地震臺(tái)站運(yùn)維信息化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

孔令愛，胡子超，王銀龍

（山東省地震局臨沂市地震監(jiān)測(cè)中心站，山東 臨沂 276000）

地震臺(tái)站是獲取地震數(shù)據(jù)資料的首要平臺(tái)，是監(jiān)聽地震的重要陣地，在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中起著重要作用。全國地震臺(tái)站經(jīng)過“十五”“十一五”“十二五”和“十三五”等重大項(xiàng)目的規(guī)劃建設(shè)，數(shù)量逐年增多，從最初的模擬時(shí)代進(jìn)入了現(xiàn)在的數(shù)字化時(shí)代，從單一的測(cè)震功能變?yōu)楝F(xiàn)在綜合性的監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)功能。因此，臺(tái)站管理模式也隨之發(fā)生了改變，逐漸由有人值守模式向無人值守模式發(fā)展，隨著無人值守臺(tái)站數(shù)量的逐年遞增，臺(tái)站運(yùn)維工作難度進(jìn)一步加大。為了解決目前臺(tái)站運(yùn)維及地震系統(tǒng)中存在的類似問題，國家出臺(tái)了關(guān)于信息化建設(shè)的相關(guān)文件，鼓勵(lì)各地區(qū)積極探索新的工作方式，解決地震系統(tǒng)中存在的信息化理念滯后、數(shù)據(jù)資源共享不足、信息服務(wù)不成體系等突出問題，積極推進(jìn)地震系統(tǒng)向信息化、數(shù)字化方向發(fā)展。各地區(qū)也積極做出響應(yīng)，根據(jù)各自需求研發(fā)出多種類型的地震數(shù)據(jù)信息化管理系統(tǒng)。例如，許賀等（2020）、孫路強(qiáng)等（2013）、倪泰山等（2009）、學(xué)峰等（2020）開發(fā)了綜合管理系統(tǒng)，王建國等（2009）、劉鵬飛等（2020）開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)管理軟件。這些系統(tǒng)大多是針對(duì)臺(tái)站和網(wǎng)絡(luò)綜合管理而開發(fā)的，其特點(diǎn)是綜合性強(qiáng)、適用面廣，但是對(duì)于日常地震臺(tái)站運(yùn)維中的具體工作缺乏輔助性和針對(duì)性的幫助，不能滿足目前技術(shù)保障部門工作人員的工作需求。

針對(duì)山東省臨沂市地震臺(tái)站的實(shí)際需要，以及地震臺(tái)站運(yùn)維工作中存在的問題，并結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)，地震臺(tái)站運(yùn)維急需一套有效的、便捷的電子化網(wǎng)絡(luò)集中管理系統(tǒng)。因此本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一套集臺(tái)站信息、儀器設(shè)備信息、臺(tái)站巡檢、臺(tái)站運(yùn)維、運(yùn)維人員等主要內(nèi)容的信息化管理系統(tǒng)，便于對(duì)地震臺(tái)站運(yùn)維的信息化管理，提高臺(tái)站技術(shù)保障部門的工作效率。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 地震臺(tái)站運(yùn)維需求分析

隨著臨沂市境內(nèi)地震臺(tái)站及無人值守臺(tái)站數(shù)量的遞增，臺(tái)站運(yùn)維工作的難度進(jìn)一步加大，在臺(tái)站運(yùn)維的多年工作中，發(fā)現(xiàn)了地震臺(tái)站運(yùn)維中存在著一些問題。如地震臺(tái)站運(yùn)維信息管理效率低下，地震臺(tái)站運(yùn)維缺乏共享性，地震臺(tái)站的儀器設(shè)備維修、更換等程序復(fù)雜。如何對(duì)臺(tái)站運(yùn)維進(jìn)行有效地、統(tǒng)一的信息化管理，是值得研究和思考的一項(xiàng)工作。

臺(tái)站運(yùn)維工作是臺(tái)站的一項(xiàng)重要內(nèi)容，做好臺(tái)站運(yùn)維工作是臺(tái)站正常運(yùn)行的重要保障。因此，針對(duì)以上問題，開發(fā)一套有效、便捷的臺(tái)站運(yùn)維信息化管理系統(tǒng)非常有必要。地震臺(tái)站運(yùn)維信息化管理系統(tǒng)能夠進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的收集、保存、共享和維護(hù)，具有簡(jiǎn)單易用、性價(jià)比高、擴(kuò)展性好的特點(diǎn)，能夠減少臺(tái)站技術(shù)保障部門工作人員的工作量，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)地震臺(tái)站運(yùn)維工作的信息化管理，可以應(yīng)用于各地震臺(tái)站。

1.2 系統(tǒng)功能需求分析

通過對(duì)系統(tǒng)的功能需求進(jìn)行分析，可將地震臺(tái)站運(yùn)維信息化管理系統(tǒng)分為系統(tǒng)管理、臺(tái)站管理、儀器管理、臺(tái)站運(yùn)維管理、臺(tái)站巡檢管理和運(yùn)維人員管理等6個(gè)功能模塊（如圖1）。

圖1 地震臺(tái)站運(yùn)維信息化系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

（1）系統(tǒng)管理模塊功能需求：根據(jù)地震臺(tái)站運(yùn)維信息化管理系統(tǒng)的特點(diǎn)，系統(tǒng)管理模塊應(yīng)該包括用戶名和密碼的管理、用戶權(quán)限的管理等功能。為了保障系統(tǒng)的保密性，該模塊需要提供登陸驗(yàn)證機(jī)制，為不同的用戶提供不同的使用權(quán)限。因此，該模塊的主要功能需求為：用戶的添加、修改、刪除和查詢；用戶密碼的管理；用戶權(quán)限的管理。

（2）臺(tái)站管理模塊功能需求：臺(tái)站管理是對(duì)臨沂市管轄范圍內(nèi)的所有臺(tái)站進(jìn)行統(tǒng)一管理，收集整理該范圍內(nèi)臺(tái)站的基本情況，便于運(yùn)維人員準(zhǔn)確了解臺(tái)站的信息（程樹岐等，2019）。該模塊能夠查看地震臺(tái)站的具體位置、監(jiān)測(cè)環(huán)境等內(nèi)容。因此，該模塊的主要功能需求為：臺(tái)站、臺(tái)站監(jiān)測(cè)環(huán)境、臺(tái)站詳細(xì)地址的添加、修改、刪除和查詢；臺(tái)站周邊照片的上傳。

（3）儀器管理模塊功能需求：儀器管理是地震臺(tái)站運(yùn)維的基礎(chǔ)，收集整理所有地震臺(tái)站儀器設(shè)備的基本情況。該模塊可以查看每個(gè)地震臺(tái)站中的儀器設(shè)備屬性，為運(yùn)維人員提供可靠有效的信息，為設(shè)備維護(hù)、維修提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料。因此，該模塊的主要功能需求為：儀器所屬臺(tái)站、儀器名稱、儀器型號(hào)、網(wǎng)絡(luò)傳輸情況、儀器運(yùn)行情況、儀器IP地址的添加、修改、刪除和查詢。

（4）臺(tái)站運(yùn)維管理模塊功能需求：臺(tái)站運(yùn)維是對(duì)臺(tái)站儀器設(shè)備故障做出及時(shí)的響應(yīng)，主要收集臺(tái)站設(shè)備的故障原因、運(yùn)維日志、運(yùn)維人員和運(yùn)維日期等信息，對(duì)歷史運(yùn)維信息進(jìn)行電子存儲(chǔ)，方便后期的查閱。因此，該模塊的主要功能需求為：故障原因、運(yùn)維人員、故障運(yùn)維日期的添加、修改、刪除、查詢；運(yùn)維日志的上傳。其中，運(yùn)維日志是指每次運(yùn)維的具體事項(xiàng)，運(yùn)維人員填寫紙質(zhì)版運(yùn)維日志后，以圖片的形式上傳到系統(tǒng)中。

（5）臺(tái)站巡檢管理模塊需求：臺(tái)站巡檢是定期對(duì)臺(tái)站進(jìn)行巡視檢查，主要收集巡檢照片、巡檢日志、巡檢人員、巡檢日期和問題，對(duì)歷史巡檢信息進(jìn)行電子存檔，為臺(tái)站的正常運(yùn)行提供保障。因此，該模塊的主要功能需求為：巡檢照片的上傳；巡檢日志的上傳；巡檢人員、巡檢日期的添加、修改、刪除、查詢。其中，巡檢照片是指每次巡檢的觀測(cè)室內(nèi)照片；巡檢日志是指每次巡檢的具體事項(xiàng)等，巡檢人員完成紙質(zhì)版巡檢日志后，以圖片的形式上傳到系統(tǒng)中。

（6）運(yùn)維人員管理模塊需求：運(yùn)維人員管理是對(duì)臨沂市管轄范圍內(nèi)所有的臺(tái)站運(yùn)維人員和看護(hù)人員進(jìn)行統(tǒng)一的管理，收集整理該范圍內(nèi)所有的運(yùn)維人員和看護(hù)人員的具體信息，為有效合理地分配人力資源提供幫助。因此，該模塊的主要功能需求為：運(yùn)維人員具體信息（電話、所在縣區(qū)、負(fù)責(zé)臺(tái)站等）的添加、修改、刪除和查詢；看護(hù)人員具體信息（電話、所在縣區(qū)、負(fù)責(zé)臺(tái)站等）的添加、修改、刪除和查詢；技術(shù)支持類型的添加。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

地震臺(tái)站運(yùn)維信息化管理系統(tǒng)采用基于B/S（Brower/Server）的三層架構(gòu)體系，包括用戶層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層（倪泰山等，2009）。B/S架構(gòu)是在網(wǎng)絡(luò)允許的條件下，用戶只需通過瀏覽器就可以訪問服務(wù)器，客戶端不需要安裝任何的軟件，簡(jiǎn)化了客戶端的負(fù)載，減輕了系統(tǒng)維護(hù)的工作量（孫路強(qiáng)等，2015）。在該系統(tǒng)的三層體系結(jié)構(gòu)中（見圖2），用戶層即用戶登錄界面，業(yè)務(wù)邏輯層包括管理員管理、臺(tái)站管理、儀器管理、臺(tái)站運(yùn)維、臺(tái)站巡檢和運(yùn)維人員6大功能模塊，數(shù)據(jù)訪問層包括系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)表，每個(gè)模塊各自實(shí)現(xiàn)具體的系統(tǒng)功能。用戶層負(fù)責(zé)用戶的交互，并向業(yè)務(wù)邏輯層發(fā)送請(qǐng)求；業(yè)務(wù)邏輯層按照業(yè)務(wù)規(guī)則向數(shù)據(jù)訪問層獲取數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理后的數(shù)據(jù)反饋到用戶層；數(shù)據(jù)訪問層用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，供業(yè)務(wù)邏輯層訪問使用。

圖2 地震臺(tái)站運(yùn)維信息化系統(tǒng)三層體系框架

2.2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

地震臺(tái)站運(yùn)維信息化管理系統(tǒng)的開發(fā)選擇WampServer集成開發(fā)環(huán)境，該集成環(huán)境將Apache、PHP、MySQL等服務(wù)器軟件和工具組合打包，能快速、高效的解決計(jì)算機(jī)環(huán)境的安裝配置問題（李正剛等，2019）。開發(fā)者只需要將配置好的套件解壓到本地硬盤中即可使用，無需另行配置。表1是系統(tǒng)開發(fā)所需要的開發(fā)技術(shù)、開發(fā)工具、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和瀏覽器等信息。

表1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)算法實(shí)現(xiàn)

用戶通過用戶名與密碼登錄地震臺(tái)站運(yùn)維信息化管理系統(tǒng)，根據(jù)不同的需求訪問和使用該系統(tǒng)不同的模塊。該系統(tǒng)的操作流程如圖3所示，整體實(shí)現(xiàn)的算法為：（1）管理員輸入用戶名與密碼，系統(tǒng)對(duì)管理員身份進(jìn)行驗(yàn)證；（2）系統(tǒng)對(duì)輸入的信息進(jìn)行驗(yàn)證后，如果通過了驗(yàn)證，則進(jìn)入下一步，如果未通過驗(yàn)證，返回上一步重新驗(yàn)證；（3）在驗(yàn)證成功的前提下，點(diǎn)擊不同的模塊名稱，進(jìn)入相應(yīng)的子模塊；（4）系統(tǒng)對(duì)模塊信息進(jìn)行操作，與數(shù)據(jù)庫MySQL進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成各個(gè)模塊的功能。

圖3 系統(tǒng)操作流程

3.2 三層架構(gòu)功能實(shí)現(xiàn)

在地震臺(tái)站運(yùn)維信息化管理系統(tǒng)三層架構(gòu)的功能實(shí)現(xiàn)中，用戶層采用html語言實(shí)現(xiàn)頁面布局；業(yè)務(wù)邏輯層采用PHP語言操作MySQL數(shù)據(jù)庫，執(zhí)行SQL語句，實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的業(yè)務(wù)功能；數(shù)據(jù)訪問層用來存儲(chǔ)業(yè)務(wù)邏輯層需要的數(shù)據(jù)，采用phpMyAdmin圖形化管理工具實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)表的創(chuàng)建。

（1）用戶層：在開發(fā)系統(tǒng)時(shí)，考慮到系統(tǒng)每個(gè)模塊在頁面設(shè)計(jì)中存在相同的頁面樣式設(shè)計(jì)，因此用戶層的設(shè)計(jì)采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想，頁面主要使用DIV+CSS的布局方式，創(chuàng)建頁面公用的外部樣式，在設(shè)計(jì)每個(gè)模塊時(shí)，直接在頁面中導(dǎo)入外部頁面樣式，保持頁面頭部、尾部和左側(cè)菜單的樣式相同，再單獨(dú)設(shè)計(jì)頁面內(nèi)部樣式，簡(jiǎn)化了程序，提高了系統(tǒng)開發(fā)的效率。圖4是系統(tǒng)的用戶交互界面。

圖4 用戶交互界面

（2）業(yè)務(wù)邏輯層：業(yè)務(wù)邏輯層是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的主要部分，通過操作數(shù)據(jù)訪問層中的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)每個(gè)模塊的功能（許賀等，2020）。首先使用mysqli＿connect（）函數(shù)與數(shù)據(jù)訪問層建立連接；然后使用mysqli＿select＿db（）函數(shù)選擇數(shù)據(jù)訪問層中的數(shù)據(jù)庫，與其建立連接；最后使用mysqli＿query（）函數(shù)執(zhí)行SQL語句，操作數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。表2是對(duì)數(shù)據(jù)的幾種操作方式。

表2 操作數(shù)據(jù)的方式

管理頁面功能的實(shí)現(xiàn)：首先使用html中的＜table＞標(biāo)簽布局各模塊的管理頁面，顯示各模塊的字段和底部分頁內(nèi)容，使用＜a＞標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)鏈接；然后通過while循環(huán)使用mysqli＿fetch＿array（）函數(shù)獲取數(shù)據(jù)表中的信息；最后根據(jù)id參數(shù)使用select語句以升序的方式將數(shù)據(jù)顯示出來。由于臺(tái)站、儀器、運(yùn)維、巡檢和運(yùn)維人員的數(shù)量較大，所以各模塊的管理頁面需要分頁顯示。首先設(shè)置每頁顯示的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，如臺(tái)站管理頁面設(shè)置MYMperpage=3；然后獲取最大頁數(shù)和總記錄數(shù)；最后計(jì)算每頁從第幾條數(shù)據(jù)開始，獲取當(dāng)前頁，如果當(dāng)前頁為空或者小于第一頁，則顯示第一頁，如果當(dāng)前頁大于總記錄數(shù)，則顯示最后一頁（孫路強(qiáng)等，2013）。添加信息功能的實(shí)現(xiàn)：首先創(chuàng)建form表單；然后，在表單中添加onSubmit單擊事件，通過JavaScript判斷添加的信息是否為空，如果添加的信息符合規(guī)范，則通過POST提交信息成功；最后通過MYM＿POST獲取提交的信息，使用insert into語句添加信息到數(shù)據(jù)庫。圖5是臺(tái)站運(yùn)維管理模塊添加信息功能的實(shí)現(xiàn)結(jié)果。搜索信息功能的實(shí)現(xiàn)：首先布局搜索信息頁面；然后使用SQL中的like語句，在Where子句中設(shè)定搜索的指定模式，通過選擇類型，輸入查詢的字段查詢相關(guān)信息；最后把數(shù)據(jù)庫查詢的數(shù)據(jù)通過select語句顯示出來。圖6是臺(tái)站管理模塊搜索信息功能的實(shí)現(xiàn)結(jié)果。修改信息功能通過MYM＿POST獲取提交的信息，使用update語句修改該id對(duì)應(yīng)的信息。刪除信息功能通過MYM＿GET獲取要?jiǎng)h除信息對(duì)應(yīng)的id參數(shù)，使用delete語句刪除數(shù)據(jù)庫中該id對(duì)應(yīng)的信息。

圖5 添加臺(tái)站運(yùn)維信息頁面

圖6 臺(tái)站搜索展示頁面

（3）數(shù)據(jù)訪問層：在業(yè)務(wù)邏輯層實(shí)現(xiàn)信息的動(dòng)態(tài)添加、查詢、修改、刪除前，首先需要在數(shù)據(jù)訪問層創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)表（王建國等，2009）。地震臺(tái)站運(yùn)維信息化管理系統(tǒng)采用MySQL數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，使用phpMyAdmin對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。MySQL數(shù)據(jù)庫是一個(gè)開源的、跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫，具有可靠、簡(jiǎn)單易用、運(yùn)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，適合Web網(wǎng)站的開發(fā)（學(xué)峰等，2020）。phpMyAdmin是MySQL圖形化管理工具中使用最為廣泛的一種，它以通過Web方式對(duì)MySQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行完全的控制與操作，簡(jiǎn)單易用。本系統(tǒng)使用phpMyAdmin創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫article，并設(shè)計(jì)了管理員、臺(tái)站、儀器、臺(tái)站運(yùn)維、臺(tái)站巡檢、運(yùn)維人員等多個(gè)數(shù)據(jù)表。每個(gè)數(shù)據(jù)表的具體信息如表3。

表3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)表

4 地震臺(tái)站運(yùn)維信息化管理系統(tǒng)的應(yīng)用

地震臺(tái)站運(yùn)維信息化管理系統(tǒng)經(jīng)過多次修改后，測(cè)試成功，基本滿足臺(tái)站技術(shù)保障部門工作人員的需求。該系統(tǒng)能夠收集、保存臨沂市地震監(jiān)測(cè)中心管轄范圍內(nèi)的臺(tái)站、儀器、臺(tái)站運(yùn)維、臺(tái)站巡檢和運(yùn)維人員等信息。工作人員可通過該系統(tǒng)搜索臺(tái)站、儀器、運(yùn)維、巡檢等信息，并填報(bào)巡檢、運(yùn)維產(chǎn)生的工作日志，及時(shí)更新儀器設(shè)備的最新工作狀態(tài)。地震監(jiān)測(cè)中心的工作人員能夠通過該系統(tǒng)及時(shí)掌握地震臺(tái)站的最新狀況。

地震臺(tái)站運(yùn)維信息化管理系統(tǒng)從2021年3月1日在臨沂市地震監(jiān)測(cè)中心投入試運(yùn)行，該系統(tǒng)已經(jīng)收錄了臨沂市地震監(jiān)測(cè)中心管轄范圍內(nèi)的地震臺(tái)站的相關(guān)信息，在使用過程中收到良好的效果，大大提高了技術(shù)人員的工作效率。圖7是地震臺(tái)站運(yùn)維信息化管理系統(tǒng)試運(yùn)行的圖片。由于各功能模塊實(shí)現(xiàn)添加、修改、刪除和搜索的業(yè)務(wù)邏輯基本相同，各個(gè)模塊的添加信息頁面、修改信息頁面、刪除信息頁面、搜索展示頁面的布局基本相同，這里不再對(duì)每個(gè)模塊的上述信息一一列舉，也不重復(fù)展示。

圖7 地震臺(tái)站運(yùn)維信息化管理系統(tǒng)-儀器管理頁面

5 結(jié)束語

地震臺(tái)站運(yùn)維是地震監(jiān)測(cè)工作中的重要任務(wù)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，地震臺(tái)站運(yùn)維工作提出了更高的要求，在繼承傳統(tǒng)的地震臺(tái)站運(yùn)維工作方式的同時(shí)，也需要不斷創(chuàng)新工作方法，積極引入高科技，使其不斷向信息化方向發(fā)展。本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的地震臺(tái)站運(yùn)維信息化管理系統(tǒng)目前正在試運(yùn)行階段，會(huì)根據(jù)未來工作的需求，不斷完善系統(tǒng)的功能，推進(jìn)地震臺(tái)站運(yùn)維工作的信息化建設(shè)。