內(nèi)存、帶寬等硬件或資源，具體地，其通過對第一層的硬件資源進(jìn)行計(jì)算虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、內(nèi)存虛擬化、帶寬虛擬化等虛擬過程，硬件資源被分割為CPU、存儲(chǔ)、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)等資源，而模糊了硬件設(shè)備的界限；更為具體地，是對所有物理硬件資源進(jìn)行整合，跨越不同廠商的設(shè)備，不同設(shè)備結(jié)構(gòu)，在邏輯上形成計(jì)算資源池、內(nèi)存資源池、存儲(chǔ)資源池、帶寬資源池等，以統(tǒng)一的方式和接口為其上一層提供物理的資源，搭建時(shí)需先確定服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，為了屏蔽不同品牌、不同型號硬件之間的差異，使用存儲(chǔ)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、CPU虛擬化技術(shù)，整合所有硬件，形成資源池，并規(guī)范統(tǒng)一的管理邏輯和接口，可采用主流技術(shù)VMare Virtual Machine File System、IBM Tivoli Storage Manager、Google FileSystem、Hadoop Distributed File System等。此外，還需對虛擬化的資源監(jiān)控采用不同的粒度和抽象層次，涵蓋CPU使用率、內(nèi)存和存儲(chǔ)的使用率及讀寫操作、網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出及路由狀態(tài)。為了提高資源利用率，關(guān)閉閑置資源，采用自動(dòng)平衡機(jī)制對硬件資源上的負(fù)載進(jìn)行合并。為了避免負(fù)載不均衡或開機(jī)無任務(wù)導(dǎo)致浪費(fèi)物理設(shè)備空閑資源和電力能源以及負(fù)荷過重出現(xiàn)的運(yùn)算緩慢問題，負(fù)載管理能夠把任務(wù)從超負(fù)荷的節(jié)點(diǎn)上迀移到負(fù)載較低的節(jié)點(diǎn)上，從而達(dá)到合理、有效的利用物理設(shè)備和能源。第三層為地質(zhì)模型和分析模型資源池層，其針對滑坡、泥石流、塌陷、地震、山洪、雪崩等災(zāi)害類型，以及對川、陜、甘、滇山區(qū)、藏東南山區(qū)、黃土高原、地貌等多種地質(zhì)類型建立典型地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型庫，建立發(fā)育模型、多元分析模型、回歸分析模型、時(shí)間序列模型、灰色系統(tǒng)模型、最優(yōu)化模型、線性規(guī)劃模型、數(shù)學(xué)計(jì)算模型等分析模型庫；其中，地質(zhì)模型庫和災(zāi)害分析模型庫的實(shí)施包括對川、陜、甘、滇的山區(qū)、藏東南山區(qū)、黃土高原等多種地貌的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)建立典型地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。針對滑坡、泥石流、塌陷、地震、山洪、雪崩等多種災(zāi)害類型，根據(jù)每種地形和區(qū)域的變迀過程建立災(zāi)害的發(fā)育模型、多元分析模型、回歸分析模型、時(shí)間序列模型、灰色系統(tǒng)模型、最優(yōu)化模型、線性規(guī)劃模型、數(shù)學(xué)計(jì)算模型等對每種模型的主要參數(shù)的端口進(jìn)行開放，可輸入?yún)?shù)，能夠提供地質(zhì)分析研究和災(zāi)害發(fā)育分析研究，如地質(zhì)類型在區(qū)域差別處理、災(zāi)害防御區(qū)的地質(zhì)數(shù)據(jù)處理、災(zāi)害發(fā)育的數(shù)據(jù)處理等研究。第四層為災(zāi)害仿真模型資源池層，其針對滑坡、泥石流、塌陷、地震、山洪、雪崩等突發(fā)災(zāi)害進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和關(guān)聯(lián)歷史數(shù)據(jù)的仿真計(jì)算和危險(xiǎn)評估，具體包括針對土層變形仿真、穩(wěn)定性仿真、流場仿真、地質(zhì)變迀等的仿真計(jì)算、地質(zhì)類型差異的仿真計(jì)算、關(guān)聯(lián)歷史數(shù)據(jù)的比較仿真計(jì)算等以及危險(xiǎn)等級評估仿真;災(zāi)害仿真模型庫的實(shí)施包括對川、陜、甘、滇的山區(qū)、藏東南山區(qū)、黃土高原等多種地貌產(chǎn)生的災(zāi)害進(jìn)行仿真，建立在地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，針對多種災(zāi)害的影響因素和誘發(fā)因素(包括地質(zhì)因素、天氣因素、人為因素、及其它關(guān)聯(lián)因素)建立土層變形仿真、穩(wěn)定性仿真、流場仿真、地質(zhì)變迀等仿真模型，可執(zhí)行單一因素或組合因素的仿真計(jì)算和預(yù)測計(jì)算，并對影響因素的端口開放，可輸入調(diào)整輸入?yún)?shù)，進(jìn)行災(zāi)害仿真計(jì)算和災(zāi)害等級評估計(jì)算。第五層為災(zāi)害視景仿真表達(dá)層，其針對不同災(zāi)害目標(biāo)和災(zāi)害等級進(jìn)行視景模擬，涵蓋了視景仿真中所需的繪制模型庫和調(diào)度關(guān)系，包括:三維地形模型、環(huán)境背景模型、渲染模型、運(yùn)動(dòng)位移模型、紋理模型、繪制算法等模型等，具體地，其針對滑坡、泥石流、塌陷、地震、山洪、雪崩等不同目標(biāo)及災(zāi)害等級進(jìn)行視景仿真;災(zāi)害視景仿真的實(shí)施可使用現(xiàn)有的多種圖形、圖像繪制程序和語言，如Vega、Vega Prime、3D Max、Creator、Open GL、Cg、VC等視景仿真軟件、建模工具和語言，建立多種物體模型，進(jìn)行視景仿真系統(tǒng)的開發(fā)。其中，對實(shí)體模型，如三維地形、石塊、樹木、房屋等，采用適用于實(shí)時(shí)視景仿真的多邊形建模工具Creator等生成，或利用Open GL等的繪圖命令進(jìn)行繪制，借助第三方工具轉(zhuǎn)化成可適用的文件類型，保存在模型庫中；對于柔性體，如煙、汽、塵揚(yáng)等物體，可采用粒子系統(tǒng)等方式繪制;對于特殊效果和渲染效果，可采用紋理映射技術(shù)模擬材質(zhì)、實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)效果的模擬;對于光、影效果，可使用圖形、圖像繪制工具中的控件;對于紋理，可采用Photoshop等圖像編輯軟件制作，然后在平面上映射紋理；對于天氣情況(包括降雨、降雪、冰雹、風(fēng)沙、晴天、陰天、多云等)可采用圖形、圖像繪制工具中的控件，也可以自行繪制，加載到天氣庫中。模型庫的中的模型實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化要求，統(tǒng)一坐標(biāo)、統(tǒng)一分辨率、統(tǒng)一尺寸比例等，便于視景仿真系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度和使用。圖像繪制可采用面繪制、體繪制、粒子系統(tǒng)繪制等多種形式呈現(xiàn)出來。第六層也就是最高層為管理調(diào)度層，其面向不同用戶提供服務(wù)的多個(gè)并行的信息任務(wù)進(jìn)行管理和調(diào)度，具體地，采用多用戶技術(shù)和垂直管理接口技術(shù)，可同時(shí)為多個(gè)用戶服務(wù)，也可同時(shí)提供不同層次的服務(wù)。
[0027]作為優(yōu)選的實(shí)施方式，災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I內(nèi)部可采用開放式的架構(gòu)，每層內(nèi)部具有1接口，可實(shí)現(xiàn)供擴(kuò)展、刪減或修改以及調(diào)度，具體地，層內(nèi)按照功能進(jìn)行分類為一個(gè)或多個(gè)庫，各個(gè)庫執(zhí)行統(tǒng)一的接口規(guī)范，每個(gè)庫包含若干庫元件供調(diào)用，庫內(nèi)的元件(指各種模型、算法、方法等)互相獨(dú)立，并被封裝成所屬庫的格式要求，當(dāng)需要模型添加、刪減或修改，也必須遵循所屬庫的封裝格式。層與層之間通過1接口，直接為上一層提供服務(wù)，每層針對最高層提供的1接口為不同處理要求的用戶提供計(jì)算結(jié)果，這樣也可供最高層即管理調(diào)度層進(jìn)行垂直管理和調(diào)度，為不同處理要求的用戶提供計(jì)算結(jié)果。
[0028]災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I內(nèi)部的維護(hù)由平臺管理員承擔(dān)，不對用戶開放，平臺內(nèi)部提供高度安全保證，實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)充或刪減具體為，第一層可根據(jù)災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I的規(guī)模需要添加或刪減硬件資源，包括服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等設(shè)備;第二層統(tǒng)一資源池層根據(jù)最底層的硬件資源的調(diào)整虛擬出CPU、存儲(chǔ)、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)等資源;第三層地質(zhì)模型和分析模型資源池層，可根據(jù)需要進(jìn)行模型的添加，對已有模型修改，也可由用戶自行設(shè)計(jì)，然后提交給平臺管理員加載入庫;第四層災(zāi)害仿真模型資源池層可根據(jù)仿真的具體地質(zhì)情況和周邊環(huán)境修改仿真參數(shù)，也可以添加新的災(zāi)害仿真對象，自行定義危險(xiǎn)評估指標(biāo)，建立自己的評估模型和體系;第五層災(zāi)害視景仿真表達(dá)層可添加新的三維地形、紋理、特效等內(nèi)容。
[0029]此外，災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I外部也可采用開放式結(jié)構(gòu)，用戶可以根據(jù)任務(wù)的需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的長期、安全的存儲(chǔ)和備份;可以調(diào)用地質(zhì)模型和分析模型，完成災(zāi)害信息的多種計(jì)算和處理;也可以進(jìn)行災(zāi)害仿真，進(jìn)行災(zāi)害評估和預(yù)警預(yù)報(bào);還可以用畫面和聲音形象的演示出災(zāi)害過程。
[0030]作為優(yōu)選的實(shí)施方式，災(zāi)害信息云計(jì)算交互軟件是災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I和用戶終端2之間信息交互的媒介，如圖3所示，災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I對外提供服務(wù)的門戶是一個(gè)服務(wù)器，在其上安裝并運(yùn)行服務(wù)器端軟件，在用戶終端2上安裝并運(yùn)行用戶端軟件，其中，月艮務(wù)器端軟件和用戶端軟件采用C/S模式或者B/S模式進(jìn)行交互，通過Internet進(jìn)行信息傳遞。
[0031]在運(yùn)行時(shí)，服務(wù)器端軟件等待打開特定端口，保持監(jiān)聽狀態(tài)，等待客戶端軟件的聯(lián)接，當(dāng)客戶端軟件主動(dòng)請求連接服務(wù)器端，要進(jìn)行身份識別和安全認(rèn)證，然后就可下達(dá)本次任務(wù)的命令，服務(wù)器才把任務(wù)交付給后方的災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I，平臺接收到任務(wù)后，進(jìn)入到管理調(diào)度層，調(diào)用所需的各層資源，執(zhí)行任務(wù)。在任務(wù)執(zhí)行的過程中，根據(jù)任務(wù)的特點(diǎn)可以保持聯(lián)接或中斷聯(lián)接，若進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)備份則必須時(shí)刻保持聯(lián)接保證上傳數(shù)據(jù)的流暢，若要耗費(fèi)長時(shí)間的計(jì)算任務(wù)，則可中斷此次聯(lián)接，等待任務(wù)完成后，再次聯(lián)接進(jìn)入服務(wù)器端，獲取計(jì)算結(jié)果。這樣用戶就可以最大限度的使用災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I提供的存儲(chǔ)、計(jì)算、仿真等資源。
[0032]災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I內(nèi)部實(shí)行高安全性、高隔離性的云計(jì)算平臺I機(jī)制，不同任務(wù)調(diào)度嚴(yán)格遵守其操作范圍，每個(gè)用戶的計(jì)算和存儲(chǔ)過程嚴(yán)格保密，不能越區(qū)訪問或越級訪問。此外，災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I外部由一個(gè)帶有隔離功能的服務(wù)器承擔(dān)門戶功能，連接Internet (或Intranet)的網(wǎng)絡(luò)，開放一定的端口和帶寬供用戶端連接，在其上運(yùn)行災(zāi)害信息云計(jì)算交互軟件的服務(wù)器端軟件，并具備其它相關(guān)的操作系統(tǒng)和防火墻等網(wǎng)絡(luò)安全方式。
[0033]為保障災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)正常工作，每個(gè)合法用戶得到相應(yīng)的災(zāi)害信息云計(jì)算服務(wù)，其系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行有一系列檢測、管理和安全的軟件和機(jī)制。為了保證基礎(chǔ)設(shè)施資源、模型資源、算法資源、處理資源、仿真資源等不被非法入侵和使用，在訪問隔離方面從每一層和包含的資源不直接對外開放，用戶只能通過管理調(diào)度層提供的接口間接地使用這些資源，在入侵防御方面采用硬件/軟件防火墻，從信息安全性方面采用隨機(jī)密鑰、MDA、非對稱密鑰等加密方法對重要命令和數(shù)據(jù)進(jìn)行加密傳輸，在用戶權(quán)限方面采用雙向身份驗(yàn)證和權(quán)限識別。
[0034]針對用戶端不要求硬件配置或軟件配置，只需要能夠安裝和正常運(yùn)行災(zāi)害信息云計(jì)算交互軟件中的用戶端部分即可，但如果對災(zāi)害視景仿真的畫面渲染逼真性和刷新實(shí)時(shí)性方面要求高，則要求配置專業(yè)的顯卡，以提升GPU的計(jì)算速度，增強(qiáng)視景仿真的結(jié)果展示。
[0035]本發(fā)明涉及的災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)可提供不同層次的云計(jì)算服務(wù)，包括災(zāi)害數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、災(zāi)害數(shù)據(jù)處理、災(zāi)害仿真、災(zāi)害視景仿真情景模擬，因此可以滿足不同用戶對災(zāi)害信息的處理要求，如滑坡、泥石流、塌陷、地震、山洪、雪崩等多種災(zāi)害的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、地質(zhì)模型計(jì)算、信息關(guān)聯(lián)度挖掘、發(fā)育仿真計(jì)算、預(yù)估與評級、災(zāi)害情景預(yù)演等功能，災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I的具體執(zhí)行任務(wù)時(shí)，所承擔(dān)的工作包括:規(guī)劃、部署和運(yùn)行。規(guī)劃階段包括對各種硬件資源池，一致的調(diào)度方法和快速的部署技術(shù)。部署階段是不同用戶根據(jù)各自的資源需求動(dòng)態(tài)占用各種資源，先進(jìn)行初始化資源部署，當(dāng)所有硬件和軟件資源環(huán)境已經(jīng)就緒，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行的初始化配置過程，在任務(wù)執(zhí)行過程中展開運(yùn)行部署，為了滿足不同用戶的彈性需求，對資源進(jìn)行的動(dòng)態(tài)調(diào)度和配置。運(yùn)行階段是使用資源進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)，最終得到結(jié)果的過程。在實(shí)現(xiàn)不同的功能時(shí)，包括以下方法:
[0036]其中，在災(zāi)害數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，當(dāng)用戶采集的災(zāi)害數(shù)據(jù)需要將海量的、長期的、可靠的存儲(chǔ)或備份時(shí)，用戶終端2通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程把數(shù)據(jù)上傳給災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I，平臺將根據(jù)數(shù)據(jù)的規(guī)模和特點(diǎn)開辟出一個(gè)空間存放此數(shù)據(jù)。由于災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I內(nèi)部的多種安全保證，因此存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)具有高度的安全性和獨(dú)享性。
[0037]在災(zāi)害數(shù)據(jù)處理方面，當(dāng)用戶需要進(jìn)行災(zāi)害數(shù)據(jù)比較和分析時(shí)，在用戶端軟件上選定待分析的數(shù)據(jù)塊(涉及:時(shí)間段、區(qū)域選取、參數(shù)種類等分類信息)，然后選取地質(zhì)模型和分析模型，下達(dá)計(jì)算指令。災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I接收到命令，根據(jù)計(jì)算的規(guī)模和用戶的計(jì)算時(shí)間要求預(yù)估所需的資源(包括:CPU、存儲(chǔ)、內(nèi)存、帶寬等底層資源)，然后在資源池內(nèi)調(diào)取相應(yīng)的資源，進(jìn)行并行計(jì)算，再此過程中可根據(jù)實(shí)時(shí)情況靈活的調(diào)整各資源的配額，計(jì)算完成后把分析結(jié)果輸出給用戶終端2。其中，各種地質(zhì)模型和分析模型可以是用戶自行設(shè)計(jì)，通過管理員加載完成的，可以僅對本用戶開放，也可以通過授權(quán)對其它用戶開放。
[0038]在災(zāi)害仿真方面，當(dāng)用戶需要進(jìn)行災(zāi)害仿真的研究時(shí)，在用戶端軟件上選定所需仿真的數(shù)據(jù)塊，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，涉及:時(shí)間段、區(qū)域選取、參數(shù)種類等分類信息，然后選取滑坡、泥石流、塌陷、地震、山洪、雪崩等災(zāi)害仿真模型，下達(dá)仿真指令，災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I根據(jù)仿真的時(shí)間要求和數(shù)據(jù)計(jì)算的復(fù)雜度、規(guī)模預(yù)估所需的資源，然后在資源池內(nèi)調(diào)用CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源，進(jìn)行并行計(jì)算，計(jì)算完成后把仿真結(jié)果輸出給用戶。其中，各種仿真模型可調(diào)用庫內(nèi)現(xiàn)有的，也可以用戶自行設(shè)計(jì)通過管理員加載完成，其使用權(quán)限可設(shè)置為獨(dú)享或共享。
[0039]在災(zāi)害視景仿真方面，當(dāng)用戶需要將災(zāi)害仿真的結(jié)果用直觀的方式展示出來時(shí)，在用戶端軟件上選定視景仿真功能，下達(dá)指令。災(zāi)害信息云計(jì)算平臺I將根據(jù)仿真結(jié)果調(diào)用相應(yīng)的視景仿真模型(包括:三維地形模型、天空光照背景模型、天氣特效模型、渲染模型、運(yùn)動(dòng)位移模型、紋理模型、繪制模型等)，進(jìn)行視景仿真，將畫面和聲音結(jié)果用三維圖像表示出來，呈現(xiàn)給用戶一個(gè)逼真、直觀的仿真結(jié)果。
[0040]本發(fā)明的一個(gè)代表性實(shí)施例參照附圖得到了詳細(xì)的描述。這些詳細(xì)的描述僅僅給本領(lǐng)域技術(shù)人員更進(jìn)一步的相信內(nèi)容，以用于實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選方面，并且不會(huì)對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制。僅有權(quán)利要求用于確定本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，在前述詳細(xì)描述中的特征和步驟的結(jié)合不是必要的用于在最寬廣的范圍內(nèi)實(shí)施本發(fā)明，并且可替換地僅對本發(fā)明的特別詳細(xì)描述的代表性實(shí)施例給出教導(dǎo)。此外，為了獲得本發(fā)明的附加有用實(shí)施例，在說明書中給出教導(dǎo)的各種不同的特征可通過多種方式結(jié)合，然而這些方式?jīng)]有特別地被例舉出來。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)，其包括災(zāi)害信息云計(jì)算平臺(I)、用戶終端(2)和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)(3)，所述災(zāi)害信息云計(jì)算平臺(I)的架構(gòu)采用六層架構(gòu)設(shè)計(jì)，其配置地用于根據(jù)災(zāi)害信息和地質(zhì)信息調(diào)用地質(zhì)模型和分析模型完成災(zāi)害信息的計(jì)算和處理、災(zāi)害仿真、災(zāi)害評估、預(yù)警預(yù)報(bào)以及演示災(zāi)害過程，所述六層架構(gòu)包括硬件資源層、統(tǒng)一資源池層、地質(zhì)模型和分析模型資源池層、災(zāi)害仿真模型資源池層、災(zāi)害視景仿真表達(dá)層和管理調(diào)度層，所述災(zāi)害信息云計(jì)算平臺(I)內(nèi)部采用開放式的架構(gòu)，每層內(nèi)部具有1接口，用于實(shí)現(xiàn)供擴(kuò)展、刪減或修改以及調(diào)度的功能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于:所述硬件資源層中的硬件資源包括服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于:所述統(tǒng)一資源池層配置地對所述硬件資源層的所述硬件資源進(jìn)行虛擬化形成特定資源。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于:所述地質(zhì)模型和分析模型資源池層針對災(zāi)害類型以及地質(zhì)類型建立地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型庫和分析模型庫。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于:所述災(zāi)害仿真模型資源池層針對突發(fā)災(zāi)害進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和關(guān)聯(lián)歷史數(shù)據(jù)的仿真計(jì)算和危險(xiǎn)評估。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于:所述災(zāi)害視景仿真表達(dá)層和管理調(diào)度層針對不同災(zāi)害目標(biāo)和災(zāi)害等級進(jìn)行視景模擬，包括建立視景仿真中所需的繪制模型庫和調(diào)度關(guān)系。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)害信息云計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于:所述管理調(diào)度層面向不同用戶提供服務(wù)的多個(gè)并行的信息任務(wù)進(jìn)行管理和調(diào)度。8.一種災(zāi)害?目息75:計(jì)算方法，其米用權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的災(zāi)害彳目息75:計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于能夠?qū)崿F(xiàn)災(zāi)害信息的存儲(chǔ)、災(zāi)害信息的計(jì)算和處理、災(zāi)害仿真、災(zāi)害評估、預(yù)警預(yù)報(bào)以及演示災(zāi)害過程。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的災(zāi)害信息云計(jì)算方法，其特征在于:所述方法包括以下運(yùn)行階段:規(guī)劃、部署和運(yùn)行，其中，規(guī)劃階段包括對各種硬件資源池，一致的調(diào)度方法和快速的部署技術(shù);部署階段是不同用戶根據(jù)各自的資源需求動(dòng)態(tài)占用各種資源，先進(jìn)行初始化資源部署，當(dāng)所有硬件和軟件資源環(huán)境已經(jīng)就緒，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行的初始化配置過程，在任務(wù)執(zhí)行過程中展開運(yùn)行部署，為了滿足不同用戶的彈性需求，對資源進(jìn)行的動(dòng)態(tài)調(diào)度和配置;運(yùn)行階段是使用資源進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)，最終得到結(jié)果的過程。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的災(zāi)害信息云計(jì)算方法，其特征在于:所述方法在實(shí)現(xiàn)不同的功能時(shí)，包括以下步驟: 在災(zāi)害數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，當(dāng)用戶采集的災(zāi)害數(shù)據(jù)需要將海量的、長期的、可靠的存儲(chǔ)或備份時(shí)，用戶終端(2)通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程把數(shù)據(jù)上傳給災(zāi)害信息云計(jì)算平臺(I)，平臺將根據(jù)數(shù)據(jù)的規(guī)模和特點(diǎn)開辟出一個(gè)空間存放此數(shù)據(jù)； 在災(zāi)害數(shù)據(jù)處理方面，當(dāng)用戶需要進(jìn)行災(zāi)害數(shù)據(jù)比較和分析時(shí)，在用戶端軟件上選定待分析的數(shù)據(jù)塊，然后選取地質(zhì)模型和分析模型，下達(dá)計(jì)算指令，災(zāi)害信息云計(jì)算平臺(I)接收到命令，根據(jù)計(jì)算的規(guī)模和用戶的計(jì)算時(shí)間要求預(yù)估所需的資源，然后在資源池內(nèi)調(diào)取相應(yīng)的資源，進(jìn)行并行計(jì)算，再此過程中可根據(jù)實(shí)時(shí)情況靈活的調(diào)整各資源的配額，計(jì)算完成后把分析結(jié)果輸出給用戶終端(2)，其中，各種地質(zhì)模型和分析模型是用戶自行設(shè)計(jì)，通過管理員加載完成的，或者僅對本用戶開放，或者通過授權(quán)對其它用戶開放； 在災(zāi)害仿真方面，當(dāng)用戶需要進(jìn)行災(zāi)害仿真的研究時(shí)，在用戶端軟件上選定所需仿真的數(shù)據(jù)塊，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，涉及:時(shí)間段、區(qū)域選取、參數(shù)種類等分類信息，然后選取災(zāi)害仿真模型，下達(dá)仿真指令，災(zāi)害信息云計(jì)算平臺(I)根據(jù)仿真的時(shí)間要求和數(shù)據(jù)計(jì)算的復(fù)雜度、規(guī)模預(yù)估所需的資源，然后在資源池內(nèi)調(diào)用CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源，進(jìn)行并行計(jì)算，計(jì)算完成后把仿真結(jié)果輸出給用戶； 在災(zāi)害視景仿真方面，當(dāng)用戶需要將災(zāi)害仿真的結(jié)果用直觀的方式展示出來時(shí)，在用戶端軟件上選定視景仿真功能，下達(dá)指令，災(zāi)害信息云計(jì)算平臺(I)將根據(jù)仿真結(jié)果調(diào)用相應(yīng)的視景仿真模型，進(jìn)行視景仿真，將畫面和聲音結(jié)果用三維圖像表示出來。
【文檔編號】G06Q10/04GK105956981SQ201610297979
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】華翔
【申請人】西安工業(yè)大學(xué)