地震中心站觀測設(shè)備實時跟蹤管理系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

程樹岐，王西寶，劉海剛，王帥合，趙小賀

（臨沂地震監(jiān)測中心站，山東 臨沂 276000）

0 引言

《中國地震局黨組關(guān)于推進(jìn)地震臺站改革的指導(dǎo)意見》提出了構(gòu)建“國家地震臺—省地震臺—中心站—一般監(jiān)測站”四級監(jiān)測預(yù)報業(yè)務(wù)架構(gòu)的意見。中心站承擔(dān)轄區(qū)地震監(jiān)測設(shè)施運行維護(hù)和保障業(yè)務(wù)，管理轄區(qū)一般監(jiān)測站。具體負(fù)責(zé)轄區(qū)地震監(jiān)測設(shè)施建設(shè)與改造、儀器裝備維護(hù)、計量標(biāo)校、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、異常核實等任務(wù)，承擔(dān)地震現(xiàn)場應(yīng)急相關(guān)工作。一般監(jiān)測站是測震及地球物理站網(wǎng)數(shù)據(jù)獲取的基本單元，分為基準(zhǔn)站和基本站，實行“有人看護(hù)、無人值守”的工作模式。地震臺站改革后，地震監(jiān)測中心站設(shè)備運維任務(wù)將越來越繁重。

目前，科技的發(fā)展與進(jìn)步為各行業(yè)提供了技術(shù)支撐，算法的不斷優(yōu)化為信息技術(shù)以及大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供了便利，大數(shù)據(jù)和人工智能為地震科技發(fā)展提供新的機(jī)遇。張博等[1]人依托Datist平臺開發(fā)了遼寧省地震會商技術(shù)系統(tǒng)，孫藝等[2-3]在地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)了一套基于Android 平臺的地震應(yīng)急信息發(fā)布系統(tǒng)，丁曉光等[4]利用微信小程序開發(fā)了無人值守臺站自動化監(jiān)控程序，在地震會商業(yè)務(wù)、應(yīng)急業(yè)務(wù)和信息發(fā)布業(yè)務(wù)等方面極大地提高了臺站工作效率。按照中國地震局臺站改革要求，一般監(jiān)測站的觀測設(shè)備全部納入中心站管理，新成立的中心站在觀測設(shè)備管理方面存在著管理不到位、在線監(jiān)控缺失、運維效率低等問題。目前尚未發(fā)現(xiàn)有針對中心站設(shè)備管理的相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)。

本文采用Browser/Server 架構(gòu)開發(fā)一套中心站無人值守臺站工作模式下的觀測設(shè)備跟蹤管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過對設(shè)備實時監(jiān)控、備機(jī)備件管理、設(shè)備維修跟蹤管理，實現(xiàn)設(shè)備信息的全生命周期跟蹤記錄。對專業(yè)設(shè)備的設(shè)備信息、運行狀態(tài)、維修記錄等進(jìn)行查詢統(tǒng)計，合理規(guī)劃運維配件、運維方式、運維成本等任務(wù)，有利于優(yōu)化工作流程、保障儀器運行和提高中心站管理效率。

1 需求分析

設(shè)計開發(fā)一套地震監(jiān)測中心站觀測設(shè)備實時跟蹤管理系統(tǒng)，對設(shè)備進(jìn)行全生命周期管理，符合地震臺站改革四級業(yè)務(wù)架構(gòu)下當(dāng)前工作需求。

1.1 管理需求

地震中心站改革后，地震臺站工作人員大部分集中到中心站工作，無人值守地震臺站數(shù)量將進(jìn)一步增加，中心站設(shè)備管理工作量將進(jìn)一步加大?！渡綎|省地震監(jiān)測站網(wǎng)運維保障工作管理辦法》規(guī)定“各地震監(jiān)測中心站重點保障地震監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)運維”。設(shè)計開發(fā)一套既適合地震中心站運維工作，又簡便快捷的地震觀測設(shè)備實時管理軟件系統(tǒng)，針對設(shè)備實現(xiàn)全生命周期跟蹤管理，符合目前中心站運維管理工作需求。

1.2 技術(shù)需求

在以往工作中，地震值守人員處理數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)斷記時，可能設(shè)備已經(jīng)宕機(jī)數(shù)小時，對地震觀測的連續(xù)性造成了不可彌補(bǔ)的損失。研發(fā)一套在線運維系統(tǒng)，實現(xiàn)對地震觀測設(shè)備的實時監(jiān)控，運維人員能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，及時排除故障，為地震觀測連續(xù)性提供可靠技術(shù)保障，滿足運維工作的時效性需求。

1.3 效率需求

設(shè)計研發(fā)一套管理系統(tǒng)通過對設(shè)備進(jìn)行在線跟蹤、維修跟蹤、備機(jī)備件跟蹤等管理，實現(xiàn)設(shè)備信息的全生命周期跟蹤記錄并對專業(yè)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、供電設(shè)備的信息、運行狀態(tài)和維修日志等進(jìn)行查詢統(tǒng)計，合理規(guī)劃運維配件、運維方式、運維成本等任務(wù)，有利于優(yōu)化工作流程、保障儀器運行、提高中心站運維管理效率[5]。

2 系統(tǒng)設(shè)計

地震中心站觀測設(shè)備實施跟蹤管理系統(tǒng)主要包含：（1）對在線設(shè)備的實時監(jiān)控；（2）查詢設(shè)備的使用狀態(tài)；（3）設(shè)備維修信息的跟蹤管理；（4）設(shè)備信息的添加、修改、刪除管理；（5）用戶的添加、修改和刪除。根據(jù)具體的工作需求，管理系統(tǒng)涉及實時監(jiān)控、設(shè)備查詢、設(shè)備維修、設(shè)備管理和用戶管理5 個功能模塊，各功能模塊通過數(shù)據(jù)庫交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)集成。圖1 展示了地震監(jiān)測中心站觀測設(shè)備實時跟蹤管理系統(tǒng)示意圖。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計圖Fig.1 System design

2.1 設(shè)備管理模塊

設(shè)備管理模塊實現(xiàn)設(shè)備信息添加、設(shè)備信息刪除、設(shè)備信息修改等功能。設(shè)備信息添加頁面需要選擇設(shè)備類型，自動生成設(shè)備編碼，輸入設(shè)備名稱、型號、廠家、電話、責(zé)任人、入庫時間、標(biāo)定時間、使用狀態(tài)等，使用狀態(tài)為可選項，如果選擇在點運行，則需要輸入站點名稱，設(shè)備IP等信息。

2.2 實時監(jiān)控模塊

通過調(diào)用控制臺命令方式，判斷設(shè)備管理模塊錄入設(shè)備的IP 是否在線。向?qū)崟r監(jiān)控模塊網(wǎng)頁輸出在線運行設(shè)備的基本信息和在線情況，如在線，指示臺顯示綠色，如不在線顯示紅色?；拘畔⒖虬ǎ涸O(shè)備名稱、設(shè)備型號、IP 地址、運行站點（圖2）。設(shè)備名稱為超鏈接點擊進(jìn)入詳細(xì)信息頁面，其內(nèi)容包含：設(shè)備類型、設(shè)備編碼、設(shè)備名稱、設(shè)備型號、生產(chǎn)廠家、聯(lián)系電話、責(zé)任人、入庫時間、標(biāo)定時間、使用狀態(tài)、站點名稱、IP地址、安裝時間等信息。

圖2 實時監(jiān)控頁面Fig.2 Real-time monitoring page

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.3 System architecture

2.3 信息檢索模塊

信息檢索模塊，可以根據(jù)設(shè)備狀態(tài)檢索，也可以根據(jù)設(shè)備名稱、型號、廠家、聯(lián)系人、責(zé)任人等信息進(jìn)行設(shè)備模糊檢索。檢索結(jié)果可導(dǎo)出Excel表格。

2.4 故障跟蹤模塊

在設(shè)備運行中出現(xiàn)故障，可根據(jù)設(shè)備編號精準(zhǔn)定位設(shè)備，然后在故障跟蹤模塊添加故障信息，對設(shè)備維修過程進(jìn)行跟蹤，直至設(shè)備維修完成重新投入使用。在設(shè)備故障跟蹤模塊選擇修復(fù)，一條完整的維修過程信息即完成錄入，該信息伴隨設(shè)備全生命周期，隨時可以在設(shè)備信息里查閱到。

2.5 用戶管理模塊

用戶管理模塊是添加和管理用戶信息的單元。為安全起見，用戶管理模塊只支持管理員分配用戶功能，不支持用戶注冊功能。根據(jù)權(quán)限分為超級管理員、設(shè)備管理員和領(lǐng)導(dǎo)用戶。超級管理員具有全部權(quán)限，設(shè)備管理員只具有設(shè)備管理權(quán)限，不具備用戶管理權(quán)限，領(lǐng)導(dǎo)用戶為全流程瀏覽權(quán)限用戶。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

為解決中心站運維工作需求，設(shè)計開發(fā)了地震監(jiān)測中心站觀測設(shè)備實時跟蹤管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用Browser/Server 架構(gòu)，利用數(shù)據(jù)庫語言管理數(shù)據(jù)庫和表，利用SQL 語言添加、修改和查詢記錄[5]，并使用.net語言實現(xiàn)管理系統(tǒng)各項功能。管理系統(tǒng)根據(jù)工作需求設(shè)計設(shè)備管理模塊，實時監(jiān)控模塊，信息檢索模塊，故障跟蹤模塊，用戶管理模塊等五個功能模塊。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用Browser/Server 架構(gòu)，即瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)，將系統(tǒng)安裝在遠(yuǎn)端服務(wù)器，用戶通過瀏覽器訪問遠(yuǎn)端瀏覽器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、交換和系統(tǒng)運行。

3.2 開發(fā)環(huán)境

前端核心模版：Layerui、Metronic 等；JS核心框架：JQuery、JQuery Mobile、Backbone;CSS 框架：Twitter Bootstrap、Layer；客戶端驗證：根據(jù)JQuery Validation；富文本在線 編輯：Ueditor；上傳控件：Webuploader；圖表控件：Echarts；頁面布局：JQuery layout；數(shù)據(jù)表格：JqGrid；對話框：Jayer；樹結(jié)構(gòu)控件：JQuery zTree；日期控件：LayerDate；字體庫：阿里巴巴圖標(biāo)庫；運行時：.NET Framework 4.5；視圖框架：ASP.NET MVC3；客戶端會話：Session會話技術(shù)；序列化：Newtonsoft.Json；Api：Aspnet.WebApi；緩存：基于List或Dictionary 實現(xiàn)單機(jī)內(nèi)存級緩存；數(shù)據(jù)庫：MSSQL。

3.3 主要代碼

由于系統(tǒng)代碼較多，選取實時監(jiān)控模塊主要代碼進(jìn)行描述。

實時監(jiān)控模塊主要代碼：

3.4 運行環(huán)境

（1）服務(wù)器硬件環(huán)境要求：處理器Intel(R) Core(TM) i5 及以上，處理器基本頻率不低于1.60 GHz，最大睿頻頻率2.30 GHz 以上；安裝內(nèi)存（RAM）4.00 GB以上；硬盤500G以上。

（2）服務(wù)器軟件環(huán)境要求：安裝Windows Sever 2018 版或者Windows 10 企業(yè)版；安裝IIS且正確配置IIS，IIS 是指互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)，Internet Information Services，是微軟提供的基于運行Windows 的互聯(lián)網(wǎng)基本服務(wù)；安裝配置為SQL Server 2008 R2數(shù)據(jù)庫。SQL Server 2008 R2是微軟Microsoft 提供的一款完整企業(yè)級數(shù)據(jù)庫管理工具，屬于SQL Server 2008 的升級版，包括了可管理的自服務(wù)商業(yè)智能(BI)工具，支持大型數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)倉庫，為任何規(guī)模的應(yīng)用提供完備的信息平臺。SQL Server 2008 R2 引入了一系列的新功能，并且增強(qiáng)了開發(fā)能力，提高了可管理性。

4 應(yīng)用測試

4.1 系統(tǒng)性測試

本測試采用目前通用的JMeter4.0 壓力測試工具進(jìn)行測試，接入電信服務(wù)商為中國電信100M 寬帶，并發(fā)數(shù)根據(jù)中心站同時在線人數(shù)極限500人設(shè)定。測試參數(shù)和結(jié)果如表1所示，測試軟件返回結(jié)果評價為優(yōu)良。

表1 系統(tǒng)性測試參數(shù)和結(jié)果

4.2 可靠性測試

分別對系統(tǒng)的成熟性、容錯性、恢復(fù)性、數(shù)據(jù)校驗機(jī)制四個方面進(jìn)行測試。

（1）成熟性測試：使用的容量達(dá)到規(guī)定的極限時，系統(tǒng)不崩潰、不異常退出也不丟失數(shù)據(jù)，在達(dá)到極限時給出預(yù)警；試圖使用的容量超出規(guī)定極限時，系統(tǒng)不崩潰、不異常退出也不丟失數(shù)據(jù)，但給出預(yù)警。

（2）容錯性測試：當(dāng)用戶執(zhí)行錯誤操作時，系統(tǒng)給出相應(yīng)的提示信息；用戶輸入錯誤數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)不崩潰、不異常退出也不丟失數(shù)據(jù)，給出相應(yīng)的提示信息；用戶有錯誤操作時，系統(tǒng)不崩潰、不異常退出也不丟失數(shù)據(jù)[6]，給出相應(yīng)的提示信息。

（3）恢復(fù)性測試：系統(tǒng)運行失效后，能較快重建系統(tǒng)。

（4）數(shù)據(jù)校驗機(jī)制測試：對數(shù)據(jù)項之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行校驗，保證數(shù)據(jù)的有效性[6]，系統(tǒng)更新或刪除功能不影響系統(tǒng)數(shù)據(jù)；對不符合要求的輸入數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能使用中文給出簡潔、準(zhǔn)確的提示信息。

4.3 易用性測試

本測試分別對系統(tǒng)的頁面風(fēng)格一致性、易瀏覽性、易操作性三個方面進(jìn)行測試，測試結(jié)果如下：

（1）頁面風(fēng)格一致性測試：頁面結(jié)構(gòu)、導(dǎo)航、菜單、鏈接、搜索、翻頁、字體、列表、日期和數(shù)據(jù)精度的風(fēng)格一致。

（2）易瀏覽性測試：系統(tǒng)界面組件提示操作信息均有明顯顯示；輸入、輸出設(shè)計規(guī)矩，輸出結(jié)果應(yīng)簡潔、直觀、美觀、方便閱讀、易懂和實用；界面簡潔、美觀、實用，風(fēng)格相對一致，符合辦公習(xí)慣[7]。在界面、交互、輸出中的用語與業(yè)務(wù)用語一致。

（3）易操作性測試：執(zhí)行不可逆操作時，系統(tǒng)給出相應(yīng)提示。軟件操作簡便，系統(tǒng)支持標(biāo)準(zhǔn)的鼠標(biāo)、鍵盤操作[8]。

4.4 安全性測試

本測試分別從信息所有權(quán)驗證、安全漏洞掃描進(jìn)行測試，測試結(jié)果如下：

（1）信息所有權(quán)驗證測試：系統(tǒng)同一權(quán)限的不同用戶不能進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，能保證每條信息的安全。

（2）安全漏洞掃描測試：使用App Scan 工具掃描，系統(tǒng)顯示安全。

5 結(jié)論與建議

（1）本項目聘請第三方專業(yè)公司軟件測試人員進(jìn)行測試，測試人員經(jīng)過深入細(xì)致的調(diào)研，按照行業(yè)測試標(biāo)準(zhǔn)制定了測試計劃，并按照計劃對地震監(jiān)測中心站觀測設(shè)備實時跟蹤管理系統(tǒng)進(jìn)行了測試，包含系統(tǒng)性測試、可靠性測試、易用性測試、安全性測試。經(jīng)過對測試結(jié)果分析，認(rèn)為本系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換穩(wěn)定、運行可靠、用戶體驗良好、系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全，可以將本地震監(jiān)測中心站觀測設(shè)備實時跟蹤管理系統(tǒng)投入實際工作應(yīng)用。

（2）本地震監(jiān)測中心站觀測設(shè)備實時跟蹤管理系統(tǒng)，滿足了當(dāng)前地震監(jiān)測中心站部分工作需求，并具備網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)、備份功能。隨著系統(tǒng)投入使用，系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換量的加大，服務(wù)器運行和數(shù)據(jù)存儲壓力將進(jìn)一步加大，下一步需要在硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備方面加大資源投入力度，以保證系統(tǒng)高效、可靠、安全運行。