地球物理場流動觀測數據管理系統建設1

周克昌 紀壽文 鄭智江 劉文龍

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地球物理場流動觀測數據管理系統建設1

周克昌1）紀壽文1）鄭智江2）劉文龍2）

1）中國地震臺網中心，北京100045 2）中國地震局第一監測中心，天津300180

本文主要介紹了地球物理場流動觀測數據管理系統的主要功能和關鍵技術。本系統主要功能包括流動地磁觀測基礎信息管理、數據入庫、數據目錄總覽、數據瀏覽及備份、備份數據入庫、數據庫檢查等。通過本系統的數據備份和備份數據入庫功能，可按觀測任務期次進行數據備份，并較好地解決了單位間的數據交換問題。數據目錄讓用戶和管理者能夠一目了然地了解庫里的數據內容。數據庫檢查則可以定期對數據的正確性和一致性進行檢查，以清除數據垃圾，保持數據庫的健康性。

地球物理場 流動觀測 信息系統

引言

地震系統每年都要進行大量的地球物理場流動觀測（包括流動重力、大面積水準、流動GPS、斷層形變和流動地磁測量），產出了大量寶貴的觀測數據，但對這些數據的管理一直相對滯后。雖然也開展過數據庫系統建設，如“十五”期間的流動數據庫系統建設（薄萬舉，2008；蘇瑞等，2011），但一直沒有建立比較完善和統一的地球物理場流動觀測數據的數據庫、數據管理、數據應用系統，以及從觀測數據產出到數據應用的完整流程。而且，數據沒有匯集到國家地震前兆臺網中心進行共享服務。為了填補這個空白，從2013年開始，在地震行業專項“地球物理場流動觀測信息融合關鍵技術研究”的支持下，國家地震前兆臺網中心開始進行地球物理場流動觀測數據管理平臺的建設，包括硬件平臺、流動觀測數據庫系統、數據管理與共享服務系統等。目前，該平臺已初步建成并投入使用。本文主要介紹地球物理場流動觀測數據管理系統的主要功能和關鍵技術。限于篇幅，地球物理場流動觀測數據庫設計將另文介紹。

1 主要功能

1.1 系統架構和模塊

本系統是在Windows .NET平臺下采用C#開發的C/S模式應用，后臺數據庫是在Linux平臺上使用Oracle數據庫系統建設的，本系統與后臺數據庫之間的連接通過Oracle客戶端進行。系統采用模塊化結構，3個主要模塊是：

（1）流動地磁數據管理模塊，包括流動地磁觀測基礎信息、觀測數據以及產品錄入、瀏覽、導出等。

（2）流動形變數據管理模塊，具有流動形變數據瀏覽、導出等。

（3）其他功能模塊，包括數據庫檢查、數據服務用戶管理、服務日志管理等。

1.2 流動地磁觀測基礎信息管理

流動地磁觀測基礎信息管理包括以下功能：

（1）測量單位信息管理；

（2）作業員信息管理；

（3）項目課題信息管理；

（4）測量任務信息管理；

（5）測網信息管理；

（6）測點信息管理；

（7）儀器類型信息管理；

（8）測量儀器信息管理。

對以上基礎信息的管理功能包括添加、修改、刪除基礎信息記錄，信息查詢等。各種基礎信息的管理除內容不同外，界面和操作是相同的，下面以測量單位信息管理為例，其操作界面如圖1。

1.3 流動地磁數據入庫

將流動地磁測量的數據文件導入到數據庫中。包括總強度測量的觀測、通化數據，三分量矢量測量的觀測、通化、長期改正和異常數據，以及地磁點志記文件。系統界面如圖2，入庫結果提示信息如圖3。

圖3 入庫結果提示信息

將數據導入數據庫中時，軟件自動根據觀測的主測點（A樁）的6組（或8組）觀測數據的通化值，計算地磁總強度通化均值和通化均方差，并將北京時間轉換為世界時間。

1.4 數據目錄

數據目錄是數據庫中所有數據的總覽。本系統對流動地磁和區域水準觀測提供了數據目錄功能，可按觀測任務列出與數據有關的信息。對流動地磁觀測，數據目錄中包含測量單位、測量任務、測網名稱、觀測點數、觀測開始和結束日期，以及觀測、通化、長期變化改正、異常數據等種類數據的條目數等信息。區域水準數據的數據目錄中包含測量單位、測量任務、水準大區域、測段數、觀測點數、開始和結束觀測日期，以及測段觀測和成果數據等信息。以流動地磁觀測數據目錄為例，數據目錄顯示如圖4所示。

1.5 數據瀏覽及備份

對數據庫中的數據進行瀏覽，導出EXCEL文件以便用戶共享，并可按觀測任務將所有數據及相關信息備份，以便進行數據交換和備份。以區域水準數據為例，界面如圖5所示。

圖5 數據瀏覽及導出界面

查詢瀏覽時，可首先選擇測量單位、任務年份，即可列出符合條件的觀測任務。選中某觀測任務后，按“水準大區、測線、測段”的層次結構列出該期任務所測量的水準大區域、該區域的測線及各測線中的測段。選擇大區、測線或測段后，即在界面右上部的表格中列出條件下的所有成果數據，在其下方的列表中，顯示測段成果的觀測信息。如果在“水準大區、測線、測段列表”中選擇的是水準大區，則顯示該水準大區該期觀測任務的所有測段的成果數據；如果選擇的是某測線，則顯示該測線該期觀測任務觀測的所有測段的成果數據。

“備份數據”按鈕的功能是將該期觀測任務的所有測段的觀測信息、成果數據及所有的相關基礎信息進行備份，包括：

（1）水準大區域、測線、測線節點、測段、測點信息；

（2）水準儀、標尺組合、檢定信息；

（3）測段觀測信息、測段觀測成果；

（4）測量單位、作業員信息；

（5）項目課題、測量任務信息。

備份數據時，將數據庫相關表中的數據條目以SQL語句的形式寫入一個文本文件中。在備份基礎信息時，將存放圖形或WORD文檔的LOB字段的內容也導出到文件中，保存為.JPG圖形文件或WORD文檔。一次備份后將形成一個SQL語句文件和若干個圖形文件或WORD文檔。備份是為了將數據從數據庫中導出，以便進行數據交換，也可作為數據備份保存到備份介質上。

“導出數據”按鈕的功能是將該期觀測任務所測量的所有測段的成果數據導出為EXCEL文件以便用戶共享。

流動地磁數據的瀏覽及備份與區域水準類似。跨斷層水準測量數據按跨斷層測量場地進行備份，定點臺站水準測量數據按臺站進行備份。在瀏覽時，跨斷層水準測量、定點臺站水準測量可顯示該測段或測站高差的時間序列曲線。

1.6 備份數據入庫

備份數據入庫將本系統備份的流動地磁、區域水準、跨斷層水準、定點臺站水準觀測的備份文件數據及相關基礎信息導入到數據庫中。比如，從中國地震局第一監測中心將某期觀測任務的數據備份后，通過光盤報送給國家地震前兆臺網中心，再通過本功能將備份數據導入國家地震前兆臺網中心的數據庫中，以實現數據庫數據的交換。此功能要求兩邊的數據庫的結構完成相同。

其操作為選擇備份數據文件或文件所在目錄，點擊“入庫”按鈕后，逐個將文件進行入庫。運行完畢后，將提示入庫情況。

1.7 數據庫檢查

對數據庫中數據的正確性及各個表格之間的數據一致性進行檢查，確保數據庫中數據的正確性。檢查內容包括：

（1）水準測線、測段表、測段觀測、成果表中的單位、任務是否與任務表一致；

（2）觀測成果表中的單位、任務、測段是否與觀測信息表一致；

（3）觀測信息表中的測段是否與測段信息表一致；

（4）測段信息表中的測線是否與水準測線表一致；

（5）水準測線、測段表中的測段起點、終點編碼是否相同，是否與水準點表一致；水準測線表中的水準大區編碼是否與水準區域表一致；

（6）觀測信息表中的水準儀編碼是否與水準儀和水準標尺表一致；

（7）觀測信息表中的水準標尺組合編碼是否與水準標尺組合表一致；

（8）觀測信息表中的觀測者、記錄者編碼是否與作業人員信息表一致；

（9）作業人員信息表中的單位編碼是否與單位信息表一致。

檢查結果以文本文件格式保存在應用程序目錄下，用戶可打開該文件進行核對改正。

2 關鍵技術

2.1 數據交換問題的解決

根據中國地震局有關數據管理的規定，數據應從生產單位匯交到學科中心，再從學科中心匯交到國家中心進行數據共享服務。從生產單位匯交到學科中心可以文件方式進行，學科中心進行質量檢查后將數據入庫。但數據應如何從學科中心匯交到國家中心呢？如果也以數據文件的形式匯交，國家中心在進行數據入庫將費時費力，因為除觀測數據文件外，還有一些基礎信息（如項目、任務、人員、儀器及檢定信息等）需要入庫，這些信息不包含在觀測數據文件中，需要單獨錄入。因此，在國家中心和學科中心間基于數據庫進行數據匯交是比較好的方式。但問題是，學科中心每次將數據入庫后，如何將庫中新增的數據匯交給國家中心。如果利用Oracle數據庫系統提供的數據備份與恢復工具，則只能對整個庫進行，無法單獨添加新增數據，每次都將整個庫進行匯交顯然是不可取的。如果人工逐個將新增數據導出進行匯交，則非常繁瑣且容易出錯。對此，為了使學科中心向國家中心匯交數據時更加方便快捷易操作，開發了數據備份及備份數據入庫功能。該功能根據流動觀測的特點，以任務期次為單位進行數據備份，可將該期任務觀測的所有測點的數據以及相關基礎信息全部導出。而且，備份的數據還可作為數據庫的冷備份進行保存，將來如果數據庫損壞重建時，也可以使用該備份恢復數據。

2.2 數據庫健康檢查

關系型數據庫在設計時，為了保持數據庫的正確性和完整性，需要滿足一定的要求，一般是第三范式的要求，通常包括各種完整性約束，如數據取值的正確性、相關數據的一致性等。此外，還有很多業務規則的要求，如本系統中的各種編碼的規則等。完整性約束通過數據庫各表之間的主鍵外鍵關聯、唯一性、非空性、指定取值范圍等等形式實現。其中，有些約束可在數據庫上實施，如主鍵外鍵關聯、唯一性、非空性，但有些業務規則無法在數據庫上實施，如各種編碼的正確性檢查等，需要在數據入庫軟件中進行。

在數據入庫時，可通過多種方式將數據導入到數據庫中。比較普遍的方式是通過開發的各種數據入庫軟件進行數據錄入，或通過Oracle數據庫系統的數據導入工具進行入庫等等。

如果在數據入庫時沒有很好地實現數據庫設計的各種完整性約束，則可能導致庫中的數據不正確，如編碼不符合規則，數據之間不匹配等。因此，為了確保數據庫中數據的正確性，本系統開發了數據庫檢查功能，用于根據設計的業務規則對數據庫進行檢查，對不正確的數據進行改正。一般來說，為了保持數據庫的健康性，需要定期進行檢查，以清除數據垃圾。

2.3 數據庫數據總覽

數據庫就像一個倉庫，了解庫里有哪些數據對于用戶和管理者來說都是非常重要的，因此通常要編寫目錄，但這個目錄往往并不好列。本系統中，根據流動觀測的特點，以觀測任務期次為線列出庫中數據的目錄，讓用戶和管理者可以對庫里的數據內容一目了然，較好地解決了這個問題。

2.4 二進制大對象數據對象（BLOB）管理

為了保存原始記錄，本系統中有大量圖形、照片、文檔、電子手簿等，以二進制大對象（BLOB）的形式完整地保存在數據庫中。對BLOB的操作比普通的字符字段要復雜很多。本系統使用Oracle客戶端底層函數，成功實現了對BLOB類型字段的讀寫操作。

3 結束語

在國家中心，采用了主、備2臺數據庫服務器保障系統安全。2臺服務器均安裝了SUSE Linux操作系統和Oracle 10g數據庫管理系統，硬盤存儲容量分別為1.8TB和16TB，可以滿足目前地球物理場流動觀測數據存儲的需要。按照制定的數據庫結構，編制了數據庫建庫腳本，并在服務器上創建了流動地磁和流動形變觀測數據庫。

目前，地球物理場流動觀測數據庫已在國家中心部署使用，并根據使用情況和用戶需求不斷完善。由于地球物理場流動觀測數據的敏感性，無法在線提供數據服務。下一步，將在國家網站上提供元數據服務，以方便用戶查找和獲取數據。相信本平臺的建成將為加強地球物理場流動觀測數據的有效管理、促進數據共享和應用發揮積極作用。

薄萬舉，2008．流動形變監測系統（上冊）-大地形變數據庫．北京：地震出版社．

蘇瑞，程林，陳文勝等，2011．西部大地形變數據庫設計與建設．大地測量與地球動力學，31（s）：142—145．

Construction of System of Geophysical Data Management for Field Mobile Surveying

Zhou Kechang1）, Ji Shouwen1）, Zheng Zhijiang2）and Liu Wenlong2）

1） China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China 2） The First Monitoring Center, CEA, Tianjin 300180, China

In this paper, we introduce the main functions and key aspects of the System for Geophysical Field Surveying Data Management, including the management of basic information of mobile geomagnetic surveying, data loading, data catalogue, data browsing and backup, importing of backup data, and database consistency checking. This system achieves the goal of data backup and exchange by episode, thus is capable of solving the problem of data exchange from one data node to another. The data catalogue function in the system can help users in database consistency checking, which can be used to maintain the health condition of the database.

Geophysical field；Mobile survey；Information system

1基金項目 2013年度地震行業科研專項“地球物理場流動觀測信息融合關鍵技術研究”支持

2016-12-28

周克昌，男，生于1964年。研究員。主要從事地震信息處理技術方面的工作，包括數據庫系統建設、信息共享服務系統建設、專業軟件研制、臺網運行管理與維護、標準制定等。E-mail：kczhou@seis.ac.cn

周克昌，紀壽文，鄭智江，劉文龍，2017．地球物理場流動觀測數據管理系統建設．震災防御技術，12（1）：78—84． doi：10.11899/zzfy20170108