河北地震流體數(shù)據(jù)質(zhì)量在線監(jiān)控與評(píng)價(jià)軟件設(shè)計(jì)

單連君 ， 蔣宏毅 ， 王加敏 ， 張曉剛 ， 宋志剛 ， 王 江

（1. 河北地震臺(tái)， 石家莊 050021； 2. 河北省地震局流動(dòng)測(cè)量隊(duì)， 河北 保定 07100）

0 引言

隨地震地球物理觀測(cè)技術(shù)升級(jí)、 觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大、 產(chǎn)出觀測(cè)數(shù)據(jù)增多， 及時(shí)、 準(zhǔn)確監(jiān)控觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的需求[1]逐漸提高。 河北地震流體學(xué)科屬于河北地球物理臺(tái)網(wǎng)， 應(yīng)用部署中國地震臺(tái)網(wǎng)中心發(fā)布的前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)[2]、 處理系統(tǒng)、跟蹤分析系統(tǒng)等需要嚴(yán)格配置運(yùn)行環(huán)境的行業(yè)專業(yè)軟件， 根據(jù)中國地震局發(fā)布的流體觀測(cè)技術(shù)規(guī)范[3]， 用于每日觀測(cè)數(shù)據(jù)采集、 匯集、 產(chǎn)品加工、數(shù)據(jù)跟蹤分析事件記錄、 報(bào)告產(chǎn)出匯總等常規(guī)工作。 管理系統(tǒng)與處理系統(tǒng)不具備數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控與評(píng)價(jià)功能。

由于各省級(jí)臺(tái)網(wǎng)未統(tǒng)一部署觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控軟件， 河北地震流體學(xué)科于2014 年使用自行開發(fā)僅監(jiān)控觀測(cè)日志和數(shù)據(jù)處理功能的非在線應(yīng)用軟件進(jìn)行日監(jiān)控， 需配置軟件運(yùn)行環(huán)境， 并缺少周、 月、 年時(shí)間尺度的數(shù)據(jù)完整率、 觀測(cè)質(zhì)量、工作日志監(jiān)控、 跟蹤分析結(jié)果評(píng)價(jià)功能。

因此， 為準(zhǔn)確、 高效監(jiān)控、 評(píng)價(jià)河北地震流體日、 周、 月、 年不同時(shí)間尺度的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量及跟蹤分析結(jié)果， 避免運(yùn)行環(huán)境配置對(duì)軟件的限制， 設(shè)計(jì)了使用便捷的在線軟件。

1 軟件功能設(shè)計(jì)

軟件數(shù)據(jù)源為河北地球物理臺(tái)網(wǎng)ORACLE 數(shù)據(jù)庫中的觀測(cè)數(shù)據(jù)， 計(jì)算及產(chǎn)出結(jié)果保存于新建MySQL 數(shù)據(jù)庫中， 軟件采用 B/S 模式。 設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)功能為質(zhì)量監(jiān)控、 評(píng)比評(píng)價(jià)、 跟蹤分析。

1.1 權(quán)限管理

軟件用戶分為管理員和非管理員兩類， 對(duì)比在用行業(yè)專業(yè)軟件， 簡化用戶角色分類， 僅通過權(quán)限配置完成用戶管理。 當(dāng)用戶角色、 從事業(yè)務(wù)發(fā)生變化時(shí)， 管理員在權(quán)限管理界面調(diào)整配置即可， 解決了在用專業(yè)軟件中用戶角色、 身份變化后需要添加、 刪除賬戶， 導(dǎo)致軟件用戶繁冗、 沖突不易管理維護(hù)的問題。

管理員在web 頁面登錄后， 可隨時(shí)根據(jù)功能需求設(shè)置非管理員用戶業(yè)務(wù)模塊權(quán)限（圖1）， 具備相應(yīng)業(yè)務(wù)模塊權(quán)限的用戶可以執(zhí)行監(jiān)控功能并查看結(jié)果， 無相應(yīng)權(quán)限的用戶僅可查看監(jiān)控結(jié)果。

1.2 質(zhì)量監(jiān)控

質(zhì)量監(jiān)控業(yè)務(wù)功能設(shè)計(jì)監(jiān)控流體觀測(cè)數(shù)據(jù)處理、 觀測(cè)日志、 工作日志及質(zhì)量監(jiān)控反饋。

其中， 觀測(cè)數(shù)據(jù)處理及觀測(cè)日志監(jiān)控依據(jù)中國地震局發(fā)布的 《流體數(shù)字化觀測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理辦法》[4]。 具體指標(biāo)為觀測(cè)值標(biāo)準(zhǔn)差， 假設(shè)觀測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)列為 xi， 均值為， 其計(jì)算公式為：

圖1 軟件業(yè)務(wù)模塊權(quán)限Fig.1 Software business modules permissions

軟件讀取觀測(cè)數(shù)據(jù)序列后根據(jù)公式1 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差結(jié)果， 并將觀測(cè)數(shù)列中的超過3 倍標(biāo)準(zhǔn)差個(gè)數(shù)保存于MySQL 數(shù)據(jù)庫處理信息表（表1）， 與河北臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫處理表、 觀測(cè)日志表中對(duì)應(yīng)結(jié)果、記錄進(jìn)行匹配， 將匹配結(jié)果顯示于web 頁面， 由具備該業(yè)務(wù)模塊權(quán)限的用戶根據(jù)觀測(cè)實(shí)際情況判定結(jié)果是否有效。

表1 觀測(cè)數(shù)據(jù)處理信息表結(jié)構(gòu)Table 1 Structure of observation data processing information table

工作日志主要監(jiān)控儀器校測(cè)與時(shí)間校準(zhǔn)， 在日志內(nèi)容中檢索關(guān)鍵字， 統(tǒng)計(jì)次數(shù)并將結(jié)果保存于工作日志信息表（表2）， 由具備該業(yè)務(wù)模塊權(quán)限的用戶判定結(jié)果是否有效。

表2 工作日志信息表結(jié)構(gòu)Table 2 Structure of work log information table

質(zhì)量監(jiān)控反饋是在軟件中將觀測(cè)數(shù)據(jù)處理及觀測(cè)日志中的問題反饋錄入信息表（表3）， 顯示于web 頁面， 供對(duì)應(yīng)臺(tái)站用戶查看結(jié)果并進(jìn)行處理操作。

1.3 評(píng)比評(píng)價(jià)

評(píng)比評(píng)價(jià)包含數(shù)據(jù)完整率、 質(zhì)量評(píng)價(jià)、 基礎(chǔ)信息三方面內(nèi)容。 其中， 數(shù)據(jù)完整率由軟件自動(dòng)計(jì)算河北流體學(xué)科處理后的觀測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)量獲取。基礎(chǔ)信息是軟件讀取河北流體學(xué)科數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)信息表， 然后在web 頁面由具備相關(guān)權(quán)限的用戶進(jìn)行選取、 核查， 評(píng)價(jià)信息的完整、 準(zhǔn)確程度。流體學(xué)科觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)主要涉及水位、 水溫、氣氡、 氣汞、 氦氣、 氫氣等觀測(cè)項(xiàng)目， 評(píng)價(jià)指標(biāo)包括潮汐因子、 潮汐因子相對(duì)中誤差等潮汐觀測(cè)項(xiàng)目與標(biāo)準(zhǔn)差、 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差等非潮汐觀測(cè)項(xiàng)目[5]。

表3 監(jiān)控反饋設(shè)計(jì)表結(jié)構(gòu)Table 3 Structure of monitoring feedback table

其中， 固體潮計(jì)算采用Venedikov 調(diào)和分析方法[6]， 假設(shè) y（tj）為時(shí)間序列， wi為角頻率， hi為 wi角頻率的振幅， φ（Tj）為初相位， Φ（tj）為 tj時(shí)的零點(diǎn)漂移， 則固體潮觀測(cè)值為：

式2 中φ（Tj）可以表示為在以Tj為觀測(cè)序列中央時(shí)刻歷元的初相位φj與tj經(jīng)歷時(shí)間間隔后的相位滯后 ΔΦj之和， 即： φ （Tj）=φj+ΔΦj； 式 2 中 Φ（tj） 為儀器在經(jīng)歷時(shí)間tj過程的零點(diǎn)漂移k 階多項(xiàng)與觀測(cè)誤差 ε（tj）之和， 即bkPk（t）+ε（tj）。 將 φ（Tj）和 Φ（tj）代入公式 2 中， 最終公式[7]為：

潮汐因子是半日波的觀測(cè)固體潮[8-9]振幅與理論固體潮[10]振幅之比， 潮汐因子相對(duì)中誤差為潮汐因子與其序列標(biāo)準(zhǔn)差之比。

非潮汐觀測(cè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)差采用公式1 計(jì)算， 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比。 本軟件計(jì)算超過預(yù)設(shè)整數(shù)倍數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差個(gè)數(shù)， 自行完成總超差天數(shù)統(tǒng)計(jì)。

軟件讀取河北流體學(xué)科源數(shù)據(jù)后， 根據(jù)觀測(cè)項(xiàng)目及評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分類， 按照已有公式自行完成觀測(cè)質(zhì)量計(jì)算結(jié)果保存MySQL 數(shù)據(jù)庫評(píng)價(jià)表中（表4）并顯示于web 頁面， 不需配置運(yùn)行環(huán)境、 額外使用行業(yè)專業(yè)軟件及人工復(fù)核。

表4 評(píng)比評(píng)價(jià)表結(jié)構(gòu)Table 4 Structure of evaluation table

1.4 跟蹤分析

跟蹤分析需要實(shí)現(xiàn)的功能是檢查事件分類、描述、 圖件質(zhì)量及事件審核完整率。 軟件讀取河北流體學(xué)科源數(shù)據(jù)， 不需配置運(yùn)行環(huán)境、 額外使用行業(yè)專業(yè)軟件， 按照設(shè)定的檢索條件在web 頁面顯示信息， 由具備該業(yè)務(wù)模塊權(quán)限的用戶評(píng)價(jià)跟蹤分析結(jié)果并保存于MySQL 數(shù)據(jù)庫跟蹤分析信息表中（表 5）。

表5 跟蹤分析信息表結(jié)構(gòu)Table 5 Structure of tracking analysis information table

2 軟件實(shí)現(xiàn)

2.1 權(quán)限管理

軟件業(yè)務(wù)權(quán)限進(jìn)行組管理， 管理員根據(jù)監(jiān)控時(shí)間尺度可以將不同業(yè)務(wù)模塊的功能權(quán)限合并成組， 分配給需求用戶。 需求用戶與組一一對(duì)應(yīng)關(guān)系， 但組內(nèi)權(quán)限與用戶不一一對(duì)應(yīng)。 即每個(gè)用戶只能加入一個(gè)組， 一項(xiàng)功能權(quán)限可以由多個(gè)用戶共同完成。

例如軟件中設(shè)置觀測(cè)質(zhì)量組權(quán)限， 包括潮汐因子、 觀測(cè)精度、 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差、 完整率等功能；設(shè)置跟蹤分析權(quán)限， 包括事件分類、 事件描述、事件圖件、 觀測(cè)日志等功能。

2.2 質(zhì)量監(jiān)控

質(zhì)量監(jiān)控將軟件設(shè)計(jì)中具備質(zhì)量監(jiān)控模塊權(quán)限用戶的審核結(jié)果進(jìn)行展示， 具體包括觀測(cè)數(shù)據(jù)的未處理情況次數(shù)、 問題處理情況次數(shù)及該監(jiān)控得分。 以河北流體學(xué)科2019 年1 月觀測(cè)數(shù)據(jù)為例展示當(dāng)月第二周質(zhì)量監(jiān)控結(jié)果（圖2）。

2.3 評(píng)比評(píng)價(jià)

評(píng)比評(píng)價(jià)對(duì)河北流體學(xué)科月、 年時(shí)間尺度的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)， 具體包括完整率、 觀測(cè)質(zhì)量、 工作日志、 跟蹤分析等項(xiàng)目。

以2019 年7 月河北流體學(xué)科觀測(cè)數(shù)據(jù)為例，顯示內(nèi)容為觀測(cè)質(zhì)量軟件自動(dòng)評(píng)價(jià)結(jié)果（圖3）與具有該模塊權(quán)限用戶的工作日志檢查界面（圖4）。

2.4 跟蹤分析

軟件在web 頁面顯示河北流體學(xué)科數(shù)據(jù)中的跟蹤分析信息， 由具有該模塊權(quán)限用戶檢查原始記錄信息、 完整率進(jìn)行結(jié)果評(píng)價(jià)。 以2019 年2 月河北流體學(xué)科觀測(cè)數(shù)據(jù)為例展示評(píng)價(jià)結(jié)果（圖5）。

3 結(jié)語

根據(jù)河北流體學(xué)科觀測(cè)業(yè)務(wù)需求， 為準(zhǔn)確、高效監(jiān)控、 評(píng)價(jià)河北流體日、 周、 月、 年不同時(shí)間尺度的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量及跟蹤分析結(jié)果， 設(shè)計(jì)了使用便捷的在線軟件。

圖2 2019 年1 月河北流體學(xué)科觀測(cè)數(shù)據(jù)周質(zhì)量監(jiān)控結(jié)果Fig.2 Weekly quality monitoring results of Hebei fluid observation data in January 2019

圖3 2019 年7 月河北流體學(xué)科觀測(cè)質(zhì)量月評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.3 Monthly evaluation results of Hebei fluid observation data in July 2019

軟件通過組管理配置用戶功能權(quán)限分配軟件全部業(yè)務(wù)功能權(quán)限， 簡化用戶管理； 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)質(zhì)量監(jiān)控功能， 結(jié)合質(zhì)量監(jiān)控反饋及時(shí)、 有效處理觀測(cè)數(shù)據(jù)； 評(píng)比評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)無需人工復(fù)核完成觀測(cè)質(zhì)量評(píng)價(jià)； 跟蹤分析無需配置行業(yè)專業(yè)軟件所需運(yùn)行環(huán)境， 根據(jù)檢索條件完成信息顯示及結(jié)果評(píng)價(jià)。綜上， 本軟件及時(shí)、 準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)質(zhì)量監(jiān)控、 評(píng)比評(píng)價(jià)、 跟蹤分析匯總等功能， 實(shí)現(xiàn)了河北地震流體學(xué)科觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控與評(píng)價(jià)需求。

圖4 2019 年2 月河北流體學(xué)科工作日志檢查Fig.4 Work log check of Hebei fluid discipline in February 2019

圖5 2019 年2 月河北流體學(xué)科跟蹤分析評(píng)價(jià)檢查Fig.5 Data tracking，analysi，evaluation and inspection of Hebei fluid discipline in February 2019