區域（天津）地震前兆臺網“九五”接入“十五”系統升級改造

摘要：重點介紹了天津前兆臺網儀器網絡化改造、歷史數據遷移、并行運行情況及關鍵技術。通過“九五”接入“十五”系統改造，解決了前兆數據管理多系統、多格式問題，數據分析與應用更加高效，促進了運行管理工作的標準化、系統化和一體化。

關鍵詞：前兆臺網；數據管理；系統升級；網絡化改造

中圖分類號：P315-391

文獻標識碼：A

文章編號：1000-0666（2013）02-0243-05

0 引言

我國地震前兆臺網發展至今，先后經歷了模擬觀測、“九五”數字化、“十五”網絡化等階段，各階段建設了相應的觀測系統，積累了大量的觀測數據，為地震預測預報探索和科學研究工作提供了非常有價值的觀測資料。由于受不同建設時期技術條件的限制，觀測模式、數據管理、運行管理等方面存在較大的差異，前兆臺網并行運轉“模擬”、“九五”、“十五”3套觀測系統，加大了臺網運行維護的復雜性，也造成數據應用的諸多不變。為了簡化臺網運行維護與管理，提高臺網觀測質量及應用效能，中國地震局決定開展前兆臺網觀測系統的并網改造工作，其主要任務是“九五”和模擬觀測儀器的接入改造、前兆臺網專業軟件升級完善與部署、歷史數據遷移等。

在中國地震局各級領導、專家的大力支持下，按照《關于在全國前兆臺網開展“九五”及模擬觀測系統并入“十五”觀測系統工作的通知》（中震測函[2010]13號）、《關于盡快實施全國前兆臺網“九五”系統接入改造工作的通知》（中震測函[2011]19號）、《關于報送前兆臺網“九五”系統接入改造任務實施方案的函》（津震函[2011]174號）等文件要求，天津區域地震前兆臺網完成了“九五”前兆儀器網絡化改造、“十五”系統軟硬件升級、“九五”和“人工”前兆儀器接入“十五”前兆數據管理系統、數據對比分析、歷史數據遷移、并行運行等幾個階段的任務。天津區域地震前兆臺網9個臺站22套“九五”前兆儀器、6個臺站7套“人工”前兆儀器接入“十五”系統，新增17個通信協議轉換器，改造1個臺站網絡通信方式，對1個區域中心節點、3個臺站節點的中國地震前兆臺網數據管理系統、中國地震前兆臺網數據處理系統、中國地震前兆臺網運行評價系統進行升級，遷移13個臺站29套儀器175個測項分量失480094787個歷史數據。本文重點介紹天津“九五”前兆儀器網絡化改造、歷史數據遷移、并行運行情況及關鍵技術。

1 網絡化改造

中國地震局有關專家先后開展了“九五”前兆儀器入網方案研究。趙剛等（2007）開展了“九五”前兆儀器接入因特網的研究，在不影響“九五”臺站的連接方式及工作模式的前提下，通過將臺站通信計算機接入因特網并安裝Web服務軟件，中心安裝因特網版EPCC軟件，實現了中心通過因特網收取臺站“九五”前兆儀器數據的目的；臺站通信計算機Web服務軟件起到了“網橋”的功能，當中心通過因特網收取儀器數據時，控制命令通過因特網發送到臺站通信計算機，然后將控制命令傳送到儀器，儀器接收到命令后，將數據發送到臺站通信計算機，臺站Web服務軟件將數據“透明”的通過因特網發送到中心（王軍等，2008）。何案華等（2008）進一步開展了“九五”前兆儀器接入“十五”系統研究。通過在“九五”前兆現場總線上添加一個具有固定IP地址的協議轉換器，將“九五”前兆儀器接入到局域網中，并由協議轉換器自動采集“九五”前兆儀器數據，生成“九五”、“十五”兩種格式文件，響應“十五”前兆數據管理系統命令等（何案華等，2010；馬文娟等，2010）。

“九五”前兆儀器通過協議轉換器接入“十五”系統，協議轉換器起到了承上啟下的作用。天津市地震局“九五”前兆儀器采用中國地震局地球物理研究所研制的地震前兆設備網絡協議轉換器接入VPN內網，并按照前兆“十五”網絡通信規程響應“十五”通信指令和生成十五格式的前兆數據。該協議轉換器采用itx工控主板945GSE，內存1GB，主頻1.33GHz，性能高；嵌入式Linux操作系統，運行穩定，不易受病毒感染；嵌入式數據庫SQlite的應用，數據讀取更快，數據管理更為便捷。

1.1協議轉換器連接方式

采用協議轉換器連接通信單元或儀器（數采）方式，對“九五”前兆儀器進行網絡化改造，“十五”前兆數據管理系統可通過網絡完成對“九五”前兆儀器產出數據的自動匯集，同時通過EPCC通信控制軟件仍可對本地、遠程的“九五”前兆儀器進行數據采集和處理，真正做到了“九五”和“十五”并行觀測。

（1）協議轉換器連接通信單元

一個協議轉換器可以同現場總線上的所有儀器設備通信，此連接方式具有響應速度快、節省服務器資源等優點，同時有一定的避雷效果（圖1）。

（2）協議轉換器連接儀器（數采）

每個協議轉換器的串口連接一套儀器（數采），此連接方式每一套儀器（數采）需要占用一個協議轉換器，儀器響應速度快，可同時采集各套儀器（數采）上的數據，誤碼率低（圖2）。

1.2協議轉換器連接實例

（1）有人職守臺站

寶坻臺為有人職守主臺，其安裝的“九五”ZD9A地電場儀、LN-3數字水位儀、SZW-1數字式溫度計為智能儀器，協議轉換器COM1口和主臺通信單元總線232口連接，協議轉換器COM2口和主臺通信單元數采2口連接，主臺通信單元MODEM RS-232C口和有線口相連（圖3）（中國地震局監測預報司，2003）。

薊縣臺為有人職守主臺，其安裝的“九五”GS-15重力儀的數采類型為DSC-2公用數采，協議轉換器COM1口和數采RS-232C口連接，協議轉換器COM2口和主臺通信單元數采2口連接，主臺通信單元MODEM RS-232C口和有線口相連（圖4）（中國地震局監測預報司，2003）。

（2）無人職守臺站

桑梓井為薊縣臺負責管理的無人職守臺站，其安裝的“九五”LN-3數字水位儀、SZW-1數字式溫度計為智能儀器，協議轉換器COM1口和子臺通信單元總線232口連接，協議轉換器COM2口和子臺通信單元MODEM RS-232C口連接（圖5）（中國地震局監測預報司，2003）。

1.3協議轉換器參數配置

當安裝新的協議轉換器時，需要登錄協議轉換器主頁，進行臺站配置、網絡配置和儀器配置。臺站配置包括臺站名稱、臺站代碼、經度、緯度、高程等參數的配置，網絡配置包括協議轉換器的IP地址、子網掩碼、網關等參數的配置，儀器配置包括所屬臺站、儀器名稱、采樣率、儀器ID、儀器地址、儀器密碼等參數的配置。當調整形變儀器標定改正值、水位探頭埋深時，當天要及時錄入標定時間、標定結果，并重啟協議轉換器才能生效。

并行運行期間，發現協議轉換器校對儀器（數采）時鐘無效。通過SSH軟件，將修復后的程序文件device-settime.jsp拷貝到協議轉換器/mnt/hdal/miniAdaptor/webapp/caiji目錄下，替換原文件，并重啟協議轉換器，可解決該問題。

2 歷史數據遷移

2.1遷移流程

前兆臺網歷史數據遷移工作流程主要包括數據遷移清單整理，臺站、測點、儀器、測項分量等基礎信息匹配，數據遷移任務生成與執行，數據對比與歸檔上報等環節。其關鍵在于臺站、測點、儀器、測項分量等基礎信息匹配，“九五”臺站代碼、測項分量代碼、采樣率、數據庫表等要逐條對應“十五”臺站代碼、測點編碼、儀器代碼、測項分量代碼、采樣率、數據庫表等，才能保證從“九五”數據庫遷移數據到“十五”數據庫的準確無誤。數據遷移框圖如圖6所示。

2.2遷移情況

按照《前兆臺網歷史數據遷移工作細則》梳理出天津前兆臺網歷史數據遷移清單，并根據專家審查意見對清單進行了修改完善，最后以“天津市地震局關于報送前兆臺網歷史數據遷移清單的函（津震函[2011]162號）”上報中國地震臺網中心。根據天津前兆臺網歷史數據遷移清單，對歷史數據整理工具生成的歷史數據遷移任務逐條復核修改，并打印即將遷移的任務信息，由天津市地震局監測預報處批準蓋章后，才執行歷史數據遷移任務。天津區域地震前兆臺網遷移完成的臺項數和數據量見表1。

2.3解決問題

在使用歷史數據整理工具從“九五”數據庫中遷移數據到“十五”數據庫時，由于測項分量較多，需要逐個修改數據遷移開始日期、結束日期，如果“十五”數據庫中存在數據，還需要逐個確認是否覆蓋數據，比較繁瑣。通過使用SQL語句，修改qzdata方案中的history_listing、history_mission兩張表，解決了重復操作的問題，成倍提高了工作效率（Wang et al，2010）。

（1）修改數據遷移起止日期：Update qzda-ta.history_listing set startdate=to_date（‘2001-01-01’，‘yyyy-mm-dd’），enddate=to_date（‘2011-12-31’，‘yyyy-mm-dd’）；

（2）修改數據覆蓋模式：當coveredmode等于0表示逐個詢問，等于1表示逐個覆蓋，等于2表示逐個忽略，等于3表示全部覆蓋，等于4表示全部忽略。從“九五”數據庫中遷移數據到“十五”數據庫時，“十五”數據庫中已有的數據全部覆蓋，采用SQL語句為：Update qzdata.history_mis-sion set coveredmode=‘3’；

3 并行運行

3.1并行流程

“九五”、“十五”并行運行從2011年12月開始至今，為了檢驗“九五”前兆儀器按照“九五”和“十五”兩種模式產出數據的一致性，及系統軟硬件運行的穩定性，其并行觀測主要流程如下：

（1）按照核對后的臺站儀器信息，將“九五”、“人工”前兆儀器接入“十五”前兆數據管理系統。

（2）按照“九五”、“十五”兩種模式并行運行。“九五”技術系統原有運行模式及日常工作保持不變，仍按“九五”系統運行要求完成數據采集，日志填報，數據預處理、入庫，數據報送等日常運行、維護工作。并同時按照“十五”系統運行模式及要求，完成原“九五”系統數據的采集、預處理以及觀測日志的填寫。每天檢查數據采集器、協議轉換器和網絡通信設備的運行情況，及時排除設備故障（李剛等，2012）。

（3）數據對比。每周一使用數據對比與歸檔軟件對上周“九五”與“十五”模式產出的數據進行對比，并形成數據對比報告提交給國家中心。

3.2并行情況

天津區域地震前兆臺網經過幾個月的并行運行，各個臺站接入設備運行率100%、專業軟件運行率100%，兩套系統產出的數據一致。為此，可以采用“十五”模式代替“九五”模式，進一步提高前兆臺網系統運行、產出與應用和技術管理的效率。

4 效益分析

通過“九五”接入“十五”系統改造，解決了前兆數據管理多系統、多格式問題，前兆監測預報人員能夠通過“十五”數據庫查看人工、九五、十五數據及日志，數據分析與應用更加高效；促進了運行管理的標準化、系統化和一體化，從數據采集、數據處理、數據存儲、數據備份、數據交換、數據服務、數據共享到系統監控、運行評價等實現了統一的工作模式。