基于云计算的消防通信指挥系统架构研究

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摘 要：本文分析了消防通信指挥系统现状和发展中存在的问题，介绍了云计算的概念、优点和服务架构，提出了基于云计算的消防通信指挥系统架构体系并详述了其工作原理，为消防部队基于云计算技术的服务开发和设计奠定了坚实的基础。

关键词：云计算；消防通信指挥系统；架构

中图分类号：TP393

“十一五”期间，全国消防部队在信息化方面已经取得了巨大的成就，初步建成了消防信息化体系，提高了消防通信指挥能力，初步实现了“指挥控制实时化、通信手段多样化、情报信息多元化、辅助决策科学化、指挥终端智能化”等目标，全面提升了消防部队灭火救援快速反应能力。但是随着经济和社会发展，现有的各级消防通信指挥系统对日益膨胀的软硬件设备需求难以有效控制，各类资源浪费情况也日益突出，数据资源虽然在一定程序上得到了有效整合，但在与部队内部、社会单位相关系统之间仍然存在交互、共享障碍，并对消防指挥调度信息系统的数据深层次智能化应用仍显得缺乏。

云计算的出现，使得人们对资源利用和交互模式的理念开始发生了根本性的转变，对信息应用的存储、计算能力以及相关软硬件资源能够得到按需分配，使得诸如大数据分析、复杂模型计算、快速响应计算等需要进入应用阶段。

结合以上情况，本文提出了一种基于云计算的消防通信指挥系统架构模式，希望通过采用云计算技术来解决目前消防通信指挥系统面临的资源利用率不高、系统异构性和不同系统之间的数据共享、数据深度挖掘等问题。

1 消防通信指挥系统发展现状

消防通信指挥系统是一个集有线通信、无线通信、计算机网络通信、计算机辅助决策、地理信息处理、CTI、数据库管理、综合信息管理等技术于一体的高科技集成综合系统，由火警受理、火场通信、计算机网络、地理信息、车辆动态管理、移动通信、通信指挥模拟训练、消防指挥决策支持、火场实时图像监控、消防信息管理等多个子系统组成部分。该系统覆盖整个城市，范围规模大，包括消防通信指挥中心、消防中队、火灾现场、消防车辆、城市重点单位及救灾相关单位等。

经过多年有规划、有步骤的消防信息化建设工作，公安消防部队在全国各地级城市（含以上）相继建成了消防通信指挥系统。该系统能快速地实现信息的收集、传递和处理，辅助消防指挥员进行快速、正确的决策，快速生成作战命令、指示，准确地掌握火场情况，监控火场发展情况，在扑救火灾和处置应急救援事故中发挥了重要的作用，为各级消防部队的调度指挥决策提供了科学、高效的支撑手段，效益明显。

2 消防通信指挥系统存在的问题

消防通信指挥系统在取得成效的同时，我们也要深刻认识到该系统还存在着一些问题。随着消防部队灭火救援信息化应用的不断深入和信息技术的快速发展，该系统的现状与消防部队现代化的发展要求相比，尚存在一定差距，难以更好地满足消防部队实际工作的需求。从目前情况来看，主要存在以下问题。

2.1 系统硬件资源利用率不高，且安全性有待提高。消防通信指挥系统硬件包括通信、CTI、GIS、GPS、数据处理、录音、视频、模拟演练等应用和数据库服务器20多台及相关的网络、安全和存储阵列等设备。这些设备随着系统建设购置分配（根据业务需求购买服务器、存储和网络等基础设备和数据库、中间件等软件资源，然后进行业务软件开发），系统一旦实施完毕，硬件基础设施与应用的耦合度和关联性强，其扩展能力受制于计算、存储等容量以及软件的扩展能力，设备和软件优化升级扩容困难。这样，部分设备的资源得不到优化配置和调度，基础实施资源很难进行整合，导致后面设备数量激增，资源整体资源利用率不高，浪费严重。同时，系统核心业务运行涉及多台硬件计算设备（部分关键业务应用仍然在单机环境运行），其中系统任何一台的设备宕机都有可能产生单点故障，易对系统的整体业务连续性造成重要影响，系统整体安全性问题突显。

2.2 系统共享了部分内部数据，但与外部系统间存在“数据鸿沟”问题。消防通信指挥系统已共享了一体化消防业务信息系统政治工作系统和警务系统的干部和士兵数据、装备管理系统中的装备数据，共享了消防中队图像监控、公安卡口和道路治安监控等图像数据。但该系统仍与公安人口信息系统、PGIS系统、消防户籍化管理单位系统（消防设施及火灾隐患等状态）等系统数据尚未完全对接，与气象、医疗急救、燃气、供水、供电、房地等应急联动单位的数据共享举步维艰，导致在火灾和应急救援事故处置中急需的信息获取不到、数据更新不及时，在一定程度上影响系统效能的发挥。

2.3 系统缺乏深层次的应用，数据综合利用率低，智能辅助决策功能较弱。该系统现有应用虽能基本满足了灭火和应急救援诸多工作初步需求，但在指挥调度应急决策、数据综合研判分析、灭火现场模拟演练等方面仍缺乏深层次应用，现有指挥调度和火灾扑救在一定程度还是凭个人经验，现有系统对部分新入警的消防接警员和现场指挥员分析及决策指导性不强。同时，该系统数据资源深层次挖掘利用还比较欠缺，有的城市虽积累了十多年的消防接处警指挥调度文字和语音数据、大量火灾现场案例图像数据，但数据分析和决策能力仍然较弱，缺乏预警预测、案例决策等大数据深度应用，无法满足任务日益繁重的消防部队实战智能化的要求，现有系统在消防通信指挥中发挥信息化支撑作用能力有待提高。

3 云计算概述

3.1 云计算概念。云计算（Cloud Computing）是网格计算、分布式计算、效用计算、并行计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机和网络技术融合的产物。云计算通过网络将分散在不同物理位置上的资源（包括软件、硬件和数据等）联合起来，进行统一而灵活的管理、调度和利用，并按照需要以服务的方式提供给用户，是一种信息化技术和新型商业模式的结合体。云计算的后台可以是分散的、异构的，这些资源通过网络进行连接后可以提供海量的数据存储和极强的计算能力。而对于用户来说，所有这些后台资源和技术细节都被屏蔽，用户只需通过个人终端就可以获得所需的数据和服务。其核心思想是将分散的资源联合起来，并过滤掉复杂的架构与技术，以简单的方式供用户使用。目前像微软、Amazon、Yahoo、Google、IBM、Sun等国际大公司都提供了云计算的应用业务。

3.2 云计算的优势：（1）超大规模和虚拟化。“云”具有超大的规模，“云”提供给用户前所未有的超强计算能力；“云”端采用虚拟化技术，支持用户在任何时间和地点，使用简单的终端设备登录并获取“云”端的数据和软件资源。（2）通用性和易扩展性。云计算不针对特定的应用，在“云”的支撑下根据用户的需求构造出多样化的应用；“云”的规模也可以动态伸缩，满足应用环境和用户规模的变化。（3）高可靠性和灵活性。“云”使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，并支持任意点的恢复。（4）数据与应用共享。在云计算的网络应用模式中，数据只有一份被保存在“云”端，用户接入网络后能够同时访问和使用同一数据，避免在不同设备之间进行同步的开销。（5）简单的终端和按需提供服务。包括应用软件在内，几乎所有的数据存储在“云”内，终端的功能将会退化，企业和用户按需支付购买所需的服务。（6）高度自治性。通过自动化配置管理服务，能够按需自动调配服务，同时根据应用环境的变化自动增加或减少服务的数量。

3.3 云计算架构。云计算架构一般分为三层：基础设施层、平台层和应用层。其服务的基本形式包括：基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。具体为：（1）基础设施层（IaaS），这是云所提供的最基础的服务形式。IaaS通过网络提供计算、存储、网络等资源。这些基础资源根据各部门的需求进行动态分配，所提供的服务都是偏底层，但使用也更为灵活。（2）平台即服务（PaaS），是指将云中的中间件作为服务提供给用户，这些资源包括数据库、应用容器等。PaaS提供了基础的架构，软件开发人员可以在这个基础上进行新应用的二次开发，降低了程序开发的复杂度和开发周期。（3）软件即服务（SaaS），是指将软件部署在服务器上，通过网络将这些软件以服务的模式提供给用户。用户根据自己的需要对各种功能模块进行组合，形成具有个性化的软件。这种模式灵活性高、要扩展性好，大大降低了用户的初期投入和维护成本。

4 基于云计算的消防通信指挥系统架构

在分析消防通信指挥系统现状的基础上，为解决当前存在的问题，并结合消防通信指挥现有业务深化应用层次需求，运用云计算的架构思想和关键技术，构建基于云计算的消防通信指挥系统架构，并将其分为四层，自下而上分别由IaaS层、PaaS层、DaaS层、SaaS层组成。其架构如图1所示。

图1 基于云计算的消防通信指挥系统架构

4.1 IaaS层。该层包括了硬件基础设施层和基础设施管理层两部分。硬件基础设施层构成云计算平台最重要的大量硬件基础设施和物理资源，构成了消防通信指挥系统共享使用的硬件资源池，主要包括计算类资源、存储备份类资源、网络互联类资源。基础设施管理层是为了能有效地调度和共享使用资源池中的物理资源，使用虚拟化软件对大量的服务器、存储以及网络资源进行虚拟化；同时，为了能给应用提供动态和弹性扩展的资源分配能力，还需要使用基础设施管理平台软件对各种虚拟化资源和物理资源进行统一管理、调度分配和使用监控。

4.2 PaaS层。该层主要提供各种完成云计算和云存储所必需的平台支撑软件，主要包括云存储系统和云计算系统两大部分。云存储系统需要提供结构化数据的存储和快速查询能力，以及大量非结构化和半结构化数据的存储和处理能力。消防通信指挥系统中存在着很多高度结构化的业务数据，为了能对这些数据进行快速查询，最好把它们存储在关系数据库中（如Oracle等）。同时，消防通信指挥系统中出现了大量的非结构化和半结构化数据，因其数据量大无法继续使用关系数据库保存和处理，需要提供分布式文件系统来进行存储，目前较为完善、广为大家接受和使用的分布式文件系统是开源的Hadoop系统中的HDFS。云计算系统主要用来进行大数据的并行处理，完成消防数据的分析和挖掘。目前，较为成熟的并行处理软件是开源的Hadoop，它提供了MapReduce并行编程和计算软件框架。

4.3 DaaS层。该层为数据资源服务层，包括共享数据资源和应用系统数据资源两部分。应用系统数据资源是各个应用系统的自有数据，共享数据资源是公安数据资源、社会面应急联动单位数据资源。通过建设共享的统一数据资源服务层，可进一步收集、整合公安和应急联动单位各类数据资源，为消防通信指挥各类应用提供数据资源支撑服务。该层主要是建立资源数据库、开发信息资源管理软件、制定一套完成的信息资源数据更新流程，从而实现数据资源是可伸缩的，并将数据存储在不同的分布节点上且采取多份存储数据。该层采取关系型数据、结构化数据数据库和非结构化的分布式文件系统相结合的数据管理模式，实现数据资源共享。

4.4 SaaS层。该层包括共享服务构件层和应用系统层两部分。共享服务层公用的服务资源包括消息服务、地理信息服务、数据抽取集成服务、统计分析服务、数据挖掘服务、安全服务以及统一数据资源访问等公用服务模块和程序。这些共享服务构件的开发可基于Web Service和SOA构件完成开发，以一种标准的方式为通信指挥系统提供共享集成和互操作访问能力。应用系统层由各个子系统构成，具体包括预警预测、车辆调度、灾情推演、应急指挥、实时决策、模拟演练、综合研判、风险评估等内容。这一层需要根据实际工作需求和应用现状逐步开展建设实施。

5 结束语

云计算技术是新兴技术，在消防部队应用还处于起步探索阶段，本文将云计算应用到消防通信指挥系统中，对于解决当前信息系统存在的问题提供了新的思路，从而满足了消防部队对硬件资源的利用、信息资源的高度集成共享和深层次系统和数据应用需求，为后续的研究和应用奠定坚实的基础。但云计算技术仍不是非常成熟，随着该技术的全面发展和消防通信指挥系统建设的进一步推进，如何将云计算应用到消防通信指挥系统的落地阶段仍有许多困难亟需解决，还有待消防部队从事信息化工作人员进一步研究和探索。

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作者简介：丁祥郭（1974.08-），男，江西修水人，硕士，司令部信息通信处高级工程师，主要从事消防信息化建设和应用研究工作。

作者单位：上海消防总队，上海 200002