地震速報(bào)軟件測(cè)試探討
——以自動(dòng)地震速報(bào)軟件為例

張 成 何少林

1）中國(guó)黑龍江 161000 黑龍江省地震局齊齊哈爾地震臺(tái)

2）中國(guó)蘭州 730000 甘肅省地震局

3）中國(guó)廣東 518003 深圳防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)研究院

0 引言

地震速報(bào)是對(duì)已發(fā)生地震的時(shí)間、地點(diǎn)、震級(jí)等的快速測(cè)報(bào)。隨著測(cè)震臺(tái)網(wǎng)數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)，以及測(cè)震臺(tái)站密度的增加、計(jì)算機(jī)處理能力的提高和地震數(shù)據(jù)處理方法的改進(jìn)，人工地震速報(bào)用時(shí)大幅度縮短。目前，人工速報(bào)地震平均用時(shí)：國(guó)內(nèi)地震約10 min，國(guó)外地震約20 min。自動(dòng)地震速報(bào)也已于2013 年實(shí)現(xiàn)向各省地震局和社會(huì)提供地震速報(bào)信息的服務(wù)。在我國(guó)，可在2 min 左右給出國(guó)內(nèi)東部地區(qū)3.0 級(jí)及以上、3 min左右給出國(guó)內(nèi)西部地區(qū)4.0 級(jí)及以上地震較合理的地震速報(bào)結(jié)果（楊陳等，2010，2012，2014；吳永權(quán)等，2011）。目前我國(guó)地震速報(bào)過(guò)程執(zhí)行自動(dòng)地震速報(bào)、省級(jí)地震臺(tái)網(wǎng)中心人工初報(bào)、國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)中心人工正式報(bào)的三級(jí)協(xié)同（或三階段）工作的速報(bào)產(chǎn)出體系①中國(guó)地震局.地震速報(bào)技術(shù)管理規(guī)定（2015 年修訂版）（中震測(cè)發(fā)〔2018〕51 號(hào)）.2015.。地震速報(bào)時(shí)間的縮短，為政府和社會(huì)有效應(yīng)對(duì)地震災(zāi)害提供了強(qiáng)有力的信息支持。

測(cè)震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)完成后，其地震速報(bào)結(jié)果的時(shí)效性、合理性和穩(wěn)定性主要取決于地震速報(bào)軟件，可以說(shuō)，地震速報(bào)軟件質(zhì)量的好壞，直接影響了地震速報(bào)結(jié)果。而地震速報(bào)軟件的質(zhì)量，不僅取決于軟件開(kāi)發(fā)者，也取決于軟件的全面測(cè)試。我國(guó)對(duì)地震速報(bào)軟件測(cè)試工作開(kāi)展的研究不多，可供使用的工具和平臺(tái)較少?！笆濉逼陂g，曾在儀器質(zhì)檢中心建設(shè)測(cè)震專業(yè)軟件測(cè)試與評(píng)估平臺(tái)（肖武軍等，2011），其提供的測(cè)試數(shù)據(jù)是以真實(shí)地震為基礎(chǔ)，存在一定不足之處，加之其他原因等，該平臺(tái)的實(shí)際使用有限。目前，地震速報(bào)軟件測(cè)試主要指開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行的單元測(cè)試、集成測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試，軟件質(zhì)量評(píng)定往往由開(kāi)發(fā)人員的保證確定，而由專業(yè)測(cè)試人員和用戶/客戶進(jìn)行的系統(tǒng)測(cè)試與驗(yàn)收測(cè)試則相對(duì)簡(jiǎn)單且不規(guī)范。

筆者曾負(fù)責(zé)或參與多個(gè)地震業(yè)務(wù)軟件驗(yàn)收測(cè)試工作，認(rèn)為地震業(yè)務(wù)軟件測(cè)試尚存在不足之處②何少林.一種地震自動(dòng)速報(bào)軟件測(cè)試平臺(tái)研制.2020.：①缺乏行業(yè)軟件的管理體系，難以保證專用軟件測(cè)試的規(guī)范性；②測(cè)試投入時(shí)間較短，一般僅2—3 天，且需保留足夠時(shí)間編寫(xiě)軟件測(cè)試報(bào)告，軟件驗(yàn)收測(cè)試內(nèi)容往往不完備，測(cè)試用例也以用戶提供數(shù)據(jù)為主，難以進(jìn)行較全面的功能和性能的詳細(xì)測(cè)試；③缺少必要的支持工具或平臺(tái)，主要是以現(xiàn)有數(shù)據(jù)運(yùn)行被測(cè)軟件，難以進(jìn)行各種典型應(yīng)用場(chǎng)景的模擬測(cè)試；④缺少相應(yīng)的測(cè)試指標(biāo)體系或評(píng)估打分標(biāo)準(zhǔn)，難以與類(lèi)似軟件進(jìn)行比較測(cè)試?；诖?，地震速報(bào)軟件測(cè)試的相關(guān)研究和工作亟待加強(qiáng)和規(guī)范，借以促進(jìn)地震速報(bào)軟件質(zhì)量的提高，為地震速報(bào)數(shù)據(jù)處理提供高質(zhì)量軟件支撐。

1 軟件測(cè)試相關(guān)問(wèn)題

1.1 軟件測(cè)試的定義

軟件測(cè)試的定義有多種，比較權(quán)威的定義由IEEE 于1983 年提出：“軟件測(cè)試是使用人工或自動(dòng)化手段運(yùn)行或測(cè)定某個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程，其目的在于檢驗(yàn)它是否滿足規(guī)定的某個(gè)需求或是發(fā)現(xiàn)預(yù)期結(jié)果與實(shí)際結(jié)果之間的差別”。即軟件測(cè)試是為了發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤而執(zhí)行程序的過(guò)程，也可以說(shuō)，軟件測(cè)試是根據(jù)軟件開(kāi)發(fā)各階段的規(guī)格說(shuō)明和程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)而精心設(shè)計(jì)一批測(cè)試用例，并用它們?nèi)?zhí)行程序，以發(fā)現(xiàn)程序錯(cuò)誤的過(guò)程。軟件測(cè)試是在軟件投入使用前，對(duì)軟件的需求分析、設(shè)計(jì)規(guī)格說(shuō)明和系統(tǒng)編碼的最終復(fù)審。

測(cè)試的關(guān)鍵在于“發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤”而不是“證明程序正確”，即使用最少的測(cè)試用例，盡可能多地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。《計(jì)算機(jī)軟件測(cè)試規(guī)范》（GB/T 15532—2008）指出，軟件測(cè)試的目的是：①驗(yàn)證軟件是否滿足軟件開(kāi)發(fā)合同或項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃、系統(tǒng)/子系統(tǒng)設(shè)計(jì)文檔、軟件需求規(guī)格說(shuō)明、軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明和軟件產(chǎn)品說(shuō)明等規(guī)定的軟件質(zhì)量要求；②通過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)軟件缺陷；③為軟件產(chǎn)品的質(zhì)量測(cè)量和評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1.2 軟件測(cè)試的重要性

據(jù)悉，美國(guó)每年因軟件Bug 面臨近600 億美元的經(jīng)濟(jì)損失。歷史上典型的、具有毀滅性軟件Bug 的例子較多，如：1987 年華盛頓因程式交易引起股票系統(tǒng)崩盤(pán)，1 天就損失5 000 億美元；1991 年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)，由于軟件的舍入錯(cuò)誤，美國(guó)愛(ài)國(guó)者導(dǎo)彈系統(tǒng)未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和攔截飛入伊拉克境內(nèi)的飛毛腿導(dǎo)彈，造成28 名士兵死亡；1999 年因千年蟲(chóng)Bug，損失5 000 億美元；2000 年因愛(ài)蟲(chóng)病毒，損失87.5 億美元③截至2014 年全球最具毀滅性的20 個(gè)軟件Bug.http://www.idcps.com/news/20141017/78642.html.?；谌绱藝?yán)重的教訓(xùn)，在軟件業(yè)較發(fā)達(dá)的國(guó)家，軟件測(cè)試不僅成為軟件開(kāi)發(fā)的一個(gè)有機(jī)組成部分，而且在軟件開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)工程中占據(jù)著相當(dāng)大的比重。以美國(guó)的軟件開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的平均資金投入為例，通常是“需求分析”約占3%、“規(guī)劃確定”約占3%，“設(shè)計(jì)”約占5%，“編程”占約7%，“測(cè)試”約占15%，投產(chǎn)和維護(hù)占60%—70%，可見(jiàn)測(cè)試在軟件開(kāi)發(fā)中的地位。僅就“編程”和“測(cè)試”過(guò)程看，“測(cè)試”的平均資金投入約為“編程”的2 倍。更廣泛的統(tǒng)計(jì)表明，軟件測(cè)試工作量一般占軟件開(kāi)發(fā)總工作量的40%以上，測(cè)試經(jīng)費(fèi)占軟件開(kāi)發(fā)總經(jīng)費(fèi)的30%—50%，測(cè)試人員和開(kāi)發(fā)人員的比例約為1.5—2.5（陳春玲等，2002）。例如，在Windows 2000研發(fā)團(tuán)隊(duì)中，測(cè)試人員約1 800 人，開(kāi)發(fā)人員約900 人、測(cè)試人員與開(kāi)發(fā)人員比例為2.0:1.0。

一個(gè)軟件的好壞和質(zhì)量的優(yōu)劣不僅取決于軟件開(kāi)發(fā)者，還取決于軟件測(cè)試。軟件測(cè)試是提高軟件質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，貫穿于軟件項(xiàng)目的整個(gè)生命過(guò)程。

2 地震速報(bào)軟件相關(guān)問(wèn)題

2.1 測(cè)震業(yè)務(wù)軟件的分類(lèi)

按照《軟件產(chǎn)品分類(lèi)》（GB/T 36475—2018）規(guī)定，測(cè)震軟件分類(lèi)號(hào)為C.2.13，其中“C”標(biāo)識(shí)“應(yīng)用軟件”，“2”標(biāo)識(shí)“行業(yè)應(yīng)用軟件”，“13”標(biāo)識(shí)“其他行業(yè)應(yīng)用軟件”。根據(jù)測(cè)震軟件在應(yīng)用中的重要性、使用范圍、結(jié)果的影響等因素，可將測(cè)震軟件分為關(guān)鍵性軟件（暫定分類(lèi)號(hào)為C.2.13.1，簡(jiǎn)稱“Ⅰ”類(lèi)）、一般性軟件（暫定分類(lèi)號(hào)為C.2.13.2，簡(jiǎn)稱“Ⅱ”類(lèi)）。Ⅰ類(lèi)軟件是指大范圍使用的，或產(chǎn)出結(jié)果影響范圍較大，或產(chǎn)出結(jié)果作為其他地震科學(xué)研究基礎(chǔ)資料的軟件或軟件系統(tǒng)。Ⅱ類(lèi)軟件指其產(chǎn)出結(jié)果不會(huì)造成重大的，或廣泛的政府、社會(huì)和行業(yè)影響，或其結(jié)果不會(huì)對(duì)行業(yè)發(fā)展造成影響，或不會(huì)造成后續(xù)處理錯(cuò)誤的軟件或軟件系統(tǒng)。

在具體劃分時(shí)，符合以下條件之一的測(cè)震軟件可認(rèn)為是Ⅰ類(lèi)軟件：①在5 個(gè)或以上省地震局測(cè)震臺(tái)網(wǎng)正式使用的軟件；②在20 個(gè)或以上地震臺(tái)站正式使用的軟件；③省地震局測(cè)震臺(tái)網(wǎng)/中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心在線運(yùn)行的地震速報(bào)（含自動(dòng)和人機(jī)交互）、地震編目、地震烈度速報(bào)、地震預(yù)警等軟件；④在地震行業(yè)內(nèi)提供觀測(cè)數(shù)據(jù)存貯、交換、服務(wù)的軟件；⑤對(duì)外提供信息公共服務(wù)的軟件，如地震應(yīng)急產(chǎn)品產(chǎn)出軟件、地震信息發(fā)布軟件、地震信息公開(kāi)展示軟件等。

2.2 地震速報(bào)軟件的管理

從測(cè)震業(yè)務(wù)軟件分類(lèi)看，地震速報(bào)軟件屬于Ⅰ類(lèi)軟件。對(duì)于Ⅰ類(lèi)軟件，至少應(yīng)建立軟件產(chǎn)品的供方（含開(kāi)發(fā)方、維護(hù)方）、業(yè)務(wù)管理方和用戶方（含質(zhì)量保證管理者、操作方）構(gòu)成的管理組織，明確各自的責(zé)任要求。各方的責(zé)任至少包括但不限于以下內(nèi)容。

（1）供方。供方應(yīng)提供軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程形成的有關(guān)材料，包括系統(tǒng)需求分析、軟件需求分析、軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)、源程序、可執(zhí)行程序、軟件安裝說(shuō)明、軟件使用說(shuō)明、軟件更新（升級(jí)）與維護(hù)說(shuō)明、軟件單元測(cè)試文檔、軟件集成測(cè)試文檔、軟件配置項(xiàng)測(cè)試文檔、合同授權(quán)的系統(tǒng)測(cè)試的文檔、軟件遷移文檔等（GB/T 8566—2007）。相關(guān)測(cè)試文檔的內(nèi)容應(yīng)符合《計(jì)算機(jī)軟件測(cè)試規(guī)范》（GB/T 15532）要求。

（2）業(yè)務(wù)管理方。需方管理部門(mén)管理軟件的系統(tǒng)測(cè)試、Ⅱ類(lèi)軟件的驗(yàn)收測(cè)試、軟件試運(yùn)行、軟件使用培訓(xùn)、軟件運(yùn)行；行業(yè)業(yè)務(wù)管理部門(mén)管理與Ⅰ類(lèi)軟件有關(guān)的驗(yàn)收測(cè)試組織、認(rèn)證、在線運(yùn)行許可、軟件退役。

（3）用戶方。用戶方負(fù)責(zé)軟件安裝、試運(yùn)行、正式運(yùn)行，提供軟件的運(yùn)行文檔，包括軟件改進(jìn)建議。Ⅰ類(lèi)軟件應(yīng)有3 個(gè)及以上用戶試運(yùn)行文檔。

2.3 地震速報(bào)軟件文檔

地震速報(bào)軟件供方應(yīng)提供文檔作為驗(yàn)收測(cè)試時(shí)文檔評(píng)價(jià)的材料。文檔應(yīng)包括表1 中所列信息，但不限于所列信息。表1 中標(biāo)“*”為應(yīng)有內(nèi)容。

表1 地震速報(bào)軟件信息表Table 1 Information table of rapid earthquake information report software

3 自動(dòng)地震速報(bào)軟件測(cè)試

軟件測(cè)試包含多方面內(nèi)容，文中重點(diǎn)從文檔和軟件功能、性能和易用性方面探討自動(dòng)地震速報(bào)軟件的測(cè)試問(wèn)題。

3.1 文檔檢查

軟件文檔是軟件使用和維護(hù)過(guò)程中的必備資料。文檔能提高軟件開(kāi)發(fā)效率，保證軟件質(zhì)量，而且在軟件使用過(guò)程中具有指導(dǎo)、幫助、解惑的作用，尤其在維護(hù)工作中，是不可或缺的資料。

文檔檢查主要是檢查文檔的正確性、完備性和可理解性。正確性是指不要將軟件功能和操作寫(xiě)錯(cuò)，也不允許文檔內(nèi)容前后矛盾。完備性是指文檔不可以“虎頭蛇尾”，更不許漏掉關(guān)鍵內(nèi)容。文檔中諸多內(nèi)容對(duì)開(kāi)發(fā)者可能是“顯然”的，但對(duì)用戶而言不見(jiàn)得都是“顯然”的。軟件的可理解性是理解計(jì)算機(jī)程序、規(guī)程、相關(guān)文檔和數(shù)據(jù)的難易程度?？蓞⒄毡?所列內(nèi)容進(jìn)行文檔檢查。

3.2 功能測(cè)試

功能測(cè)試又稱正確性測(cè)試，就是對(duì)產(chǎn)品的各功能進(jìn)行驗(yàn)證，檢查軟件的功能是否符合規(guī)格說(shuō)明，是否按照項(xiàng)目任務(wù)書(shū)的要求，完成任務(wù)書(shū)要求實(shí)現(xiàn)的功能。由于正確性是軟件最重要的質(zhì)量因素，所以其測(cè)試也最重要。

功能測(cè)試可根據(jù)功能測(cè)試用例，逐項(xiàng)測(cè)試，檢查產(chǎn)品是否達(dá)到用戶要求的功能。功能測(cè)試也叫黑盒測(cè)試或數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)測(cè)試，只需考慮需要測(cè)試的各個(gè)功能，不需要考慮整個(gè)軟件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及代碼。一般從軟件產(chǎn)品的界面、架構(gòu)出發(fā)，按照需求編寫(xiě)測(cè)試用例，輸入數(shù)據(jù)在預(yù)期結(jié)果和實(shí)際結(jié)果之間進(jìn)行評(píng)測(cè)，進(jìn)而提出使產(chǎn)品達(dá)到用戶使用的要求。

在功能測(cè)試中要考慮軟件的容錯(cuò)性。容錯(cuò)性主要檢查系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，檢查軟件自身在異常條件下是否具有防護(hù)性措施或者某種災(zāi)難性恢復(fù)手段，是檢查軟件在異常條件下的行為。容錯(cuò)性好的軟件能確保系統(tǒng)不發(fā)生無(wú)法意料的事故。容錯(cuò)性測(cè)試通常構(gòu)造一些不合理的輸入來(lái)誘發(fā)軟件出錯(cuò)，例如：①輸入錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)類(lèi)型；②輸入定義域之外的數(shù)值等。

可按照表2 所列指標(biāo)對(duì)軟件進(jìn)行功能測(cè)試。功能測(cè)試的產(chǎn)出有：①功能完成情況：全部完成、部分完成比例、偏離情況；②總體評(píng)價(jià)：根據(jù)功能整體完成情況、主要功能完成情況給出總體評(píng)價(jià)。

功能評(píng)價(jià)主要檢查是否具有以及其適應(yīng)范圍。自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)的功能包括多個(gè)方面，這些功能根據(jù)工作的重要性可分為基本功能和擴(kuò)展功能?；竟δ苁亲詣?dòng)地震速報(bào)軟件必須具備的功能，見(jiàn)表2 中一級(jí)功能的第1—5 項(xiàng)。擴(kuò)展功能是可選擇的功能，見(jiàn)表2 中一級(jí)功能的第6—20 項(xiàng)。

表2 軟件功能測(cè)試Table 2 Software function test

續(xù)表2

3.3 性能測(cè)試

性能測(cè)試是為了驗(yàn)證系統(tǒng)是否達(dá)到用戶提出的性能指標(biāo)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的性能瓶頸，起到優(yōu)化系統(tǒng)的目的。通常驗(yàn)證軟件的性能在正常環(huán)境和系統(tǒng)條件下重復(fù)使用是否仍能滿足性能指標(biāo)。系統(tǒng)性能主要體現(xiàn)在處理響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短上，執(zhí)行同樣任務(wù)時(shí)新版本不比舊版本慢。性能測(cè)試一般還檢查系統(tǒng)記憶容量在運(yùn)行程序時(shí)會(huì)不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄露。

測(cè)試要點(diǎn)：①軟件性能測(cè)試是在功能測(cè)試完成后進(jìn)行的；②軟件性能測(cè)試的計(jì)劃、方案，一般與測(cè)試用例統(tǒng)一在一個(gè)文檔里；③測(cè)試環(huán)境應(yīng)盡量與用戶環(huán)境保持一致；④軟件性能測(cè)試一般使用測(cè)試工具，由測(cè)試人員編制測(cè)試腳本來(lái)完成，軟件性能測(cè)試的環(huán)境應(yīng)單獨(dú)運(yùn)行，盡量避免與其他軟件同時(shí)使用；⑤軟件性能測(cè)試的重點(diǎn)在于前期數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)與后期數(shù)據(jù)分析；⑥軟件性能測(cè)試用例主要涉及整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)的問(wèn)題，所以測(cè)試用例一旦生成，改動(dòng)一般不大，但是如果某個(gè)功能有較大修改，軟件性能測(cè)試也應(yīng)重新進(jìn)行測(cè)試；⑦軟件性能測(cè)試指標(biāo)的來(lái)源：測(cè)試依據(jù)是產(chǎn)品需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)；如果用戶未提出性能指標(biāo)，則根據(jù)用戶需求、測(cè)試設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)。

自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)軟件的性能測(cè)試主要是對(duì)自動(dòng)地震速報(bào)涉及的2 個(gè)主要環(huán)節(jié)（震相自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)定位），以及產(chǎn)出結(jié)果的時(shí)效性、穩(wěn)定性、合理性等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

通過(guò)性能測(cè)試，綜合分析給出軟件的適用場(chǎng)景。不是簡(jiǎn)單的好與不好，應(yīng)是同一方法，在不同條件下的好與不好；不同方法，在相同條件下的好與不好。

根據(jù)自動(dòng)地震速報(bào)軟件系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合功能要求，提出如下性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，見(jiàn)表3，其中自動(dòng)地震速報(bào)得分100 分，可參照表4 打分。

表3 軟件性能測(cè)試Table 3 Software performance test

表4 自動(dòng)地震速報(bào)得分（100 分）Table 4 Automatic rapid earthquake information report score (100)

3.4 易用性測(cè)試

關(guān)于軟件的易用性問(wèn)題，可按照一級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)測(cè)試，對(duì)軟件安裝、維護(hù)、升級(jí)和遷移進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體測(cè)試內(nèi)容見(jiàn)表5所示。

表5 易用性測(cè)試Table 5 Usability test

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)地震速報(bào)專用軟件測(cè)試的現(xiàn)狀，討論了測(cè)震業(yè)務(wù)軟件進(jìn)一步細(xì)分類(lèi)的參考依據(jù)，提出了構(gòu)建地震速報(bào)軟件管理組織的建議，給出了地震速報(bào)軟件的內(nèi)容信息表。以自動(dòng)地震速報(bào)軟件測(cè)試為例，從文檔檢查、功能測(cè)試、性能測(cè)試、易用性測(cè)試等提出了測(cè)試的內(nèi)容，并給出了自動(dòng)地震速報(bào)結(jié)果評(píng)分表。

文中針對(duì)地震速報(bào)專用軟件測(cè)試提出的建議和內(nèi)容具有一定操作性，可在實(shí)際工作中參考使用。鑒于地震行業(yè)軟件測(cè)試相關(guān)研究和規(guī)范性工作的不足之處，文中提出的內(nèi)容尚需在今后實(shí)踐中不斷補(bǔ)充和修改，以達(dá)到軟件測(cè)試促進(jìn)軟件質(zhì)量提高的最終目的。