云计算在遥感应急监测中的应用

2015-08-15蒋亮虹江源通

城市地理 2015年18期

蒋亮虹江源通

(1.湖南科技大学，湖南湘潭 411100;2.中科院城市环境研究所，福建厦门 361000)

1、遥感应急监测技术需求

我国是一个多种灾害类型频繁发生的国家，地震、旱灾、洪涝、低温灾害、山体滑坡及泥石流等重大突发自然灾害和社会灾害频繁发生，灾害造成的损失巨大，严重影响了我国社会和经济的发展。遥感技术具有获取信息快、信息量大、手段多、更新周期短，能多方位和全天候地动态监测等优势，为快速完成灾情速报与损失评估提供了一种新的高效技术手段，从而保障救灾工作的顺利开展［1］。利用遥感可以对重大灾害引发的次生灾害进行动态监测，进而及时了解灾情信息，提供决策支持。遥感在灾后的重建规划也发挥着巨大作用，通过遥感解译，对整个灾区的灾情做出全面评估，并结合灾区的地形、社会经济等数据，对灾区重建选址和移民搬迁做出决策［2］。遥感技术在灾害应急监测评估中发挥着重要的作用，为国家灾害应急救援和抗灾救灾工作提供了科学的决策依据。在肯定其做出的突出贡献的同时，值得指出的是在遥感技术的应用过程中存在着一些问题急需解决和完善［3］。

1)大数据量管理问题。随着遥感技术的发展，随之而来的一个问题就是呈几何级数速率在增长的影像数据量，遥感影像数据具有获取周期短、更新频率快、类型繁多、数据量庞大、数据尺度多样、数据来源多样等特点，因此如何有效的存储和管理这些海量数据是遥感技术能够更好的应用的前提［4，5］。

2)处理效率瓶颈。传统的遥感数据处理平台已经不能满足当前对于海量遥感数据的快速处理以达到实现快速响应机制，而在重大灾害面前要求我们能够快速、高效的处理遥感数据，以便更好的实施灾后救援。因此，如何快速、高效地处理这些遥感数据以便从中快速获取灾情信息是一个瓶颈问题［6］。

3)多方协作待提升。目前，在遥感技术应用的过程中存在着一些局限性和不足:①由于地面接收站和处理中心的分布性特点，造成了数据来源的严重分散性，不利于数据资源的统一共享和处理的时效性。②遥感图像的整个解译过程需要不同方面的解译专家，也可能需要经过许多不同的处理过程。但是往往由于不同解译专家在不同地方，无法进行有效直接的沟通，这就造成了解译专家人力资源的孤立性，从而不能最大程度地发挥所有解译专家的经验知识［7］。

2、云计算及其技术优势

2.1 相关概念

亚马逊是全球最早提出云计算概念，并将云计算运用于中小企业的领导厂商之一。云计算是指基于互联网的相关服务的增加、使用和交互模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云计算借用了量子物理中的“电子云”的概念，指网络中的计算机有像电子云一样的弥漫性、复杂性、不确定性、同时性和无处不在等特征［8］。

云计算是分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机和网络技术发展融合的产物。云计算具有如下几个基本特征:云计算具有以下几个主要特征:(1)资源配置动态化。根据消费者的需求动态划分或释放不同的物理和虚拟资源，云计算为客户提供的这种能力是无限的，实现了IT 资源利用的可扩展性。(2)需求服务自助化。云计算为客户提供自助化的资源服务，用户无需同提供商交互就可自动得到自助的计算资源能力。(3)网络访问便捷化，客户可借助不同的终端设备，通过标准的应用实现对网络访问的可用能力，使对网络的访问无处不在。(4)服务可计量化。在提供云服务过程中，针对客户不同的服务类型，通过计量的方法来自动控制和优化资源配置。(5)资源的虚拟化。借助于虚拟化技术将分布在不同地区的计算资源进行整合，实现基础设施资源的共享。

2.2 现状与趋势

自云计算的概念诞生以来，一些千亿级的公司相继推出自己的特色产品来抢占市场的份额［9］。

云计算正在推动不同产业改变原有的模式，IDC 和Gartner预测近几年云计算服务市场将保持高速增长，其发展趋势可归为以下几方面。

(1)云计算的标准和技术趋向规范化。现如今进行云计算活动的行业如此之多，如果不同厂家对云计算提供不同的解决方案，则会导致不同厂家设备之间的硬件转移和互通、互联、互操作等方面出现问题，将会阻碍云计算的发展。只有研究和制定云计算相关的标准和技术才是云计算大规模占领服务市场的关键，云计算的标准化工作正在进行。

(2)云计算数据趋向安全化。数据的安全性一直是重中之重，安全性问题解决不了会影响云计算的发展和应用。私有云是相对公有云来说的，而且是针对某个企业或组织构建的，完全由其控制，这样就能保障数据的安全性。

(3)网络性能趋向优化。云计算对网络的带宽要求极大，如果网络通信商能够不断优化网络带宽和提高质量，才能满足未来云计算的需求。依目前来看，云计算的进一步深入和成熟正促使网络带宽进一步完善和优化中。

(4)云计算产业布局趋于合理。未来的云计算的产业布局必将以“以市场需求为导向”的原则，对IT 资源过剩的地区进行资源整合，对IT 资源不足的地区进行扩建，逐步降低盲目投资的风险，布局将日趋合理。

2.3 技术优势

云计算的硬件以低成本运算单元为主，从而降低了IT 系统的建设和扩展成本。云计算是基于分布式计算和分布式存储因而具有高可靠性和高性能的IT 系统处理和存储能力。云计算具有快速部署，弹性扩容等优势，规模可以动态伸缩，可以适时增加服务器节点以提高云计算服务能力。云计算能够通过资源的虚拟化、动态分配和自动化管理，为用户提供按需服务，进一步提高了IT 系统资源利用率，实现了资源动态共享。云计算提供了标准硬件设备和开放的应用访问接口和管理接口，从而实现软硬件系统与应用之间的解耦，进而增加系统的兼容性，提高了设备的标准化程度，降低管理的复杂性。

3、云计算对遥感应急监测的作用

3.1 解决大数据量管理

云计算的高可靠性和高性能的存储能力是由大量低成本IT硬件单元负载分担来提供的，所以云计算在大数据管理方面具有一定的优势和作用。利用云计算虚拟资源管理、分布式存储、分布式计算等特点，可以有效对大量的遥感影像数据特别是高分辨率影像进行存储和高效管理。当云计算系统运算和处理的核心是大量数据的存储和管理时，可以通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统，这就是云存储。

3.2 破解处理效率瓶颈

云计算具有强大的计算能力，它的计算是分布在大量的分布式计算机上，规模可以动态扩容，可适时增加服务器节点提高云计算服务能力，这样有效的克服了传统的遥感处理平台不能快速实现响应的情况。云计算的到来有效破解了当前处理效率的瓶颈，它可以快速高效的处理高分辨遥感影像数据，以便及时迅速提取灾情信息，有效服务于灾后救援工作。