预警信息多手段发布监控系统的研究与设计
2020-04-23刘宽宗张建新吕爱丽
李 芬 ，王 涛，刘宽宗，张建新 ，吕爱丽
（1.山西省预警信息发布中心，山西太原030002；2.成都润联科技开发有限公司，四川成都610000；3.山西省气象灾害防御中心，山西太原030002；4.临汾市气象局，山西临汾041000）
近年来，全球变化和全球气候变暖引发的自然灾害和突发事件多发频发，影响面广，灾害损失严重，早已引起了各级政府的高度重视。现在，预警信息已成为各级领导指挥防灾减灾的重要依据之一［1］。预警信息有两个特点：第一是种类多，包括发生或可能发生、造成或可能造成严重社会危害、可以预警的自然灾害、事故灾难、公共卫生事件及政府授权的社会安全事件信息等；第二是发布手段多，各类预警信息需要通过广播、电视、短信、声讯电话、网络、微博、微信、公共显示屏、农村大喇叭等多种手段和传播媒介向社会公众发布［2-3］。因此，研究设计预警信息多手段发布监控系统，对于提高预警业务发布平台的稳定性，保障预警信息发布的安全运行，防灾减灾，促进社会经济发展具有重要意义。
1 功能介绍
预警信息发布分布式监控系统与预警信息发布系统对接，通过中间件实时提取预警信息，按照相应策略自动通过设定的手段，采集各个终端的反馈信息，解析市级多手段发布平台上传的预警信息发布情况，实现对短信、邮件、微信、微博、传真、网站、大喇叭等预警信息发布手段的设备状态、工作时间、突发事件类别、发布机关、发布时间、发布过程、发布内容、发布状态、警示事项、起始时间、预警级别、信息量的监控管理；将预警信息和发布结果储存到本监控平台；通过监控平台提取预警信息推送到相关的门户网站；系统提供基于WEB的交互界面，具有故障报警和预警信息发布的统计、分析、综合展示和报表功能。
该系统采用客户端形式实现预警信息发布的监控［4-5］，客户端将监控到的预警信息自动推送到省级监控平台。系统采用B/S、C/S混合架构进行开发［6-7］，省、市用户通过WEB访问省级服务器开展相关业务；数据采集分析为一个分布式的客户端［8］，系统通过内部计算云，负载均衡器对服务器压力进行分流，以提高系统的监测性能［9-10］。负载均衡服务器：通过Nginx软件实现负载均衡，通过固定算法，计算出云计算中心的每台PC机的运行状态，从而进行压力分流［11-13］。DB Analyse Service：省级数据采集处理分析中心，负责采集预警设备的运行状态数据，对预警信息平台数据处理分析［14］。DB Service：数据库服务器，用来存储各类数据，提供数据访问服务［15］。平台Web服务器：采用B/S架构，通过IE浏览器，展示各种预警设备的管理，分析统计结果，同时生成报表。
2 多手段发布监控平台的设计
2.1 业务部署
本系统除满足现在预警信息发布的需求外，还考虑了未来的持续发展，系统具有安全性、灵活性和可扩展性。预警信息多手段发布监控系统业务部署（以山西省为例）如图1所示。
图1 预警信息多手段发布监控系统
2.2 监控平台总体架构
本系统由数据采集模块、信息发布模块、监控统计管理模块（策略定制、信息审核、运行监控、任务调度、警告通知、预警终端管理、统计分析、用户管理和数据安全）和权限管理模块组成，通过一致性哈希算法实现监控系统的弹性扩容。系统通过一致性哈希将监控数据分片，让数据均匀地分布到各集群节点并均衡地发送到数据存储服务器和报警服务器。保证不同客户端将同一个缓冲服务器映射到相同的位置，降低缓冲区的负载，提高系统的存储效率。系统引入了虚拟节点来处理数据分布不均衡问题。监控平台总体架构如图2所示。
图2 预警信息多手段发布监控系统总体架构
2.2.1 数据采集模块
本模块采用自适应动态调整采集间隔的P＆P-push算法，agent代理端通过分析历史监控数据，得出比较理想的数据采集间隔，减少数据采集的频率，保证了agent端网络的低消耗。预警信息采集基于时间序列预测技术，通过分析历史流量数据，应用流量预测模型，当流量超过了设定的流量阀值，系统就会发出预警。采集的信息主要有：预警信息、公告通知信息、回执反馈信息、预警接收终端信息、系统日志。功能组成如图3所示。
图3 预警信息多手段发布监控系统数据采集模块
2.2.1.1 预警信息采集
调用各发布手段接口采集预警信息发布结果。预警信息采用XML格式封装成文件，通过本地读取、FTP、共享的方式提取到预警信息。按照编码规范对预警文件进行解析，根据用户、级别、角色、地域、类型等制定采集策略，当预警信息发布到相应终端时，根据制定的相应策略即时自动采集预警信息状态，再对预警信息进行解析。
（1）预警信息解析：预警信息是基于国家突发事件预警发布平台标准录入，信息结构是标准的，因此可按信息结构进行解析。将解析的内容进行敏感词判别和入库存储。预警信息结构：每条预警信息由一个警报
警报
信息
附件
地域：标示了信息发布的地理区域。地域元素支持文本或者地域编码两种方法，本系统使用经纬度参数表示地理空间形状和海拔高度来描述地理区域。
（2）发布过程信息采集：采集预警信息在发布过程中流转的状态和内容，采集的内容有：账户信息、预警信息审核、复核、签发等。
（3）发布结果信息采集：对预警信息发布接收结果收集（回执、反馈信息）。对发布手段接口监控，提取返回结果信息。微信、微博通过读取阅读量的方式提取送达效果，邮件通过发送成功率来进行送达率的统计，传真通过发送成功率进行统计，大喇叭、LED显示屏通过调用SDK获取信息的发布成功和失败的数量，短信通过读取短信服务器的接口或数据库来统计送达率。
图4 预警信息解析
（4）发布终端信息采集：对预警接收终端状态进行监控，实时采集各预警接收终端的在线、离线状态信息并转存到本数据库中。
2.2.1.2 公告通知信息采集
统一接口，自动接收预警发布平台自动生成、人机交互生成和发布人员人工录入的信息。通过webserver方式获取上级或各部门的公告通知信息。
2.2.1.3 回执、反馈信息采集
收集预警信息和通知公告信息发布接收的结果信息。对预警发布业务平台接口监控，提取回执、反馈结果信息。
2.2.1.4 预警接收终端状态采集
对省、地市预警接收终端状态监控，实时采集各预警接收终端的在线、离线状态信息转存到系统数据库中，并在GIS上对其展示。
2.2.1.5 预警信息管理
预警信息管理是对省及地市预警发布业务系统生成的各类信息管理。
2.2.2 监控统计管理模块
监控统计管理模块负责对本系统的业务平台和系统运行情况及告警信息进行监视。考虑未来业务发展，为了支持不同应用，本系统为插件扩展机制，制定了多种数据格式标准。该模块实现预警发布统一的系统监视、业务监视、异常监视，实现预警信息、回执信息以及系统运行信息的检索和统计；提供数据信息收集、信息查询、预警结果展示、终端管理、策略控制等服务，如图5所示。为避免监控数据丢失，本模块采用了“数据双写”策略，把数据复制两份分别发送到两个数据存储节点，服务器A与服务器B数据互为备份。本系统默认全监控策略，免配置，便于问题追踪。
图5 监控统计管理模块
（1）业务监视：监视预警发布平台的预警信息、公告通知信息在各个业务环节的处理状态。对信息采集、审核、复核、签发、发布状态、发布手段运行情况进行监测。
（2）异常监控：监控平台各个环节产生的异常信息，对异常进行实时告警。如：业务启动异常、FTP连接服务、推送异常等。
（3）检索统计：包括预警信息查询统计、公告通知查询统计、回执反馈统计、预警信息发布状态统计、预警信息数量统计、终端状态统计及报表导出。
（4）配置管理：包括终端管理及策略管理。对传真、邮箱、微信、微博、短信、LED等预警发布终端进行维护；策略管理主要对平台接收到的预警信息、公告通知信息根据配置的策略分类下发。
2.2.3 权限管理模块
权限管理模块包括：组织机构管理、用户及用户权限管理、行政区划管理和日志管理，如图6所示。
图6 预警信息多手段发布监控系统权限管理模块
（1）组织机构管理：对组织机构进行管理，可进行新增、修改、删除操作。
（2）用户管理：对登录系统的用户进行管理，可对用户信息进行新增、修改、删除等操作。
（3）用户权限管理：用户权限管理功能可为系统的使用者归类，形成某一角色，如系统管理人员、运行值班人员、运行维护人员、预警信息录入人员、预警信息复核人员等。
（4）行政区划管理：对地市级行政区划进行管理，可查询、修改、删除和新增。
（5）日志管理：对操作日志进行管理，记录用户操作的所有步骤，做到可追溯管理。
3 结语
本监控系统为实时业务系统，对其网络安全、应用安全、数据安全和可靠性具有严格要求。考虑到未来发展，系统具有一定的灵活性、可扩展性和可集成性。考虑到日常业务应用的实用性，系统具有很好的可操作性和可管理性。本系统的研发既是社会经济发展、业务发展的需要，也是提升预警服务与预警系统运维管理水平的需要。本监控系统设计为省市两级部署，省市县三级应用，具有终端管理、终端状态监视、预警信息发布状态即时反馈、权限管理、检索查询和报表等功能，可实现预警信息发布的统一管理，保障了预警信息发布的安全运行，为相关预警信息发布机构提供了实时、高效、动态的预警信息发布平台的运维服务，对于提高预警信息发布业务平台的稳定性，提高预警服务质量，降低业务平台的运维成本发挥了非常重要的作用。
