新一代国家突发事件预警信息发布云服务平台设计与实现

2021-03-07曹之玉贺姗姗刘丽媛

科学技术与工程 2021年4期

曹之玉, 贺姗姗, 孙超, 刘丽媛*

(1.国家预警信息发布中心, 北京 100081； 2.国家气象信息中心, 北京 100081)

中国是世界上自然灾害最为严重的国家之一,灾害种类多,分布地域广,发生频率高,造成损失严重,这已成为中国的基本国情。为了最大限度地避免生命和财产损失,建立一套权威、及时、有效、覆盖面广的国家突发事件预警信息发布系统[1](以下简称国突系统),使公众迅速有效地从各种发布手段接收到各部门发布的预警信息[2-3],实现预警信息的快速制作[4]、靶向发布[5],以及高效传输到影响区域[6],公众可以提前做好灾害应对准备,减少人员伤亡,精准落实防灾减灾严峻形势的属地责任,充分体现国家应急管理治理现代化,服务型政府关注民生、服务均等的责任,为社会经济发展保驾护航[7-8]。

国突系统在2013年完成系统建设,部署了1个国家级、31个省级、343个市级平台,实现了横向连接各部门预警信息的采集、共享与发布,纵向实现国家、省、市、县各级预警信息的上下传输和共享。2015年正式开展全国系统业务运行。近年来,随着大数据、云计算,以及物联网等新兴技术不断发展,为各行各业解决业务运行过程中出现的硬件资源不集约、传输效率低等业务瓶颈提供了可能[9-11],基于云架构的新一代国突系统建设,将实现资源弹性部署、数据安全可靠传输。现提出系统的架构、功能、接口和数据流程的设计思路和实现方法,以期为新一代国突系统建设提供参考。

1 国突系统云服务平台架构设计

1.1 总体设计

升级原有国突系统的计算、网络、存储结构,搭建基于云架构的开放式系统框架,建立国家级和省级两级节点的云基础支撑平台,每级节点均包含专有云、政务云和公共云。其中,公共云是两级节点共用,每级的专有云和政务云互为补充和备份,如图1所示。在专有云和政务云上部署国家、省、地市、县四级应用的纵向一体化以及横向多部门联合的预警发布平台,实现统一的资源管控、开发环境和标准,以及应用支撑,提高集约化和安全性。在公有云上部署门户网站系统、突发事件应急直报系统,实现省、市、县共享共用。国省两级节点需要满足信息安全等级保护和国家电子政务工程建设项目相关规定,并按照系统三级等保的要求设计。

图1 网络部署Fig.1 Network deployment

1.2 云服务模型设计

云基础支撑平台架构总体分为4层：软件服务层(software service layer, SaaS)是经过封装的,提供预警信息发布功能为主线软件平台应用；平台服务资源池(platform service resource pool, PaaS)利用混合云管理平台和开放式架构平台提供统一的资源管控、开发环境及标准和应用支撑环境；数据共享服务资源池(data sharing service resource pool, DaaS)根据不同的业务应用、数据类型规划数据库资源,同时对数据进行集中整合处理,通过数据采集、数据处理、数据管理、数据挖掘、数据分析、数据共享等工作,提供针对不同用户提供统一的数据共享服务；基础设施资源池(infrastructure resource pool, IaaS)采用“政务云+专有云+公有云”的混合云模式,配置合理的网络资源、计算资源、存储资源等,为云服务平台提供集约高效、按需供给、弹性伸缩的网络、计算、存储资源和基础软件资源,如图2所示。并制定统一的运维体系、统一的安全机制和统一的标准规范,实现系统的安全、高效、可靠运行。

2 主要功能设计

2.1 基于SaaS层的预警信息发布功能

(1)预警信息的制作与采集功能。新一代国突系统在原有平台上对预警信息的采集处理、预警业务管理、发布结果评估进行升级和改造,实现各类预警信息的制作与采集,支持应急管理、水利、地震、海洋、气象等各部门特有的预警类型及内容模板制作、人工信息录入功能,实现对信息内容的基于自然语言分析的校对提醒功能,同时支持与相关部门的预警制作自建平台的无缝对接。

图2 基于云平台的新一代国突系统架构图Fig.2 Architecture diagram of a new generation of National Early Warning

(2)业务综合管理功能。国家、省两级平台间实现预警信息的交换(含上传备案和直接下发),并通过每级各种发布渠道进行统一发布的综合管理。建立统一的数据、业务规范,实现预警类别、预警级别,行政区划、部门、人员和岗位等业务管理信息的规范,统一由国家级进行系统配置,支持向省级平台同步；省级平台完成信息的收集、填写、报告。

(3)发布手段的调度与信息反馈功能。实现各级不同发布渠道的对接和备案,根据不同预警类型的致灾强度系数自动配置一键式发布,实现发布渠道发布情况的反馈信息实时收集,并能够根据发布结果分析生成新的发布策略。

(4)预警信息精准靶向发布功能。实现基于地理信息系统(geographic information system, GIS)的精准预警落区研判分析,精准判定影响范围和影响人群,并选择最优渠道进行精准靶向发布。建立基于用户画像的应急责任人发布流程,绘制责任人预警需求“一张表”,实现定制化精准发布服务。

(5)实时监控与展示功能。实现各级系统的设备运行情况,操作系统、数据库、应用进程运行状态等实时监控与分析；实现预警信息在系统中采集、审核、签发、复核、发布等流程中的完成时间、完成人、完成状态等各环节业务处理信息监控管理。全部监控信息在省级节点采集并展示,并向国家级备案和全国展示。

(6)发布效果评价功能。实现预警信息发布后,各渠道发布结果进行收集和分析,完成预警发布覆盖率、送达率等指标的计算。同时,通过针对预警影响区域开展问卷调查,结合指标计算结果对发布效果做出客观评价。

2.2 平台服务资源池(PaaS)应用支撑功能

平台服务资源池实现了集约的微服务集成,具备与主流开源微服务应用构成一个完整的、可扩展的、混合云及微应用统一管理功能。实现对混合异构IaaS与PaaS统一集中管控,提供虚拟主机、软件定义网络、弹性存储等云基础资源的统一管理监控。同时基于容器技术的开放式框架平台,提供统一的开发框架、开发环境及开发工具,实现应用运行时管理、持续继承持续交付、应用模板部署等。通过在该平台下部署中间件、GIS引擎、分布式计算环境、存储管理软件等软件为上层应用提供丰富的应用的支撑。

2.3 数据共享服务资源池(DaaS)数据服务功能

数据服务资源池(DaaS)根据不同的业务应用、数据类型规划数据库资源,同时对数据进行集中整合处理,通过数据采集、汇集、处理、管理、交换、共享等工作,针对不同用户提供统一的数据共享服务。

2.4 基础设施资源池(IaaS)硬件支持功能

基础设施资源池(IaaS)分为网络资源池和计算存储资源池。网络资源池是充分考虑全国各省政务云建设现状,具备条件的省份以政务云为系统的主运行环境；不具备条件的省份以气象宽带网为系统的主运行环境。按照网络所承载的业务运行特点,根据传输数据类型、传输时效、容错能力等要求进行网络结构、网络带宽设计,并结合安全要求划分相应的域,在确保安全的情况下增强网络服务能力。

计算存储资源池按照气象信息化指导要求,遵循《气象信息化基础设施资源池建设指南》的技术规范,基于气象基础设施云平台的统一设计,扩建支撑新一代国突系统的云平台基础设施资源,并扩充融合到气象大数据云平台的基础设施资源池中。

2.5 信息安全与保障体系建设

通过在电子政务外网区和互联网区部署相应的防火墙、安全管理平台、漏洞扫描系统和入侵防护设备等安全设备,建设一个满足等保三级要求的信息安全等级保护系统,从而提升国突系统的安全性。制定新一代国突系统高层次的安全策略文件,包括安全组织机构划分策略、业务系统分级策略、数据信息分级策略、子系统互联策略、信息流控制策略等内容,形成安全工作运行模式。

3 平台信息接口设计

新一代国突系统采用国、省两级节点部署,两级间要实现包括预警信息、业务管理信息、系统反馈信息、发布终端反馈信息和系统监控反馈信息的实时交换,系统间交换的信息如图3所示。

图3 国、省两级间信息交换示意图Fig.3 Schematic diagram of information exchange between national and provincial levels

对外界采集的信息、向外发布的信息以及外界反馈的信息,分别建立对外服务接口实现,如图4所示。包括应急指挥系统接口实现应急指挥指令的接收和执行情况报告；防灾减灾相关部门预警生成系统接口实现预警信息的对接、处理情况反馈和发布结果通报的平级的对接；发布终端管理系统接口实现预警信息下发及发布结果信息收集；社会媒体接口提供基于时间、区域、类型、级别、时效、发布单位等多条件组合的预警信息的访问服务、业务通知的访问及发布结果采集；相关工程支撑系统接口实现观测数据、普查数据等相关信息的自动化数据对接共享。面向决策层、应急责任人、社会公众的公众接口实现个性化定制、信息上报、业务咨询等。