監(jiān)控信息可視化技術(shù)在天津地震前兆臺(tái)網(wǎng)的應(yīng)用研究1

姚會(huì)琴 趙 穎 周利霞 李 悅 王寶鎖 徐 誠(chéng)

（天津市地震局，天津 300201）

監(jiān)控信息可視化技術(shù)在天津地震前兆臺(tái)網(wǎng)的應(yīng)用研究1

姚會(huì)琴 趙 穎 周利霞 李 悅 王寶鎖 徐 誠(chéng)

（天津市地震局，天津 300201）

天津地震前兆臺(tái)網(wǎng)為天津地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)提供各類(lèi)數(shù)據(jù)信息，目前臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行儀器62套，包括地形變、電磁、地下流體等。隨著專(zhuān)業(yè)儀器逐漸實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化工作，對(duì)于這些儀器運(yùn)行質(zhì)量的監(jiān)控成為管理人員的重要任務(wù)，在實(shí)現(xiàn)了儀器設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控后，筆者對(duì)監(jiān)控信息可視化展示進(jìn)行了研究，主要闡述了研究思路、設(shè)計(jì)方法以及存在的問(wèn)題與不足。

前兆 Nagios NagVis 監(jiān)控 可視化

引言

隨著臺(tái)網(wǎng)儀器設(shè)備的增加，對(duì)于管理工作的要求也越來(lái)越高。2010年信息中心為全局提供了Nagios監(jiān)控服務(wù)（李剛等，2011），并于2012年將臺(tái)網(wǎng)IP類(lèi)儀器設(shè)備全部納入監(jiān)控范圍，同時(shí)結(jié)合故障聯(lián)動(dòng)告警系統(tǒng)（李剛等，2012），實(shí)現(xiàn)了對(duì)于故障事件的快速聯(lián)動(dòng)處置。

通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，我們認(rèn)為Nagios監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控、故障告警與響應(yīng)能力都可以滿(mǎn)足需求，但在監(jiān)控信息的可視化展現(xiàn)上，原有的NagVis圖形展示效果不佳，需要設(shè)計(jì)一種更符合天津前兆臺(tái)網(wǎng)需求的展示模式（王建國(guó)等，2010a）。本文將以實(shí)際工作為例，詳細(xì)闡述對(duì)監(jiān)控信息展示工作中的分析過(guò)程與研究應(yīng)用成果。

1 原有監(jiān)控信息的綜合展示狀態(tài)

Nagios開(kāi)源網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)是目前行業(yè)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的網(wǎng)管軟件，天津市地震局信息中心于2010年將建成的Nagios網(wǎng)管系統(tǒng)開(kāi)放到全局業(yè)務(wù)系統(tǒng)共同使用，主要功能包括：網(wǎng)絡(luò)儀器設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與服務(wù)監(jiān)控、監(jiān)控信息展示、故障聯(lián)動(dòng)告警等幾大功能。自該系統(tǒng)應(yīng)用以來(lái)，對(duì)全局199臺(tái)網(wǎng)絡(luò)儀器設(shè)備、103項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與服務(wù)進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控，涉及信息網(wǎng)絡(luò)、測(cè)震、前兆、強(qiáng)震、GNSS、應(yīng)急指揮（張暉等，2012）等領(lǐng)域。

前兆臺(tái)網(wǎng)是最早參于到Nagios監(jiān)控系統(tǒng)中的專(zhuān)業(yè)臺(tái)網(wǎng)，2010年信息中心就為前兆系統(tǒng)中的9個(gè)專(zhuān)業(yè)地震臺(tái)站設(shè)計(jì)了不同類(lèi)別的儀器與設(shè)備監(jiān)控狀態(tài)展示界面，如圖1所示。

圖1 前兆臺(tái)網(wǎng)和薊縣地震臺(tái)監(jiān)控圖形界面Fig. 1 Monitoring graphic interface of Tianjin precursory network and Jixian seismic station

這些監(jiān)控與展示內(nèi)容，在當(dāng)時(shí)的前兆臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行管理工作中，是非常實(shí)用與有效的，通過(guò)此項(xiàng)工作的開(kāi)展，讓臺(tái)網(wǎng)和臺(tái)站值班人員可以在線實(shí)時(shí)查看到儀器的運(yùn)行狀態(tài)，并可及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類(lèi)設(shè)備故障，提高了臺(tái)網(wǎng)的管理與維護(hù)能力。

2 前兆臺(tái)網(wǎng)監(jiān)控信息的綜合展示

2011年天津前兆臺(tái)網(wǎng)根據(jù)工作需要，增加了幾十套儀器設(shè)備，擴(kuò)展到全部臺(tái)站節(jié)點(diǎn)進(jìn)行部署，使全網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集與服務(wù)能力全面提升，但儀器設(shè)備的增加也帶來(lái)了很多相應(yīng)的管理工作（王建國(guó)等，2010b）。2011年在完成新儀器與設(shè)備的安裝后，前兆臺(tái)網(wǎng)隨即將它們的狀態(tài)監(jiān)控工作提交給Nagios系統(tǒng)，同時(shí)結(jié)合臺(tái)站管理原則，為9個(gè)專(zhuān)業(yè)地震臺(tái)站按照維護(hù)管理范圍，重新進(jìn)行了設(shè)備監(jiān)控管理權(quán)限與故障響應(yīng)級(jí)別的劃分，實(shí)現(xiàn)了從建設(shè)、運(yùn)行到監(jiān)控工作的同步進(jìn)行。

圖2是根據(jù)原有圖形方式重新設(shè)計(jì)的監(jiān)控拓?fù)鋱D，這是一張標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)拓?fù)鋱D，但將此圖遞交相關(guān)技術(shù)人員、管理人員討論時(shí)，大家都認(rèn)為此圖過(guò)于凌亂，雖然可以在圖上看到節(jié)點(diǎn)、設(shè)備、儀器層次結(jié)構(gòu)，但沒(méi)有統(tǒng)計(jì)功能，沒(méi)有分層、分類(lèi)、分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，即臺(tái)網(wǎng)中有多少服務(wù)器，多少類(lèi)前兆儀器，每類(lèi)的數(shù)量是多少等等這些信息，這張圖好看卻不實(shí)用。

根據(jù)大家的意見(jiàn)，我們對(duì)天津前兆臺(tái)網(wǎng)的所有監(jiān)控儀器設(shè)備進(jìn)行了分類(lèi)，設(shè)計(jì)了按照臺(tái)站節(jié)點(diǎn)與儀器類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，并可以在一張表中對(duì)所有臺(tái)網(wǎng)儀器信息進(jìn)行展現(xiàn)的二維表格圖形，如圖3所示。采用圖表后，解決了多項(xiàng)問(wèn)題，主要包括：

（1）分類(lèi)統(tǒng)計(jì)問(wèn)題：實(shí)現(xiàn)按臺(tái)站和儀器類(lèi)型的分類(lèi)統(tǒng)計(jì)；

再以尼泊爾為例，尼泊爾的抗震區(qū)劃是以地震危險(xiǎn)性分析為基礎(chǔ)的，將尼泊爾全國(guó)劃分成為4個(gè)區(qū)[8]，主要反映在地震影響系數(shù)計(jì)算參數(shù)中的地域系數(shù)中，四個(gè)區(qū)的地域系數(shù)分別為0.8、0.9、1.0、1.1。這和我國(guó)的抗震區(qū)劃概念不同。經(jīng)過(guò)對(duì)其設(shè)計(jì)基本反應(yīng)譜的分析，其總體相當(dāng)于(略高于)我國(guó)7度設(shè)防水平。但根據(jù)國(guó)外相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)尼泊爾硬土場(chǎng)地500年重現(xiàn)期(相當(dāng)于超越概率10%)的地面峰值加速度的分析，尼泊爾的地面峰值加速度遠(yuǎn)高于我國(guó)7度，甚至8度區(qū)的設(shè)防水平，接近我國(guó)8度強(qiáng)地區(qū)的設(shè)防水平。

（2）實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)調(diào)整簡(jiǎn)潔化：相對(duì)于原有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)的繁瑣步驟，采用二維表后，在調(diào)整節(jié)點(diǎn)或儀器設(shè)備時(shí)，可通過(guò)簡(jiǎn)單的增加行列來(lái)完成，快捷簡(jiǎn)便；

（3）展示效果直觀：通過(guò)二維表格，可使工作人員更直觀地了解前兆臺(tái)網(wǎng)儀器設(shè)備的分類(lèi)情況與工作狀態(tài)，展示效果好。

圖2 前兆臺(tái)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig. 2 The topological structure of Tianjin precursor network

圖3 前兆臺(tái)網(wǎng)儀器設(shè)備分類(lèi)表Fig. 3 The classification of precursory network equipment

3 應(yīng)用效果

將圖3作為監(jiān)控背景上傳到Nagios系統(tǒng)的展示組件NagVis中（姚會(huì)琴等，2012），并將監(jiān)控的儀器與設(shè)備逐項(xiàng)添加到背景中，實(shí)現(xiàn)了如圖4所示的監(jiān)控展示效果。

圖4 前兆臺(tái)網(wǎng)儀器設(shè)備監(jiān)控圖Fig. 4 The equipment of precursory monitoring network

通過(guò)圖4所示的監(jiān)控界面，可以看到每個(gè)區(qū)域內(nèi)的設(shè)備狀態(tài)、數(shù)量等信息，如前兆臺(tái)網(wǎng)中心的服務(wù)器區(qū)域內(nèi)有5個(gè)綠色的圖標(biāo)，表示在臺(tái)網(wǎng)中心內(nèi)安裝的5臺(tái)服務(wù)器目前所有工作情況都為正常狀態(tài)。把鼠標(biāo)移動(dòng)到相應(yīng)的圖標(biāo)上時(shí)，還會(huì)顯示對(duì)應(yīng)儀器設(shè)備的具體信息。

通過(guò)以上工作，我們認(rèn)為在實(shí)現(xiàn)各類(lèi)信息的綜合展示或可視化展示時(shí)，要遵循以下幾項(xiàng)要點(diǎn)：

（1）確定展示主題與對(duì)象，根據(jù)主題選擇展示模式，在數(shù)據(jù)可視化技術(shù)快速發(fā)展的現(xiàn)在，不要局限于常規(guī)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，要從多方面進(jìn)行設(shè)計(jì)與比較，找出最符合展示主題的模式；

（2）要讓展示出的信息簡(jiǎn)單明了，復(fù)雜的系統(tǒng)要先分析并找出層次，可逐層設(shè)計(jì)與展示，不要追求大而全，要有良好的展示結(jié)構(gòu)；

（3）要盡可能多的實(shí)現(xiàn)可視化展示工作，將專(zhuān)業(yè)信息與數(shù)據(jù)以大家容易理解的方式呈現(xiàn)出來(lái)，推進(jìn)數(shù)據(jù)與信息的共享與應(yīng)用。

4 總結(jié)

Nagios與Nagvis的綜合應(yīng)用，為基于IP技術(shù)的前兆類(lèi)儀器設(shè)備提供了一種新型的管理技術(shù)與方式，為天津前兆臺(tái)網(wǎng)人員提供了新的系統(tǒng)運(yùn)維技術(shù)，如本文中所展示的方法，較好地解決了前兆臺(tái)網(wǎng)儀器與設(shè)備監(jiān)控信息的綜合展示工作，讓工作人員和管理人員能更好、更直觀地了解與掌握臺(tái)網(wǎng)工作情況，促進(jìn)了臺(tái)網(wǎng)運(yùn)維工作的開(kāi)展。

多年來(lái)，天津前兆臺(tái)網(wǎng)人員一直致力于將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于日常運(yùn)行管理中，研發(fā)了各類(lèi)應(yīng)用軟件，為提高監(jiān)控效率、產(chǎn)出效率和管理效率奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這些軟件發(fā)揮了重要的作用，提升了天津前兆臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行管理水平。

致謝：本項(xiàng)工作得到了天津市地震局信息中心全體人員大力幫助與配合指導(dǎo)，在此表示感謝。

李剛，周麗霞，王曉磊等，2011．開(kāi)源網(wǎng)管系統(tǒng)在地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用．西北地震學(xué)報(bào)，33（4）：380—385.

李剛，王曉磊，孫路強(qiáng)等，2012．基于Nagios軟件的綜合短信聯(lián)動(dòng)告警系統(tǒng)在地震行業(yè)中的應(yīng)用研究．地震研究，35（1）：133—138.

王建國(guó)，栗連弟，崔曉峰等，2009．?dāng)?shù)字化地震前兆臺(tái)網(wǎng)日常工作管理軟件．地震研究，32（1）：79—83.

王建國(guó)，姚會(huì)琴，高遜等，2010a．天津市地震前兆臺(tái)網(wǎng)的運(yùn)行監(jiān)控與維護(hù)管理．大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，30（A01）：111—115.

王建國(guó)，聶永安，姚會(huì)琴等，2010b．天津市地震前兆臺(tái)站綜合評(píng)比及軟件研制．地震地磁觀測(cè)與研究，31（增刊1）：82—84.

姚會(huì)琴，李?lèi)?，高遜等，2012．NagVis等開(kāi)源監(jiān)控軟件在天津地震前兆臺(tái)網(wǎng)的應(yīng)用研究．震災(zāi)防御技術(shù)，7（3）：329—333.

張暉，周麗霞，姚會(huì)琴等，2012．Nagios監(jiān)控系統(tǒng)在天津地震應(yīng)急系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用．震災(zāi)防御技術(shù)，7（3）：322—328.

Application of Visualization Technologies in Tianjin Seismic Precursory Network

Yao Huiqin, ZhaoYing, Zhou Lixia, Li Yue, Wang Baosuo and Xu Cheng

（Earthquake Administration of Tianjin Municipality, Tianjin 300201, China）

Tianjin seismic precursory network is responsible for earthquake monitoring and prediction of Tianjin area as well as to provide all kinds of data information. There are 62 sets instruments running，which include crustal deformation, electromagnetism and subsurface fluid etc. With the progressive realization of professional instrument network, the monitoring of instruments running becomes an important task of the system management. After the equipment network monitoring has realized, we work on visualization display research on monitor information. This paper mainly discusses our research ideas, designing methods and the existing problems and shortcomings.

Earthquake precursory; Nagios; NagVis; Monitor; Visualization

姚會(huì)琴，趙穎，周利霞，李?lèi)?，王寶鎖，徐誠(chéng)，2014．監(jiān)控信息可視化技術(shù)在天津地震前兆臺(tái)網(wǎng)的應(yīng)用研究．震災(zāi)防御技術(shù)，9（3）：550—555．

10.11899/zzfy201403231 基金項(xiàng)目 地震科技星火項(xiàng)目“天津地震觀測(cè)數(shù)據(jù)可視化展示與發(fā)布系統(tǒng)初步研究與應(yīng)用（XH12003Y）”，天津市地震安全基礎(chǔ)工程“前兆儀器更新改造（ZAGC-8）”和中國(guó)地震局地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目預(yù)研究

2013-10-22

姚會(huì)琴，女，生于1980年。工程師。主要從事地震前兆臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行管理。E-mail：yhq@tjdzj.com