Collectors強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)*

吳華燈，盧大偉，廖一帆，丁莉莎，葉世山，勞 謙，陳建濤，

黃 暉1，趙賢任1，王力偉1，盧子晉1，呂仲杭1

(1.廣東省地震局，廣東 廣州 510070；2.中國地震局地球物理研究所，北京 100081；3.中國地震局地震監(jiān)測與減災(zāi)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510070)

0 引言

“十五”期間，國家在21個(gè)地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)建設(shè)了1 154個(gè)自由場固定強(qiáng)震動(dòng)觀測臺(tái)、310個(gè)烈度速報(bào)子臺(tái)和13個(gè)強(qiáng)震動(dòng)觀測專用臺(tái)陣，建成了由一個(gè)國家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心，東南、西南、西北3個(gè)區(qū)域強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心以及北京、天津、昆明、烏魯木齊、蘭州5個(gè)大城市地震動(dòng)強(qiáng)度(烈度)速報(bào)中心構(gòu)成的中國強(qiáng)震動(dòng)觀測臺(tái)網(wǎng)(周雍年，2006)。在隨后的“十一五”“十二五”期間，各省(市)、自治區(qū)和地方政府又投資建設(shè)了一大批強(qiáng)震動(dòng)觀測臺(tái)站，臺(tái)網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大(吳華燈，葉春明，2011)?！笆濉逼陂g建成的強(qiáng)震動(dòng)觀測臺(tái)網(wǎng)主要觀測目的是獲取近場強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)加速度記錄，為工程抗震、場地效應(yīng)、地震動(dòng)衰減等研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(徐欽等，2019；王文才等，2019)，臺(tái)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)基于觸發(fā)式事件記錄，兼具部分城市地震烈度速報(bào)功能(盧大偉，李小軍，2010)?！笆晃濉薄笆濉逼陂g建成的強(qiáng)震動(dòng)觀測臺(tái)站，已經(jīng)向地震動(dòng)強(qiáng)度(烈度)速報(bào)、地震預(yù)警等應(yīng)用領(lǐng)域拓展，具備實(shí)時(shí)和觸發(fā)式事件記錄的功能。

但是我國建成的強(qiáng)震動(dòng)觀測臺(tái)網(wǎng)，長期缺乏一套具備數(shù)據(jù)匯集、監(jiān)控及自動(dòng)處理功能于一體的強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件，大部分省(市)、自治區(qū)地震局只能利用各廠商記錄器配套的上位機(jī)軟件，手動(dòng)收集、處理分布在轄區(qū)內(nèi)的各個(gè)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站的觀測數(shù)據(jù)，少數(shù)幾個(gè)省局主自研發(fā)或使用了第三方開發(fā)的簡易版臺(tái)網(wǎng)管理軟件，半自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的收集和處理(劉瓊仙等，2008)。總體上強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)收集和處理以人工為主，存在速度慢、效率低、工作負(fù)荷重等問題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了日常業(yè)務(wù)工作的需要，滿足不了政府、社會(huì)公眾對強(qiáng)震發(fā)生時(shí)快速獲知強(qiáng)震動(dòng)關(guān)鍵參數(shù)的需求。立足強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)日常業(yè)務(wù)和不斷拓寬的應(yīng)用領(lǐng)域的需求，在“十二五”期間，上級主管部門大力推進(jìn)強(qiáng)震動(dòng)觀測技術(shù)支撐系統(tǒng)的建設(shè)，筆者負(fù)責(zé)開發(fā)了一套適用于“十五”“十一五”“十二五”期間強(qiáng)震動(dòng)觀測臺(tái)站的具備強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)采集器接口集成、數(shù)據(jù)快速匯集、數(shù)據(jù)自動(dòng)處理、狀態(tài)準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、儀器雙向命令控制、日常業(yè)務(wù)圖表生成等功能的“Collectors強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件”。本文就該軟件的整體設(shè)計(jì)思路、功能模塊的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用情況等方面展開介紹。

1 整體設(shè)計(jì)思路

為了更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件的各項(xiàng)功能及可跨平臺(tái)、大規(guī)模分布式部署，采用JAVA SE(JAVA開發(fā)工具包)、Eclipse Java EE IDE(JAVA集成開發(fā)環(huán)境)、MySQL(數(shù)據(jù)庫)、Navicat和MySQL Workbench(數(shù)據(jù)庫管理工具)等工具包搭建了軟件開發(fā)及運(yùn)行環(huán)境。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，各模塊可獨(dú)立運(yùn)行，軟件系統(tǒng)技術(shù)路線如圖1所示，設(shè)計(jì)思路如下：

(1)使用Navicat和MySQL Workbench設(shè)計(jì)出由15個(gè)數(shù)據(jù)表組成的底層數(shù)據(jù)庫，包括臺(tái)網(wǎng)信息表、臺(tái)站信息表、設(shè)備信息表、儀器字典表、通道方向極性表、儀器參數(shù)表、地震事件波形表、功能測試波形表、臺(tái)站狀態(tài)表、鏈路狀態(tài)表、遠(yuǎn)程通訊檢查表、臺(tái)站連通及功能測試情況上報(bào)表、地震信息表、用戶信息表(受篇幅所限，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)另行文介紹)(Akkaretal，2014)。系統(tǒng)軟件在初始化時(shí)，將從系統(tǒng)配置表中讀取相關(guān)配置信息，從臺(tái)網(wǎng)信息表、臺(tái)站信息表和設(shè)備信息表中提取臺(tái)網(wǎng)、臺(tái)站、設(shè)備等元數(shù)據(jù)信息，用于標(biāo)識身份、匹配儀器接口、繪制臺(tái)站位置、網(wǎng)絡(luò)連接建立、屬性信息提示。

圖1 系統(tǒng)軟件技術(shù)路線Fig.1 Technical route of the Collectors system software

(2)用Eclipse Java EE IDE開發(fā)包括ETNA，K2，GDQJ，MR-2002，GSR-18，GSMA-2400IP，ETNA2，Basalt，MR-3000，EDAS-24IP，EDAS-24GN，130REN和TDE-CA 等強(qiáng)震動(dòng)記錄器的數(shù)據(jù)接口和通信控制接口，集成到強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)上，以客戶端套接字的方式連接臺(tái)站的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)地震事件數(shù)據(jù)的自動(dòng)匯集；實(shí)現(xiàn)臺(tái)站運(yùn)行狀態(tài)的多指標(biāo)、精細(xì)化的監(jiān)控和設(shè)備的遠(yuǎn)程控制；驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)機(jī)制實(shí)現(xiàn)有關(guān)報(bào)表信息的自動(dòng)生成和運(yùn)行率統(tǒng)計(jì)等。

(3)在匯集地震事件時(shí)，由解碼模塊解碼三分向數(shù)據(jù)，然后驅(qū)動(dòng)強(qiáng)震動(dòng)參數(shù)計(jì)算模塊，按照基線校正、計(jì)算主要頻率、積分速度和位移時(shí)程、數(shù)字濾波、記錄合成的數(shù)據(jù)處理流程計(jì)算PGA，PGV，PGD，IPGA和IPGV等強(qiáng)震動(dòng)參數(shù)(1)中國地震局.2015.儀器地震烈度計(jì)算暫行規(guī)程.，再經(jīng)地震消息匹配出對應(yīng)臺(tái)站的臺(tái)站信息、地震信息、記錄處理結(jié)果信息，生成強(qiáng)震動(dòng)觀測記錄報(bào)告單和產(chǎn)出儀器烈度分布圖件，進(jìn)行地震烈度速報(bào)。與此同時(shí)，驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)同步模塊，通過數(shù)據(jù)庫或基于文件傳輸協(xié)議的方式，實(shí)現(xiàn)各省、自治區(qū)、直轄市強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心到各區(qū)域分中心，再到國家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心的分級數(shù)據(jù)同步。

2 功能模塊的實(shí)現(xiàn)

“Collectors強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件”是一套基于地震事件傳輸?shù)膹?qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件，較好地滿足了當(dāng)前強(qiáng)震動(dòng)觀測臺(tái)網(wǎng)的日常業(yè)務(wù)需求。具體功能包括了強(qiáng)震動(dòng)記錄器的接口適配、全網(wǎng)臺(tái)站運(yùn)行狀態(tài)準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、地震事件數(shù)據(jù)自動(dòng)匯集、強(qiáng)震動(dòng)事件參數(shù)(PGA，PGV，PGD，IPGA，IPGV，反應(yīng)譜)自動(dòng)處理、設(shè)備遠(yuǎn)程控制、報(bào)表自動(dòng)生成(遠(yuǎn)程通訊檢查表、強(qiáng)震動(dòng)記錄報(bào)告單、強(qiáng)震動(dòng)記錄分析結(jié)果表、強(qiáng)震動(dòng)觀測簡報(bào))等，以下分別介紹各核心功能模塊的具體實(shí)現(xiàn)。

2.1 強(qiáng)震動(dòng)記錄器接口適配模塊

“強(qiáng)震動(dòng)記錄器的接口適配模塊”是“Collectors強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件”的核心模塊之一，數(shù)據(jù)流、狀態(tài)流和控制流的適配及流向由該模塊驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。由于強(qiáng)震動(dòng)記錄器的種類繁多，不同類型的儀器有不同的命令集、不同的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，特別是基于事件傳輸?shù)挠涗浧?吳華燈等，2012)，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流、狀態(tài)流和控制流的三流匯集及分發(fā)，處理上比較復(fù)雜和繁瑣，因此該模塊采用了任務(wù)隊(duì)列管理和線程池的技術(shù)，使復(fù)雜的問題簡單化。具體操作為，在該模塊中，定義了ETNA，K2，GDQJ，MR-2002，GSR-18，GSMA-2400IP，ETNA2，Basalt，MR-3000，EDAS-24IP，EDAS-24GN，130REN，TDE-CA等型號設(shè)備及與之對應(yīng)的任務(wù)類別和通信命令；根據(jù)設(shè)備型號和特定的任務(wù)，建立了相應(yīng)的線程池；最后，以DAO作為入口，從數(shù)據(jù)庫中加載臺(tái)站設(shè)備信息，匹配設(shè)備型號，建立通信連接池，驅(qū)動(dòng)獲取事件數(shù)據(jù)、獲取狀態(tài)數(shù)據(jù)和通信控制等任務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流、狀態(tài)流和控制流的匯集及分發(fā)(葉世山等，2019)。程序設(shè)計(jì)的核心是，創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)包task實(shí)現(xiàn)接口適配，包括2個(gè)枚舉變量DevType和TaskType，3個(gè)類TaskBeanFactory、TaskManager和TaskExecutor：設(shè)備型號DevType用于指定需要適配接口的強(qiáng)震動(dòng)記錄器類型，任務(wù)類別TaskType定義接口適配時(shí)需要執(zhí)行的諸如獲取狀態(tài)流、獲取事件數(shù)據(jù)流、功能測試等任務(wù)；TaskBeanFactory和TaskExecutor類的作用是獲取要執(zhí)行的任務(wù)，TaskManager類用于建立線程、加載設(shè)備類型、執(zhí)行隊(duì)列中的任務(wù)。核心源代碼如下：

public enum DevType {

ETNA，K2，GDQJ，MR2002，GSR18，GSMA2400IP，ETNA2，Basalt，MR3000，EDAS24IP，EDAS24GN，130REN，TDE-CA

} /*強(qiáng)震動(dòng)記錄器類型*/

public enum TaskType{

STA，EVENT，CONTROL，F(xiàn)T

}/*定義任務(wù)類型*/

public class TaskBeanFactory implements ApplicationContextAware {

public TaskExecutor getTask(String devType，String taskName){

return(TaskExecutor)；

}

}/*獲取要執(zhí)行的任務(wù)*/

public class TaskManager {

protected TaskBeanFactory taskBeanFactory；

threads = Executors.newFixedThreadPool(thread Num)；/*建立線程池*/

public void execute(TaskType type){

equipmentInfoDAO.loadEquipments(dev_type，starIndex，pageSize)；

}/*加載指定的設(shè)備類型，準(zhǔn)備執(zhí)行任務(wù)*/

private void todo(EquipmentInfo eq，TaskType type){

TaskExecutor taskExecutor = taskBeanFactory.getTask()；

pool.getConnect()；/*建立連接*/

taskExecutor.execute(terminal，eq)；/*執(zhí)行任務(wù)，匹配設(shè)備類型，調(diào)用接口*/

pool.recycle(terminal)；/*資源回收*/

}

}

2.2 臺(tái)站運(yùn)行狀態(tài)準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊

強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)是“Collectors強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件”的一個(gè)重要組成部分，具體由“臺(tái)站運(yùn)行狀態(tài)準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊”實(shí)現(xiàn)。其主要功能是實(shí)現(xiàn)臺(tái)站運(yùn)行狀態(tài)的多指標(biāo)、精細(xì)化監(jiān)控顯示和設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，便于工作人員了解臺(tái)網(wǎng)的整體運(yùn)行情況和開展臺(tái)網(wǎng)的日常運(yùn)維管理工作。出于使用方便及技術(shù)更新的需要，該模塊摒棄了筆者早期基于C/S結(jié)構(gòu)的強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)思想(葉春明等，2011)，采用MVC(Model View Controller，一種軟件設(shè)計(jì)模式)框架重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以求做到軟件前后端分離，易于分布式部署。

該模塊在MVC框架下，結(jié)合“強(qiáng)震動(dòng)記錄器的接口適配模塊”和底層數(shù)據(jù)庫，基于電子地圖實(shí)現(xiàn)前端展示和交互操作，如圖2所示。具體是以電子地圖展示臺(tái)站的位置分布和臺(tái)站的關(guān)鍵信息，并用黑、橙、紅、綠4種顏色分別標(biāo)示臺(tái)站通信中斷、通信告警、設(shè)備告警和正常工作4種狀態(tài)。主控臺(tái)的狀態(tài)告示欄，及時(shí)顯示各種狀態(tài)下臺(tái)站的數(shù)量及告警的具體原因(如鏈路告警、電池電壓過低告警、磁盤空間告警、GPS授時(shí)告警、零點(diǎn)電壓告警等)，維護(hù)人員能針對已知的具體原因開展臺(tái)站的維護(hù)工作。交互操作方面，通過DAO及API，實(shí)現(xiàn)前端臺(tái)站狀態(tài)的多指標(biāo)查詢、臺(tái)站信息查詢、設(shè)備信息查詢、臺(tái)站觸發(fā)參數(shù)查詢、功能測試等遠(yuǎn)程操控。后端則按照設(shè)定的任務(wù)，周期性自動(dòng)地完成每月2次的功能測試及遠(yuǎn)程通訊檢查，并把測試的結(jié)果寫入遠(yuǎn)程通訊檢查數(shù)據(jù)表。前端的所有操作，通過圖2的人機(jī)交互界面便能輕松完成。該模塊的核心實(shí)現(xiàn)過程如下：

(1)加載電子地圖。在html頁面中指定地圖數(shù)據(jù)源，并在javascript代碼中創(chuàng)建地圖實(shí)例，通過API接口，調(diào)用地圖數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)地圖的加載。

/*在html頁面中指定地圖數(shù)據(jù)源*/

＞script type="text/javascript"src="http：//api.map.baidu.com/api?v=2.0＆ak=NU.."＞

＞/script＞

/*在javascript代碼中創(chuàng)建地圖實(shí)例*/

map = new BMap.Map("map")；

(2)展示臺(tái)站信息及狀態(tài)。通過前端的接口類MapDao和javascript代碼中的getTitle，getMsg和statusInfo方法，在地圖上實(shí)現(xiàn)臺(tái)站信息提示及設(shè)備狀態(tài)的準(zhǔn)實(shí)時(shí)告警，代碼如下：

/*用javascript代碼實(shí)現(xiàn)臺(tái)站信息提示*/

function getTitle(eq){

return eq.sta_code+" "+eq.sta_cname+"["+eq.recorder_model+"](經(jīng)度："+eq.lon+"，緯度："+eq.lat+")IP/port："+eq.ip+"："+eq.port+" "

+getMsg(eq，eq.status)

}

/*用javascript代碼展示設(shè)備狀態(tài)告警信息*/

function statusInfo(status){

var title = ""；

var img = ""；

if(status==1){

title = "通信中斷"；

img = "＆#xe620；"；

}else if(status==2){

title = "通信告警"；

img = "＆#xe61d；"；

}else if(status==3){

title = "告警"；

img = "＆#xe622；"

}else if(status==0){

title = "正常"

img = "＆#xe61f；"；

}

for(var i=0；i＞length；i++){

html+=′＞li＞′

html+=′＞span＞＞/span＞′

html+=′＞a href="javascript：；" class="ellipsis" ＞＞span ＞′

+datas[i].sta_code+′＞/span＞′+getMsg(datas[i]，status)+′＞i＞＞/i＞＞/a＞′

html+=′＞label＞′+ new

Date(datas[i].lastUpdateTime*1000).toLocaleTimeString()+"＞/label＞"

html+=′＞/li＞′

}

……

}

(3)人機(jī)交互。通過前端的html頁面、InfoDAO接口類、InfoMapper類和后端的API相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從監(jiān)控平臺(tái)的電子地圖上控制設(shè)備。

圖2 Collectors強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)Fig.2 Collectors monitoring platform for strong motion observation network

2.3 事件數(shù)據(jù)自動(dòng)匯集模塊

事件數(shù)據(jù)自動(dòng)快速匯集是進(jìn)行地震烈度速報(bào)的先決條件。在業(yè)務(wù)邏輯層，該模塊依托“強(qiáng)震動(dòng)記錄器的接口模塊”，聯(lián)合“強(qiáng)震動(dòng)事件參數(shù)自動(dòng)處理模塊”，解碼并計(jì)算出入庫的參數(shù)，按照數(shù)據(jù)庫和文件存儲(chǔ)方式(Anchetaetal，2014)，實(shí)現(xiàn)對各個(gè)臺(tái)站的事件數(shù)據(jù)流歸檔存儲(chǔ)。存儲(chǔ)的內(nèi)容包括地震事件ID、臺(tái)站事件名、臺(tái)網(wǎng)代碼、臺(tái)站代碼、臺(tái)站名稱、采樣率、采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)、記錄長度、記錄開始時(shí)間、記錄結(jié)束時(shí)間、三通道的PGA和PGV、儀器烈度、事件類型、提交時(shí)間、操作者等，存儲(chǔ)的結(jié)果信息，如圖3所示。存儲(chǔ)過程的核心程序如下：

WaveformEvent w = new WaveformEvent()；

w.setEvent_id(String.valueOf(TimeUtil.date2 YMDHMS(sDate)))；/*置地震事件ID*/

w.setSta_Event_name(eq.getSta_code()+w.getEvent_id())；/*置臺(tái)站事件名*/

w.setNet_code(eq.getNet_code())；/*置臺(tái)網(wǎng)代碼*/

w.setSta_code(eq.getSta_code())；/*置臺(tái)站代碼*/

w.setNsamples((int)event.getFileHead().getRoParams().getStream().getNscans())；/*置采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)*/

w.setSamp_rate(event.getFileHead().getRwParams().getStream().getSps())；/*置采樣率*/

w.setStart_time(sDate)；/*置記錄開始時(shí)間*/

w.setEnd_time(eDate)；/*置記錄結(jié)束時(shí)間*/

w.setRec_lenth((int)duration)；/*置記錄長度*/

w.setEW_PGA((float)result.getEwPGA())；/*置東西向PGA*/

w.setNS_PGA((float)result.getNsPGA())；/*置北南向PGA*/

w.setUD_PGA((float)result.getUdPGA())；/*置垂直向PGA*/

w.setEW_PGV((float)result.getEwPGV())；/*置東西向PGV*/

w.setNS_PGV((float)result.getNsPGV())；/*置北南向PGV*/

w.setUD_PGV((float)result.getUdPGV())；/*置垂直向PGV*/

w.setIntensity((float)result.getIntensity())；/*置烈度*/

w.setSub_time(new Date())；/*置提交時(shí)間*/

w.setOperator("sys")；/*置操作者，缺省為sys*/

w.setFlag(event.getFlags())；/*置事件類型*/

w.setWaveform(event.getBs())；/*存儲(chǔ)波形文件*/

圖3 事件數(shù)據(jù)展示頁Fig.3 Display page of event data

2.4 強(qiáng)震動(dòng)事件參數(shù)自動(dòng)處理模塊

當(dāng)“強(qiáng)震動(dòng)記錄器的接口模塊”驅(qū)動(dòng)事件數(shù)據(jù)流接收任務(wù)時(shí)，直接解碼三分向數(shù)據(jù)，并根據(jù)通道位置和極性確定正確的三分向數(shù)據(jù)。然后按照事件前20 s的樣本對三分向數(shù)據(jù)進(jìn)行基線校正，積分出速度和位移時(shí)程，結(jié)合儀器參數(shù)進(jìn)行單位換算后，求取峰值加速度PGA、峰值速度PGV和峰值位移PGD。最后，按照“〔2015〕18號《儀器地震烈度計(jì)算暫行規(guī)程》”的烈度算法(2)中國地震局.2015.儀器地震烈度計(jì)算暫行規(guī)程.(金星等，2013)，計(jì)算儀器地震烈度I?！皬?qiáng)震動(dòng)事件參數(shù)自動(dòng)處理模塊”實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)震動(dòng)參數(shù)的自動(dòng)計(jì)算和存儲(chǔ)入庫，為強(qiáng)震動(dòng)記錄報(bào)告單、強(qiáng)震動(dòng)記錄分析結(jié)果、強(qiáng)震動(dòng)觀測簡報(bào)、峰值加速度、峰值速度和儀器烈度等報(bào)表及分布圖件的生成提供了可調(diào)用的結(jié)果數(shù)據(jù)(Worden，Wald，ORDEN2010)，如圖4所示。該模塊的核心實(shí)現(xiàn)過程如下：

(1)解碼三分向數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫中匹配通道位置和極性，確定正確的三分向數(shù)據(jù)。

(2)取事件前20 s的樣本均值進(jìn)行零線校正，用線性加速度法積分出速度和位移時(shí)程，求PGA，PGV值。即在程序中，按照下面的式(1)和(2)，在t=0時(shí)，取Vt=0，Dt=0，逐次計(jì)算出速度和位移時(shí)程，并分別取其最大值，最后合成三分向的PGA和PGV，具體算式如下：

(1)

(2)

式中：V為速度值；A為加速度值；D為位移值；Δt為一個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔；t為某個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)間。

(3)計(jì)算由峰值加速度得到的儀器烈度IPGA或由峰值速度得到的IPGV：

IPGA=3.20lg(PGA)+6.59

(3)

IPGV=2.96lg(PGV)+9.78

(4)

當(dāng)IPGA和IPGV均大于等于6.0時(shí)，則儀器地震烈度I取IPGV，如式(5)所示；否則取IPGA和IPGV的算術(shù)平均值，如式(6)所示：

I=IPGV(IPGV≧6.0且IPGA≧6.0)

(5)

I=(IPGV+IPGA)/2 (IPGV＞6.0且IPGA＞6.0)

(6)

圖4 強(qiáng)震動(dòng)參數(shù)展示頁Fig.4 Display page of strong motion parameters

2.5 強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)交互分析數(shù)據(jù)處理模塊

為方便強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)工作人員交互分析、校核強(qiáng)震動(dòng)事件參數(shù)及提交事件入庫，該系統(tǒng)軟件還專門設(shè)計(jì)了桌面版的“強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)交互分析數(shù)據(jù)處理模塊”，如圖5所示。該模塊的開發(fā)，力求

界面簡潔、友好、易用、通用，除沿用“強(qiáng)震動(dòng)事件參數(shù)自動(dòng)處理模塊”的大部分功能外，還擴(kuò)充了部分常用的功能。具體包括基線校正、仿真速度、仿真位移、反應(yīng)譜計(jì)算、儀器烈度計(jì)算、傅立葉譜計(jì)算、功率譜計(jì)算、自相關(guān)系數(shù)計(jì)算、波形顯示、反應(yīng)譜曲線顯、傅立葉譜曲線顯示和功率譜曲線顯示、ASCII格式，MiniSEED格式和SEED格式轉(zhuǎn)換、事件文件及結(jié)果參數(shù)入庫等。該模塊用Java SE 8實(shí)現(xiàn)上述數(shù)據(jù)處理方法，用JFreeChart和JCommon類庫來實(shí)現(xiàn)波形及其他曲線圖的繪制及顯示。本模塊的具體實(shí)現(xiàn)所占篇幅較大，將另外行文介紹。

圖5 強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)交互分析數(shù)據(jù)處理軟件Fig.5 Data processing software of mutual analysis for strong motion network

2.6 報(bào)表自動(dòng)生成模塊

因日常業(yè)務(wù)的需要，根據(jù)《強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)與管理細(xì)則》的規(guī)定，該模塊設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程通訊檢查報(bào)表、遠(yuǎn)程通訊及功能測試結(jié)果上報(bào)表的自動(dòng)生成模板。按照選定的某個(gè)臺(tái)網(wǎng)或某個(gè)臺(tái)站的條件，由相應(yīng)的模板批量自動(dòng)生成指定時(shí)間內(nèi)的報(bào)表，取代傳統(tǒng)手工填報(bào)的方式，減輕了臺(tái)網(wǎng)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。“臺(tái)站運(yùn)行狀態(tài)準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊”為遠(yuǎn)程通訊檢查報(bào)表、遠(yuǎn)程通訊及功能測試結(jié)果上報(bào)表提供了必要的結(jié)果信息，“報(bào)表自動(dòng)生成模塊”僅僅需要通過DAO，從底層數(shù)據(jù)庫的遠(yuǎn)程通訊檢查數(shù)據(jù)表中提取信息，生成相應(yīng)的報(bào)表。

3 實(shí)際應(yīng)用

在可跨平臺(tái)部署的新版本強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)推出之前，由筆者開發(fā)的基于C/S結(jié)構(gòu)的舊版本軟件已經(jīng)在全國20多個(gè)省、自治區(qū)、直轄市地震局推廣應(yīng)用，取得了一定的效果。以地震多發(fā)區(qū)為重點(diǎn)服務(wù)對象，新版本“Collectors強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”于2017年6月在云南省地震局優(yōu)先升級部署，隨后陸續(xù)對四川省地震局、新疆維吾爾自治區(qū)地震局、青海省地震局等10多家單位的系統(tǒng)軟件進(jìn)行了更新。截至2019年6月30日，新版本系統(tǒng)軟件7×24 h連續(xù)、穩(wěn)定、可靠、高效地運(yùn)行了2年整，共記錄到儀器狀態(tài)數(shù)據(jù)36 441 002條，記錄天然地震事件、功能測試事件和誤觸發(fā)事件共計(jì)1 118 669組。系統(tǒng)軟件全流程自動(dòng)化處理，除自動(dòng)完成日常的智能化監(jiān)控和常規(guī)標(biāo)定外，在處置地震事件時(shí)，一般能在2～10 min內(nèi)陸續(xù)完成地震事件的自動(dòng)回收和強(qiáng)震動(dòng)參數(shù)的自動(dòng)產(chǎn)出，速報(bào)能力由軟件推廣前的小時(shí)級別躍升到分鐘級別，較大程度提高了地震事件匯集與處理的速度。

以地震頻度高、強(qiáng)度大的云南、四川、新疆3個(gè)省份的統(tǒng)計(jì)為例，在云南省地震局的軟件系統(tǒng)中，入庫的儀器狀態(tài)記錄13 690 804條，事件記錄78 890組(含天然地震事件、功能測試事件和誤觸發(fā)事件)，事件記錄自動(dòng)回收的平均用時(shí)為震后5分49秒，最快的回收時(shí)間為震后1分28秒，詳見表1。自2017年6月至2019年6月，云南轄區(qū)內(nèi)記錄的3次5.0級以上地震中，剔除網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定及設(shè)備故障等因素的影響，震后7分鐘內(nèi)，地震事件便能陸續(xù)自動(dòng)完成入庫并自動(dòng)產(chǎn)出PGA，PGV，IPGA和IPGV等強(qiáng)震動(dòng)參數(shù)結(jié)果。其中最短用時(shí)是震后1分30秒，最長用時(shí)為震后5分38秒，最大儀器地震烈度為高大臺(tái)記錄的6.3度，詳見表2。四川省地震局入庫的儀器狀態(tài)記錄10 431 910條，事件記錄860 336組，全部事件記錄自動(dòng)回收的平均用時(shí)為7分38秒，最快的回收時(shí)間為1分18秒。四川省地震局事件記錄回收的平均用時(shí)超出5 min，主要受臺(tái)站的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、MR-2002儀器設(shè)備的事件存儲(chǔ)參數(shù)設(shè)置及MR-2002儀器設(shè)備老化等影響所致。自2017年8月7日至2019年6月17日，四川轄區(qū)內(nèi)記錄的5次5.0級以上地震中，地震事件記錄回收及強(qiáng)震動(dòng)參數(shù)產(chǎn)出最短用時(shí)為震后1分18秒，最長用時(shí)為震后8分54秒，記錄得的最大儀器地震烈度為珙縣中學(xué)的8.2度，詳見表2。新疆維吾爾自治區(qū)地震局入庫的儀器狀態(tài)記錄5 784 696條，事件記錄26 317組，事件記錄自動(dòng)回收的平均用時(shí)為4分15秒，最快的回收時(shí)間為1分09秒。新版系統(tǒng)軟件更新以來，新疆轄區(qū)內(nèi)記錄的4次5.0級以上地震中，地震事件記錄回收及強(qiáng)震動(dòng)參數(shù)產(chǎn)出最短用時(shí)為震后2分40秒，最長用時(shí)為震后4分56秒，錄得的最大儀器地震烈度為臥里托乎拉格臺(tái)的6.0度，具體數(shù)據(jù)見表2。

表1 數(shù)據(jù)匯集情況統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of data collection

表2 地震事件記錄回收及強(qiáng)震動(dòng)參數(shù)產(chǎn)出用時(shí)Tab.2 Time-consuming of record recycling and output of strong motion parameters

4 結(jié)論和討論

“Collectors強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件”在全國推廣應(yīng)用以來，已經(jīng)接入了近千個(gè)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站的觀測數(shù)據(jù)，解決了中國強(qiáng)震動(dòng)觀測臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)匯集、監(jiān)控、自動(dòng)處理及日常業(yè)務(wù)處理等方面的迫切需求。系統(tǒng)軟件全流程自動(dòng)化處理，其所具備的多指標(biāo)、精細(xì)化的臺(tái)站狀態(tài)監(jiān)控及強(qiáng)震動(dòng)參數(shù)分鐘級別產(chǎn)出等能力，使得其在日常的臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)管理和地震應(yīng)急工作上，發(fā)揮了實(shí)效，用戶滿意度較高。同時(shí)，也存在一些值得探討的問題：

(1)在“Collectors強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件”推廣之際，上層業(yè)務(wù)體制發(fā)生了重大改革，一定程度上影響了該系統(tǒng)軟件可持續(xù)的升級開發(fā)。如強(qiáng)震動(dòng)參數(shù)產(chǎn)出方面，圖形及圖表的多樣性展示是否繼續(xù)投入力度；新的強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)采集器的接口是否還接入系統(tǒng)；前期基于相關(guān)管理規(guī)定定義的報(bào)表模板是否沿用，等等。而這些功能，恰恰是用戶最迫切需要的，也是影響系統(tǒng)軟件生命周期的關(guān)鍵所在。

(2)該系統(tǒng)軟件的升級開發(fā)雖然受到業(yè)務(wù)體制改革的影響，但筆者認(rèn)為，該系統(tǒng)軟件無論是對于地震動(dòng)衰減規(guī)律統(tǒng)計(jì)、場地土層反應(yīng)研究、結(jié)構(gòu)抗震性能分析、地震危險(xiǎn)性分析或地震區(qū)劃的數(shù)據(jù)收集方面，還是在地震烈度速報(bào)、震害快速評估等應(yīng)用領(lǐng)域依然能發(fā)揮較大的作用。因此，該系統(tǒng)軟件應(yīng)借助數(shù)據(jù)自動(dòng)匯集的優(yōu)勢，循序漸進(jìn)地構(gòu)建相應(yīng)的自動(dòng)處理算法模型，繼續(xù)完善和拓展新功能，開展相關(guān)的應(yīng)用研發(fā)。

本文及有關(guān)研究得到了中國地震局強(qiáng)震動(dòng)觀測學(xué)科組各位專家的指導(dǎo)以及國家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心、云南、四川、新疆等地震局同事們的幫助和支持，在此一并致謝。