地震速報信息軟件產品開發技術介紹＊

奚沖霄 高 翔 辛雪俠 李春連

（北京市地震局，北京 100080）

引言

由于互聯網技術的快速發展，新媒體技術不斷更新，地震速報信息服務隨著互聯網時代邁入大數據時代而逐漸進入了公眾的視野。地震速報是地震臺網的核心功能。快速有效地發布地震速報信息對于提升地震政府部門公共服務職能，減輕地震災害損失具有重要意義[1]。先前的地震信息獲取和發布模式已不能滿足人們迅速、便利地發布和獲取地震信息的需求。而互聯網技術與計算機技術的飛速發展和普及，使地震信息自動化成為可能。各省地震局相繼搭建了各種地震信息管理平臺，各類地震信息管理和發布系統主要基于JOPENS 數據處理系統和全國地震信息共享EQIM 系統開發的產品，主要內容包括地震信息軟件產品介紹、地震信息軟件開發技術介紹。本文對這些軟件及產品進行調查研究，隨著智能手機和5G 網絡的普及，政府和公眾對地震速報信息內容不再局限于地震三要素。根據地震速報信息快速準確的特點，發展不同方式的信息報送形式。憑借技術的進步使信息服務平臺也呈現多元化發展趨勢，開發者也可以根據自身需求選擇不同的計算機技術，利用系統數據進行二次開發；實現地震速報信息同步發布，地震速報及相關信息自動生成，及時地將信息傳遞到目標群體中，體現地震速報信息價值及社會服務能力。

1 地震信息軟件產品介紹

當前地震速報主要分為兩類：①根據全國速報管理規定，通過EQIM 上報中國地震臺網中心（簡稱EQIM 速報）；② 根據各省地震局速報管理規定，對當地有影響的地震速報（簡稱省內速報）。

全國地震速報管理規定，8 分鐘內完成EQIM 上報，各省地震局要為省政府提供相應的地震速報信息。這些信息要在震后規定時間內完成，遇到震級相對較大的地震還要進行余震跟蹤和完成各種相應的報告。各臺網為了地震速報信息的快速產出都進行了軟件開發，通過調研發現主要分為3 類。

1.1 基于JOPENS 系統開發的產品

廣東省地震局開發的JOPENS 數字化地震觀測系統，能夠完成測震項目所承擔的地震速報、地震編目和數據服務功能。數據格式、數據產出統一、規范。整個系統基于數據庫管理，引入IT 技術J2EE，特別是對消息機制、持久存儲、EJB 進行開發。中國省級測震臺網中心和各臺站利用該系統開展日常數據分析和存儲工作。

JOPENS 是一個數據集成的框架，該框架的核心是由Java 的SSH 三層架構及JBOSS 等多個模塊框架組成。持久層Hibernate 以MySQL 數據庫為基礎。該框架主要用于獲取地震臺站的數字信息并利用核心算法進行數據處理。在該集成框架的基礎上開發出的相關軟件產品的功能有：

（1）基于實時數據流服務（SSS）的軟件產品有《中國地震臺網的實時數據傳輸與服務系統》[2]。它可以實現全國各級地震臺網地震觀測數據的實時網絡傳輸與共享，為地震預警和地震自動速報提供可靠數據，還可以實現中國地震臺網觀測數據與國際地震觀測機構的數據實時共享。

（2）基于人機交互快速處理與速報（MSDP）的軟件產品有《基于JOPENS 系統的地震速報模擬演練平臺》[3]。它可以使MSDP 人機交互軟件對數據庫中的數據能夠顯示，并具有對地震事件進行分析處理、速報的功能。

（3）基于系統應用服務器（JBOSS）的軟件產品有《地震速報信息聚合與發布系統》[4]。它可以實時接收JOPENS 系統產出的各類地震速報信息，還能把同一次地震事件的信息聚合在一起，最后按照不同用戶組群進行發布。《廣東省地區JOPENS 地震速報系統》除了調用JBOSS 的消息服務器接口外，還可以調用數據訪問接口，均可獲取地震速報信息。

（4）基于數據庫服務（DB）的軟件產品有《新疆地震臺網測震資費管理信息系統》[5]。它使用ODBC 連接方式連接JOPENS 系統的MySQL 數據庫，利用SQL語句查詢人機交互后存儲到數據庫中的定位數據，從而提供地震目錄數據服務。

通過研究發現，根據JOPENS 系統中MSDP 模塊、JBOSS 模塊、數據庫服務DB 這三大模塊提供的數據支持和接口可以快速獲取省內地震速報數據。首先，人工用MSDP 軟件根據地震波形處理地震速報事件并提交到數據庫中；然后，對數據庫里的信息進行解析，可以得到地震速報和震相數據；最后，將這些數據用于地震速報信息報告的生成和信息轉發。

1.2 基于EQIM 系統開發的產品

EQIM 體系結構由國家臺網根服務器和省級臺網子節點服務器構成。服務器之間通過網絡互連，每個子節點服務器既可以與根服務器互連，也可以與二級、三級節點服務器互連。

EQIM 軟件系統由服務器和客戶端軟件包組成。服務器系統包括數據庫、數據傳輸服務程序和Web網站；客戶端軟件包包括EQIM Process 接收處理軟件，EQIM Sender 速報信息發布軟件，EQIM SMS 短信發送軟件。EQIM 數據庫安裝的MySQL 數據庫，主要用于實現數據存儲、數據庫查詢管理。

由于EQIM 數據庫和數據傳輸服務基礎上的軟件產品的特點，主要集中在滿足公眾對外發布的地震信息需求方面，地震速報信息發布產品主要有：

（1）新疆地震信息網地震速報信息自動發布，主要實現在地震信息網上發布地震速報信息，地震速報信息的自動監控通過定時掃描EQIM 本地數據庫gshare_catalog 數據庫表，獲取最新的地震速報數據[6]。

（2）陜西地震信息網地震速報信息對外快速發布，實現地震速報信息的網站快速發布，速報數據能同步是因為編寫了一個存儲過程，定時執行，實時讀取數據庫中的速報數據[7]。

（3）12322 地震速報短信服務系統，主要是實現地震速報的短信發送，速報短信的信息源為EQIM 系統，速報參數同步是指通過把MySQL 數據庫中catalog 數據表同步至12322 信息基礎庫中[8]。

除了上述產品外，基于EQIM 系統建立的各種信息發布系統還有很多。例如，四川省防震減災網速報信息快速發布系統、山東省地震速報信息快速提取和Web 信息發布系統、無錫市地震速報信息智能發布系統等[9]。這些系統大部分都是采用自動讀取地震速報數據庫的方式，解決了自動數據源實時同步的問題，并且這些產品已經運行了較長時間，取得了很好的效果。

對于滿足地震速報管理規定震級的地震，從EQIM 系統中直接掃描其數據庫相應的catalog 表，可以為各種發布系統提供數據源，然后生成相應的上報信息。而對于省內不夠速報震級的地震，該系統不進行數據交換，地震速報的測定結果以人機交互處理系統測定的結果為準。針對上報和對外數據服務能力不足的情況，各省局需要自行研發相應的軟件，解決人工填報信息容易出錯的問題，提高信息的準確度和上報的時效性。

1.3 地震信息服務輔助產品

地震系統不但開發有地震速報數據管理、信息發布相關產品，還有一些提高公眾服務的地震輔助產品。地震輔助產品主要有兩類：①與應急服務有關；② 與地震數據服務有關。具體有：

（1）應急避難場所查詢系統。該系統建立了地圖可視化服務系統，采用百度地圖API 接口二次編程，實現應急避難場所的分布、名稱、地址、功能分布和公交查詢[10]。

（2）測震臺網電子地圖服務系統。它構建了臺站基礎信息管理和臺站電子地圖服務，采用百度地圖API 實現臺站信息的圖像化管理，顯示直觀，易于管理[11]。

除上述產品外，地震系統還提供地震數據服務產品。中國地震臺網中心地震數據管理與服務系統[12]提供地震數據查詢、在線繪圖等，支持地震數據查詢結果的文本下載。各省地震局防震減災網也有專欄提供地震數據服務，主要是地震目錄的查詢和下載，同時還提供地震目錄的各種地圖顯示。臺網中心的地震數據管理提供的是全國地震數據，數據種類眾多，數據格式固定，非專業人員對這些數據的認識不高，無法獲取想要的數據信息；而其他產品大多都提供單一的服務，如僅支持速報數據顯示，僅支持地震目錄查詢或者目錄顯示，不支持查詢結果的數據分析顯示。

2 地震信息軟件開發技術

2.1 開發模式分析

軟件開發主要有B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務器）或C/S（Client/Server，客戶端/服務器）這兩大開發模式。C/S 模式是一種兩層結構系統，計算機系統在客戶端上安裝客戶端應用程序，在服務器上安裝服務器應用程序。工作過程中，客戶端程序請求，服務器程序接收并處理客戶端程序請求，并返回結果，從而完成一個業務邏輯的功能應用。B/S 模式結構是由傳統的兩層C/S 結構演變而來的一種新的三層體系結構。B/S 結構客戶端業務處理界面是通過瀏覽器實現的。在TCP/IP 協議支撐下，B/S 結構以HTTP 作為傳輸協議，用戶通過Internet 網頁訪問Server 端應用（Web）服務器，利用應用服務器和后臺數據庫系統來支撐應用服務的后臺數據庫系統。

調研發現，信息軟件產品有28 個，36%選擇了C/S 模式，64%選擇了B/S 模式。下面簡要分析B/S模式和C/S 模式的優缺點，討論如何確定地震信息系統需選擇哪種模式進行軟件開發。

（1）C/S 結構的人機交互能力強。C/S 結構的客戶端應用程序具有很強的人機交互能力，可以實現自動報警、子模塊互相切換等很強的功能。客戶端程序界面美觀，操作簡單，可以滿足地震系統人員計算機水平不高的需求。B/S 結構的系統使用腳本語言可以實現一些人機交互工作，但不能充分利用客戶端硬件和軟件環境資源優勢，反而增加了系統的通訊開銷。

（2）C/S 結構的數據訪問更安全。地震速報信息依托中國數字地震觀測網絡，通過地震信息網絡，本系統工作范圍僅限于地震特殊網絡或地震局域網，客戶端和服務器是相對封閉的點對點架構，在地震網絡數據傳輸中，使用安全性相對較高的NetSeis/IP 網絡協議能保證系統的穩定性。C/S 結構適用于開發地震速報信息轉發相關的產品。B/S 結構系統簡化了客戶端的安裝，但是對服務器安全性有了更高的要求。由于服務器和客戶端的關系是一對多，使用TCP/IP 協議，就得考慮硬件和軟件防護墻的問題，增加了系統的開發成本，系統安全無法保證[13-14]。

（3）C/S 結構減輕了服務器端負擔。數據由客戶端與服務器直接連接獲得，數據傳輸更快；沒有B/S 結構中的Web 服務器，傳輸過程中少了Web 服務器和數據與數據庫服務器的傳輸，只需要一個網絡通道，因此，減輕了服務器的負擔。

軟件開發人員可以根據需求選擇合適的開發模式，同時要考慮地震數據訪問的網絡安全。如選擇B/S 模式開發，還要考慮部署防火墻或者增加獨立的服務器。

2.2 開發工具及語言

JOPENS 系統是使用Java 語言開發的，所以部分開發人員仍采用Java 語言開發相關產品，但在短時間內掌握Java 開發語言并不容易。地震系統開發其他相關產品使用的語言有多種，如C/C++語言、Delphi7.0 語言、VC++、Python、Delphi、C#等。開發工具有Microsoft Visual C++6.0、Microsoft Visual Basic、PyQt、Microsoft Visual Studio 等。開發人員只有充分了解軟件開發語言、開發工具的特性及編程風格，才能有助于其選擇工具以及保證軟件產品的開發質量。從開發環境、開發周期、開發成本、開發人員技術水平綜合考慮，可以選擇簡單易學、成本低、開發周期短的C#語言和Python 語言進行客戶端的開發。

C#語言的特點是語法簡單、面向對象、安全穩定、與Web 緊密結合、兼容性強，通過與.NET 框架結合進行軟件系統開發。開發人員學習并使用C#語言提供的面向對象、組件開發、內存自動化管理、跨平臺開發以及代碼版本控制技術等，編寫控制臺應用程序、Web 應用程序和WCF 服務等，可以縮短軟件開發周期，提高開發效率。

Microsoft Visual Studio 是微軟公司推出的支持Windows 平臺應用程序開發的系統集成開發環境（IDE）。它具有數據庫、可視化、語言集成等功能。可以利用功能齊全的代碼編輯器、項目模板、設計器、代碼向導、調試器、實現對C#的支持。同時還能實現對C、C++、CLI、VB.NET、C#和F#多種編程語言的支持，可以通過安裝其他語言服務，支持包括Python 在內的更多其他語言。

Python 是跨平臺的計算機程序設計語言。它是結合了解釋性、編譯性、互動性和面向對象的一種腳本語言[15]。由于Python 有極其簡單的說明文檔，所以極其容易上手。Python 庫資源豐富，Python 標準庫很龐大。它可以幫助處理各種工作，包括正則表達式、文檔生成、單元測試、線程、數據庫、網頁瀏覽器、CGI、FTP、電子郵件、XML、XML-RPC、HTML、WAV文件、密碼系統、GUI（圖形用戶界面）、Tk 和其他與系統有關的操作[16]。其中可以利用Pandas 庫、Matplotlib庫、Basemap 庫等進行繪圖和數據可視化[17]，對于開發地震信息相關產品有幫助。

Python 開發環境安裝后，Python 自帶的編輯器IDLE 是開發Python 程序的基本集成開發環境。但是，當編輯比較龐大的工程時，就需要專業的開發工具，可以利用集成開發環境的應用程序（Integrated Development Environment，IDE）進行開發。下面簡單介紹3 款編輯器供開發人員參考。

（1）PyCharm 是一種Python IDE，帶有一整套可以幫助用戶在使用Python 語言開發時提高效率的工具，比如調試、語法高亮、Project 管理、代碼跳轉、智能提示、自動完成、單元測試、版本控制。此外，該IDE 還提供了一些高級功能，用于支持Django 框架下的專業Web 開發。PyCharm 在編寫和調試Python方面使用簡單，功能強大，值得推薦[18]。

（2）Eclipse 是基于Java 的可擴展開發平臺，是開放源代碼，它只是一個框架和一組服務，用于通過插件組件構建開發環境。Eclipse 附帶了一個標準的插件集，包括Java 開發工具（Java Development Kit，JDK）。Eclipse 并不限于編寫Java，也可以編寫C、Python等程序，而且Eclipse 在編寫Python 時很舒服[19]。

（3）Notepad++是一套自由軟件的純文本編輯器。該軟件以GPL 發布，有完整的中文化接口及支持多國語言撰寫的功能（采用萬國碼UTF-8 技術）。它的功能比Windows 中的記事本（Notepad）強大，除了可以用來制作一般的純文字的幫助文檔，也十分適合用來撰寫電腦程序的編輯器。

2.3 數據庫介紹

由于JOPENS 系統和EQIM 系統使用的都是MySQL 數據庫，地震系統相關產品開發也選用該數據庫。使用此數據庫可以滿足系統的兼容性和數據庫易使用易開發的需求。MySQL 與SQL Server、Oracle相比，有如下幾個特點更符合地震信息服務系統開發需求[20]。

（1）系統適應性、可移植性強。MySQL 數據庫既可以適用于Windows 系統，也可以適用于Linux 操作系統，還為不同的編程語言提供了不同的接口。MySQL 還支持多種免費的數據庫圖形化管理工具，例如，Navicat、Workbench、Sequel Pro 等，通過使用數據庫管理工具，使得系統建立、查詢和維護數據庫更加容易。

（2）開源性強，易找技術支持。MySQL 數據庫的源代碼是開放的，任何人都可以下載通用公共許可證，并根據其個性化需要進行修改。閱讀源代碼并進行分析可以幫助理解某個原理或算法。通過網絡查詢可以獲得大量的MySQL 技術文檔，許多技術問題都能得到解決，可為系統的數據庫建立找到許多技術支持。

（3）免費使用，系統開發成本低。由于其可免費下載使用，體積小，速度快，總體擁有成本低。因而許多中小型網站，為了降低成本選擇MySQL 作為網站數據庫。MySQL 和其他大型數據庫如Oracle，DB2，SQL Server 等相比，它自身雖然規模小，功能有限，但是對于開發地震信息服務系統來說，MySQL 提供的系統適應性、開源、免費完全可以支持系統開發。

2.4 電子地圖技術

國內地震系統相關產品用到的電子地圖技術有谷歌地圖、百度地圖、天地圖和MapABC 地圖等地圖服務商提供的API，可豐富地震速報信息內容，具體可參見其 API 參考手冊。

百度地圖自2010 年免費對外開放該應用接口后，使開發者降低了系統底層技術服務的開發成本，為更多的網絡地圖服務應用提供了系統保證。百度地圖服務的應用程序接口（Application Programming Interface）稱為百度地圖API，這些應用程序接口是由JavaScript 語言編寫的，系統使用JavaScript 語言把百度地圖服務加載到自己的系統平臺中，在自己的系統上實現網絡地理信息系統服務，如地圖展現、定位和搜索等功能[21]。

由于百度地圖的這些特點，地震相關產品的開發也越來越多的使用百度API 接口進行二次開發。百度地圖針對Web 地圖應用提供了JavaScript API和Flash API，為手機地圖應用提供了Android SDK和IOS SDK，為服務端地圖應用提供了靜態圖API和Web 服務API[22]。

國家地理信息公共服務平臺“天地圖”（以下簡稱天地圖）是國家基礎地理信息中心建設的網絡化地理信息共享與服務門戶，向各類用戶提供權威、標準、統一的在線地理信息綜合服務。天地圖的開發資源包括地圖服務、網頁服務、Web 服務、數據服務，為開發者提供應用程序開發接口和在線服務資源，可滿足各類基于地理信息的應用開發需求。

天地圖地圖接口服務支持HTTP 和HTTPS 協議，地圖服務采用OGC WMTS 標準，地圖提供5 種地圖服務，即矢量底圖、影像底圖、地形暈渲、地名標注、全球境界。網頁服務應用程序接口是JavaScript API 4.0，支持主流的HTML4.0 和HTML5.0 特性的地圖開發[23]。開發者利用接口程序快速調用天地圖在線地理信息服務通道，包括快速創建地圖、調用地圖、地名搜索以及在地圖上添加覆蓋物等。以HTML 5.0 的形式提供地圖展示、標注、定位等各種地圖服務和數據。基于瀏覽器構建了功能豐富、交互性強的地圖應用且支持PC 端和移動端的開發。開發者通過使用天地圖Web 服務API 提供的HTTP/HTTPS 接口，使用各類型的地理信息數據服務，可以基于此開發跨平臺的地理信息應用，包括地圖服務、地名搜索、駕車規劃、地理編碼查詢、靜態地圖API 等。天地圖數據API 提供的道路要素、水系要素、居民地要素服務可以增加產品的交互性。

2.5 范例分析

對于想在地震系統現有技術系統基礎上開發相關輔助軟件人員來說，軟件開發是一套完整的閉環式流程，并且每一個步驟是環環相扣。那么該如何認知軟件開發流程步驟？以《非天然地震事件信息專報自動處理系統》為例，介紹地震信息軟件開發技術及流程。

2.5.1 需求分析

本階段任務是根據業務需求確定軟件要解決的問題，采用數據流程圖的方法，建立軟件的邏輯模型，編寫需求規格說明書文檔并最終得到用戶的認可。本階段的工作是根據需求說明書的要求，設計建立相應的軟件系統的體系結構，并將整個系統分解成若干個子系統或模塊，定義子系統或模塊間的接口關系，對各子系統進行具體設計定義，編寫軟件概要設計和詳細設計說明書、數據庫或數據結構設計說明書、組裝測試計劃。依據中震測函[2021]18 號文件，北京地區地震信息報送標準為1.5 級及以上。圖1為非天然地震事件信息專報自動處理軟件流程。

圖1 非天然地震事件信息專報自動處理軟件流程圖Fig.1 Flow chart of automatic processing software of nonnatural earthquake report

2.5.2 系統設計

軟件設計可以分為概要設計和詳細設計兩個階段。概要設計就是結構設計，其主要目標就是給出軟件的模塊結構，使用結構化程序設計方法，用軟件結構圖表示（圖2）。詳細設計首先要設計模塊的程序流程、算法和數據結構，其次要設計數據庫。

圖2 系統功能結構圖Fig.2 System function structure chart

2.5.3 編碼實現

開發人員在充分了解軟件開發語言、工具特性后。針對非天然地震事件信息專報自動處理軟件選擇了C/S 開發模式，使用PyCharm 開發工具，利用Python 語言和MySQL 數據庫技術實現代碼開發。

2.5.4 安裝與測試

非天然地震事件信息專報自動處理軟件屬于綠色軟件，直接拷貝到電腦即可。在上報文件電腦中安裝配置FTP 服務器端，在本地電腦安裝FTP 客戶端。

由軟件測試理論可知，系統測試分為黑盒測試和白盒測試。黑盒測試可稱為功能測試，其作用是檢查模塊功能是否滿足系統的設計需求，發現是否有不正確或者遺漏的功能、是否滿足性能要求、是否執行正確、界面是否友好等，通常使用測試用例方式進行測試。非天然地震事件信息專報自動處理軟件開發時，測試工作與開發工作并行，通過系統測試發現軟件缺陷并及時修正系統錯誤，還能驗證系統各部分模塊功能是否能正常運行，滿足用戶工作成果的測試目的。

2.5.5 運行與維護

維護是指在已完成對軟件的研制工作并交付使用以后，對軟件產品所進行的一些軟件工程的活動。即根據軟件運行情況，對軟件進行適當修改，以適應新的要求，以及糾正運行中發現的錯誤。做好軟件維護工作，不僅能排除障礙，使軟件能正常工作，而且還可以擴展并提高其性能。

本軟件開發實例流程與經驗，對開發人員設計一套較為全面、通用、適應時代需求的震情信息服務平臺具有良好的通用性。

3 結論

本文通過調查研究了各省地震局基于JOPENS系統和EQIM 系統開發的地震速報信息軟件產品及地震輔助產品，發現各省地震局地震速報信息軟件產品開發的數據源是基于JOPENS 系統和EQIM 系統數據庫。并對地震速報信息軟件產品開發技術進行詳細介紹，分別對開發模式、開發語言及數據庫、電子地圖技術等進行分析，得到各開發技術在開發地震信息產品中的優勢和不足。最后通過實例介紹軟件開發流程，為開發者實現地震速報及相關信息快速發布、軟件快速開發，選擇適合自身需求的二次開發方案，提高軟件開發的效率具有一定的參考價值。