基于B/S架构的区域前兆数据库信息服务与运行管理平台的设计与实现1

卜玉菲 梅卫萍 鲍海英 何 斌 潘 颖 王 凯



基于B/S架构的区域前兆数据库信息服务与运行管理平台的设计与实现1

卜玉菲 梅卫萍 鲍海英 何 斌 潘 颖 王 凯

（江苏省地震局，南京 210014）

区域前兆台网的大量数据存于数据库中。为便捷地查询测项信息、台站工作日志和观测日志、台站基础信息，并减少区域台网中心工作人员工作量，提高工作效率，我们建立了基于B/S架构的前兆数据信息服务与管理平台。该平台很好地解决了上述问题，并在江苏省地震监测中心、预报研究中心、各省属地震台和市县地震部门广泛使用。

前兆数据库 信息服务 B/S架构 管理平台

引言

随着“九五”前兆数字化改造、“十五”网络项目、前兆数据共享项目、“九五”接入改造和历史数据迁移等项目的实施，各区域前兆Oracle数据库积累了自1980年以来丰富的数据资料。这些资料包括：①台站信息，涉及台站勘选信息、地震地质条件、地址等信息；②观测数据，目前数据库中不仅拥有1980年以来的模拟、人工等历史观测数据，还包括“九五”、“十五”数字化等高采样率观测资料；③测项、测点信息，不同测项的基本信息以及各测点的具体情况等；④日志资料，各省级数据库中包括台站人员处理资料时的预处理日志，以及该省局前兆台网和所属台站每天的工作日志；⑤场地信息，前兆数据库还储存有各学科测项的场地基础信息，如流体井泉、形变洞体、跨断层形变观测场地、地磁台站观测环境、地电场地以及电极布设信息等。以上前兆观测资料都集中在同一套数据库中（周克昌等，2010）。

区域前兆台网中心每天值班的工作任务繁重，重复劳动多，每月、每年要对观测数据质量进行各种统计。如何减少人工操作，增大自动化程度，是一个迫切需要解决的问题。目前，常用的前兆工作相关软件或平台有：①数据预处理软件（集成版、学科版），主要用于处理前兆各测项收集到的原始数据，填写观测日志等；②地震分析预报系统（MapSIS）和地震前兆信息处理与软件系统（EIS2000），主要用于绘制数据时序图，可下载数据库中已有的数据并进行一些分析应用（陆远忠等，2002；蒋骏等，2000）；③数据管理系统，用于数据采集、监视台站管理系统软、硬件和台站观测设备运行状态以及工作日志上报等（周克昌等，2006；王建国等，2013）；④前兆跟踪分析软件，主要关注数据质量，异常跟踪分析。上述各软件功能并不能够对区域中心的基础信息进行系统的分类统计，也不具备自动化值班和异常信息报警等功能。

基于前兆数据库使用现状，本研究首先对台站工作人员、前兆台网工作人员和预报工作人员进行了前兆数据的需求分析，然后针对不同使用者梳理出清晰的数据调用方式，最终建立一套基于B/S架构的区域前兆数据库信息服务与运行管理平台，使台站人员能够更方便地查看台站基础资料，检查各项日志是否填写正确；预报人员方便地查阅台站联系方式、台站的基础资料、测项信息、观测日志等；前兆台网工作人员缩短每天的值班时间，有效快捷地统计各类报表，提高值班自动化水平。

1 需求分析与平台设计

1.1 不同类型用户的需求分析

目前，区域地震前兆数据库使用较频繁的人员主要有：①本区域台站工作人员。台站收集的数据每天需及时提交到区域中心的前兆数据库，台站工作人员每天对本台数据进行处理之后，需填写观测日志，并且上报工作日志，还需及时将本台站更新过的基础信息上传至数据库中。台站工作人员与前兆数据库的关系是最基础、最密切的，数据库里的台站资料是否真实、正确，关系到整个区域前兆台网的运行状态。②区域地震前兆台网中心工作人员。区域中心值班的工作人员每天需检查数据库中前一天的数据质量及台站工作情况，并确保台站的基础信息完全正确。每月的运行月报、跟踪分析月报都需要对数据库中的数据进行梳理和总结，填写相关的统计报表。每年的运行年报、跟踪分析年报也需要对全年的前兆工作进行总结，涉及仪器的基础信息、测项的基础信息、观测数据统计等十几张表格，工作内容繁重。以上工作完全依靠人工完成，相当费时费力。减少区域前兆台网中心工作人员的工作量，尤其是对中等规模以上台网实现自动化值班能更有效地提高工作效率，对解决区域前兆台网中心人员不足等问题具有重要意义。③省局预报人员。省局预报人员每周会商前都会查看全省前兆数据的观测日志以及相关台站的工作日志，对落实异常进行最基本的检查工作。另外，省局预报人员也需要了解台站、测点、仪器的基本情况，对数据的变化有一个背景认识。

基于以上分析，我们认为，该项研究需解决不同类型用户的实际工作需求，简化工作流程。通过逻辑条理清晰的设计思路，让台站人员和预报人员能够方便快捷地查看他们所关心的内容，让前兆台网中心工作人员能够简化值班的重复性工作，节约统计时间，提高工作效率。

1.2 管理平台设计

通过梳理数据库中的数据以及对目标用户的需求分析，我们设计了一套可实现自由查询测项、快捷浏览日志及各类基础信息、用观测数据自动绘图并判定异常和报警（张兴国等，2011）、自动统计观测数据起止时间及数据的连续完整率、自动统计仪器运行率等功能的区域前兆数据库信息服务与运行管理平台（图1）。

根据数据库结构分析、软件架构设计等确定了数据库表的结构，保证其符合中国地震局前兆台网数据库结构规范要求。设计的数据库信息服务及运行管理平台架构采用MVC架构，采用HIBERNATE和STRUTS 2框架开发。由于实现B/S架构（Browser/Server）系统功能的核心部分集中在服务器上，客户端只需安装浏览器即可。同时，该平台维护和升级方式简单、成本低，将其用于前兆数据库的数据检索和数据统计，时效性较好。

图1 系统结构图

2 管理平台主要功能

2.1 测项查询

测项查询仅在用户登录后才可查看，包括按台站查询（图2）、按学科查询和全部测项查询，显示各测项的台站名称、仪器名称及型号、测点编码、仪器ID、采样率、测项代码、所属学科、开始观测时间等信息。

图2 测项查询结果显示

为了方便使用不同方式查询，可根据需要从台站为切入点，查询某一测点的测项资料，亦可从学科开始查询某一种仪器的测项资料，或是根据统计分析资料导出所有测项数据。

2.2 日志查询

日志查询由3部分组成：工作日志查询、观测日志查询、观测日志导出。

该功能主要为区域台网值班人员、预报中心人员提供服务。区域台网值班人员可每天利用此功能批量查阅台站的工作日志，及时发现台站人员填写时是否有迟报、漏报、错报现象；预报中心人员可利用此功能迅速查阅台站人员的预处理日志，比通过前兆数据处理软件查阅更方便、快捷。

2.3 基础信息查询

基础信息查询分为两部分：台网分布和台站详细信息查询。该查询功能中包含的信息量较大，从台网分布可看到全省台站地理位置分布情况（图3），点击相应的台站后可查看该台站详细信息（图4）。

图3 区域台网分布图

图4 台站信息

台站详细信息又包括台站基础信息、场地、井泉、断层信息等在内的各种基础观测背景信息，通过台站详细信息查询功能可方便地查看每个台站的观测环境、场地条件等，为相关研究中查询基础资料提供快速便捷的服务。

2.4 自动化值班与自动统计

自动化值班部分由自动绘图与报警信息两部分组成。

自动绘图用于查看各学科的数据曲线，每天早晨定时更新，以便用户快速浏览前一天的数据（图5）。除地磁数据外，所绘制的数据曲线中最后一天数据为原始数据，之前的数据为预处理数据。这样的绘制方式可将最新的原始数据与之前的预处理数据进行对比，从而使区域前兆中心的值班人员能够更加清晰准确地观察到最新一天数据是否出现问题。地磁则根据学科特点将各个台站前一天的分钟值原始数据绘制于一张同时间轴的曲线图上，不同台站用不同颜色进行区分，进而容易判断出当天是否有台站的同步性发生突变。

报警信息会显示各台站各仪器某个测项分量前一天数据中存在的异常情况（图6）。异常信息按照学科规定的标准和指标、对比前一天和此前九天的数据进行计算，每天早上更新前一天数据的异常信息，方便用户获得初步的异常判断情况，并对数据及时进行预处理。

自动统计模块主要用于每阶段的运行统计（图7）。该模块分为观测数据目录、数据质量统计、仪器分类统计、仪器数量统计4部分。每个月区域前兆台网中心所关注的仪器运行率、数据连续完整率等都可以通过此模块的部分功能来计算，方便各学科及时关注仪器的运行情况，从而节省每月人工计算的时间，提高工作效率。通过仪器统计列表也能快速查阅是否有仪器存在资料漏填、错填现象，方便检查数据库里仪器信息的完善程度。

图6 报警信息

图7 自动统计

2.5 其他

平台首页将区域地震前兆台网的运行月报、跟踪分析年报、国家台网中心每月的评比结果等集中在一起，可以方便区域前兆台网中心的工作人员查看，关注前期工作中出现的问题，并及时解决。

对不同的使用者提供不同的权限，例如，预报中心人员将不能使用自动化值班功能模块，台站人员不具备系统设置的权限等。

3 解决的主要问题

3.1 图形绘制与异常信息报警

每天定时绘制前十天的预处理数据和前一天的原始数据曲线图，并根据各学科的特点按不同的要求绘图，该部分的设计需考虑各学科的特点。例如地磁学科，不同台站的数据具有很好的一致性，通过同轴对比可以很明显地看出哪一个台站的数据变化不一致，其他学科则不具备这种特点。因此仅将地磁数据绘制成多台同轴对比图。

各学科异常数据指标是异常测项报警的难点，经过咨询各学科专家和查找有关学科观测技术的参考资料，编制出自动绘图模块与异常数据报警的技术要点和技术指标，并取得了学科技术管理组专家的认可。

较现有的各项前兆数据处理、查询软件，该平台首次研制了异常报警功能，能为区域前兆台网人员在日常值班中快速判断出异常信息，提高值班效率。

3.2 文件输出

对于不同查询内容的导出，采用不同的格式进行输出，对于统计数字以EXCEL表输出。例如，在“自动统计”部分，可以导出仪器运行率、连续率、完整率表格；测项查询、日志查询和基础信息查询的结果以表格形式展示，以EXCEL格式导出。

在“自动下载”部分，提供给使用者包括跟踪分析软件、预处理软件等前兆工作常用软件下载功能，也可下载及查阅最新通知、区域台网每月所产出的跟踪分析月报和运行月报等，以便使用者及时关注区域前兆台网最新工作。

3.3 定制检出数据

自动统计部分涉及多个统计表，每个统计表都需要从区域前兆数据库中不同的数据库表中读取需要的数据，整合至一张表格之中，在此过程中需保证产出的数据无遗漏无重复，准确输出所需要的数据。

4 结语

自2015年9月以来，该平台已在江苏省地震监测中心、预报研究中心、各省属地震台和市县地震部门广泛使用，用于日常资料质量统计、日志查询、基础信息查询等。2015年12月在北京市地震局和山东省前兆台网中心部署试运行。

从初步的反馈结果表明，服务平台界面友好，各项信息查询方便快捷，各种统计报表齐全，可明显提高区域前兆台网的工作效率和预报中心查找数据库信息的效率，且有助于台站人员对观测资料进行质量监控。

目前，国家前兆台网中心大力开展数据跟踪分析工作，该项工作已经成为区域前兆台网中心一项重要且耗时的日常工作。在该平台后续的维护及升级中，还需考虑纳入跟踪分析信息查询，以便前兆工作人员随时查看跟踪分析的审核结果、分析完整率等，在该平台内逐步整合各项前兆工作。

另外，由于各地区所受主要干扰差异较大，故异常数据判别指标差异也较大。在用于不同地区时要根据当地情况多做实验，根据实验结果设置参数指标。因此，为了更好地实现该项功能，需对各区域台网的数据背景进行更加深入的了解。

致谢：感谢审稿人提出的宝贵意见和建议。

蒋骏，李盛乐，张雁滨等，2000．地震前兆信息处理与软件系统．北京：地震出版社．

陆远忠，李盛乐，邓志辉等，2002．基于GIS的地震分析预报系统．成都：成都地图出版社．

王建国，刘春国，王伟等，2013．地震前兆数据库综合管理系统．大地测量与地球动力学，33（增刊I）：114—116．

张兴国，王子影，李盛乐等，2011．地震前兆数据异常自动检测报警系统．地震地磁观测与研究，32（1）：101—108．

周克昌，李志雄，王松等，2006．地震前兆数据监视与管理系统．地震，26（1）：115—122．

周克昌，蒋春花，纪寿文等，2010．地震前兆数据库系统设计．地震，30（2）：143—151．

卜玉菲，梅卫萍，鲍海英，何斌，潘颖，王凯，2017．基于B/S架构的区域前兆数据库信息服务与运行管理平台的设计与实现．震灾防御技术，12（3）：710—717．

Design and Construction of Precursory Data Information Service and Management Platform Based on B/S Architecture

Bu Yufei, Mei Weiping, Bao Haiying, He Bin, Pan Ying and Wang Kai

(Earthquake Administration of Jiangsu Province, Nanjing 210014, China)

After the mass seismic precursor data has been stored in regional digital seismic network database, a precursory data information service and management platform has been developed based on Browser/Server (B/S) architecture. This platform is capable not only of querying each information conveniently, such as station information and daily observation logs, but also of reducing the workload and improving efficiency of regional network center staff. The platform has been widely used by Jiangsu Earthquake Monitoring Center, Jiangsu Earthquake Prediction and Research Center, and provincial seismic stations and earthquake administration of cities in Jiangsu Province.

Earthquake precursor database; Information service; Browser/Server architecture; Management platform

10.11899/zzfy20170326

地震科技星火计划项目（XH14024），江苏省地震局青年科学基金项目（201705）

2016-11-27

卜玉菲，女，生于1988年。硕士，工程师。主要从事地震学及地震前兆工作。E-mail：byf0138007@163.com

梅卫萍，女，生于1972年。硕士，高级工程师。主要从事地震前兆相关工作。E-mail：582759703@qq.com