基于ECharts 的地震中心站運維指標可視化平臺研究

呂 筱，呂品姬，彭懋磊，張 萍，李 垠

（湖北省地震局（地震預警湖北省重點實驗室），湖北武漢）

引言

中國地震局于2020 年開始推進地震臺站改革，2021 年初，湖北省地震局正式掛牌成立了四個地震監測中心站，分別位于武漢、宜昌、襄陽和恩施。地震監測中心站履行省地震局賦予的轄區內地震監測工作職責，同時承擔相應的地震監測設施運行維護保障任務以及地震預報預警、地震災害風險防治和地震應急響應等業務工作[1]。

為了全面掌握地震監測中心站業務工作情況，湖北省地震局業務管理部門于2021 年推行了全省每月地震運維通報制度。通過對測震站網和地球物理站網的運行情況、儀器運維保障情況、震情跟蹤會商情況以及信息網絡通斷情況等業務環節設立不同的指標，動態了解每個中心站業務工作狀況。由于業務環節多、每個中心站運維強度不同，運維通報文本內容冗長，難以實現縱向和橫向的指標對比。因此，迫切需要通過可視化技術提升運維指標的可讀性和指導作用。

本文通過ECharts 數據可視化圖表庫設計開發出具有地圖和圖表數據顯示功能的地震監測中心站運維指標可視化平臺，方便管理部門和中心站對運維情況有更為直觀的認識，為提高中心站運維效率進一步打下基礎。

1 中心站運維指標設置

湖北省地震監測中心站運維指標主要包括站網運行、儀器運維、震情跟蹤和信息網絡類，基本涵蓋了地震監測業務的各個環節。

站網運行類指標根據站網類型的不同而設置不同的指標，如測震類站網（包括測震站網、強震站網、預警站網）主要通過運行率和連通率等指標表征站網運行狀況；地球物理類站網（包括地形變站網、電磁站網、地下流體站網）主要通過數據有效率和資料匯集率等指標表征站網運行狀況。

儀器運維類指標主要包括各種儀器的數量情況、備機備件維護以及檢修和管理情況。震情跟蹤類指標主要根據分析預報中會商技術方法應用情況、異常跟蹤分析情況、數據與報告質量等指標表征震情跟蹤狀況。信息網絡類指標主要包括連通率、網絡安全維護情況、系統維護情況等指標。

2 平臺的主要架構和開發方法

2.1 系統架構

本平臺主要實現以下幾點功能：

（1） 規范化的運維指標數據的輸入輸出。本平臺提供規范化的運維指標打分表格下載和上傳，并實現圖表數據的導出功能。

（2） 運維指標的可視化。本平臺分別將測震站網、地球物理站網、分析預報、信息網絡與應急、技術保障五個分項下運維指標數據進行可視化展示。地圖標注出四個中心站的位置并用不同顏色表示出不同中心站所管轄區域。

（3） 平臺用戶的登錄。為管理人員和運維人員提供登錄功能。

用戶可以通過瀏覽器訪問該平臺，圖1 是系統結構圖。

2.2 數據庫與數據表設計

數據庫主要負責數據存儲和訪問[2]。MySQL使用簡單易于維護并且有高可靠性[3]。本平臺通過MySQL存儲、更新、檢索四個地震中心站在不同時間的考核數據。

本平臺設計數據表分別用來存儲指標得分情況、中心站信息、考核指標信息以及用戶信息。數據庫結構見圖2 所示。

圖2 數據庫關系圖

2.3 平臺開發方法

本平臺以SpringBoot 框架為基礎、以Vue 為前端框架，配合MySQL數據庫來實現。Spring是主流java web 開發框架[4]，Spring Boot 又在Spring 框架的基礎上簡化了配置過程和開發流程[5]，能夠快速搭建基于Spring 框架的項目，極大提高了開發和部署效率[6]。Vue 是輕量的、易開發的前端框架[3]，用vue-cli 腳手架能夠快速搭建前端框架[5]。

ECharts 是一個基于Zrender 繪制庫，使用JavaScript開發的開源可視化庫[7]。它可以提供多種豐富的數據統計圖表，能夠提供直觀、生動、可交互、可高度個性化定制的數據可視化圖表[8]。近年來，ECharts 技術逐步應用于地震、水文及氣象等數據可視化系統[9-11]。本平臺在vue 項目的main.js 文件中通過import * as echarts from'echarts' 來引入echarts，使用Vue.prototype.$echarts =echarts 來設置全局echarts。地震中心站運維指標顯示頁面利用DataV 結合ECharts 來顯示運維數據。DataV 能夠為平臺提供全屏容器和各種邊框組件。

系統分別部署后端和前端。在服務器上安裝、配置并部署jdk、mysql、node.js 和nginx，開啟mysql 和nginx服務。本文使用IntelliJ IDEA 下maven 的package 對后端代碼進行打包，并將target 文件夾下生成的jar 包文件移動到服務器的目錄下并運行jar 包。在IntelliJ IDEA的控制臺下使用npm run build 命令將前端代碼打包成dist 目錄，將打包完成的文件移動到服務器的文件夾下。然后對nginx.conf 配置文件的路由映射、請求位置、首頁等進行配置。

使用SpringBoot、Vue 和MySQL 能夠輕易實現Java Web 開發的前后端分離。分別對前端和后端進行開發，通過數據接口來請求和獲取數據，就能輕松實現前后端的解耦合，極大提升開發效率。

3 平臺主要功能模塊

3.1 平面布局

本平臺主要分為以下三個頁面：

（1） 登錄模塊。登錄模塊是平臺默認首頁，用戶登錄成功后能夠顯示ECharts 中心站運維平臺頁面。登錄頁面如圖3 顯示。

圖3 登錄頁面

（2） ECharts 中心站運維平臺模塊。ECharts 中心站運維平臺模塊主要從數據庫中獲取各模塊相關數據，利用ECharts 不同類型圖表進行多角度、多維度展示。將鼠標移動到數據上方時能夠顯示各項對應數據。也可以對圖例進行勾選只顯示想要的數據進行圖例交互。各模塊還提供保存為圖片的功能。不同模塊可視化的展現方式不同，ECharts 中心站運維平臺頁面如圖4 顯示。

圖4 中心站運維平臺頁面

圖5 打分表頁面

（3） 打分表模塊。打分表模塊頁面提供中心站運維打分表的下載和上傳。打分表模板設置有測震預警站網、地球物理站網、信息網絡、震情跟蹤會商、儀器運維保障五個分項下運維指標共50 余項。每個月可以下載打分表模板并且按照模板文件的固定格式要求填寫四個中心站的得分情況并上傳填寫好的運維表格文件。

本平臺首先驗證文件內容是否符合格式要求并且是否已經存在于數據庫中。如果格式正確并且數據庫中尚未有對應數據，則能夠成功上傳。本平臺把打分表中的各項數據解析并提交到數據庫，再分別獲取各個模塊所需要的各項數據并將格式化的數據提供給表示層。以下是打分表模塊頁面。

3.2 指標可視化展現方式

ECharts 中心站運維平臺模塊包括以下八個顯示模塊，每個模塊都使用不同的可視化展現方式。

（1） 測震預警臺套數模塊 該模塊主要功能是顯示四個中心站目前在測震類站網分別擁有的設備臺套數。該模塊選取堆疊柱狀圖來實現，不僅能夠反映各中心站整體臺套數與各部分的關系也能直觀反映各中心站之間的數量差異。

（2） 測震預警站網運行率模塊 該模塊主要是顯示四個中心站當前月份一般站、基本站、基準站等平均運行率的情況。該模塊使用折線圖來反映不同中心站的運行率情況，用不同顏色標識不同類別的運行率。動態選擇運行率的最大值和最小值作為y 軸的取值范圍，方便查看。

（3） 地球物理臺套數模塊 該模塊顯示四個中心站目前在地球物理站網方面分別擁有的設備臺套數。該模塊使用柱狀圖反映不同中心站的數量上的對比。

（4） 地球物理站網運行情況模塊 該模塊顯示四個中心站當前月份地球物理站網資料匯集率和數據有效率的情況。動態選擇資料匯集率的最大值和最小值作為y軸的取值范圍，方便查看。

（5） 分項指標統計圖模塊 該模塊顯示四個中心站當前月份分別在五項分項中的得分情況和總分情況。該模塊既能直觀比較四個中心站的總分情況又能比較各分項的情況。因為總分一般都在85 分以上，所以選擇85 分到最高分作為y軸的取值范圍，方便查看。

（6） 分項情況模塊 該模塊使用雷達圖顯示四個中心站當前月份在五項分項中的得分情況。雷達圖能夠更直觀顯示出五項指標的得失分情況。

（7） 總分統計模塊 該模塊主要功能是使用折線圖顯示四個中心站最近半年的總分走勢。折線圖方便縱向和橫向對比查看總分情況。

（8） 湖北省中心站分布顯示模塊 該模塊在湖北省地圖上標注出四個中心站的位置和各中心站所轄市州行政區域。該模塊使用ECharts 中的geo 組件引入的湖北地圖json 文件, 并在地理坐標系上對中心站繪制帶有漣漪效果的散點圖以突出中心站的位置。該模塊還設置了鼠標滾動縮放和鼠標移入區域變色等交互功能。

4 應用效果及結語

本平臺已經成功上傳2023 年各類考核項目的部分打分情況，管理人員和運維人員可以通過該平臺縱向和橫向對比查看四個地震監測中心站的各項業務的最新信息和各考核項的得失分情況。應用效果良好。

本文設計并實現了一種基于ECharts 的地震中心站運維指標可視化平臺。根據地震中心站運維指標管理的需求，實現了各項指標多維度的可視化管理，能夠極大提高工作效率，為管理人員和運維人員提供了更方便、更直觀的服務。本文提出的可視化平臺后續還可以進一步完善，為地震中心站運維管理工作提供更多支持。