定時(shí)標(biāo)定和波形截取軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

宮卓宏，劉林飛

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國家野外科學(xué)觀測研究站，山西 太原 030025)

0 引言

對(duì)地震計(jì)的標(biāo)定工作是測震臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)工作的重要組成部分，其保證了數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)測質(zhì)量。在地震數(shù)據(jù)采集器中設(shè)置好脈沖標(biāo)定的啟動(dòng)時(shí)間、幅度、持續(xù)時(shí)間和時(shí)間間隔等參數(shù)，地震數(shù)據(jù)采集器就會(huì)按設(shè)置內(nèi)容定時(shí)啟動(dòng)脈沖標(biāo)定[1]，通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備將數(shù)據(jù)傳回記錄中心，在實(shí)時(shí)記錄系統(tǒng)的相應(yīng)文件夾下生成一個(gè)脈沖標(biāo)定(*.CAL)的文件。通過對(duì)文件內(nèi)容進(jìn)行檢測[2]，如圖1所示，即可得知該臺(tái)的儀器系統(tǒng)工作是否正常。一般情況下，儀器不穩(wěn)定時(shí)常表現(xiàn)為脈沖標(biāo)定幅度發(fā)生變化較多，周期發(fā)生變化的情況較少[3]。山西測震臺(tái)網(wǎng)采用童汪練的標(biāo)定包進(jìn)行日常標(biāo)定數(shù)據(jù)的處理。隨著近年來測震臺(tái)網(wǎng)的快速發(fā)展和臺(tái)站布設(shè)密度的增加，日常標(biāo)定的工作量逐漸加大。為滿足日常標(biāo)定工作快速高效的需求，通過軟件完成大量數(shù)據(jù)處理的重復(fù)工作勢(shì)在必行。

圖1 脈沖標(biāo)定波形Fig.1 Pulse calibration waveform

設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)山西測震臺(tái)網(wǎng)儀器的標(biāo)定信息數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)山西測震臺(tái)網(wǎng)儀器定時(shí)標(biāo)定和波形截取軟件；實(shí)現(xiàn)標(biāo)定和計(jì)算信息的數(shù)據(jù)化管理，方便維護(hù)人員管理儀器的標(biāo)定時(shí)間，定時(shí)標(biāo)定；使用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳輸波形文件實(shí)現(xiàn)波形的批量分道處理和波形異常的初步分析；減少測震標(biāo)定、計(jì)算的工作量，提高效率和準(zhǔn)確度。下面從設(shè)計(jì)思路、模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)等方面對(duì)此定時(shí)標(biāo)定和波形截取軟件進(jìn)行具體介紹。

1 設(shè)計(jì)思路

在開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到系統(tǒng)應(yīng)做到操作簡單，盡量使系統(tǒng)操作不受用戶對(duì)電腦知識(shí)水平的限制，維護(hù)人員可以及時(shí)地處理異常，進(jìn)行平臺(tái)的維護(hù)、更新。

標(biāo)定管理系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，包括標(biāo)定信息管理、波形分道、波形異常分析、網(wǎng)絡(luò)通信和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫五大模塊。波形異常分析、標(biāo)定信息管理兩模塊是系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能。

標(biāo)定信息管理模塊主要進(jìn)行標(biāo)定信息的整理和查詢。將標(biāo)定信息錄入數(shù)據(jù)庫中，就可以在查詢界面查到工作中需要的標(biāo)定信息。日常進(jìn)行標(biāo)定計(jì)算的過程中，將待處理波形按臺(tái)站存放在文件夾中，每個(gè)臺(tái)站一個(gè)文件夾，每個(gè)臺(tái)站需要對(duì)EVT文件進(jìn)行分道處理后，使用標(biāo)定包進(jìn)行計(jì)算。波形分道模塊在用戶選擇對(duì)應(yīng)文件夾后，逐個(gè)讀取每個(gè)臺(tái)站對(duì)應(yīng)的EVT波形文件，將該文件復(fù)制在對(duì)應(yīng)的新創(chuàng)建的臺(tái)站文件夾下，進(jìn)行分道處理。這樣，用戶只需簡單的操作就完成了標(biāo)定計(jì)算的所有準(zhǔn)備工作。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 總體設(shè)計(jì)

此系統(tǒng)的模塊劃分基本滿足預(yù)計(jì)的系統(tǒng)功能需求，同時(shí)方便用戶的使用。五個(gè)模塊之間，耦合度較低，除各大模塊需要標(biāo)定數(shù)據(jù)依賴數(shù)據(jù)庫模塊外，基本都可以獨(dú)立完成功能(見圖2、圖3)。

圖2 功能模塊圖Fig.2 Functional module diagram

圖3 執(zhí)行流程圖Fig.3 Execution flow chart

2.2 標(biāo)定信息管理功能的實(shí)現(xiàn)

信息錄入的流程：用戶選擇臺(tái)站，顯示當(dāng)前的標(biāo)定時(shí)間；選擇每周、每年或每月，輸入對(duì)應(yīng)的日期、時(shí)間，點(diǎn)擊確定即可修改成功，將數(shù)據(jù)存到數(shù)據(jù)庫中。在標(biāo)定信息顯示的頁面雙擊任一項(xiàng)，跳轉(zhuǎn)到信息修改頁面下對(duì)應(yīng)的臺(tái)站項(xiàng)。

標(biāo)定信息顯示使用QTableView類實(shí)現(xiàn)。這是應(yīng)用Qt的Model-View模式，model與數(shù)據(jù)源通訊，提供接口給結(jié)構(gòu)中別的組件使用。通訊的性質(zhì)依賴于數(shù)據(jù)源的種類與model實(shí)現(xiàn)的方式。view從model獲取model indexes,后者是數(shù)據(jù)項(xiàng)的引用。通過把model indexes提供給model,view可以從數(shù)據(jù)源中獲取數(shù)據(jù)。此處使用的model是QSqlQueryModel，通過設(shè)置query語句，再用setHeaderData函數(shù)設(shè)置列名或行名即可實(shí)現(xiàn)model，將QTableView實(shí)例對(duì)象的model設(shè)為此model，即可成功顯示。

2.3 波形獲取及分道、分析功能的實(shí)現(xiàn)

(1) 通過訪問服務(wù)器獲取波形。

從Qt5開始，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的編程使用QNetworkRequest、QNetworkReply和QNetworkAccessManager這幾類，提供簡單而強(qiáng)大的接口[4]。其中，網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求由QNetworkRequest類來表示，作為與請(qǐng)求有關(guān)信息的統(tǒng)一容器，在創(chuàng)建請(qǐng)求對(duì)象時(shí)指定的URL決定了請(qǐng)求使用的協(xié)議，目前支持HTTP、FTP和本地文件URLs的上傳和下載；QNetworkAccessManager類用于協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)操作，每當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求創(chuàng)建后，該類用來調(diào)度，發(fā)信號(hào)來報(bào)告進(jìn)度；對(duì)于網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的應(yīng)答則使用QNetworkReply類表示，在請(qǐng)求被完成調(diào)度時(shí)由QNetworkAccessManager創(chuàng)建。如圖4所示，用戶正確輸入服務(wù)器地址和保存路徑即可進(jìn)行下載，獲取波形文件。

圖4 下載界面Fig.4 Download Interface

(2) 批量分道處理的實(shí)現(xiàn)。

用戶選擇EVT文件的存放路徑，程序檢測該路徑下的所有EVT文件的文件名，根據(jù)文件名中的臺(tái)站代碼建立對(duì)應(yīng)文件夾，再將EVT文件拷貝到該文件夾下。用QProcess類來使用分道小工具“etop2005”，將EVT文件分成4個(gè)文件，分別保存基本信息和三分向的count值，重復(fù)執(zhí)行直到全部分道完成。通過使用分道處理功能可以方便日常標(biāo)定工作的進(jìn)行，原先繁瑣的建立文件夾、拷貝、分道的重復(fù)工作可以簡單地完成，避免了因操作失誤導(dǎo)致的問題。批量分道執(zhí)行部分代碼如下：

(3) 波形異常分析。

在日常脈沖標(biāo)定中，經(jīng)常出現(xiàn)波形異常，如未打出脈沖、峰值過小、出現(xiàn)雜峰等，就需要重新標(biāo)定計(jì)算才能正確判斷該儀器正常與否，而使用異常分析功能就可以快速鎖定有問題的波形。用戶選擇存放各臺(tái)站文件夾的路徑，程序分別讀取每個(gè)臺(tái)站文件夾下的每一分向文件，其中存放的是每秒100個(gè)的count值。通過對(duì)count值的處理，初步判斷波形是否完整，峰值是否足夠大，是否存在雜峰等。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

該軟件系統(tǒng)投入運(yùn)用后，標(biāo)定準(zhǔn)備工作能快速完成，可直接進(jìn)行標(biāo)定計(jì)算，節(jié)省了標(biāo)定工作的時(shí)間。運(yùn)行主要界面如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)運(yùn)行主要界面Fig.5 Main interface of system operation

4 結(jié)語

定時(shí)標(biāo)定和波形截取軟件設(shè)計(jì)方案合理，人機(jī)互動(dòng)界面良好。較之前的“標(biāo)定管理軟件”節(jié)省了日常標(biāo)定時(shí)間，優(yōu)化了標(biāo)定工作的操作流程，達(dá)到預(yù)期目的，值得推廣。同時(shí)，在標(biāo)定工作中，數(shù)據(jù)的計(jì)算以及對(duì)標(biāo)定結(jié)果的分析也有自動(dòng)化的空間。因此，筆者將深入研究標(biāo)定對(duì)儀器特性的影響，使用編程工具加強(qiáng)系統(tǒng)分析，完善測震臺(tái)網(wǎng)對(duì)地震儀器的管理。