北京奥运大气环境监测协同平台.pdf

APPLICATION e-Science 应用北京奥运大气环境监测协同平台于建军南凯中国科学院计算机网络信息中心协同工作环境研究中心，北京 100190 摘要：通过北京及周边地区奥运大气环境监测和预警联合行动计划的实施，构建了北京奥运大气环境监测协同平台。分析实时环境中多数据源、多手段的分布式异种数据采集和共享机制，应用了面向协同应用的数据集成模式。该协同平台是支持北京奥运期间大气监测的信息化实战演练，为下一步的协同环境信息化建设提供了初步指导。关键词：协同环境信息化大气监测 A Collaborative Platform of Atmospheric Monitoring for Beijing Olympic Games Jianjun Yu Kai Nan Collaborative Environment Research Center The Computer Network Information Center, Beijing 100190， China Abstract: With the practice of project “The Joint Plan of Olympics Atmospheric Monitoring and Alerting for Beijing and Its Surrounding Regions”, we designed the collaborative platform for Beijing’s Olympic atmospheric monitoring. We analyzed the multi-source, distributed, heterogeneous data collection and sharing at runtime. Also we applied the data integration mode for collaborative applications. This platform aims to support the realtime Beijing’s Olympic atmospheric monitoring and gives directions for our further CAS informatization projects. Keywords: Collaborative Environment，Informatization，Atmosphere Monitoring e-Science 2008年第二期 33 技术 e-Science 应用 e-Science APPLICATION 34 e-Science 2008年第二期 APPLICATION 1 引言时显示以及科学家之间的分析会 e-Science 应用的经验和基础。商提供协同环境支持。 2 协同平台构建 “北京及周边地区奥运大气北京奥运大气环境监测协环境监测和预警联合行动计划” 同平台在中科院网络中心协同中是中科院知识创新工程重要方向心自主开发的协同工作环境套件北京奥运大气环境监测协同项目。该项目目标是重点突破基（Duckling）的基础上，综合考虑平台是在Duckling通用协同平台的于多平台的大气复合污染立体监奥运大气环境监测的实际需求，基础上，增加了大气环境污染物测、区域大气污染输送监测、大提出了一套适用于协同应用环境数据的采集、处理、集成显示和气污染现场模拟、模式预测预警下的数据集成模式，较好地解决共享功能。通过污染物监测数据等关键技术，并通过各技术间的了多数据源、多手段的分布式异的实时显示以及与预测数据的对对比、补充、结合进一步完善区种数据的集成、显示和共享，为比，奥运期间的环境保护措施效域大气复合污染高技术综合监测后续的数据处理、统计和挖掘提果，如公车封存、车辆单双号限系统，可以弥补北京市环保局大供了支持。行等，能够即时体现，为我院科北京奥运大气环境监测协学家进行后续预测和分析提供了同平台的构建利用了信息化建设数据积累，同时为相关部门对北同时，为奥运会的空气质量中积累的一些关键技术和软件京市以及周边地区大气质量进行保障提供及时准确的预测和风险平台，同时以满足奥运大气监科学决策提供了技术支持。评估数据，不仅对保证奥运期间测实际需求和达到应用目标为的空气质量有意义，而且为认识指导原则。该平台能够比较容易和改善北京环境问题，为北京今地扩展并应用于其它一些类似的支持e-Science的协同工作后的空气质量改善提出建设性意 e-Science应用中，该平台相关成环境套件Duckling是专为科研团见。为京津冀城市群大气复合污果已经为我院信息化工作中协同队提供的综合性的资源共享和协染研究与调控进行前期示范。长工作环境建设和服务积累了有益作平台，它通过协同工作环境核气环境监测范围、监测内容和监测手段的不足。 2.1协同工作环境套件远来讲，为我国城市大气复合污染控制提供技术和方法，为城市空气污染治理提供科学依据和参考。北京奥运大气环境监测协同平台属于“北京及周边地区奥运大气环境监测和预警联合行动计划”项目中的一个课题，主要目的是集成项目中多个课题组产出的监测数据以及分析演算的预测数据、为课题之间的数据交换和共享、大气监测和预测数据的实 e-Science 2008年第二期图1 协同软件套件Duckling体系结构 35 技术 e-Science 应用 e-Science APPLICATION 心工具集、资源与服务池插件等的不同课题组每周生成最新工作按照日期来浏览数据并下载。但核心软件，组织和集成科研信息简报，汇报课题组的最新工作进如果想查找数据集里面的文档内化环境中的硬件、软件、数据、展。成员登录项目平台，上传简容，这种简单的浏览方式并不能信息各类资源和人员，构成一个报、填写描述信息，供课题组长胜任。高效易用的有机整体，支持和促评审。 Duckling通过全文索引方进信息化时代的新型科研活动方同时，各个课题组可以协同式，对上传的数据集进行关键字式。Duckling体系结构如图1所编辑各自最新的项目信息。如课索引，使得项目成员可以通过关示。题的对外宣传情况、课题的数据键字方式查询到其所需要的文采集过程、课题数据格式要求以档。 Duckling是一个支持虚拟组织的协作工具套件，通过文档协同时Duckling还提供了标签及数据下载政策等。同工具（DCT）、用户管理工具课题组的科学家针对项目产（Tag）方式，在上传数据的同（UMT）和活动组织工具（AAT）生的集成数据进行分析，进行数时，对数据加标签，使得文档具来组织协同工作行为，实现资源据分析会商。通过对比实时监测有语义描述信息，进一步方便文的共享和创新。数据和预测数据，修正现有预报档的查询。文档协同工具支持面向虚拟组织的协作式写作、基于标签的染监测和应用。布和便捷高效的文档共享功能。求，Duckling还提供了个性化数据管理服务。如“我的文档”、文档搜索和以搜索为导向的文档管理，实现了易于管理的内容发针对项目组成员的特殊需模型，使之更加符合未来大气污 2.3 数据管理项目中的不同课题要求上用户管理工具支持虚拟组传实时或预测的数据。这些数据织中人员关系的管理，具有开放中包括原始数据、处理后的数据性、安全性、统一性和权限分离集以及分析结果集。原始数据集 “最新更新”、“本课题的文档”等内容推荐和服务，如图2所示： 2.4用户管理的特点。活动组织工具支持更高效地参与或组织一些科研活动和项目工作。 2.2 协同编辑北京奥运大气环境监测协同平台是项目组数据集成和发布平台，同时也是项目组交流平台。图2 基于Tag的文档查询 Duckling基于Web 2.0思想，和处理后的数据集基本以文本或在北京奥运大气环境监测协通过Wiki技术，实现多人协同编 excel形式提供。分析结果集多以同平台，不同的课题成员具有不辑。任何具备权限的用户都可以 PDF格式的文档提供。同的权限。如课题一的成员能够编辑网站内容。在平台运行过程中，项目组 36 其它课题组的成员需要查编辑课题一所管理的资源，也能看或下载数据时，他们可以选择浏览或下载课题二管理的资源， e-Science 2008年第二期 APPLICATION e-Science 应用但这些成员不能编辑课题二资关新的数据内容的更新通知，每段，与Duckling协同平台紧密结合源。这意味着系统要具有安全访天定期收到短信通知。的数据集成模式。问控制要求，用户只能根据分配的权限访问和使用相应的资源。课题组成员也可以通过协作平台，发送邀请短信，要求与其 3.1 数据采集为了方便成员的交流和资源它离线用户进行在线协作，为数整个项目组中，既有实时传的更细粒度的共享。协同平台设据分析和数据会商以及在线讨论输的监测数据（每隔5分钟），也置了虚拟社区。所有的用户都具提供了即时通讯功能。有经过处理过后按天上传的监测有公用的olympics虚拟社区。随着资源或组织划分需求，管理员数据，以及数据分析处理完后的 3 数据集成模式可以创建新的虚拟社区。这些虚文档或图像文件。数据采集的体系结构如图3所示。拟社区继承于不同的上层虚拟社在北京奥运大气环境监测针对实时传输的监测数据，区，实现资源的细粒度控制和管协同平台中，要实现用户协同功本文通过在数据采集方安装插理。能，首要的工作就是集成不同课件，每隔5分钟，将最新的数据题组数据，提供数据可视化服务提取出来，生成text格式的数据文等增值服务，以方便科学研究和本，上传到每天的Wiki页面中。决策支持。 Wiki页面接收到数据文本之后，立 2.5短信通知由于项目组对数据上传有时间要求，因此协作平台在短信由于数据来源形式多样，网即启动后台的监听程序，将最新猫开发包的基础上，提供了短信络环境以及硬件基础设施各异，的数据进行处理，存储到后台数服务。对于上传数据中出现的问强制用户使用单一的数据上传方据库中。题会发送手机短信提醒相关负责法在实际应用难以操作。因此，针对处理后的监测数据，本人。项目组成员可以自由订阅有本文应用了一种采用多种传输手文采取采集方上传监测数据到FTP 图 3 数据集成模式体系结构 e-Science 2008年第二期 37 技术 e-Science 应用 e-Science APPLICATION 图4 显示北京其周边地区监测数据界面服务器的模式。用户按照不同的选择多个站点的一个大气指标，实时监测数据和预测数据，为科课题，将每天的数据上传到指定查看最近一周的大气环境变化情学家提供了一个数据分析和会商的目录。FTP文件监听器接收到况；也可以根据多个大气指标，的协作平台，也为管理者提供了上传的数据文件时，分析文件名选择一个监测站点，查看最近一科学决策支持。格式，判断数据文件格式是否合周的变化情况。图4给出了北京北京奥运大气环境监测协法，最后上传到Duckling协同平台其周边地区，选择多个站点和指同平台以Duckling为基础，能够不同课题的不同日期的Wiki页面标，显示监测数据的界面。对项目的文档和数据进行有效的上。对于数据下载，用户可以根索引，同时加入一些与奥运、大针对简报或者图像文件，课据指标与监测站点对应关系图，气、污染物等相关的Tag，对项目题成员按照不同课题的不同时间，选择相应的监测数据，下载供进文档的管理效果更佳。手工上传到相应的Wiki页面，并打一步的分析和研究。北京奥运大气环境监测协同平台提供了一种适应结构异构、上标签，以便更好的检索。 4 系统的适应性和特点 3.2 数据分析和显示广泛分布、上传模式多样的数据集成模式。这种模式能够适应目经过处理后的监测和预测数北京奥运大气环境监测协同前较为主流的数据集成方案，具据，将存入后台数据库，供前端平台是一个实时监测北京其周边有容易推广和自适应特点。该数分析、显示和下载使用。地区环境质量的协作平台。该平据集成模式也能适用于其它学科台集成了中科院多家单位产生的的多数据集成或e-Science应用，在前端显示时，用户可以 38 e-Science 2008年第二期 APPLICATION 为我们后续的e-Science信息化应应用的数据集成模式。用提供了很好的经验。 e-Science 应用立了以北京市为中心覆盖周边关 2008北京奥运会上，以“科键区域的大气环境综合立体监测技服务奥运奥运带动科技”为系统，与北京市环保局的紧密合主题的新闻发布会上，阴和俊副作，进行了奥运空气质量日报和院长提到“在北京奥运会筹备伊模型分析预报，用科学数据证明本文介绍了北京奥运大气环始，我院就发挥安徽光机所、网我国对北京奥运空气质量的承境监测协同平台构建。该协同平络中心等单位在在大气环境立体诺”，作为数据集成和协同平台在公共协同环境的基础上，提监测、环境卫星遥感、空气质量台，北京奥运大气环境监测协同供了一种分析实时环境中多数据模型预警预报等方面的综合优平台发挥了共享和协同优势，为源、多手段的分布式异种数据采势，以奥运主馆场、北京周边地项目的成功应用打下了坚实的基集和共享机制，探讨了面向协同区空气污染监测为主要内容，建础。 5 结束语参考文献 [1] Kai Nan, Kejun Dong, Jianjun Xie and et al. VLAB: An e-Science Collaboration Framework for CAS Scientists. In the proceedings of CODATA, Ukraine, Kyiv. 2008. [2] 安徽光机所、大气物理所、遥感所等. 北京地区大气环境监测行动计划. 中国科学院, 2007-2009. 作者信息于建军: 博士，助理研究员，中国科学院计算机网络信息中心，研究方向：协同环境。南凯: 博士，副研究员，中国科学院计算机网络信息中心。主要研究方向：网格与协同计算、数据网格等。 e-Science 2008年第二期 39