基于B/S架構(gòu)的區(qū)域前兆數(shù)據(jù)庫信息服務(wù)與運行管理平臺的設(shè)計與實現(xiàn)1

卜玉菲 梅衛(wèi)萍 鮑海英 何 斌 潘 穎 王 凱

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基于B/S架構(gòu)的區(qū)域前兆數(shù)據(jù)庫信息服務(wù)與運行管理平臺的設(shè)計與實現(xiàn)1

卜玉菲 梅衛(wèi)萍 鮑海英 何 斌 潘 穎 王 凱

（江蘇省地震局，南京 210014）

區(qū)域前兆臺網(wǎng)的大量數(shù)據(jù)存于數(shù)據(jù)庫中。為便捷地查詢測項信息、臺站工作日志和觀測日志、臺站基礎(chǔ)信息，并減少區(qū)域臺網(wǎng)中心工作人員工作量，提高工作效率，我們建立了基于B/S架構(gòu)的前兆數(shù)據(jù)信息服務(wù)與管理平臺。該平臺很好地解決了上述問題，并在江蘇省地震監(jiān)測中心、預(yù)報研究中心、各省屬地震臺和市縣地震部門廣泛使用。

前兆數(shù)據(jù)庫 信息服務(wù) B/S架構(gòu) 管理平臺

引言

隨著“九五”前兆數(shù)字化改造、“十五”網(wǎng)絡(luò)項目、前兆數(shù)據(jù)共享項目、“九五”接入改造和歷史數(shù)據(jù)遷移等項目的實施，各區(qū)域前兆Oracle數(shù)據(jù)庫積累了自1980年以來豐富的數(shù)據(jù)資料。這些資料包括：①臺站信息，涉及臺站勘選信息、地震地質(zhì)條件、地址等信息；②觀測數(shù)據(jù)，目前數(shù)據(jù)庫中不僅擁有1980年以來的模擬、人工等歷史觀測數(shù)據(jù)，還包括“九五”、“十五”數(shù)字化等高采樣率觀測資料；③測項、測點信息，不同測項的基本信息以及各測點的具體情況等；④日志資料，各省級數(shù)據(jù)庫中包括臺站人員處理資料時的預(yù)處理日志，以及該省局前兆臺網(wǎng)和所屬臺站每天的工作日志；⑤場地信息，前兆數(shù)據(jù)庫還儲存有各學(xué)科測項的場地基礎(chǔ)信息，如流體井泉、形變洞體、跨斷層形變觀測場地、地磁臺站觀測環(huán)境、地電場地以及電極布設(shè)信息等。以上前兆觀測資料都集中在同一套數(shù)據(jù)庫中（周克昌等，2010）。

區(qū)域前兆臺網(wǎng)中心每天值班的工作任務(wù)繁重，重復(fù)勞動多，每月、每年要對觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量進行各種統(tǒng)計。如何減少人工操作，增大自動化程度，是一個迫切需要解決的問題。目前，常用的前兆工作相關(guān)軟件或平臺有：①數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件（集成版、學(xué)科版），主要用于處理前兆各測項收集到的原始數(shù)據(jù)，填寫觀測日志等；②地震分析預(yù)報系統(tǒng)（MapSIS）和地震前兆信息處理與軟件系統(tǒng)（EIS2000），主要用于繪制數(shù)據(jù)時序圖，可下載數(shù)據(jù)庫中已有的數(shù)據(jù)并進行一些分析應(yīng)用（陸遠忠等，2002；蔣駿等，2000）；③數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，用于數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視臺站管理系統(tǒng)軟、硬件和臺站觀測設(shè)備運行狀態(tài)以及工作日志上報等（周克昌等，2006；王建國等，2013）；④前兆跟蹤分析軟件，主要關(guān)注數(shù)據(jù)質(zhì)量，異常跟蹤分析。上述各軟件功能并不能夠?qū)^(qū)域中心的基礎(chǔ)信息進行系統(tǒng)的分類統(tǒng)計，也不具備自動化值班和異常信息報警等功能。

基于前兆數(shù)據(jù)庫使用現(xiàn)狀，本研究首先對臺站工作人員、前兆臺網(wǎng)工作人員和預(yù)報工作人員進行了前兆數(shù)據(jù)的需求分析，然后針對不同使用者梳理出清晰的數(shù)據(jù)調(diào)用方式，最終建立一套基于B/S架構(gòu)的區(qū)域前兆數(shù)據(jù)庫信息服務(wù)與運行管理平臺，使臺站人員能夠更方便地查看臺站基礎(chǔ)資料，檢查各項日志是否填寫正確；預(yù)報人員方便地查閱臺站聯(lián)系方式、臺站的基礎(chǔ)資料、測項信息、觀測日志等；前兆臺網(wǎng)工作人員縮短每天的值班時間，有效快捷地統(tǒng)計各類報表，提高值班自動化水平。

1 需求分析與平臺設(shè)計

1.1 不同類型用戶的需求分析

目前，區(qū)域地震前兆數(shù)據(jù)庫使用較頻繁的人員主要有：①本區(qū)域臺站工作人員。臺站收集的數(shù)據(jù)每天需及時提交到區(qū)域中心的前兆數(shù)據(jù)庫，臺站工作人員每天對本臺數(shù)據(jù)進行處理之后，需填寫觀測日志，并且上報工作日志，還需及時將本臺站更新過的基礎(chǔ)信息上傳至數(shù)據(jù)庫中。臺站工作人員與前兆數(shù)據(jù)庫的關(guān)系是最基礎(chǔ)、最密切的，數(shù)據(jù)庫里的臺站資料是否真實、正確，關(guān)系到整個區(qū)域前兆臺網(wǎng)的運行狀態(tài)。②區(qū)域地震前兆臺網(wǎng)中心工作人員。區(qū)域中心值班的工作人員每天需檢查數(shù)據(jù)庫中前一天的數(shù)據(jù)質(zhì)量及臺站工作情況，并確保臺站的基礎(chǔ)信息完全正確。每月的運行月報、跟蹤分析月報都需要對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行梳理和總結(jié)，填寫相關(guān)的統(tǒng)計報表。每年的運行年報、跟蹤分析年報也需要對全年的前兆工作進行總結(jié)，涉及儀器的基礎(chǔ)信息、測項的基礎(chǔ)信息、觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計等十幾張表格，工作內(nèi)容繁重。以上工作完全依靠人工完成，相當(dāng)費時費力。減少區(qū)域前兆臺網(wǎng)中心工作人員的工作量，尤其是對中等規(guī)模以上臺網(wǎng)實現(xiàn)自動化值班能更有效地提高工作效率，對解決區(qū)域前兆臺網(wǎng)中心人員不足等問題具有重要意義。③省局預(yù)報人員。省局預(yù)報人員每周會商前都會查看全省前兆數(shù)據(jù)的觀測日志以及相關(guān)臺站的工作日志，對落實異常進行最基本的檢查工作。另外，省局預(yù)報人員也需要了解臺站、測點、儀器的基本情況，對數(shù)據(jù)的變化有一個背景認識。

基于以上分析，我們認為，該項研究需解決不同類型用戶的實際工作需求，簡化工作流程。通過邏輯條理清晰的設(shè)計思路，讓臺站人員和預(yù)報人員能夠方便快捷地查看他們所關(guān)心的內(nèi)容，讓前兆臺網(wǎng)中心工作人員能夠簡化值班的重復(fù)性工作，節(jié)約統(tǒng)計時間，提高工作效率。

1.2 管理平臺設(shè)計

通過梳理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)以及對目標用戶的需求分析，我們設(shè)計了一套可實現(xiàn)自由查詢測項、快捷瀏覽日志及各類基礎(chǔ)信息、用觀測數(shù)據(jù)自動繪圖并判定異常和報警（張興國等，2011）、自動統(tǒng)計觀測數(shù)據(jù)起止時間及數(shù)據(jù)的連續(xù)完整率、自動統(tǒng)計儀器運行率等功能的區(qū)域前兆數(shù)據(jù)庫信息服務(wù)與運行管理平臺（圖1）。

根據(jù)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)分析、軟件架構(gòu)設(shè)計等確定了數(shù)據(jù)庫表的結(jié)構(gòu)，保證其符合中國地震局前兆臺網(wǎng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)規(guī)范要求。設(shè)計的數(shù)據(jù)庫信息服務(wù)及運行管理平臺架構(gòu)采用MVC架構(gòu)，采用HIBERNATE和STRUTS 2框架開發(fā)。由于實現(xiàn)B/S架構(gòu)（Browser/Server）系統(tǒng)功能的核心部分集中在服務(wù)器上，客戶端只需安裝瀏覽器即可。同時，該平臺維護和升級方式簡單、成本低，將其用于前兆數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)檢索和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，時效性較好。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 管理平臺主要功能

2.1 測項查詢

測項查詢僅在用戶登錄后才可查看，包括按臺站查詢（圖2）、按學(xué)科查詢和全部測項查詢，顯示各測項的臺站名稱、儀器名稱及型號、測點編碼、儀器ID、采樣率、測項代碼、所屬學(xué)科、開始觀測時間等信息。

圖2 測項查詢結(jié)果顯示

為了方便使用不同方式查詢，可根據(jù)需要從臺站為切入點，查詢某一測點的測項資料，亦可從學(xué)科開始查詢某一種儀器的測項資料，或是根據(jù)統(tǒng)計分析資料導(dǎo)出所有測項數(shù)據(jù)。

2.2 日志查詢

日志查詢由3部分組成：工作日志查詢、觀測日志查詢、觀測日志導(dǎo)出。

該功能主要為區(qū)域臺網(wǎng)值班人員、預(yù)報中心人員提供服務(wù)。區(qū)域臺網(wǎng)值班人員可每天利用此功能批量查閱臺站的工作日志，及時發(fā)現(xiàn)臺站人員填寫時是否有遲報、漏報、錯報現(xiàn)象；預(yù)報中心人員可利用此功能迅速查閱臺站人員的預(yù)處理日志，比通過前兆數(shù)據(jù)處理軟件查閱更方便、快捷。

2.3 基礎(chǔ)信息查詢

基礎(chǔ)信息查詢分為兩部分：臺網(wǎng)分布和臺站詳細信息查詢。該查詢功能中包含的信息量較大，從臺網(wǎng)分布可看到全省臺站地理位置分布情況（圖3），點擊相應(yīng)的臺站后可查看該臺站詳細信息（圖4）。

圖3 區(qū)域臺網(wǎng)分布圖

圖4 臺站信息

臺站詳細信息又包括臺站基礎(chǔ)信息、場地、井泉、斷層信息等在內(nèi)的各種基礎(chǔ)觀測背景信息，通過臺站詳細信息查詢功能可方便地查看每個臺站的觀測環(huán)境、場地條件等，為相關(guān)研究中查詢基礎(chǔ)資料提供快速便捷的服務(wù)。

2.4 自動化值班與自動統(tǒng)計

自動化值班部分由自動繪圖與報警信息兩部分組成。

自動繪圖用于查看各學(xué)科的數(shù)據(jù)曲線，每天早晨定時更新，以便用戶快速瀏覽前一天的數(shù)據(jù)（圖5）。除地磁數(shù)據(jù)外，所繪制的數(shù)據(jù)曲線中最后一天數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，之前的數(shù)據(jù)為預(yù)處理數(shù)據(jù)。這樣的繪制方式可將最新的原始數(shù)據(jù)與之前的預(yù)處理數(shù)據(jù)進行對比，從而使區(qū)域前兆中心的值班人員能夠更加清晰準確地觀察到最新一天數(shù)據(jù)是否出現(xiàn)問題。地磁則根據(jù)學(xué)科特點將各個臺站前一天的分鐘值原始數(shù)據(jù)繪制于一張同時間軸的曲線圖上，不同臺站用不同顏色進行區(qū)分，進而容易判斷出當(dāng)天是否有臺站的同步性發(fā)生突變。

報警信息會顯示各臺站各儀器某個測項分量前一天數(shù)據(jù)中存在的異常情況（圖6）。異常信息按照學(xué)科規(guī)定的標準和指標、對比前一天和此前九天的數(shù)據(jù)進行計算，每天早上更新前一天數(shù)據(jù)的異常信息，方便用戶獲得初步的異常判斷情況，并對數(shù)據(jù)及時進行預(yù)處理。

自動統(tǒng)計模塊主要用于每階段的運行統(tǒng)計（圖7）。該模塊分為觀測數(shù)據(jù)目錄、數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計、儀器分類統(tǒng)計、儀器數(shù)量統(tǒng)計4部分。每個月區(qū)域前兆臺網(wǎng)中心所關(guān)注的儀器運行率、數(shù)據(jù)連續(xù)完整率等都可以通過此模塊的部分功能來計算，方便各學(xué)科及時關(guān)注儀器的運行情況，從而節(jié)省每月人工計算的時間，提高工作效率。通過儀器統(tǒng)計列表也能快速查閱是否有儀器存在資料漏填、錯填現(xiàn)象，方便檢查數(shù)據(jù)庫里儀器信息的完善程度。

圖6 報警信息

圖7 自動統(tǒng)計

2.5 其他

平臺首頁將區(qū)域地震前兆臺網(wǎng)的運行月報、跟蹤分析年報、國家臺網(wǎng)中心每月的評比結(jié)果等集中在一起，可以方便區(qū)域前兆臺網(wǎng)中心的工作人員查看，關(guān)注前期工作中出現(xiàn)的問題，并及時解決。

對不同的使用者提供不同的權(quán)限，例如，預(yù)報中心人員將不能使用自動化值班功能模塊，臺站人員不具備系統(tǒng)設(shè)置的權(quán)限等。

3 解決的主要問題

3.1 圖形繪制與異常信息報警

每天定時繪制前十天的預(yù)處理數(shù)據(jù)和前一天的原始數(shù)據(jù)曲線圖，并根據(jù)各學(xué)科的特點按不同的要求繪圖，該部分的設(shè)計需考慮各學(xué)科的特點。例如地磁學(xué)科，不同臺站的數(shù)據(jù)具有很好的一致性，通過同軸對比可以很明顯地看出哪一個臺站的數(shù)據(jù)變化不一致，其他學(xué)科則不具備這種特點。因此僅將地磁數(shù)據(jù)繪制成多臺同軸對比圖。

各學(xué)科異常數(shù)據(jù)指標是異常測項報警的難點，經(jīng)過咨詢各學(xué)科專家和查找有關(guān)學(xué)科觀測技術(shù)的參考資料，編制出自動繪圖模塊與異常數(shù)據(jù)報警的技術(shù)要點和技術(shù)指標，并取得了學(xué)科技術(shù)管理組專家的認可。

較現(xiàn)有的各項前兆數(shù)據(jù)處理、查詢軟件，該平臺首次研制了異常報警功能，能為區(qū)域前兆臺網(wǎng)人員在日常值班中快速判斷出異常信息，提高值班效率。

3.2 文件輸出

對于不同查詢內(nèi)容的導(dǎo)出，采用不同的格式進行輸出，對于統(tǒng)計數(shù)字以EXCEL表輸出。例如，在“自動統(tǒng)計”部分，可以導(dǎo)出儀器運行率、連續(xù)率、完整率表格；測項查詢、日志查詢和基礎(chǔ)信息查詢的結(jié)果以表格形式展示，以EXCEL格式導(dǎo)出。

在“自動下載”部分，提供給使用者包括跟蹤分析軟件、預(yù)處理軟件等前兆工作常用軟件下載功能，也可下載及查閱最新通知、區(qū)域臺網(wǎng)每月所產(chǎn)出的跟蹤分析月報和運行月報等，以便使用者及時關(guān)注區(qū)域前兆臺網(wǎng)最新工作。

3.3 定制檢出數(shù)據(jù)

自動統(tǒng)計部分涉及多個統(tǒng)計表，每個統(tǒng)計表都需要從區(qū)域前兆數(shù)據(jù)庫中不同的數(shù)據(jù)庫表中讀取需要的數(shù)據(jù)，整合至一張表格之中，在此過程中需保證產(chǎn)出的數(shù)據(jù)無遺漏無重復(fù)，準確輸出所需要的數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

自2015年9月以來，該平臺已在江蘇省地震監(jiān)測中心、預(yù)報研究中心、各省屬地震臺和市縣地震部門廣泛使用，用于日常資料質(zhì)量統(tǒng)計、日志查詢、基礎(chǔ)信息查詢等。2015年12月在北京市地震局和山東省前兆臺網(wǎng)中心部署試運行。

從初步的反饋結(jié)果表明，服務(wù)平臺界面友好，各項信息查詢方便快捷，各種統(tǒng)計報表齊全，可明顯提高區(qū)域前兆臺網(wǎng)的工作效率和預(yù)報中心查找數(shù)據(jù)庫信息的效率，且有助于臺站人員對觀測資料進行質(zhì)量監(jiān)控。

目前，國家前兆臺網(wǎng)中心大力開展數(shù)據(jù)跟蹤分析工作，該項工作已經(jīng)成為區(qū)域前兆臺網(wǎng)中心一項重要且耗時的日常工作。在該平臺后續(xù)的維護及升級中，還需考慮納入跟蹤分析信息查詢，以便前兆工作人員隨時查看跟蹤分析的審核結(jié)果、分析完整率等，在該平臺內(nèi)逐步整合各項前兆工作。

另外，由于各地區(qū)所受主要干擾差異較大，故異常數(shù)據(jù)判別指標差異也較大。在用于不同地區(qū)時要根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r多做實驗，根據(jù)實驗結(jié)果設(shè)置參數(shù)指標。因此，為了更好地實現(xiàn)該項功能，需對各區(qū)域臺網(wǎng)的數(shù)據(jù)背景進行更加深入的了解。

致謝：感謝審稿人提出的寶貴意見和建議。

蔣駿，李盛樂，張雁濱等，2000．地震前兆信息處理與軟件系統(tǒng)．北京：地震出版社．

陸遠忠，李盛樂，鄧志輝等，2002．基于GIS的地震分析預(yù)報系統(tǒng)．成都：成都地圖出版社．

王建國，劉春國，王偉等，2013．地震前兆數(shù)據(jù)庫綜合管理系統(tǒng)．大地測量與地球動力學(xué)，33（增刊I）：114—116．

張興國，王子影，李盛樂等，2011．地震前兆數(shù)據(jù)異常自動檢測報警系統(tǒng)．地震地磁觀測與研究，32（1）：101—108．

周克昌，李志雄，王松等，2006．地震前兆數(shù)據(jù)監(jiān)視與管理系統(tǒng)．地震，26（1）：115—122．

周克昌，蔣春花，紀壽文等，2010．地震前兆數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計．地震，30（2）：143—151．

卜玉菲，梅衛(wèi)萍，鮑海英，何斌，潘穎，王凱，2017．基于B/S架構(gòu)的區(qū)域前兆數(shù)據(jù)庫信息服務(wù)與運行管理平臺的設(shè)計與實現(xiàn)．震災(zāi)防御技術(shù)，12（3）：710—717．

Design and Construction of Precursory Data Information Service and Management Platform Based on B/S Architecture

Bu Yufei, Mei Weiping, Bao Haiying, He Bin, Pan Ying and Wang Kai

(Earthquake Administration of Jiangsu Province, Nanjing 210014, China)

After the mass seismic precursor data has been stored in regional digital seismic network database, a precursory data information service and management platform has been developed based on Browser/Server (B/S) architecture. This platform is capable not only of querying each information conveniently, such as station information and daily observation logs, but also of reducing the workload and improving efficiency of regional network center staff. The platform has been widely used by Jiangsu Earthquake Monitoring Center, Jiangsu Earthquake Prediction and Research Center, and provincial seismic stations and earthquake administration of cities in Jiangsu Province.

Earthquake precursor database; Information service; Browser/Server architecture; Management platform

10.11899/zzfy20170326

地震科技星火計劃項目（XH14024），江蘇省地震局青年科學(xué)基金項目（201705）

2016-11-27

卜玉菲，女，生于1988年。碩士，工程師。主要從事地震學(xué)及地震前兆工作。E-mail：byf0138007@163.com

梅衛(wèi)萍，女，生于1972年。碩士，高級工程師。主要從事地震前兆相關(guān)工作。E-mail：582759703@qq.com