基于B/S架構的區域前兆數據庫信息服務與運行管理平臺的設計與實現1

卜玉菲 梅衛萍 鮑海英 何 斌 潘 穎 王 凱

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基于B/S架構的區域前兆數據庫信息服務與運行管理平臺的設計與實現1

卜玉菲 梅衛萍 鮑海英 何 斌 潘 穎 王 凱

（江蘇省地震局，南京 210014）

區域前兆臺網的大量數據存于數據庫中。為便捷地查詢測項信息、臺站工作日志和觀測日志、臺站基礎信息，并減少區域臺網中心工作人員工作量，提高工作效率，我們建立了基于B/S架構的前兆數據信息服務與管理平臺。該平臺很好地解決了上述問題，并在江蘇省地震監測中心、預報研究中心、各省屬地震臺和市縣地震部門廣泛使用。

前兆數據庫 信息服務 B/S架構 管理平臺

引言

隨著“九五”前兆數字化改造、“十五”網絡項目、前兆數據共享項目、“九五”接入改造和歷史數據遷移等項目的實施，各區域前兆Oracle數據庫積累了自1980年以來豐富的數據資料。這些資料包括：①臺站信息，涉及臺站勘選信息、地震地質條件、地址等信息；②觀測數據，目前數據庫中不僅擁有1980年以來的模擬、人工等歷史觀測數據，還包括“九五”、“十五”數字化等高采樣率觀測資料；③測項、測點信息，不同測項的基本信息以及各測點的具體情況等；④日志資料，各省級數據庫中包括臺站人員處理資料時的預處理日志，以及該省局前兆臺網和所屬臺站每天的工作日志；⑤場地信息，前兆數據庫還儲存有各學科測項的場地基礎信息，如流體井泉、形變洞體、跨斷層形變觀測場地、地磁臺站觀測環境、地電場地以及電極布設信息等。以上前兆觀測資料都集中在同一套數據庫中（周克昌等，2010）。

區域前兆臺網中心每天值班的工作任務繁重，重復勞動多，每月、每年要對觀測數據質量進行各種統計。如何減少人工操作，增大自動化程度，是一個迫切需要解決的問題。目前，常用的前兆工作相關軟件或平臺有：①數據預處理軟件（集成版、學科版），主要用于處理前兆各測項收集到的原始數據，填寫觀測日志等；②地震分析預報系統（MapSIS）和地震前兆信息處理與軟件系統（EIS2000），主要用于繪制數據時序圖，可下載數據庫中已有的數據并進行一些分析應用（陸遠忠等，2002；蔣駿等，2000）；③數據管理系統，用于數據采集、監視臺站管理系統軟、硬件和臺站觀測設備運行狀態以及工作日志上報等（周克昌等，2006；王建國等，2013）；④前兆跟蹤分析軟件，主要關注數據質量，異常跟蹤分析。上述各軟件功能并不能夠對區域中心的基礎信息進行系統的分類統計，也不具備自動化值班和異常信息報警等功能。

基于前兆數據庫使用現狀，本研究首先對臺站工作人員、前兆臺網工作人員和預報工作人員進行了前兆數據的需求分析，然后針對不同使用者梳理出清晰的數據調用方式，最終建立一套基于B/S架構的區域前兆數據庫信息服務與運行管理平臺，使臺站人員能夠更方便地查看臺站基礎資料，檢查各項日志是否填寫正確；預報人員方便地查閱臺站聯系方式、臺站的基礎資料、測項信息、觀測日志等；前兆臺網工作人員縮短每天的值班時間，有效快捷地統計各類報表，提高值班自動化水平。

1 需求分析與平臺設計

1.1 不同類型用戶的需求分析

目前，區域地震前兆數據庫使用較頻繁的人員主要有：①本區域臺站工作人員。臺站收集的數據每天需及時提交到區域中心的前兆數據庫，臺站工作人員每天對本臺數據進行處理之后，需填寫觀測日志，并且上報工作日志，還需及時將本臺站更新過的基礎信息上傳至數據庫中。臺站工作人員與前兆數據庫的關系是最基礎、最密切的，數據庫里的臺站資料是否真實、正確，關系到整個區域前兆臺網的運行狀態。②區域地震前兆臺網中心工作人員。區域中心值班的工作人員每天需檢查數據庫中前一天的數據質量及臺站工作情況，并確保臺站的基礎信息完全正確。每月的運行月報、跟蹤分析月報都需要對數據庫中的數據進行梳理和總結，填寫相關的統計報表。每年的運行年報、跟蹤分析年報也需要對全年的前兆工作進行總結，涉及儀器的基礎信息、測項的基礎信息、觀測數據統計等十幾張表格，工作內容繁重。以上工作完全依靠人工完成，相當費時費力。減少區域前兆臺網中心工作人員的工作量，尤其是對中等規模以上臺網實現自動化值班能更有效地提高工作效率，對解決區域前兆臺網中心人員不足等問題具有重要意義。③省局預報人員。省局預報人員每周會商前都會查看全省前兆數據的觀測日志以及相關臺站的工作日志，對落實異常進行最基本的檢查工作。另外，省局預報人員也需要了解臺站、測點、儀器的基本情況，對數據的變化有一個背景認識。

基于以上分析，我們認為，該項研究需解決不同類型用戶的實際工作需求，簡化工作流程。通過邏輯條理清晰的設計思路，讓臺站人員和預報人員能夠方便快捷地查看他們所關心的內容，讓前兆臺網中心工作人員能夠簡化值班的重復性工作，節約統計時間，提高工作效率。

1.2 管理平臺設計

通過梳理數據庫中的數據以及對目標用戶的需求分析，我們設計了一套可實現自由查詢測項、快捷瀏覽日志及各類基礎信息、用觀測數據自動繪圖并判定異常和報警（張興國等，2011）、自動統計觀測數據起止時間及數據的連續完整率、自動統計儀器運行率等功能的區域前兆數據庫信息服務與運行管理平臺（圖1）。

根據數據庫結構分析、軟件架構設計等確定了數據庫表的結構，保證其符合中國地震局前兆臺網數據庫結構規范要求。設計的數據庫信息服務及運行管理平臺架構采用MVC架構，采用HIBERNATE和STRUTS 2框架開發。由于實現B/S架構（Browser/Server）系統功能的核心部分集中在服務器上，客戶端只需安裝瀏覽器即可。同時，該平臺維護和升級方式簡單、成本低，將其用于前兆數據庫的數據檢索和數據統計，時效性較好。

圖1 系統結構圖

2 管理平臺主要功能

2.1 測項查詢

測項查詢僅在用戶登錄后才可查看，包括按臺站查詢（圖2）、按學科查詢和全部測項查詢，顯示各測項的臺站名稱、儀器名稱及型號、測點編碼、儀器ID、采樣率、測項代碼、所屬學科、開始觀測時間等信息。

圖2 測項查詢結果顯示

為了方便使用不同方式查詢，可根據需要從臺站為切入點，查詢某一測點的測項資料，亦可從學科開始查詢某一種儀器的測項資料，或是根據統計分析資料導出所有測項數據。

2.2 日志查詢

日志查詢由3部分組成：工作日志查詢、觀測日志查詢、觀測日志導出。

該功能主要為區域臺網值班人員、預報中心人員提供服務。區域臺網值班人員可每天利用此功能批量查閱臺站的工作日志，及時發現臺站人員填寫時是否有遲報、漏報、錯報現象；預報中心人員可利用此功能迅速查閱臺站人員的預處理日志，比通過前兆數據處理軟件查閱更方便、快捷。

2.3 基礎信息查詢

基礎信息查詢分為兩部分：臺網分布和臺站詳細信息查詢。該查詢功能中包含的信息量較大，從臺網分布可看到全省臺站地理位置分布情況（圖3），點擊相應的臺站后可查看該臺站詳細信息（圖4）。

圖3 區域臺網分布圖

圖4 臺站信息

臺站詳細信息又包括臺站基礎信息、場地、井泉、斷層信息等在內的各種基礎觀測背景信息，通過臺站詳細信息查詢功能可方便地查看每個臺站的觀測環境、場地條件等，為相關研究中查詢基礎資料提供快速便捷的服務。

2.4 自動化值班與自動統計

自動化值班部分由自動繪圖與報警信息兩部分組成。

自動繪圖用于查看各學科的數據曲線，每天早晨定時更新，以便用戶快速瀏覽前一天的數據（圖5）。除地磁數據外，所繪制的數據曲線中最后一天數據為原始數據，之前的數據為預處理數據。這樣的繪制方式可將最新的原始數據與之前的預處理數據進行對比，從而使區域前兆中心的值班人員能夠更加清晰準確地觀察到最新一天數據是否出現問題。地磁則根據學科特點將各個臺站前一天的分鐘值原始數據繪制于一張同時間軸的曲線圖上，不同臺站用不同顏色進行區分，進而容易判斷出當天是否有臺站的同步性發生突變。

報警信息會顯示各臺站各儀器某個測項分量前一天數據中存在的異常情況（圖6）。異常信息按照學科規定的標準和指標、對比前一天和此前九天的數據進行計算，每天早上更新前一天數據的異常信息，方便用戶獲得初步的異常判斷情況，并對數據及時進行預處理。

自動統計模塊主要用于每階段的運行統計（圖7）。該模塊分為觀測數據目錄、數據質量統計、儀器分類統計、儀器數量統計4部分。每個月區域前兆臺網中心所關注的儀器運行率、數據連續完整率等都可以通過此模塊的部分功能來計算，方便各學科及時關注儀器的運行情況，從而節省每月人工計算的時間，提高工作效率。通過儀器統計列表也能快速查閱是否有儀器存在資料漏填、錯填現象，方便檢查數據庫里儀器信息的完善程度。

圖6 報警信息

圖7 自動統計

2.5 其他

平臺首頁將區域地震前兆臺網的運行月報、跟蹤分析年報、國家臺網中心每月的評比結果等集中在一起，可以方便區域前兆臺網中心的工作人員查看，關注前期工作中出現的問題，并及時解決。

對不同的使用者提供不同的權限，例如，預報中心人員將不能使用自動化值班功能模塊，臺站人員不具備系統設置的權限等。

3 解決的主要問題

3.1 圖形繪制與異常信息報警

每天定時繪制前十天的預處理數據和前一天的原始數據曲線圖，并根據各學科的特點按不同的要求繪圖，該部分的設計需考慮各學科的特點。例如地磁學科，不同臺站的數據具有很好的一致性，通過同軸對比可以很明顯地看出哪一個臺站的數據變化不一致，其他學科則不具備這種特點。因此僅將地磁數據繪制成多臺同軸對比圖。

各學科異常數據指標是異常測項報警的難點，經過咨詢各學科專家和查找有關學科觀測技術的參考資料，編制出自動繪圖模塊與異常數據報警的技術要點和技術指標，并取得了學科技術管理組專家的認可。

較現有的各項前兆數據處理、查詢軟件，該平臺首次研制了異常報警功能，能為區域前兆臺網人員在日常值班中快速判斷出異常信息，提高值班效率。

3.2 文件輸出

對于不同查詢內容的導出，采用不同的格式進行輸出，對于統計數字以EXCEL表輸出。例如，在“自動統計”部分，可以導出儀器運行率、連續率、完整率表格；測項查詢、日志查詢和基礎信息查詢的結果以表格形式展示，以EXCEL格式導出。

在“自動下載”部分，提供給使用者包括跟蹤分析軟件、預處理軟件等前兆工作常用軟件下載功能，也可下載及查閱最新通知、區域臺網每月所產出的跟蹤分析月報和運行月報等，以便使用者及時關注區域前兆臺網最新工作。

3.3 定制檢出數據

自動統計部分涉及多個統計表，每個統計表都需要從區域前兆數據庫中不同的數據庫表中讀取需要的數據，整合至一張表格之中，在此過程中需保證產出的數據無遺漏無重復，準確輸出所需要的數據。

4 結語

自2015年9月以來，該平臺已在江蘇省地震監測中心、預報研究中心、各省屬地震臺和市縣地震部門廣泛使用，用于日常資料質量統計、日志查詢、基礎信息查詢等。2015年12月在北京市地震局和山東省前兆臺網中心部署試運行。

從初步的反饋結果表明，服務平臺界面友好，各項信息查詢方便快捷，各種統計報表齊全，可明顯提高區域前兆臺網的工作效率和預報中心查找數據庫信息的效率，且有助于臺站人員對觀測資料進行質量監控。

目前，國家前兆臺網中心大力開展數據跟蹤分析工作，該項工作已經成為區域前兆臺網中心一項重要且耗時的日常工作。在該平臺后續的維護及升級中，還需考慮納入跟蹤分析信息查詢，以便前兆工作人員隨時查看跟蹤分析的審核結果、分析完整率等，在該平臺內逐步整合各項前兆工作。

另外，由于各地區所受主要干擾差異較大，故異常數據判別指標差異也較大。在用于不同地區時要根據當地情況多做實驗，根據實驗結果設置參數指標。因此，為了更好地實現該項功能，需對各區域臺網的數據背景進行更加深入的了解。

致謝：感謝審稿人提出的寶貴意見和建議。

蔣駿，李盛樂，張雁濱等，2000．地震前兆信息處理與軟件系統．北京：地震出版社．

陸遠忠，李盛樂，鄧志輝等，2002．基于GIS的地震分析預報系統．成都：成都地圖出版社．

王建國，劉春國，王偉等，2013．地震前兆數據庫綜合管理系統．大地測量與地球動力學，33（增刊I）：114—116．

張興國，王子影，李盛樂等，2011．地震前兆數據異常自動檢測報警系統．地震地磁觀測與研究，32（1）：101—108．

周克昌，李志雄，王松等，2006．地震前兆數據監視與管理系統．地震，26（1）：115—122．

周克昌，蔣春花，紀壽文等，2010．地震前兆數據庫系統設計．地震，30（2）：143—151．

卜玉菲，梅衛萍，鮑海英，何斌，潘穎，王凱，2017．基于B/S架構的區域前兆數據庫信息服務與運行管理平臺的設計與實現．震災防御技術，12（3）：710—717．

Design and Construction of Precursory Data Information Service and Management Platform Based on B/S Architecture

Bu Yufei, Mei Weiping, Bao Haiying, He Bin, Pan Ying and Wang Kai

(Earthquake Administration of Jiangsu Province, Nanjing 210014, China)

After the mass seismic precursor data has been stored in regional digital seismic network database, a precursory data information service and management platform has been developed based on Browser/Server (B/S) architecture. This platform is capable not only of querying each information conveniently, such as station information and daily observation logs, but also of reducing the workload and improving efficiency of regional network center staff. The platform has been widely used by Jiangsu Earthquake Monitoring Center, Jiangsu Earthquake Prediction and Research Center, and provincial seismic stations and earthquake administration of cities in Jiangsu Province.

Earthquake precursor database; Information service; Browser/Server architecture; Management platform

10.11899/zzfy20170326

地震科技星火計劃項目（XH14024），江蘇省地震局青年科學基金項目（201705）

2016-11-27

卜玉菲，女，生于1988年。碩士，工程師。主要從事地震學及地震前兆工作。E-mail：byf0138007@163.com

梅衛萍，女，生于1972年。碩士，高級工程師。主要從事地震前兆相關工作。E-mail：582759703@qq.com