云南強震動臺網(wǎng)中心應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

劉瓊仙，段洪杰，楊黎薇

(云南省地震局，昆明 650224)

云南強震動臺網(wǎng)中心應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

劉瓊仙，段洪杰，楊黎薇

(云南省地震局，昆明 650224)

云南數(shù)字強震動臺網(wǎng)硬件系統(tǒng)建設(shè)完成后，有效的強震動臺站維護和強震動數(shù)據(jù)處理應(yīng)用是面臨解決的首要問題。該文實現(xiàn)了云南強震動臺網(wǎng)中心應(yīng)用系統(tǒng)一系列的強震動業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用，使得云南強震動臺站自動檢查和實時掃描、震動圖自動生成(ShakeMap)、強震動臺站建設(shè)資料、臺站維護日志等系統(tǒng)通過應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)無逢對接和集成，系統(tǒng)具有安全認(rèn)證、信息發(fā)布、業(yè)務(wù)信息處理、外部系統(tǒng)接口4大類功能，為儀器維護人員和數(shù)據(jù)開發(fā)處理提供了一個強有力的平臺支撐。該系統(tǒng)經(jīng)過實際地震考驗，有效地提高了強震動數(shù)據(jù)的處理。

強震動臺網(wǎng)；震動圖；J2EE框架；Mysql；安全認(rèn)證；信息發(fā)布

0 引言

隨著“十五”國家重點項目的完成，云南省建設(shè)了包含固定臺、強度(烈度)速報臺、活斷層影響臺陣、場地影響臺陣、流動臺共200多個強震動臺站和1個云南強震動臺網(wǎng)中心[1]，中心承擔(dān)著強震動臺網(wǎng)運行狀況監(jiān)控、臺網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲處理及提供服務(wù)等職責(zé)。自2007年以來，中心先后開發(fā)了云南強震動臺站自動檢查和實時掃描、震動圖自動生成(ShakeMap)的二次開發(fā)和應(yīng)用[2]、臺網(wǎng)維護日志、云南省強震動地震記錄事件數(shù)據(jù)庫等系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的應(yīng)用為強震臺站維護和強震中心管理人員的設(shè)備維護、數(shù)據(jù)共享和交換、數(shù)據(jù)應(yīng)用及服務(wù)帶來了極大的方便，提高了工作效率；但目前中心仍亟需建立一個便于訪問的應(yīng)用系統(tǒng)，管理、維護人員通過該系統(tǒng)即可實現(xiàn)各種應(yīng)用系統(tǒng)訪問，獲取所需的資料信息。

中國地震臺網(wǎng)中心、我國31個省級地震臺網(wǎng)中心、部分省市市級地震臺網(wǎng)中心、部分水庫臺網(wǎng)中心使用由廣東省地震臺網(wǎng)中心開發(fā)的JOPENS系統(tǒng)[3]，其后臺數(shù)據(jù)庫為Mysql，JBoss服務(wù)器[4]；中國數(shù)字測震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)庫在Oracle平臺上設(shè)計和建立，利用PowerBuilder語言開發(fā)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)[5]；廣東地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)使用Apache+PHP+Mysql組合作為開發(fā)和運行平臺[6]；云南強震動臺網(wǎng)中心應(yīng)用系統(tǒng)采用J2EE下Struts+ Spring + Hibernate(簡稱SSH)架構(gòu)、Mysql數(shù)據(jù)庫技術(shù)進行組合的開發(fā)，與同年山東省地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)管理使用的該組合開發(fā)模式一致[7]。相比而言，J2EE下的SSH結(jié)構(gòu)具有更好的交互性、可擴展性、可維護性、穩(wěn)定性、跨平臺性等優(yōu)點[8]，Mysql是完全網(wǎng)絡(luò)化的跨平臺關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，因其體積小、速度快、成本低、開源等特性，一般中小型網(wǎng)站的開發(fā)都選擇Mysql作為網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫[9]。目前我國已經(jīng)布設(shè)了2 000多個強震動觀測臺站[10]。國家強震動臺網(wǎng)中心建設(shè)了以強震動觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站系統(tǒng)并提供Internet服務(wù)的網(wǎng)站[11]。

本文介紹了云南強震動臺網(wǎng)中心應(yīng)用系統(tǒng)的建立與實現(xiàn)，其設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計思想就是充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢，將已開發(fā)的單機應(yīng)用軟件集成于一體，用戶通過多種智能設(shè)備訪問Internet即可使用這些應(yīng)用。應(yīng)用系統(tǒng)的實現(xiàn)方便了管理和維護人員獲取數(shù)據(jù)資源訪問和實時數(shù)據(jù)共享。

1 系統(tǒng)設(shè)計思想和目標(biāo)

1.1 設(shè)計思想

云南省強震動臺網(wǎng)中心所選用的開發(fā)框架及數(shù)據(jù)庫在以強震動臺網(wǎng)運行對該系統(tǒng)的需求為原則的基礎(chǔ)上，同時考慮應(yīng)用系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可維護、跨平臺及其未來應(yīng)用系統(tǒng)的可擴展性能，利用國際網(wǎng)站建設(shè)主流技術(shù)，在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)平臺上，建立強震動信息維護和應(yīng)用平臺，以實現(xiàn)系統(tǒng)認(rèn)證安全、公共信息發(fā)布、強震動業(yè)務(wù)信息專用業(yè)務(wù)處理、外部接口4大類功能，有效集成各種強震動觀測、維護、數(shù)據(jù)等信息資源。

1.2 設(shè)計目標(biāo)

將現(xiàn)有的強震動臺網(wǎng)中心獨立開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)進行集成，通過云南強震動臺網(wǎng)中心網(wǎng)站，可分別實現(xiàn)以下強震動臺網(wǎng)中心系統(tǒng)的應(yīng)用：①震動圖自動生成(ShakeMap)系統(tǒng)；②強震動臺站自動檢查系統(tǒng)和實時掃描系統(tǒng)；③強震臺網(wǎng)維護日志系統(tǒng)；④強震動臺站建設(shè)資料系統(tǒng)；⑤強震動臺網(wǎng)信息發(fā)布系統(tǒng)；⑥用戶認(rèn)證和信息安全系統(tǒng)；⑦可擴展系統(tǒng)及應(yīng)用軟件模塊功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

以強震動臺網(wǎng)運行對系統(tǒng)的需求為核心，在充分考慮用戶對應(yīng)用系統(tǒng)使用需求基礎(chǔ)上，在現(xiàn)有設(shè)備及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)平臺上，對應(yīng)用系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)、界面進行詳細(xì)設(shè)計。

2.1 功能設(shè)計

云南強震動臺網(wǎng)中心信息應(yīng)用系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)安全認(rèn)證、公共信息發(fā)布、強震業(yè)務(wù)信息處理、外部系統(tǒng)接口共4大類功能。

(1)系統(tǒng)安全認(rèn)證

系統(tǒng)安全功能由登錄認(rèn)證中心、用戶信息、用戶角色、用戶權(quán)限管理4個欄目組成，功能見表1。

表1 安全認(rèn)證設(shè)計說明

(2)公共信息發(fā)布

信息發(fā)布由震動臺網(wǎng)、國內(nèi)動態(tài)、強震動研究、強震動儀器、強震動專家、強震動規(guī)范、儀器故障跟蹤、臺站基礎(chǔ)資料8個欄目組成，具體功能見表2。

(3)強震業(yè)務(wù)信息處理

強震業(yè)務(wù)處理由震動圖顯示、強震動臺站自動檢查統(tǒng)計、臺站維護日志管理、臺站建設(shè)資料系統(tǒng)組成，具體功能見表3。

表2 信息發(fā)布設(shè)計說明

表3 地震業(yè)務(wù)處理功能模塊說明

(4)外部系統(tǒng)接口

外部系統(tǒng)接口功能由震動圖、強震儀通信狀態(tài)組成。具體功能見表4。

表4 外部接口功能模塊說明

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。通信服務(wù)器在系統(tǒng)中承擔(dān)的任務(wù)主要有2個：(1)把接收的強震動記錄實時數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫；(2)按自動檢查和實時掃描系統(tǒng)需求，定時自動或?qū)崟r掃描強震動臺站通信狀態(tài)。ShakeMap服務(wù)器的震動圖生成系統(tǒng)一直監(jiān)控數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)，一旦有新的地震數(shù)據(jù)出現(xiàn)，立即自動提取數(shù)據(jù)進行分析、計算，再把系統(tǒng)計算產(chǎn)生的圖形寫入數(shù)據(jù)庫；內(nèi)部Web服務(wù)器通過獲取通信服務(wù)器的通信掃描狀態(tài)，對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)進行集成，并自動生成ShakeMap服務(wù)器的震動圖，將以通信服務(wù)器為基礎(chǔ)的強震動臺站自動檢查系統(tǒng)和實時掃描系統(tǒng)、內(nèi)部WEB服務(wù)器自身的維護日志系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、用戶認(rèn)證和信息安全系統(tǒng)實現(xiàn)無逢對接和集成，實現(xiàn)所有功能集于內(nèi)部Web服務(wù)器上。用戶使用通信設(shè)備以Internet合法域名訪問外部Web代理服務(wù)器，代理服務(wù)器經(jīng)過IP轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則直接訪問內(nèi)部Web服務(wù)器的信息，然后通過代理服務(wù)器再反饋給用戶。

圖1 應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)

云南強震動臺網(wǎng)中心應(yīng)用系統(tǒng)于2007年10月完成網(wǎng)站基本框架搭建和安裝，開始測試運行。2008年3月對測試過程中后臺信息發(fā)布系統(tǒng)問題、網(wǎng)站界面設(shè)計風(fēng)格、軟件系統(tǒng)集成、欄目設(shè)置等進行了不斷修正和修改。網(wǎng)站開始運行時僅有4個服務(wù)器，應(yīng)用系統(tǒng)也只提供了系統(tǒng)安全證和公共信息發(fā)布2個模塊。2008年7月，開發(fā)完成的臺站自動檢查系統(tǒng)集成在應(yīng)用系統(tǒng)中；2009年8月，經(jīng)過二次開發(fā)的震動圖生成系統(tǒng)集成在應(yīng)用系統(tǒng)中，期間隨著強震動業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不斷開發(fā)，強震動維護日志、強震動數(shù)據(jù)庫等系統(tǒng)也不斷的集成在應(yīng)用系統(tǒng)中。2014年1月，我們對應(yīng)用系統(tǒng)硬件平臺進行了調(diào)整和升級，應(yīng)用系統(tǒng)搭建的整個結(jié)構(gòu)也進行了調(diào)整。強震動臺網(wǎng)中心應(yīng)用系統(tǒng)現(xiàn)有服務(wù)器增至10個，框架仍然使用SSH結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)運行結(jié)果表明，應(yīng)用系統(tǒng)充分體現(xiàn)出可移植性、擴展性和可維護性功能，顯示出SSH框架技術(shù)整合具有的安全、靈活、功能強大等特點。目前應(yīng)用界面設(shè)計見圖2。

圖2 應(yīng)用系統(tǒng)界面

4 應(yīng)用案例

4．1 震動圖

震動圖(ShakeMap)是美國地質(zhì)調(diào)查局在美國國家科學(xué)基金會資助開發(fā)的地震專業(yè)軟件，始于20世紀(jì)80年代，有功能強大、自動化程度高、定位精確、響應(yīng)及時等特點(David J etc.)。強震動臺網(wǎng)中心將震動圖軟件二次開發(fā)后集成在Web上，為用戶提供遠(yuǎn)程訪問。應(yīng)用系統(tǒng)網(wǎng)頁提供當(dāng)年所有≥MS3.4級、往年≥MS5.0級地震地震圖，同時顯示與地震和震動圖震中(漢字和拼音)、震級、發(fā)震時間、震中經(jīng)緯度、震動圖發(fā)布時間參數(shù)。當(dāng)發(fā)生的地震≥MS5.0級時，首頁打開即是該地震的震動圖，即儀器烈度、加速度峰值、速度峰值、修飾圖。該網(wǎng)頁持續(xù)10天后自動回復(fù)到正常打開網(wǎng)頁。Web提供2種震動圖顯示方式選擇，PNG圖片和Google Earth地圖版顯示，PNG圖片顯示以震動圖系統(tǒng)提供的底圖為基礎(chǔ)，顯示系統(tǒng)自動的儀器烈度、加速度峰值、速度峰值及儀器烈度修飾圖；Google Earth地圖版則是應(yīng)用系統(tǒng)與Google Earth服務(wù)器連接，把震動圖系統(tǒng)測定和生成的地震事件儀器烈度圖顯示在Google地圖相應(yīng)的位置上。任何用戶都可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)訪問應(yīng)用系統(tǒng)Web網(wǎng)頁，獲取系統(tǒng)自動生成的地震基本參數(shù)和事件圖件。 如圖5 為永善地震自動生成的地震圖。

4.2 臺站自動檢查和實時掃描

針對云南省內(nèi)280余個強震臺站設(shè)備通信狀況檢查和實時通信狀況掃描開發(fā)的系統(tǒng)，實現(xiàn)了對臺網(wǎng)通信設(shè)備多層次的監(jiān)測和管理，通過系統(tǒng)界面，管理維護人員不僅能及時了解臺站的通信狀況，還實現(xiàn)了歷史通信狀況的自動查詢和下載。系統(tǒng)主要提供給強震觀測技術(shù)人員使用，同時也提供給地、州地震部門強震動臺站維護人員使用。臺站自動檢查系統(tǒng)提供所有臺站通訊檢查狀況查詢和統(tǒng)計結(jié)果，實時掃描則可按IP地址選擇和地州下單獨臺站選擇2種方式進行實時通信狀況查詢網(wǎng)(圖6)。應(yīng)用系統(tǒng)自2008年運行以來，已經(jīng)成為強震動臺站維護人員每天的登錄平臺，維護人員依據(jù)系統(tǒng)提供的信息，對出現(xiàn)故障的臺站進行了更多的維護，及時保障了臺站的正常運行，較大地提高了臺網(wǎng)運行率，系統(tǒng)提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，云南省強震動臺網(wǎng)運行率2008年87.2%、2009年94.5%、2010年98.9%、2011—2013年均保持在99.0%以上。

圖4 實時掃描查詢頁面及結(jié)果

4 結(jié)語

本文介紹了云南強震動臺網(wǎng)中心應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)與運行的過程與經(jīng)驗，與國內(nèi)同行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)相比，其主要特點是實用性，主要體現(xiàn)在震動圖、臺站自動檢查和實時掃描系統(tǒng)這兩部分軟件的集成。該系統(tǒng)投入運行多年來發(fā)生過2次中斷，均為服務(wù)器設(shè)備損壞導(dǎo)致應(yīng)用系統(tǒng)停止工作，未出現(xiàn)因系統(tǒng)軟件原因造成的意外停止運行事故，幾年的實際運行結(jié)果數(shù)據(jù)表明應(yīng)用系統(tǒng)具有很高的穩(wěn)定性和可靠性，實現(xiàn)了強震臺網(wǎng)維護日志、臺網(wǎng)信息發(fā)布、應(yīng)用系統(tǒng)安全等功能的集成，達到了系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)。

云南強震動臺網(wǎng)中心應(yīng)用系統(tǒng)為云南強震動臺網(wǎng)維護、云南省烈度速報、地震動強度分布速報、發(fā)布區(qū)域破壞性地震信息提供了系列的應(yīng)用平臺，也為川滇地區(qū)防震減災(zāi)工作業(yè)務(wù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

[1]崔建文，高東，李世成，等.新的云南數(shù)字強震動觀測網(wǎng)絡(luò)[J].地震研究，2006，29(S)：453-458.

[2]段洪杰，劉瓊仙，崔建文.云南強震動通信自控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].地震研究，2009，32(S)：507-511.

[3]吳永權(quán)，黃文輝，蘇柱金.2013.國家測震臺網(wǎng)的實時數(shù)據(jù)傳輸與服務(wù)[J].華南地震，33(3)：77-84.

[4]孟繁強，宋緒友，石巖，等.遼寧數(shù)字測震臺網(wǎng)技術(shù)構(gòu)成及配置[J].東北地震研究，2008， 24(4)：11-16.

[5]高偉亮.基于Oracle的測震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].山西：西安科技大學(xué)，2012.

[6]吳華燈，黃文輝.廣東地震臺網(wǎng)測震數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)[J].華南地震，2006，26(2)：66-71.

[7]李永紅.山東省地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)管理與發(fā)布系統(tǒng)[D].山東：山東大學(xué)，2007.

[8]蘇文清，李忠.基于Struts+Spring+Hibernate的Web開發(fā)框架及實現(xiàn)研究[J].甘肅科技，2009，25(22)，30-32.

[9]劉鑫. Mysql和PostgreSQL的對比選擇[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011，7(2)：171-173,177.

[10]盧大偉，李小軍.中國大陸強震動觀測發(fā)展研究[J].國際地震動態(tài).2010(10)：35-42.

[11]于海英，謝禮立.強震觀測數(shù)據(jù)庫建設(shè)與Internet服務(wù)[J].地震工程與工程振動.2003，23(4)，2-9.

[12]David J. Wald, Bruce C. Worden, Vincent Quitoriano, and Kris L. Pankow ShakeMap Manual: Technical Manual, User’s Guide, and Software Guide. http://pubs.usgs.gov/tm/2005/12A01/.

Design and Implementation of Yunnan Strong Motion Network Center Application System

LIU Qiong-xian, DUAN Hong-jie, YANG Li-wei

(Earthquake Administration of Yunnan Province, Kunming 650224, China)

After the completion of the hardware system construction of the Yunnan digital strong motion network, its effective maintenance and strong motion data processing are the primary problem to solve. This paper implements a series application of the Yunnan strong motion networks center application system. Through the application system, automatic inspection and real-time scanning, seismograms automatically generation (Shake map), strong motion station construction records, station maintenance log, etc. are seamless docked and integrated. The system has 4 kinds of function: safety certification, information release, business information processing and external system interface. It may provide a powerful platform for equipment maintenance and data processing and development. Practical seismic test shows that the system improves the strong motion data processing effectively.

strong motion network; shake map; J2EE frame; Mysql; safety certification; information publish

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.03.011

P315-391

A

1003-1375(2014)03-0050-05