預警臺網標定數據自動下載軟件設計與應用

[摘要]" " 預警臺網臺站儀器的種類不同，標定數據下載方式也有所不同。針對北京市地震局預警臺網臺站強震儀器系統每年需進行兩次標定，利用Python語言設計了一款自動下載標定文件軟件，解決日常運維手動下載標定文件易誤操作和耗時長問題，實現不同型號儀器標定數據一鍵式下載功能，為臺站運維提供工作便捷，該軟件已在北京預警臺網標定數據下載中得到應用。

[關鍵詞] 預警臺網; 標定數據; 自動下載; Python

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2024-064

基金項目： 北京市地震局科技項目（BJWC-2023003，BJMS-2024003）資助。

0" 引言

地震預警是地震觀測進入密集地震觀測階段，超快地震速報（秒級）的一種應用[1]。國家地震烈度速報與預警工程是中國地震局“十三五”期間建設的國家重點建設項目，其中北京子項目于2018年正式啟動實施，現已完成臺站基礎建設及儀器設備安裝調試，臺站數據傳回北京地震預警中心，2023年底通過驗收。實現了測震、強震動、烈度計，三網監測資源的充分融合，建成了北京市新型地震監測預警臺網，實現了服務于北京地區震情監測、地震預警、烈度速報與地震科學研究的綜合性功能臺網，有利于臺網整體效能發揮，提高臺網產出的可靠性，實現臺網效益的最大化[2]。加速度計系統運行質量是預警臺站的重要考核質量指標之一，為監控檢查預警臺網加速度計系統運行狀況，每年需對加速度計系統進行2次方波標定。本文對預警臺網加速度計系統標定數據下載現狀及需求、自動下載標定數據軟件設計思路及應用進行介紹。

1" 背景介紹

北京市地震局實施的“國家地震烈度速報與預警工程”北京子項目，建設有199個預警臺站（圖1），臺站使用的數據采集儀器型號大都是北京港震科技股份有限公司的EDAS-24GN和珠海市泰德企業有限公司的TDE-324CI/FI。根據中國地震臺網中心為落實中國地震局《關于組織開展地震信息誤發問題專項整治工作的通知》和中國地震臺網中心印發《全國測震臺網站點設備標定方案》的要求，規范全國預警臺站設備標定工作流程，避免不同站點同時標定帶來數據處理風險，要求對轄區基準站和基本站設備實行定期標定。其中加速度計每年做2次方波標定，上下半年各1次，檢查儀器系統工作是否正常，一般站不做標定。標定時間規定在3月與11月完成，標定數據下載采取人工操作方式。由于臺站之間標定時間間隔較長，造成同時下載處理多個臺站標定數據操作起來困難，只能逐個臺站下載，使得工作效率較低，亟需有一款自動下載臺站儀器標定數據文件軟件，提高標定數據下載工作效率。

2" 軟件設計

2.1" 工作現狀

北京市地震局預警臺網臺站有199個，包括基準站33個、基本站101個、一般站65個[3]。其中加速度計臺站134個，開發軟件僅針對支持CSTP協議的儀器，而20個reftek數據采集器不支持該協議，無法設置標定功能，故能夠完成方波標定的臺站有114個，其中使用EDAS-24GN數據采集器強震臺站有60個，使用TDE-324CI/FI數據采集強震臺站有54個。具體見表1中所示。

EDAS-24GN強震儀使用廠家提供的具有設置遠程標定功能的監控軟件EDAS_CM_EW，完成在線標定，手動或定時啟動方波標定指令2分鐘后，標定波形數據寫入EDAS_CM_EW的data文件夾下，可在data目錄下查到方波標定波形數據文件。

TDE-324CI/FI強震儀通過IP登入數據采集器設備網頁，實現遠程標定功能測試，在線發送標定指令，標定完成后通過數據采集器設備網頁可下載設備內存中標定文件目錄下存儲的標定波形數據文件。

由于114個強震動臺站完成一次人工在線標定或功能測試需耗時3～4小時，下載標定數據存儲需耗時1～2小時，故一次人工標定測試共需耗時達5～6小時，耗時較長。

2.2" 功能設計

數據自動下載軟件是采用Python語言編寫，程序實現對北京市預警臺網加速度計系統臺站標定波形數據自動下載。Python語言是一種面向對象、解釋型計算機程序設計語言。Python語言編寫的程序，基本上不經修改即可跨平臺使用[4]，這對開發地震信息相關產品極有幫助[5-6]。依據《全國測震臺網站點設備標定方案》要求，我們設計制定相應時間下載標定數據方案，完成具有標定功能臺站基本信息的前期錄入；同時在3月、11月初分別設置EDAS-24GN與TDE-324CI/FI兩種型號數據采集器儀器自動標定時間，每兩個臺站標定間隔30分鐘。選擇這些臺站時，首先判斷臺站類型，再進行臺站數據通訊協議分析與ftp功能，分析儀器標定文件存儲策略與路徑，采用Python語言及ftplib模塊編寫了源程序代碼。ftplib庫是用于處理FTP協議的內置模塊，它提供了一種簡捷穩定的傳輸方式以實現標定波形文件上傳和下載，以及與 FTP 服務器的交互功能。用戶通過IP地址訪問對應臺站數據采集器完成遠程下載，下載成功返回代碼“226”，若下載失敗則提示日志記錄故障信息。

EDAS-24GN數據采集器的記錄標定數據在根目錄下/evt/下，01文件為基準站，00文件為基本站。TDE-324CI/FI數據采集器的記錄標定數據在根目錄下/home/usrdata/usb/log/cal/下具體年、月文件夾內，查找對應200點采樣率方波標定波形數據文件，然后自動下載到本地電腦中，實現加速度計系統臺站標定數據自動下載。

標定數據自動下載程序軟件設計基本工作流程框圖如圖2所示。

2.3" 核心代碼

Python語言編寫加速度計系統臺站標定數據自動下載程序的核心部分源代碼，如下所示：

def down_file（self， ftp_file， save_local_path）：

abs_path=os.path.abspath（save_local_path）

path = os.path.dirname（save_local_path）

self.create_folder（path）

try：

with open（abs_path， 'wb'） as f：

ret = self.ftp.retrbinary（'RETR ' + ftp_file， f.write） # 下載文件

logger.info（'Down ftp file return：{}'.format（ret））

if ret.startswith（'226'）：

logger.info（'Down ftp file success， save to：{}'.format（abs_path））

return True

except Exception as e：

logger.error（'Down ftp file fail：{}'.format（e））

logger.error（'Fail path：{}'.format（ftp_file））

return False

def search_file（self， download_file， ftp_path）：

# 查找指定文件

function_files = []

try：

self.ftp.dir（ftp_path， function_files.append）

except Exception as e：

logger.error（'Get ftp dir fail：{}'.format（e））

logger.error（'Fail path：{}'.format（ftp_path））

return False

for function_file in function_files：

if \"evt\" in function_file：

evtfile=function_file.split（\" \"）[-1]

if evtfile.split（\"_\"）[0][：-2] == download_file：

return evtfile

else：

return \"\"

3" 程序應用

程序軟件編寫完成后，2023年3月對北京市預警臺網基本站臺站標定數據下載進行測試運行。用戶通過station.txt文件對114個臺站中部分站點基本信息進行瀏覽校核（表2），若發現有標定時間錯誤及時修正，校準無誤后，啟動標定文件下載.bat進入主程序（圖3）。點擊下載標定，程序自動下載所有臺站標定數據到指定文件夾內（圖4）。標定數據下載過程正常標定狀態則為success并顯示綠色；標定數據下載失敗標定狀態則為failed并顯示紅色，找到下載失敗原因排除故障后，重新下載該臺站標定數據。

下載結果，EDAS-24GN數據采集器的evt格式標定數據文件與TDE-324CI/FI數據采集器的mseed格式標定數據文件顯示在目錄文件中（圖5）。圖5是測試運行下載軟件，自動批處理下載TDE-324CI/FI、EDAS-24GN數據采集器的標定方波數據恢復方波波形界面。

經測試運行情況顯示，下載標定數據真實、顯示方波標定波形直觀；下載程序運行性能穩定可靠、主要功能符合要求、滿足日常臺網運行維護基本工作要求。標定數據下載測試表明，北京市地震預警網下載114個加速度計臺站標定數據用時從5小時減少到約10分鐘，大大提高了臺站運維工作效率。

4" 結束語

本文介紹了采用Python語言編程及相關模塊實現預警臺站EDAS-24GN、TDE-324CI/FI兩種型號數據采集器標定數據的自動下載程序的主要功能。程序可一鍵式操作，自動批處理，下載數據快捷，有效解決手動下載數據耗時長的問題，減少人工參與，規避人為誤操作，避免了人工下載標定數據易出現錯誤的隱患。

但是，程序在下載標定數據后，需要對標定波形數據文件進行計算處理和分析判斷，這是我們后續需要做的工作。通過標定數據文件的分析計算，對儀器運行狀態做出準確判斷，進一步完善臺站數據下載、處理流程，開展標定數據的后續分析計算程序軟件開發編程，實現標定數據的自動產出、臺站儀器運行狀態與質量評價報告，是下一步要開展的工作。

致謝

本文所用數據由北京市預警臺網提供，在此表示衷心的感謝！

參考文獻

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Design and application of automatic calibration data download software for early warning network

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[Keywords] early warning network; calibration data; automatic download; Python