微服務(wù)框架下的智慧人防信息管理平臺建設(shè)研究

郭沛高，張明媚，劉 津

(山西能源學(xué)院，山西 晉中 030600)

為深入貫徹落實國家關(guān)于人防數(shù)字化改革推進會議精神，各地陸續(xù)開展智慧人防信息化建設(shè)。智慧人防建設(shè)是以人民防空綜合防護體系信息化建設(shè)為目標，以信息網(wǎng)絡(luò)為命脈，以信息設(shè)備為載體，以信息軟件為靈魂，以信息資源為血液，構(gòu)建覆蓋防護救援、通信報警、工程建設(shè)管理、宣傳教育以及戰(zhàn)時應(yīng)急指揮等全業(yè)務(wù)、多領(lǐng)域、全要素的智慧人防信息平臺[1]。構(gòu)建人防信息資源共享交換和智慧人防業(yè)務(wù)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一指揮以及統(tǒng)一調(diào)度，平臺需充分考慮海量數(shù)據(jù)的共享交換、服務(wù)的動態(tài)可擴展、訪問的高并發(fā)等問題[2]，微服務(wù)框架恰好能高效實現(xiàn)平臺需求。本文利用微服務(wù)框架，結(jié)合GIS、云計算等技術(shù)，搭建了智慧人防信息管理平臺，將人防資源“一張圖”展示、人防日常管理、人防業(yè)務(wù)管理以及成果共享等常用功能進行微服務(wù)化，有效提高平臺的靈活性、安全性以及可擴展性，讓人防管理工作更加信息化和智慧化。

1 微服務(wù)框架介紹

微服務(wù)框架是基于SOA架構(gòu)升級的一種框架模式，將原本獨立的系統(tǒng)拆分成多個小型服務(wù)，每個小型服務(wù)即是一個微服務(wù)，能夠快速解決單一的業(yè)務(wù)功能和簡化系統(tǒng)開發(fā)部署工作，讓開發(fā)人員通過擴展微服務(wù)，滿足不同等級的業(yè)務(wù)需求，具有體量小、業(yè)務(wù)清晰、開發(fā)成本低以及維護容易等優(yōu)點[3]。

微服務(wù)架構(gòu)的特性主要包括四方面內(nèi)容：一是單一職責(zé)性。微服務(wù)框架下的微服務(wù)是將業(yè)務(wù)功能模塊按照單一化的方式進行拆分，微服務(wù)之間可以利用“管道”進行靈活聚合，從而輸出更強的服務(wù)能力[4]。二是獨立性。每個微服務(wù)都是采用獨立的解決方案，微服務(wù)之間具有高內(nèi)聚、低耦合。開發(fā)人員只需專注開發(fā)自己負責(zé)的微服務(wù)，極大提高了功能開發(fā)和部署的靈活性。三是輕量級通信性。微服務(wù)之間采用HTTP的RESTful API方式進行通信，可以實現(xiàn)跨平臺、跨編程語言通信，從而達到所謂的輕量級通信。四是進程隔離性[5]。傳統(tǒng)技術(shù)框架，當(dāng)業(yè)務(wù)邏輯發(fā)生改變時，需停止整個應(yīng)用進行重新部署，這樣給運維工作帶來很大的困難。微服務(wù)框架下，各個業(yè)務(wù)功能都采用微服務(wù)實現(xiàn)，具有較強的獨立性，并獨立運行在各自的進程中，當(dāng)業(yè)務(wù)邏輯發(fā)生改變時，只需停止相關(guān)功能的微服務(wù)進程，系統(tǒng)照常運行，從而減輕了運維工作壓力。

2 總體設(shè)計

2.1 架構(gòu)設(shè)計

智慧人防信息管理平臺采用微服務(wù)框架，提高平臺的靈活性、穩(wěn)定性以及伸縮性，實現(xiàn)人防管理業(yè)務(wù)服務(wù)的動態(tài)擴展和部署。平臺采用模塊分層化、微服務(wù)結(jié)構(gòu)化的架構(gòu)設(shè)計思路，讓各層間功能獨立、層內(nèi)功能耦合度最小[6]，主要包括基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、微服務(wù)層、應(yīng)用層和用戶層。

基礎(chǔ)設(shè)施層是采用云服務(wù)思路，利用虛擬化技術(shù)，構(gòu)建平臺運行所需的計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源。數(shù)據(jù)層是平臺運行的數(shù)據(jù)支撐，一方面通過在線服務(wù)的方式，調(diào)用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，如電子地圖、影像圖以及行政區(qū)劃圖等，另一方面對人防專題數(shù)據(jù)進行收集、匯交、處理和入庫，如人防工程數(shù)據(jù)、報警器數(shù)據(jù)、危險源數(shù)據(jù)、重要人防工程三維模型、重點防護目標三維模型以及重大危險源三維模型等。微服務(wù)層是對常用功能服務(wù)進行管理，將各種服務(wù)采用領(lǐng)域驅(qū)動設(shè)計方法進行細分，實現(xiàn)業(yè)務(wù)功能的微服務(wù)化，可提供單一微服務(wù)的基礎(chǔ)功能，也可提供微服務(wù)集群的復(fù)雜功能。應(yīng)用層為平臺提供的各類應(yīng)用功能，如人防日常管理、人防業(yè)務(wù)管理以及成果共享等。用戶層是平臺主要使用部門，如人防辦、政府部門、建設(shè)公司等。

2.2 技術(shù)路線設(shè)計

智慧人防信息管理平臺基于B/S結(jié)構(gòu)，前端開發(fā)采用Bootstrap開源框架，JQuery開源JavaScript庫，頁面開發(fā)采用HTML5，后端微服務(wù)框架采用SpringCloud框架，數(shù)據(jù)庫采用MySQL和內(nèi)存非關(guān)系數(shù)據(jù)庫Redis[7]。平臺微服務(wù)技術(shù)路線設(shè)計包括Web接口層、微服務(wù)注冊中心、微服務(wù)應(yīng)用中心、微服務(wù)配置中心、運維管控系統(tǒng)以及微服務(wù)客戶端。每個微服務(wù)都獨立運行，所有微服務(wù)在注冊中心進行發(fā)現(xiàn)和注冊，各個微服務(wù)使用REST進行通信，從而實現(xiàn)微服務(wù)間的高內(nèi)聚、低耦合。微服務(wù)框架技術(shù)路線設(shè)計示意圖如圖1所示。

圖1 微服務(wù)框架技術(shù)路線設(shè)計

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 人防業(yè)務(wù)功能的微服務(wù)化

人防業(yè)務(wù)功能微服務(wù)化是功能模塊按照領(lǐng)域大小進行拆分，形成多個單一功能且具有獨立數(shù)據(jù)庫的小型服務(wù)。在功能微服務(wù)化中要注意過度零散的微服務(wù)化容易增加服務(wù)間網(wǎng)絡(luò)通信開銷，增加服務(wù)部署和管理的難度[8]。平臺以人防資源“一張圖”展示、共享以及業(yè)務(wù)管理為目標，以地理信息數(shù)據(jù)、人防三維模型數(shù)據(jù)、人防專題數(shù)據(jù)等為信息來源，實現(xiàn)人防資源“一張圖”展示、人防基礎(chǔ)設(shè)施管理、人防日常辦公管理、人防業(yè)務(wù)全過程管理和人防成果共享管理等。平臺功能微服務(wù)化結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 平臺功能微服務(wù)化結(jié)構(gòu)

3.2 微服務(wù)容器化管理

智慧人防管理涉及的數(shù)據(jù)微服務(wù)數(shù)量多，為避免各類微服務(wù)進程干擾，需給每個微服務(wù)提供獨立的資源運行環(huán)境。本文采用容器化技術(shù)，將微服務(wù)及其依賴的運行環(huán)境打包成一個鏡像[9]，實現(xiàn)不同微服務(wù)能夠按需、無差別地部署到不同服務(wù)節(jié)點上，同時同一個服務(wù)節(jié)點可以運行多個容器，保證同一個服務(wù)節(jié)點上可以部署不同的微服務(wù)。微服務(wù)容器化部署能夠?qū)ξ⒎?wù)進行細粒度控制，從而實現(xiàn)服務(wù)的最大化資源利用。微服務(wù)容器化管理流程如圖3所示。

圖3 微服務(wù)容器化管理流程

3.3 微服務(wù)的動態(tài)伸縮與注冊機制

智慧人防管理涉及的業(yè)務(wù)多樣，一條完整業(yè)務(wù)流程包含多個不同類型的微服務(wù)，如數(shù)據(jù)調(diào)用微服務(wù)、查詢微服務(wù)、項目申請微服務(wù)、項目審批微服務(wù)等。在高并發(fā)環(huán)境下，為確保服務(wù)質(zhì)量，本文采用微服務(wù)動態(tài)伸縮與注冊機制，實現(xiàn)微服務(wù)的動態(tài)準確調(diào)度，保證微服務(wù)的高可擴展和高可用性[10]。具體流程如下，一是平臺接收外部服務(wù)調(diào)用請求；二是訪問微服務(wù)注冊中心，獲取可用的微服務(wù)實例，并根據(jù)微服務(wù)實例所需的負荷情況，實現(xiàn)微服務(wù)的負載均衡；三是當(dāng)并發(fā)量過高，現(xiàn)有微服務(wù)實例無法滿足需求，則微服務(wù)控制管理模塊會動態(tài)創(chuàng)建新的微服務(wù)實例，從而保證微服務(wù)的可用性；四是當(dāng)并發(fā)量過低，實例化微服務(wù)大大超過請求需求時，微服務(wù)控制管理模塊則會動態(tài)減少微服務(wù)實例，從而減少系統(tǒng)資源的浪費。

4 平臺實現(xiàn)

4.1 人防資源“一張圖”展示

人防資源“一張圖”展示是在統(tǒng)一的坐標系下，實現(xiàn)地理信息、人防專題信息以及人防業(yè)務(wù)信息的圖文展示、二三維展示，為人防工程管理、防護救援、通信報警、宣傳教育以及戰(zhàn)時應(yīng)急指揮的業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。包括的功能有地圖操作、空間查詢統(tǒng)計、專題制作等功能。

4.2 人防基礎(chǔ)設(shè)施管理

人防基礎(chǔ)設(shè)施管理是對人防設(shè)施信息和外圍公共資源信息的統(tǒng)一管理和更新維護，主要包括信息的錄入、查詢、統(tǒng)計和更新。信息錄入和更新是對人防基礎(chǔ)設(shè)施的基本信息通過平臺進行填寫和完善，如設(shè)施ID、名稱、類型、位置、安裝聯(lián)系人以及聯(lián)系單位等。信息查詢和統(tǒng)計實現(xiàn)了空間查詢統(tǒng)計、模糊查詢統(tǒng)計以及關(guān)鍵字組合查詢統(tǒng)計，通過輸入設(shè)施名稱、設(shè)施類型等搜索條件，將結(jié)果以列表或圖形的方式進行展示，點擊其中某條結(jié)果，可以快速進行地圖定位并高亮顯示。外圍公共資源信息的管理主要是收集人防相關(guān)的應(yīng)急、公安以及減災(zāi)等數(shù)據(jù)，為人防業(yè)務(wù)提供信息服務(wù)。

4.3 人防日常管理

人防日常管理是對人防基本情況管理和數(shù)據(jù)建庫、入庫以及維護管理等。人防基本情況管理是對省-市-縣各級人防單位基本情況的管理，如人防單位基本情況瀏覽、查詢和統(tǒng)計、人防基本情況多媒體展現(xiàn)等。數(shù)據(jù)建庫、入庫和維護管理是對各類人防信息進行收集、整理、質(zhì)檢后，建立數(shù)據(jù)庫，并將數(shù)據(jù)入庫，后續(xù)定期對人防信息進行更新和維護。

4.4 人防業(yè)務(wù)全過程管理

人防業(yè)務(wù)全過程管理是平臺的核心功能，主要包括了人防工程管理、人防應(yīng)急預(yù)案管理、人防專家?guī)旃芾?、人防警報管理以及人防指揮救援管理。人防工程管理實現(xiàn)了人防工程從申請、審核、施工以及驗收全周期管理，人防應(yīng)急預(yù)案管理是在匯總?cè)嗣穹揽崭黝愵A(yù)案的基礎(chǔ)上，根據(jù)人防突發(fā)事件類型，及時響應(yīng)相應(yīng)預(yù)案，提高組織協(xié)調(diào)能力和應(yīng)急決策能力。人防專家?guī)旃芾硎墙⑷朔缹＜規(guī)?，并可對專家人員進行修改和更新。當(dāng)出現(xiàn)人防緊急事件時，能快速召集相應(yīng)專家進行會議，為領(lǐng)導(dǎo)提供輔助決策。人防報警管理是利用各類傳感器，如報警器、視頻監(jiān)控攝像頭等，對人防工程和基礎(chǔ)設(shè)施進行監(jiān)控，當(dāng)超過閾值時，觸發(fā)報警功能，及時將報警信息傳送給指揮中心和周邊巡查人員。人防指揮救援管理是突發(fā)重大災(zāi)害或突發(fā)事件后，對現(xiàn)場進行救援和調(diào)控，如逃生路線和救援路線的生成，確保應(yīng)急和應(yīng)戰(zhàn)指揮救援。

5 結(jié)語

微服務(wù)框架能有效提升智慧人防信息管理平臺數(shù)據(jù)展示、查詢、統(tǒng)計以及復(fù)雜業(yè)務(wù)流程處理能力，能夠快速響應(yīng)業(yè)務(wù)需求的變化，高效地進行功能擴展，具有良好的應(yīng)用價值。人防管理工作是一項長期工作，所涉及的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)功能將不斷更新、優(yōu)化和升級，基于微服務(wù)框架下的智慧人防信息管理平臺能夠高效、迅速地響應(yīng)數(shù)據(jù)和功能的改進，讓平臺開發(fā)更簡單，擴展更靈活，運行更可靠，能夠?qū)⑷朔拦芾淼母鱾€業(yè)務(wù)模塊進行擴展延伸，實現(xiàn)“智慧人防”建設(shè)的快速發(fā)展。