地质调查数据实时传输系统运维平台的设计与实现

任晓霞，张鸣之，周 萌，杨淑云，杨 飞

(中国地质环境监测院，北京 100081)

0 引言

我国是世界上地质灾害最严重的国家之一，地质灾害是威胁人民财产和社会经济发展的重要地质环境问题［1-4］。近年来，国土资源部、中国地质调查局等进行了大量关于地灾防治、应急指挥以及远程会商等工作［5-7］，效果良好，出现了地质调查数据实时传输系统，以及以此为原型的国土资源部远程会商与应急指挥系统、便携式远程会商与应急指挥移动系统等地质调查业务系统。随着地质调查业务应用的增多，要求系统必须具备及时高效、安全可靠、快速响应等特点［8-9］，一旦发生应急突发事件，运维管理人员能够快速捕捉地质调查远程会商中出现的视频设备错误、网络连接错误、带宽不够等问题和加以解决，以满足系统能为现场应急处置提供数语音、图像等数据的需求。

为此，本文以地质调查数据实时传输系统中的设备资源作为运维对象，设计并实现了地质调查数据实时传输系统运维平台，完成了对系统内各网络设备、卫星设备、视频设备等状态监控、日志分析、短信报警、卫星带宽自动调度等功能，为运维管理人员提供了快速定位系统问题的有效信息。

1 地质调查数据实时传输系统介绍

系统的目标是紧密结合国土资源部、地质调查局地质灾害应急响应及野外地质调查工作需求，依托地质灾害预警应急中心建设，完成高效稳定的系统运维平台建设。配合实际应用与野外测试实现运维平台及系统的改进完善，保障地质灾害应急指挥与远程会商的顺利进行。

为实现系统目标，采用野外设备—多级网络—调度控制—服务支持四级模式，在统一的系统运行维护体系和网络及数据安全体系的支撑下，实现系统目标功能。系统框架见图1。

图1 地质调查数据实时传输系统－系统框架Fig．1 Framework of geological survey data real-time transmission system

野外设备层是通过车载/便携两用、轻型地质调查数据实时传输系统设备来获取野外数据，实现地质调查数据的采集功能。

多级网络层是保障地质调查数据在不同网络上的数据传输。在地灾抢险的恶劣环境应急通信使用IP卫星［9］，进入地面站后通过国土资源部、地质调查局网络传输数据。

调度控制层是实现对卫星资源的调度计划管理、卫星资源通信管理及卫星站点入站管理等功能。

服务支持层是系统对外提供的服务功能，如视频会商、技术指导、使用指南等功能。

2 运维平台总体设计

2.1 设计目标

地质调查数据实时传输系统运维平台(以下简称运维平台)一是监控地质调查数据实时传输系统中的运行对象，对异常变动情况报警，提示运维人员，最终保障地质调查数据实时传输系统的顺畅运行和快速反应，全面提升地质灾害应急保障的能力;二是规范化应急会商通信流程控制、安全管理和通知管理等功能，以满足突发地质灾害监测预警、应急调查和应急处置的需要，以期提高应对灾害的能力，降低地质灾害对人民生产生活造成的影响。

因此运维平台必须具备以下4方面的功能:

(1)智能监控管理:包括通信前各节点链路畅通的检测、通信过程中各网络节点的实时监控以及通信过程中节点故障快速检测与排除。

(2)应急会商通信流程控制:其目的是实现卫星带宽资源审批、调度、会商视频会议调度一体化管理，明确流程各阶段技术人员职责与操作规范，在运维平台统一调度下，协同工作。

(3)安全管理:其目的是实现对应用系统、关键服务和卫星链路各节点设备产生的安全事件、主机漏洞数据等进行实时监控及综合分析，对系统认为异常的事件进行安全提示。

(4)通知管理:其目的是实现对各监测设备状态、日志等异常或者变化等的短信提醒和邮件提醒功能。

2.2 平台框架

运维平台采用B/S传统的三层架构，即数据访问层、业务逻辑层和表现层。主要功能包括对监控对象配置、卫星资源状态监控、应用服务/主机监控、网络设备监控、日志分析、卫星资源调度计划流程等。框架体系见图2。

图2 运维平台框架Fig．2 Framework of operation and maintenance platform

运维平台功能模块具体功能如下:

(1)智能监控:该模块用于实现对系统中的运行对象进行监控功能，系统对哪些运行对象进行监控由运维管理人员通过系统定制配置。监控对象包括应用服务/服务器、卫星设备、网络设备(如路由器、交换机等支持SNMP的设备)。

(2)安全管理:该模块用于实现对系统中运行对象的日志进行综合分析，提前报警可疑事件，阻止系统的不安全事件发生。日志来源主要包括应用服务、服务器/主机、卫星设备等。

(3)流程管理:该模块用于实现对卫星链路进行调度管理功能。使用者通过对卫星带宽的提前预约，运维管理人员将预约信息和调度策略加入到调度计划中，系统按照调度策略自动开启对卫星链路的调度。

(4)通知管理:该模块用于实现对运维平台产品的报警事件进行报警提示的功能。可支持邮件报警和短信报警两种方式。其中短信报警采用MAS机收发短信，链路安全可靠、传输效率高效、短信丢失率低。

(5)后台管理:该模块用于实现对运维平台的后台管理操作，使用对象主要为运维管理员。可进行监控对象配置、邮件提示配置、短信提示配置等功能。

3 运维平台实现与关键技术

3.1 开发平台

运维平台采用B/S结构，在Windows XP系统环境下开发，采用统一的 WAF集成框架下，使用Microsoft Visual Studio2005 SP1，采用 ASP.NET C#编程实现。后台数据库使用Oracle 10g，Web服务器使用IIS 7。

在WAF集成框架下，采用统一的身份认证和单点登录模块，保证用户在不同应用系统之间使用同一套用户名和密码。

3.2 关键技术

3.2.1 虚拟网络运营技术(VNO，Virtual Network Operator)

地质调查实时传输系统使用的IP卫星为ComTech公司的 VSTA产品，其卫星网管系统为Vipersat Management System(VMS)，而VNO则不需要直接借助VMS卫星网管软件，即可对远端卫星站点进行监测和参数设定(图3)。

图3 VNO存取控制图Fig．3 Graph of virtual network operator access control

由图3可知，VNO中介服务器用于控制不同用户操作不同卫星网络，以达到虚拟网络运营的目的，它通过远程过程调用(RPC)与VMS网管服务器交互，实现对卫星网络的管理。应用服务前端，VNO有效用户登陆到VNO应用服务器，VNO应用服务器通过SOAP协议与VNO中介服务器进行交互，实现与VMS服务器的间接交互。运维管理人员只需要配置VNO中间服务器，将卫星网络划分为不同的虚拟卫星网络(不同虚拟网络分别由不同用户管理)，通过VNO提供的SDK开发包进行二次开发定制VNO应用服务，就可通过浏览器实现对卫星网络的虚拟管理功能。

3.2.2 简单网络管理协议(SNMP，Simple Network Management Protocol)

SNMP协议是目前用作监控比较智能化的方法，具有较高的实时性，且不会占用过多的网络资源［10］，该方法要求被监控的对象支持SNMP协议，而运维平台中监控对象均为支持SNMP的设备，因此运维平台采用SNMP协议作为监测手段。在网络设备中打开SNMP功能，依据SNMP(协议)访问这些设备，将设备状态通过HTTP服务器发布，让客户通过浏览器查看。

3.2.3 WAF.NET集成框架技术

WAF.NET采用Castle(1.0 RC3)+iBatis.Net(DataAccess 1.9.1、DataMapper 1.6.1)构建。Castle是基于ASP.NET的MVC Web框架，以模型-视图-控制器(Model-View-Controller)方式将业务逻辑与数据分类，只关心应用程序的流程逻辑视图和表现逻辑［11-12］。iBatis是混合了多种操作关系数据的数据持久层框架，是将数据持久化作为对象化服务，而不必在程序中直接使用SQL(结构化查询语句)语句来与数据库交互［13-14］，从而简化了程序员在代码中对数据库的直接操作。

WAF.NET框架提供统一的界面样式、界面模板、JavaScript脚本、C#工具类、异常和错误处理、权限管理、日志管理、事务管理、多种组件等公共功能。

3.3 运行结果

运维平台部署在Windows操作系统下，Web服务器使用IIS7.0，实现了智能监控、安全管理、流程管理、通知管理等功能模块，报警提示通过MAS机发送短信责任人，支持应急指挥与远程会商等工作。

图4给出了运维平台的卫星资源状态的监控结果示意图，它是地质调查数据实时传输的卫星通讯的关键监控部分。从运维平台上不仅可以查阅卫星资源的实时状态变化，同时对于状态切换为进行邮件提示和短信提示。

图4 运维平台－卫星状态示意图Fig．4 Graph of satellite status of operation and maintenance platform

图5给出了运维平台的通知管理的短信报警示意图，它是运维平台重要的报警手段，可以将报警信息发送到已配置的联系人手机上，从而达到快速提示联系人的目的。

图5 运维平台－短信报警示意图Fig．5 Graph of SMS alarm of operation and maintenance platform

4 结语

为更好地支撑地质灾害应急的快速响应等需求，采用VNO、SNMP、WAF框架等技术，设计并实现了地质调查数据实时传输系统运维平台，该平台从主动防御的日志分析角度和监控设备状态两种方式，实现了对系统的报警提示。配合地质灾害预警应急中心建设，实现了全国范围各子系统稳定接入，保障系统高效运行与信息安全，为应急指挥与远程会商特别是汛期时期的地质灾害应急提供了有力的技术支撑和运维保障。

［1］丁明涛，周鹏，程尊兰，等.基于传感网的泥石流短临预警体系设计［J］.中国地质灾害与防治学报，2015，26(2):63-58.DING Mingtao，ZHOU Peng，CHENG Zunlan，et al.Design of a very earcy warning system of mudslides based on sensor network ［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2015，26(2):63-58.

［2］石菊松，吴树仁，张永双，等.应对全球变化的中国地质灾害综合减灾战略研究［J］.地质论评，2012，58(2):309-318.SHI Jusong，WU Shuren，ZHANG Yongshuang，et al.Integrated landslide mitigation strategies study for global change in China ［J］.Geological Review，2012，58(2):309-318.

［3］邢丽霞，罗跃初，李亚民，等.我国地质环境监测现状及对策［J］.资源与产业，2011，13(3):110-115.XING Lixia，LUO Yuechu，LI Yamin，et al.Status and approaches to China’s geological environment monitoring［J］.Resources ＆ Industries，2011，13(3):110-115.

［4］杨阳，徐海峰，何勇军，等.降雨山洪引发滑坡预报预警研究现状及评述［J］.人民黄河，2014，36(8):43-46.YANG Yang，XU Haifeng，HE Yongjun，et al.The research status and review of rainfall and flash flood triggered landslide forecasting and warning ［J］.Yellow River，2014，36(8):43-46.

［5］范宏喜.加强地灾应急会商系统建设［J］.水文地质工程地质，2009，36(227):142.FAN Hongxi. Enhance Geo-hazard emergency consultation system construction［J］.Hydrogeology ＆Engineering Geology，2009，36(227):142.

［6］徐绍史.有效开展地灾防治，力避群众生命财产损失［J］.西部资源，2012(4):1.XU Shaoshi. Effectively carry out geo-hazard prevention and control and strongly avoid loss of life and property of people［J］.Westrn Resources，2012(4):1.

［7］张磊，陈张建，夏跃珍，等.浙江省突发性地质灾害应急空间辅助决策支持系统设计与实现［J］.中国地质灾害与防治学报，2014，25(3):135-140.ZHANG lei，CHEN Zhangjian，XIA Yuezhen，et al.Design and realization of spatial assistant decision support system of emergency response for abrupt geological hazards in Zhejiang province ［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2015，25(3):135-140.

［8］席永涛，唐宁，张斌.浅议地质灾害应急会商通信卫星体制［J］.水文地质工程地质，2012，39(1):139-141.XI Yongtao，TANG Ning，ZHANG Bin.Discuss the satellite communication system in geo-hazard emergency consultation ［J］. Hydrogeology ＆Engineering Geology，2012，39(1):139-141.

［9］徐永强，马娟.基于物联网技术的地质灾害动态监测预警体系及其架构［J］.中国地质灾害与防治学报，2013，24(3):90-93.XU Yongqiang，MA Juan.Design and implementation of emergency management system based on the DOA architecture［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2013，24(3):90-93.

［10］曹文斌，陈国顺，牛刚，等.基于ICMP和SNMP的网络设备监测技术［J］.计算机工程与设计，2014，35(4):1152-1155.CAO Wenbin，CHEN Guoshun，NIU Gang，et al.Monitoring technology of network devices based on ICMP and SNMP ［J］.Computer Engineering and Design，2014，35(4):1152-1155.

［11］Fisher P，Duskis S.Spring Persistence:A running Start［M］.Berkeley:Apress，2009:123-135.

［12］马力林，孙绍荣，焦立，等.基于Castle的开放式实验室管理系统设计与实现［J］.实验室研究与探索，2010，29(5):155-158.MA Lilin，SUN Shaorong，JIAO Li，et al.Design and implementation of user-oriented laboratory information platform based on castle［J］.Research and Exploration in Laboratory，2010，29(5):155-158.

［13］程文波，卢涵宇，陈劲松.一种新的数据持久层设计方法与实现［J］.微电子学与计算机，2011，28(7):28-30.CHENG Wenbo，LU Hanyu，Chen Jinsong.A new design and application of data persistence layer［J］.Microelectronics＆Computer，2011，28(7):28-30.

［14］Clinton B，Brandon G，Larry M.iBATIS in Action［M］.New York:Manning Publications，2007:105-106.