面向城市环境管理规划的地理知识云的设计开发谋划书.doc

目录
1 项目背景与意义 2
1.1. 项目背景 2
1.2. 项目意义 2
2 项目建设目标与内容 2
2.1. 项目建设目标 2
2.2. 项目研究开发内容 3
2.2.1. 基础数据库和数据仓库的建立 3
2.2.2. 信息系统总体框架 3
2.2.3. 信息系统网络架构 4
2.2.4. 云平台的搭建 5
3 系统复杂性分析 7
3.1. 环境管理系统的复杂性 7
3.1.1. 环境管理系统构成 7
3.1.2. 环境管理地理信息系统的特点 7
3.1.3. 云计算系统的体系结构 8
3.1.4. 云计算主要特点 9
4 系统需求分析 10
4.1. 业务需求 10
4.2. 性能需求 10
4.3. 用户平台要求 10
5 技术方案的可行性论证 11
5.1. 虚拟化技术 11
5.2. "3S及M一3S"技术 11
5.3. 对象存储技术 11
5.4. 云计算相关技术 12
6 系统组成结构与功能 14
6.1. 系统组成结构 14
6.2. 系统功能 14
7 实施方案 15
7.1. 人员安排 15
7.1.1. 系统开发项目组织结构 15
7.1.2. 环保局项目组织成员 15
福建省空间信息工程中心项目实施方成员 15
表：项目实施方成员 15
7.1.3. 组织间的协调 16
7.1.4 项目成员角色和职责 16
一、环保局项目组 16
二 、福建省空间信息工程研究中心项目组 18
7.2. 时间进度 19
7.2.1. 项目实施主计划 19
7.3. 分段成果 20
8 总结 21
9 参考文献 21
面向城市环境管理规划的地理知识云的设计开发建议书

1 项目背景与意义
1.1. 项目背景
众所周知，我国目前的城市环境管理还很落后，由于管理技术水平较低，管理人员配备不足，致使管理不善，滥开滥建严重，成为环境管理和开发的障碍。因此结合当今GIS以及计算科学中的先进技术，发挥GIS及云计算在环境管理和开发中的作用，建立基于GIS的环境管理规划云服务平台是十分必要的。通过建立环境管理云服务平台，有利于提高环境管理和开发的现代化管理水平;为环境管理部门提供高效、高质量的图文信息服务和辅助决策支持，提高决策的科学性和准确性;加入全国环境管理信息网和国际联网，让环境资源走向世界，实现资源共享，促进环境可持续发展。在技术方而，GIS已经日益成熟，可以根据具体要求采用VC++,VB等开发语言自行设计，也可以使用目前国际上广泛流行的成熟的GIS软件如Arc/ Info,Mapinf，等作为开发平台进行二次开发。云计算技术目前在国外，基于大型云计算平台提供的空间信息数据和服务，在产品架构和商业模式上都已有了较好的实践。ESRI 公司是全球第一家真正支持云架构 GIS平台产品的厂商。在亚马逊(Amazon)弹性云的平台上搭建了“云 GIS”系统，它实现了 GIS 平台在云中的部署和服务模式。因此基于GIS和云计算技术的特点，将其应用在城市环境管理和规划中将大大提高管理水平和工作效率。
1.2. 项目意义
城市环境管理信息系统的建立，有助于环保及科研部门清晰、直观地看到环境污染现状及影响，便于及时、准确地决策与管理。地理知识云应用于环境管理规划中能进一步加快决策速度，提高决策水平。在云平台基础上进行操作，可帮助高层决策者针对整个环境的现状和未来发展作出较完整、合理、准确的分析和预测。
2 项目建设目标与内容
2.1. 项目建设目标
基于地理知识云服务的环境管理系统总目标是建立一个基于网络的开放式系统，使环境信息能够跨地区、跨行业的自由流通的空间信息系统，形成一个技术先进、性能完善、安全可靠、运行高效的网络化环境管理地理信息系统应用体系，实现环境统计、环境监测、生态遥感动态监测等数据收集、处理、加工、传输的计算机网络化系统，最终为环境管理提供辅助决策支持。随着我国环境污染状况的日趋严重，而环境分析和管理能力较弱是环保部门在控制污染进一步恶化过程中急需解决的问题，把GIS引入环境管理领域能够在复杂的环境问题中抽取重要的信息以便于做出科学的管理决策，有效的避免了决策失误引发的管理失效和高昂的政策成本等问题。
基于云计算的环境管理规划GIS平台的最终目的是让用户通过一个网络浏览器就可以获得 GIS的所有功能，从而达到方便快捷的提高环境管理规划工作的集成化、自动化、智能化程度，实现环境保护和综合整治，为城市可持续发展创造良好的环境。
2.2. 项目研究开发内容
2.2.1. 基础数据库和数据仓库的建立
我们认为环境管理基础数据库应包括:基础资料库，环境信息库和污染源信息库3类。其中基础资料库包括:城市的基础地形图、植被与绿地覆盖、生态敏感区和自然保护区的分布，行政区划、主要道路(单线与双线)、水系、土地利用、城市的主要建筑分布、主要居民区的分布、人口分布等地图图件;环境信息库包括:城市环境功能区划、环境质量监测网络的分布;城市环境质量的实时监测等;污染源信息库包括: 大气、水、固体废弃物、噪声的信息等各类环境污染源的空间分布(包括工业点源、交通线源、面源、体源)。将以上基础数据进行整理，确定数据仓库信息需求后，采用SQLServer2000设计，初步建立面向主题的、不同时间的、集成的空间数据仓库。内容包括: (1)环境专题数据，如环境监测、排污管理、污染源治理、环保设施管理等;(2)不同时期的历史数据，如工业和交通废气、降水酸度、河流水质、城市地下水、工业废水、生活废水、城市饮用水、土壤、交通噪声、城市区域环境噪声、不同功能区噪声的监测数据、污染源排污状况、污染事故记录等;(3)综合数据，如环境资源、灾害污染、能源结构、环境法规、人口经济等生态环境因子以及环境质量评价等。
综合数据层：
城市环境信息GIS应用管理层:完成对上述六大数据库的编辑修改、添加、删除等基本操作，及GIS统计、分析、查询、输出等功能。
城市环境管理和开发决策支持层:建立模型库，在城市环境影响评价模型、城市环境质量评价模型、环境开发条件评价模型、环境容量模型、环境需求预测模型、人曰规模计算模型、环境经济效益分析模型、GIS空间分析模型等的支持下，辅助城市环境管理部门分析决策。
2.2.2. 信息系统总体框架
本系统根据环境保护的具体实际，采用如下设计原则。
先进性:系统组网选用的网络技术既具有先进性，又必须是实用、成熟和安全可靠的技术，同时又符合现代计算机发展主流。系统在环保信息系统中保持其先进性，其功能在覆盖目前流行的环保信息网络系统功能的基础上有所发展，同时又能满足环境保护的具体实际，能根据环境保护的业务发展需要进行扩充、升级及修改。
开放性:选用的技术应具有开放性，能适应不同的使用环境并具有良好的扩展性。
实用性:城市环境地理信息系统应用软件开发应围绕城市环境保护管理需求展开，并服务于城市环境保护管理工作的需要。依据自身的需要，自主开发实用于本城市环境保护管理工作需求的环境地理信息系统。同时能够充分利用现有的设备资源及各种已有历史环境数据，并目_在技术上能够满足今后的应用发展需要。
安全性:应保证系统的安全，具有各种安全防护措施。
可靠性:应保证系统能长期、稳定、健康地运行。
标准化:选用的技术应满足国际及国家行业标准，保证系统兼容性、可升级性及拥有长的技术寿命周期，保证系统的可持续发展，有效地保证系统的投资。
易操作性及可维护性:系统应具有易操作性，方便工作人员的操作。
根据现有资料及要求的系统功能和设计原则，设计出信息系统总体框架如下图：

2.2.3. 信息系统网络架构
在城市环境信息广域网中，由于环境保护局担负全市环境保护规划、决策、监督实施等职能，是领导全市各环境保护相关部门脚调有机运作、实施城市环境保护工作的核心机构，作为局机关局域网核心的局信息中心同时也是城市环境信息系统的核心。因此，局机关局域网在全网中具有最为重要的地位，局机关局域网建设是城市环境信息网建设的关键。局机关局域网包括环境信息管理/决策系统，OA系统，公众信息服务系统及对外接口系统组成。
环保监测综合楼是实施城市环境监测、环境监理及环境科研的重要场所，环保监测综合楼局域网采用中央服务器方式，应用层配置环境信息管理系统及OA系统，环境信息管理系统通过与下属各监测站监测设备相连，通过监测数据的自动及人工采集实现对环境各种指标的全方位监测、分析及预测，OA系统支持其相应的职能业务，通过数据共享等技术辅助做好环境监测环境监理及环境科研等工作。
下属各环保局工作职能是负责其所管辖区域内的环境保护工作，各局域网其软硬件配置基本类同。各局域网都采用中央服务器方式，应用层而配置环境信息管理系统及其本相同的OA系统，环境信息管理系统通过与下属各环境监测站监测设备相连，通过监测数据的自动及人工采集录入实现对环境各种指标的全方位监测、分析及预测。OA系统支持其相应的职能业务，通过数据共享等技术辅助做好各项环境保护工作。
以上各环境保护局下属机构的局域网通过路由器及帧中继线路与局信息中心的主交换机相连，形成城市环境信息广域网。

2.2.4. 云平台的搭建
“云 GIS”的发展趋势，无非就是公有云、私有云和混合云这三个方向。
公有云，是云计算服务提供商为公众提供服务的云计算平台，他的服务对象是公众，理论上任何人都可以通过授权进入该平台，并得到相应的服务。
私有云，是云计算服务提供商为企业在其内部搭建的专有云计算系统，其服务对象是某个具体的企业，私有云系统存在于企业防火墙之内，只为企业内部服务。 私有云是为一个客户单独使用而构建的，因而提供对数据、安全性和服务质量的最有效的控制。
混合云,即公有云和私有云混合使用，综合起来搭建云计算平台。就目前中国的 GIS 市场而言，基于“公有云”的 GIS 商业模式可能由于信息保密和商业利益等原因，实现起来会有一定的障碍。而基于“私有云”的 GIS 很有可能成为一个很重要的方向，因为它只需考虑一个企业或客户的数据和需求，因此“私有云”的搭建较之大型的“公有云”则更容易实现。 最新调查也显示，多数调查对象的企业计划增加使用外部供货商所提供的云端服务，在构建内部或仅限企业使用的私有云上的支出将会增加，比例高于公有云。这在一定程度上表明，在现阶段，企业对于私有云的需求更加迫切，尤其是构建属于企业自己的私有云。本平台应该归属于混合云
基于“私有云”的 GIS 模式的搭建，关键在于，它是一个动态的、易扩展的虚拟化计算服务。 其体系架构如下：
基础设施即服务（Infrastructure as a Service, IaaS）：该服务分为三层，硬件层、虚拟层和应用层。 主要作用是以服务的形式提供相应的虚拟硬件资源，如硬件设备、网络设备、存储设备和服务器群等资源，包括 GIS 数据的备份、灾难修复，通过网络来调整庞大的服务器群的负载平衡，及多用户的数据并发访问。 无需购买这些设备，只需在互联网上租赁即可搭建自己的 GIS 应用系统。
2）平台即服务（Platform as a Service , PaaS）：提供应用服务引擎，如互联网应用编程接口、运行平台等。 用户基于该应用服务引擎，来构建该类应用。
3）软件即服务 （Software as a Ser-vice , SaaS）： 用 户 可 以 通 过 标 准 的Web 浏览器来使用“私有云 ”上的所有GIS 软件 ；Desktop 客户端软件通过标准的 Web 服务使用 “云” 上的 GIS 软件；GIS 移动终端可以通过 WAP 无线网络使用该企业云上的 GIS 软件。 用户不必购买软件，只需按需租用即可。其体系架构图如图：

3 系统复杂性分析
3.1. 环境管理系统的复杂性
城市环境管理和开发是一项复杂的系统工程，从城市环境资源的调查、评价，到城市环境规划、环境景观设计、环境资源及生态环境保护等，涉及到自然地理地貌、上地利用、交通、经济、社会、生态、环保、政策法规等多个层而，信息量、数据量巨大，给环境管理人员带来许多困难。因而如何合理分析和利用这些数据，为城市环境管理开发人员提供科学、有效的决策成为关键问题。地理信息系统，以其强大的地理空间数据处理能力和空间分析方法，为城市环境管理和开发提供了有力的技术支持。 GIS能够集成化解决问题，由于GIS数据参照同一空间坐标系，这使得不同领域共享数据和结果变得简单高效，各部门数据可集成支持整个项目的战略决策。
3.1.1. 环境管理系统构成
环境管理的地理信息系统主要由环境数据信息管理系统和环境管理决策系统两部分组成。环境数据信息管理系统包括环境数据收集系统、数据传输、存贮系统和数据分析系统。环境管理决策系统主要包括环境预测系统、分析系统、决策信息系统、决策系统和决策的后评估系统五部分
环境数据信息管理系统在环境监测数据库、环境遥感影像数据库和环境背景地理数据库的支持下，通过地理信息系统数据库管理系统功能，满足远程或本地用户对环境地理信息的数据的输人编辑、查询检索、管理维护、制图输出和分析等需要，其核心部分是数测、评价、决策信息、决策和后评估模块的支持下，利用环境数据信息管理系统提供的经过初筛选的专业信息，提取环境决策信息系统的管理方案，经过环境预测分析和环境评价分析，生成有排序的环境管理与决策方案，便于管理者进行选择和最终决策。环境管理决策系统还包括一个后评估系统，在管理决策生成和实施以后，通过收集到的环境信息，对决策实施效果进行再评估，通过评价结果对现有的决策进行改善和修正，或者进行决策的再制定。
系统相关的功能：(1) 实现各类环保数据的综合查询, 具有对地理空间分析和数据综合分析的能力, 并能提供分析报告和报表, 具备为决策提供支持的能力; (2) 具有对信息分析后提供专项预测的功能; (3) 支持通用网络技术, 实现更广范围的信息共享, 不仅为环境管理部门提供支持, 同时还对社会提供展示和宣传, 以促进全社会监督体制的完善和公众环境意识的提高。
3.1.2. 环境管理地理信息系统的特点
作为环境保护的一个子系统，环境管理GIS也是一个复杂的系统，应具有以下几方面的特点:
1、具有控制多因素的综合能力
环境管理的内容涉及到污染源识别生态环境现状、环境功能分区、环境规划、环境管理政策等，而这些内容又与整个社会经济的发展交融在一起，这也决定了环境管理GIS必须具有综合能力，要体现和处理这些系统所涉及的问题，能够处理以保护环境和控制污染为主体的包括技术、经济和社会等多层次结构、多应用目标的复杂问题。
2、具有对多维空间的分析能力
环境问题具有多维的空间特性，在水环境污染防治中显得尤为重要，在研究某一河流流域的过程中，往往可用一维模型(x)模拟，但是研究该流域在周边区域内的污染状况，则必须考虑岸边污染带的环境影响，因而需要二维(x,刃甚至三维(x, y, x)模型进行模拟，如果增加研究河流的环境容量，还需要考虑时间因素，四维模型就成为必要手段。因此，环境管理GIS必须具有极强的空间分析功能，才能满足这种需求。
3、具有保持动态、可扩充的能力
环境状况是不断变化的，GIS的数据结构和数据库也应具有动态性和适时性，系统只有具有动态和适时特性，才能对环境间题实施及时有效的管理。而且随着污染控制技术的进步，环境管理水平的提高，环境评价标准也会因时因地而不同，在一定时期内达标的指标，随着时间的推移可能成为超标的指标，这也是一种动态变化过程，系统必须及时更新相应的数据库。
3.1.3. 云计算系统的体系结构
通过对现有的云计算系统进行深入剖析，云计算系统内部可以看作是一组服务的集合。图1是云计算的体系结构：
1、基础设施层。主要包括计算资源和存储资源，整个基础设施也可以作为一种服务向用户提供，即IaaS( infrastructure as service) }, IaaS 向用户提供的不仅包括虚拟化的计算资源、存储，同时还要保证用户访问时的网络带宽等、)如Amazon云计算AWS(Amazon Web Services)的弹性计算云EC2和简单存储服务S3。在IaaS环境中，用户相当于在使用裸机，既可以让它运行Windows，也可以让它运行Linux、用户在使用过程中很方便。
2、平台层)在基础设施之上的平台层可以认为是整个云计算系统的核心层，主要包括并行程序设计和开发环境、结构化海量数据的分布式存储管理系统、海量数据分布式文件系统以及实现云计算的其他系统管理工具，如云计算的系统中资源的部署、分配、监控管理、安全管理、分布式并发控制等)平台层主要为应用程序开发者设计，开发者小用担心应用运行时所需要的资源，平台层提供应用程序运行及维护所需要的一切平台资源)平台即服务称之为PaaS(platfonm as a service，平台即服务)，人多数提供商限定于某种语言和集成开发环境 (IDE)，例如谷歌的App Engine支持python以及相应的IDE)这有点像在高性能集群计算机里进行MPI编程，只适用于解决某些特定的计算问题。
3、应用层、它是面向用户提供简单的软件应用服务以及用户交互接口等，这一层称为软件即服务，即SaaS (infrastructure as a service，基础设施即服务)、SaaS的针对性更强，它将某些特定应用软件功能封装成服务，如Sales for二公司提供的在线客户关系管理CRM(C1icnRclationship Management)服务、SaaS既小像PaaS一样提供计算或存储资源类型的服务，也小像IaaS一样提供运行用户自定义应用程序的环境它只提供某些专门用途的服务供应用调用。

3.1.4. 云计算主要特点
云计算主要特点是针对基础设施进行整合，即把原来的 PC 机、服务器进行整合，把应用的基础操作系统平台进行整合，从而形成一个大的服务器和服务器应用平台。 这个和 HPC 不完全相同，传统的 HPC 只能整合相同的硬件，同时只关注科学计算。
云计算应该拥有以下特征：
1）能整合不同的 PC、服务器、存储、网络等硬件设备；
2）能实现各硬件间的负载均衡，充分利用计算、存储资源；
3）支持快速的应用开发。
而“私有云” 的特点和优势则显得更为突出：
第一， 简化了 GIS 系统部署和管理。
对于企业应用 GIS 来说， 最复杂的不是如何使用功能， 而是怎样搭建和维护 GIS 的资源。 关注的不仅仅是采集数据、处理数据、构建数据库、制图和发布地图服务等，更重要的是，考虑如何部署 GIS 软件和优化软件系统配置以达到最优的性能，这几乎占了整个 GIS 系统的 80%的精力和资源，搭建后，还要考虑系统的维护和升级。 而采用云计算，大大简化了 GIS 服务器的部署，减少了复杂的服务器管理和维护。 因为企业所需的资源都是从云服务提供商来的，这里的复杂的过程都是提供商的责任，而企业只是进行简单的管理和维护。
第二，降低了构建 GIS 系统的投资和运营成本。
GIS 系统构建的最大成本在于数据。 采用云计算模式，可以集中地对数据进行维护，通过共享的方式为该企业所有的职员提供数据和软件的服务。 企业不再需要为每个项目、每个下属部门重复的购买数据，通过“私有云”，只需要构建一个数据中心，集中统一维护，企业内部共享该私有云的服务，硬件、人力和维护资源都可以从成本中大大减少。 据统计，云计算能够带来更低的成本，大大提高利用率，比现有系统提高 30 倍的价值。
第三，缩短了 GIS 系统的构建周期。
对于一个传统的 GIS 系统构建来说，需要一个基本的周期：硬件维护、硬件安装、信息系统安装、软件安装、应用和数据装载、测试等。 在企业的“私有云”中，前四个过程在云端进行，企业的 GIS 系统构建的周期大大缩短，既提高了效率，又节省了人力和资源。
第四，提高了 GIS 程序和基础设施的灵活性。
采用云计算模式，可以把更多的精力放在 GIS 功能的开发上，而不是基础架构上。 并且，在日常的访问量达到高峰时，只需弹性地增加硬件设备就可以实现，而无需重新部署基础硬件，使得 GIS 应用更加地灵活。
4 系统需求分析
国家和地方各级环保局都需要大量环境质量资源，如大气质量、噪声、水资源、生物资源、社会经济数据等，并能够有效地组织这类信息来进行环境统计、土地利用规划、总体发展规划等。我国已经建立了各种类型的环境管理信息网络。
环境保护、治理是城市可持续发展的关键，加强环境管理是我国环境保护的一项基本政策。城市环境管理工作主要包括环境规划与决策、监测(包括重点污染源管理)、评价、预测与模拟等，是实现城市环境保护、区域可持续发展的关键所在。地理信息系(Geographic Information System; GIS)在环境领域有广泛的应用，可对城市多源环境信息进行统一管理、分析，实现空间信息与属性信息的集成综合管理，进行定量化的研究工作。
4.1. 业务需求
应用系统采用国际与国家规定的各种规范及标准，主要包含:环境及空间信息录入及处理系统、空间信息查询管理系统、污染源信息管理系统、环境统计处理系统、环境信息管理系统、环境保护规划管理系统、建设项日管理系统、环境监测信息管理系统、噪声达标区、烟尘控制区系统、生态环境监测管理系统、环境评估、城市定量考核系统、公众信息发布、处理系统、环境预测、预报系统、决策支持系统、各业务职能科室的业务支持系统、办公自动化系统
4.2. 性能需求
先进性:系统组网选用的网络技术既具有先进性，又必须是实用、成熟和安全可靠的技术，同时又符合现代计算机发展主流。系统在环保信息系统中保持其先进性，其功能在覆盖目前流行的环保信息网络系统功能的基础上有所发展。
开放性:选用的技术应具有开放性，能适应不同的使用环境并具有良好的扩展性。
实用性:城市环境地理信息系统应用软件开发应围绕城市环境保护管理需求展开，并服务于城市环境保护管理工作的需要。依据自身的需要，自主开发实用于本城市环境保护管理工作需求的环境地理信息系统。同时能够充分利用现有的设备资源及各种已有历史环境数据，并目_在技术上能够满足今后的应用发展需要。
安全性:应保证系统的安全，具有各种安全防护措施。
可靠性:应保证系统能长期、稳定、健康地运行。
标准化:选用的技术应满足国际及国家行业标准，保证系统兼容性、可升级性及拥有长的技术寿命周期，保证系统的可持续发展，有效地保证系统的投资。
易操作性及可维护性:系统应具有易操作性，方便工作人员的操作
4.3. 用户平台要求
基于云计算的 GIS是指将空间数据的存储和处理交给大量的分布式计算机 (服务器 ), 通过基础设施即服务( Infrastructure as a Service, IaaS)、平台即服务 ( P latform as a Serv ice, PaaS)和软件即服务 ( Softw are as a Service, SaaS)三种形式为用户提供空间信息服务的地理信息系统。云时代的 GIS用户只需要一个网络浏览器就可以像现在获取导航信息一样方便地获取所有的 GIS服务。

5 技术方案的可行性论证
5.1. 虚拟化技术
虚拟化技术是系统可靠性，稳定性的重要保证。云计算是一个虚拟的资源池，它将底层的硬件设备全部虚拟化，并通过互联网使得用户可以使用资源池内的计算资源。虚拟化技术提高资源的利用率，并能够根据用户业务需求的变化，快速、灵活地进行资源部署。实现了动态资源的调配，动态负载均衡，保证主机节点的失效保护，即当一个主机节点失效后，该功能实体能将其上的服务自动转移到其他节点上继续运行。提高了系统的可靠性。因此虚拟化技术是实现云计算的最重要的技术基础。同时面对海量数据的存储和管理，高效的数据挖掘技术决定有效信息的获取。用户使用云计算服务离不开网络，网络的带宽和稳定性的实现也是云计算面临的挑战之一，要在云中完成信息的高效处理，必须大力发展接入网络技术，并且保证网络具备高性能的通信设施。虚拟化技术使得计算资源高度集中，使它们关联起来，并且有效地使用和分配资源。

5.2. "3S及M一3S"技术
"3S"技术，即GIS, RS ( Remote Sensing)和GPS( Global Positioning System)集成技术以其在管理空间数据方面的强大功能和处理资源与环境可持续发展问题上的突出能力，特别是3S系统中矢量栅格一体化数据结构的设计与实现，已成为空间信息科学发展的重要方向，为地球与环境科学提供了新的观测手段、描述语言和分析管理工具。多媒体技术(Mufti一media)是近几年发展起来的具有很大发展潜力的技术，能有效提高环境保护信息管理现代化及业务化水平。"M一3S"一体化系统将是“3S"集成系统发展趋势。

5.3. 对象存储技术
直接开放文件系统的存储方式比较适合私有云的构建，对于面向公众服务的公有云服务，我们期望能够和WEB 协议(HTTP) 兼容。互联网的快速发展对存储系统的容量、性能和功能提出了巨大挑战，主要表现为大容量、高性能、可扩展性、可共享性、自适应性、可管理性，以及高可靠性和可用性，目前市场上没有一种解决方案可以满足所有这些要求。对于快速升级的存储需求，基于对象存储(OBS) 技术是一种非常有前景的解决方法，它融合了高速可直接访问的存储网络(SAN) 和安全、良好跨平台共享数据的网络附属存储(NAS) 的优点。通过对象存储可以很好地屏蔽底层协议及网络结构的复杂性，对象存储的具体特点如图2 所示：

下一代互联网和PB 级存储大规模部署迫切地期待基于对象存储技术的成熟和大规模应用。对象存储设备(OSD)可以基于独立的设备（如OSD 硬盘），也可以在分布式系统上构建。为保证对象的唯一性，面向分布式系统时一般会划分对象组，确保在不同对象组内对象具有唯一性。对象包括数据和元数据，有两个重要特点：
1.对象设备内部管理元数据( 空间管理)。
2.对象ID 是访问该对象的唯一标志(每个OSD 设备唯一)。
OSD 安全模型是一个基于证书的访问控制系统，由4 个实体组成：应用客户端、安全服务、策略/存储管理者及对象服务。对象存储一般都要包含如下操作：读、写、列表、删除、获取元数据，例如Amazon 简单存储服务(S3) 面向各种应用提供了面向对象的S3。对象存储主要是面向应用开放，目前各种系统接口尚未完全统一。提供WebService 或RESTful 的接口比较便于应用的透明接入，但提供基于长链接的定制化客户端接入则比较容易做到高效访问。
5.4. 云计算相关技术
多租户技术
传统的软件运行和维护要求软件被部署在用户所购买或者租用的数据中心中，这些软件大多服务于特定的个人用户或者企业用户。在云计算环境中，更多的软件以SaaS的方式发布出去，并且通常会提供成干上力一的企业用户共享使用。与传统的软件运行和维护模式相比，云计算要求硬件资源和软件资源能够更好地共享，具有良好的可伸缩性，任何一个用户都能够按照自己的要求对SaaS软件进行客户化配置而不影响其他用户的使用。多租户技术就是目前云计算环境中解决上述问题的关键技术。多租户技术是一项云计算平台技术，该技术使得大量的用户能够共享同一堆栈的软硬件资源，每个用户能够按需使用资源，能够对软件服务进行客户化配置，同时不影响其他用户的配置。一个租户可以是任何一个应用，或者是企业内部应用，或外部应用。它需要有自己安全的和排他的虚拟计算环境。该环境包含了从存储到用户界面的所有或某些选定的企业架构层。所有交互式应用(或租户)必然地具有多用户的性质。多租户是公有云和私有云的一个重要的共通属性，它可适用于云的所有三层架构:基础设施即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)和软件即服务(SaaS)。
资源调度技术
资源调度指的是在特定的资源环境下，根据一定的资源使用原则，在不同的资源使用者之间进行资源调整的过程。这些资源使用者对应着不同的计算任务，每个计算任务在操作系统中对应着一个或者多个进程。资源调度在传统的计算环境中已经涉及，而云计算的海量规模为资源调度带来了新的挑战。资源调度需要考虑资源的实时使用情况，这就要对云计算环境的
资源进行实时监控和管理。云计算环境中的资源种类多，规模大，对资源的实时监控和管理就变的十分困难。此外，一个云计算环境可能有成千上万的计算任务，这对调度算法的复杂性和有效性提出了挑战。对于基于虚拟化技术的云基础设施，虚拟机的大小一般都在几个GB以上，大规模并行的虚拟机迁移操作很有可能会成为网络带宽等各种因素的限制而变得非常缓慢。从调度的粒度上来看，虚拟机内部应用的调度时云计算用户更为关心的。如何调度资源满足虚拟机内部应用的服务级别协定也是目前待解决的一个难题。以性能为例，一个应用资源调度系统需要监控应用的实时性能指标，例如吞吐量、响应时间等。通过这些指标，结合历史记录及预测模型，分析出未来的性能值，并与用户预先制定的优化规则进行比较，得出应用是否需要及如何进行资源调整的结论。

并发请求的任务调度技术
相对于传统的数据中心或者集群环境，针对不用应用的大量不同用户的并发访问是云计算要解决的关机技术之一。传统的集群环境中，应用开发者将自己的应用部署在自己私有的数据中心或者托管的数据中心，应用服务商需要自己通过多种技术实现负载均衡，流量控制，同时还必须提供请求访问量峰值所需要的计算资源，以保证服务的Qos，而在大多数时候这种资源会存在部分空闲，造成资源浪费，云计算的“按需付费”特性解决了上述问题。云计算平台能够动态的实现资源的配置，真正实现按需分配，按需收费。但是，当应用从传统的集群环境迁移到云计算环境中以后，针对不同应用的不同用户的并发请求的负载均衡策略完全由与计算平台来实施，传统集群环境中的负载均衡和流量控制策略不再适用。与此同时，云计算平台还要对运行在其上的众多不同应用实施服务区分，对不同应用的不同用户实现不同的优先级策略，保证不同的QoS体验。这些问题的解决都是云计算提供平台服务的关键技术点。

大规模消息通信技术
云计算的一个核心理念就是资源和软件功能都是以服务的形式进行发布的，不同服务之间经常需要通过消息通信进行协作。可靠、安全、高性能的通信基础设施对云计算平台至关重要。通常消息通信分为同步通信和异步通信两种。在同步通信中，直接请求服务器端的服务，并等待服务结果返回后才能继续执行;在服务端，服务运行环境则需要保存与客户端通信的信息，在处理完成时将结果返回给客户端。这种同步通信机制有可能对客户端系统的处理速度和服务端系统的可用性造成影响，因此异步消息通信对于云计算环境显得尤为重要。在异步消息通信中，客户端和服务器端并不直接通信。客户端请求以消息的形式放在请求队列里面，然后继续处理其他业务逻辑;服务实例则会从请求消息队列中获取请求消息。异步通信机制已经发展了很多年，例如， JavaMessage Service是JZEE平台上的一个消息通信标准，JZEE应用程序可以通过JMS来创建、发送、接收和订阅消息。云计算也给分布式系统中的消息通信带来了新的挑战。首先，消息通信服务必须足够稳定，以保证在应用程序需要使用消息服务时该服务一定是可用的，并且能够保证消息在传播过程中不会丢失。其次，消息通信服务必须能够伸缩，从而支持人规模节点同时执行高性能的消息读和写。目前，云计算环境中的大规模数据通信技术仍在发展阶段，Amazon公司的 simpleQueueservice(sQs)是当今业界著名的云计算大规模消息通信产品。

6 系统组成结构与功能
6.1. 系统组成结构
面向城市环境管理与规划的地理知识云系统，所包含的基本结构为：客户端、云端以及数据仓库三部分。
基于云的系统所要实现的最终目标是让用户只需通过一个网络浏览器就可以获得 GIS的所有功能，这是达成方便快捷、提高环境管理规划工作的基本保证。因此客户端所包含的主要内容就是可以和云端进行互操作的网络浏览器，通过网络浏览器可以对云端的服务进行访问，可以获得云端的数据软件及算法等。
云端是系统组成的重要结构部分，是实现系统目标的核心。云端应存有实现城市环境管理的软件、平台和基础设施服务。同时，为保证数据传输的安全性和可靠性，云端还应建立用户身份认证的审核模块、数据等级分等定级机制体系，软件、平台和基础设施的安全平台。
在此基础上，还应当加入相关管理部门的管理机制模块以及专家系统，以保证云端的可控制性。
数据库或称数据仓库应在分为基础资料库，环境信息库和污染源信息库三大库类的基础上建立科学的索引机制，在云端与此进行互操作时，能快速高效、准确的提取有用的信息。
6.2. 系统功能
1、 通过云端认证的用户可根据用户级别远程进行数据的输入编辑，管理级的用户可远程进行数据维护与管理；
2、 可通过管理需要输入关键词进行数据的查询与检索，可根据自身管理需要建成新数据库，如包含城市环境中大气、水、固体废弃物、噪声等信息的污染源信息库，城市的规划建设信息库、城市建设在建工程信息库、城市化学有毒气体存放点信息库等等；
3、 通过云端的软件服务、平台服务等可实现如城市环境功能分区及功能区域环境质量标准的制定、环境污染监测或环境污染预报模型的建立、城市污染源的申报与登记，排污收费等、对在建工程进行环境影响评价，有毒化学物品运输路线规定及事故应急管理措施等；
4、 在进行城市环境管理规划的同时，辅助城市环境研究，为城市环境研究提供经验知识及专家判断力等。
7 实施方案
7.1. 人员安排
福州市环保局软件实施项目将由福建省空间信息工程研究中心和福州市环保局共同合作完成。在这一部分，将定义各方参加项目的主要办公自动化及其职责、项目组织结构和人员配备要求等基本情况。
7.1.1. 系统开发项目组织结构
福州市环保局项目实施小组配备人员：项目总监1人、项目经理1人，IT人员1人，办公自动化管理业务2-3人，办公管理业务2－3人。
福建省空间信息工程研究中心实施小组配备的角色：项目总监1人、项目经理1人，技术顾问，实施经理1人，实施工程师2人，支持顾问1人。
7.1.2. 环保局项目组织成员
表 ：环保局项目组成员
姓名
部门与职务
联系方式
项目组角色

组长

副组长

组员

组员

组员
福建省空间信息工程中心项目实施方成员
表：项目实施方成员
姓名
部门与职务
联系方式
项目组角色

项目经理

实施工程师

项目支持

项目副经理

实施工程师

实施工程师
7.1.3. 组织间的协调
项目经理负责制定整体项目计划及明确各方的责任。各方的项目经理负责明确各自内部的人员分工。任何重大的事宜及项目任务的变更需经各方项目经理的协商并达成一致意见方可实施。
7.1.4. 项目成员角色和职责
一、环保局项目组
领导小组：由环保局决策人员和相关业务高级管理人员组成的项目领导小组，领导小组组长由 担任，领导小组成员 组成。
领导小组的职责主要有：
Ø对项目工作小组提供承诺、支持、指导；
Ø为项目的实施提供人力、财力、场地等的大力支持；
Ø负责实施项目形成的管理制度、规程的审批。
Ø决定对与项目相关部门及责任人的奖惩。
Ø解决项目工作小组无法解决的重大问题（或扩大化问题）；
Ø按照项目实施的成果组织实施项目的进行和新的业务流程规划；
Ø决定办公自动化管理软件项目整体策略，把握总体方向；
Ø审定项目各项方案和项目实施目标。
Ø检查考核项目组织实施工作。审批和保证项目投资落实，确保项目实施按计划进行。
Ø督促各部门与项目组、项目组与技术