重慶市測震臺網(wǎng)值班管理信息化系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)1

李光科 鞏浩波 張 銳 張 巡

（重慶市地震局，重慶 401147）

引言

重慶市測震臺網(wǎng)自2007年“十五”項目以來，臺網(wǎng)建設逐步完善，臺站數(shù)量、觀測手段不斷增加，轄區(qū)監(jiān)測能力迅速提升，臺網(wǎng)值班資料和運行數(shù)據(jù)快速增長，日常值班工作量也隨之增大。與絕大多數(shù)省級測震臺網(wǎng)相同，重慶市測震臺網(wǎng)的值班任務除最重要的速報、編目以外，還需要進行大量的技術系統(tǒng)維護與業(yè)務數(shù)據(jù)錄入工作，其中錄入工作仍采用紙介質方式，效率低，投入精力多，不便查詢且會不可避免地帶來人為疏漏（常亮等，2009）。同時，面對數(shù)量眾多且關鍵的業(yè)務系統(tǒng)，值班人員的精力耗費在大量重復、機械但又重要的事項上（孫路強等，2013）。

針對上述問題，利用C#編程語言，結合重慶區(qū)域特點研發(fā)了“重慶市測震臺網(wǎng)值班管理信息化系統(tǒng)”。該系統(tǒng)能收集各項值班信息和臺網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，并依托數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進行整合，生成的電子數(shù)據(jù)表包括臺網(wǎng)值班日志、儀器運維情況、儀器運行完整率、儀器標定、臺基背景噪聲等。系統(tǒng)還提供數(shù)據(jù)查詢分析、產(chǎn)品產(chǎn)出、事務提醒、短信發(fā)送、語音播報等功能，上述數(shù)據(jù)的整合與功能的實現(xiàn)不僅可準確記錄儀器、臺站、技術系統(tǒng)等局部業(yè)務的信息，更能從宏觀上反映臺網(wǎng)的整體運行情況，從而緩解值班人員的工作壓力，提高工作效率和數(shù)據(jù)產(chǎn)品質量，進而推進重慶市測震臺網(wǎng)管理的信息化發(fā)展，為監(jiān)測預報工作提供有力支持。

1 技術思路

本系統(tǒng)采用C/S架構，架構與功能見圖1，主要分為客戶端程序和數(shù)據(jù)庫2部分。系統(tǒng)依靠圖形界面實現(xiàn)人機交互，為用戶提供多項業(yè)務功能，并通過數(shù)據(jù)庫保存和管理數(shù)據(jù)?？蛻舳顺绦虿捎肅#編程語言開發(fā)，它是1種完全面向對象的、運行于.NET Framework之上的高級程序設計語言，具有安全、穩(wěn)定、簡明等特點，實踐表明C#更適合Windows系統(tǒng)及測震業(yè)務需求。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用Mysql開源關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，具有運行快速、多線程、多用戶、多引擎等特點，支持標準SQL查詢語言和多種數(shù)據(jù)類型，能對數(shù)據(jù)進行各種詳細查詢，還可快速對數(shù)據(jù)進行備份與恢復，目前已廣泛被各測震業(yè)務軟件使用（如Jopens、EQIM等）。

圖1 重慶市測震臺網(wǎng)值班管理信息化系統(tǒng)架構Fig.1 Structure diagram of duty management information system in Chongqing seismic network

客戶端程序通過調(diào)用Mysql程序接口建立與數(shù)據(jù)庫的通信，此架構將數(shù)據(jù)存儲與客戶端程序隔離開，使數(shù)據(jù)庫具有易遷移、可對接以及可二次開發(fā)、網(wǎng)頁開發(fā)的擴展性能，客戶端程序可隨時依據(jù)客戶需求和業(yè)務變化進行靈活的修改與升級。

2 系統(tǒng)設計

根據(jù)重慶市測震臺網(wǎng)工作需求和業(yè)務特點，結合現(xiàn)有的軟、硬件技術環(huán)境，系統(tǒng)功能主要側重于2方面：值班數(shù)據(jù)收集與臺網(wǎng)業(yè)務管理。數(shù)據(jù)庫主要用于業(yè)務數(shù)據(jù)的定義、操作、組織、存儲與運行管理，軟件客戶端則負責與數(shù)據(jù)庫的交互及各功能模塊的實現(xiàn)。

2.1 軟件客戶端設計

2.1.1 功能模塊與業(yè)務流程

軟件客戶端主要實現(xiàn)以下功能：用戶權限管理、數(shù)據(jù)庫交互、值班日志錄入、技術系統(tǒng)監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢分析、數(shù)據(jù)產(chǎn)品產(chǎn)出、業(yè)務檢查與事務提醒、短信發(fā)送、語音播報、系統(tǒng)參數(shù)管理等。軟件客戶端的業(yè)務流程與功能模塊組成見圖2。

2.1.2 界面設計

系統(tǒng)采用Windows窗體應用程序布局，配置常用的菜單欄、快捷工具按鈕、狀態(tài)欄和表格控件等。用戶進入系統(tǒng)前，需要登錄以實現(xiàn)權限管理，主界面上方為菜單區(qū)，包含了臺網(wǎng)基礎信息管理、軟件工具、系統(tǒng)設置和幫助等主要功能，菜單區(qū)下方為快捷工具按鈕和信息欄，快捷工具欄包括了數(shù)據(jù)庫連接設置、數(shù)據(jù)圖表、短信發(fā)送、報表導出等常用功能，信息欄則滾動顯示當日重要信息?？旖莨ぞ甙粹o下方為表格錄入?yún)^(qū)，放置了日常值班中常用的4張報表，各表采用分頁控件容納在主界面窗體中，均可實現(xiàn)錄入、刪除、更改、查詢等操作。系統(tǒng)的主界面如圖3所示。

2.2 數(shù)據(jù)庫設計

系統(tǒng)采用Mysql數(shù)據(jù)庫完成對業(yè)務數(shù)據(jù)的保存與管理，將數(shù)據(jù)庫運行于更加穩(wěn)定、安全的Linux系統(tǒng)上，數(shù)據(jù)庫組件包含Mysql-server和Mysql-client，引擎選擇為InnoDB。

圖2 系統(tǒng)業(yè)務流程與功能模塊組成Fig.2 The composition of system business process and function module

圖3 系統(tǒng)主界面Fig.3 Main interface of system

2.2.1 構建數(shù)據(jù)庫表空間

考慮到本系統(tǒng)和重慶臺網(wǎng)業(yè)務的雙重需求，并兼顧臺網(wǎng)運行和后續(xù)開發(fā)，數(shù)據(jù)表結構的設計遵循了標準和堅持開放的原則（孫路強等，2016），合理設置各表主鍵及索引，減少冗余，避免在各表中設置重復字段。如系統(tǒng)中較重要的“臺站信息表”，其字段較全面的囊括了臺網(wǎng)的基礎信息，其它數(shù)據(jù)表可以通過相關字段與其進行聯(lián)合查詢及索引，并盡量詳細的對表結構進行注釋，以便后續(xù)開發(fā)和其它軟件用戶的訪問，表結構見表1，各表所屬功能劃分和邏輯關系見圖4。

表1 臺站信息Table 1 Station information

圖4 數(shù)據(jù)庫各表所屬功能劃分和邏輯關系Fig.4 The functional division and logical relationship of tables in database

2.2.2 數(shù)據(jù)庫安全備份

大多數(shù)軟件系統(tǒng)都需要考慮數(shù)據(jù)庫的安全備份，雖然其在整個軟件開發(fā)周期中的工作量甚至不到5%，看似不太重要，但當數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)不可逆破壞時，丟失的業(yè)務數(shù)據(jù)將不可恢復，損失極大，所以針對數(shù)據(jù)庫安全方面的維護是1項長期任務（劉愛華，2011）。如在我國地震行業(yè)內(nèi)，國家及各省局前兆臺網(wǎng)統(tǒng)一采用主、備服務器定時雙機熱備的安全策略，較好地保證了數(shù)據(jù)的安全和及時性。

根據(jù)重慶市測震臺網(wǎng)特點，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫有2種備份方式：①利用多種數(shù)據(jù)庫管理工具（如SQLyog、Navicat Lite等）進行數(shù)據(jù)安全備份，優(yōu)點在于可遠程在Windows平臺上進行圖形界面化的備份和恢復，方便簡潔，缺點在于依賴人工且及時性較差；②自動備份，使用Mysql用于轉儲數(shù)據(jù)庫的程序Mysqldump，產(chǎn)生1個SQL腳本，可實現(xiàn)重建數(shù)據(jù)庫，利用此程序可在Linux系統(tǒng)中編寫備份腳本，將數(shù)據(jù)庫全部內(nèi)容備份到目標位置，目標位置可以是本機磁盤，也可以是其它服務器甚至異地服務器，同時利用內(nèi)置于Linux系統(tǒng)中的Crontab軟件定時執(zhí)行該備份腳本，實現(xiàn)了Mysql數(shù)據(jù)庫完全自動化備份，高效、快捷、經(jīng)濟，既保證了數(shù)據(jù)安全，也省去了重復的人工勞動。

2.2.3 客戶端與數(shù)據(jù)庫的交互

客戶端與數(shù)據(jù)庫的交互主要集中在數(shù)據(jù)庫連接和對數(shù)據(jù)表的操作上。系統(tǒng)與Mysql數(shù)據(jù)庫連接需要在引用中添加Mysql.Data.dll程序集，該程序集包含了與數(shù)據(jù)庫通信的連接對象和方法。由于客戶端除與本管理系統(tǒng)交互外，還需要訪問Jopens、EQIM、統(tǒng)一編目等測震業(yè)務數(shù)據(jù)庫，而數(shù)據(jù)庫連接所需的IP、數(shù)據(jù)庫名稱、用戶名、密碼等信息可能會隨業(yè)務需求發(fā)生變化，故定義了1個專門進行數(shù)據(jù)庫連接訪問的類，同時以配置文件的形式存儲上述數(shù)據(jù)庫的連接信息，該類只需在系統(tǒng)啟動時對配置文件進行讀取或者修改，即可完成數(shù)據(jù)庫的連接。

系統(tǒng)在運行過程中需頻繁地對數(shù)據(jù)表進行增、刪、查、改等操作，故在代碼中將數(shù)據(jù)表一一對應抽象為實體類，各表的字段對應實體類的屬性，1個實體類對應數(shù)據(jù)表的1行記錄，多條記錄可以利用實體類的泛型對象進行存儲，這樣的設計不僅實現(xiàn)了代碼復用，減少了冗余，且提升了數(shù)據(jù)庫交互效率。

2.3 系統(tǒng)特點

本系統(tǒng)通過信息化手段對測震臺網(wǎng)值班工作進行了有效的整合與優(yōu)化，通過數(shù)據(jù)庫科學的存儲、管理業(yè)務數(shù)據(jù)以及程序客戶端對各事務工作進行的技術封裝，將以前零散、瑣碎的事務變成了快捷的程序功能，從而減少了重復性機械勞動，解放了人工，提高了測震臺網(wǎng)值班的工作效能，增強了快速響應震情的能力。系統(tǒng)的主要特點有：

（1）程序界面可視化?？蛻舳顺绦虿捎肳inForm框架，符合主流Windows用戶操作習慣，用戶接受快、體驗好，操作簡單方便，并通過表格、圖表等豐富的可視控件直觀地為用戶提供服務。

（2）功能實用。系統(tǒng)提供的功能豐富實用，與測震業(yè)務結合緊密，貼近值班工作，為地震速報一線提供了多種輔助工具，如快速查看速報震中精細地圖、業(yè)務檢查和事務提醒功能等，不僅提高了工作效率，也減少了人為疏漏。

（3）建立基礎業(yè)務數(shù)據(jù)庫。著眼于重慶市測震臺網(wǎng)的業(yè)務需求和技術發(fā)展，建立了可擴展、可二次開發(fā)的基礎業(yè)務數(shù)據(jù)庫，為長久保存和積累重慶市測震業(yè)務數(shù)據(jù)打下了基礎。

（4）值班管理信息化。為順應地震行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展趨勢，本系統(tǒng)致力于重慶市測震臺網(wǎng)值班管理的信息化，以通信、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫技術為基礎，將測震業(yè)務各要素匯總至數(shù)據(jù)庫，并使用客戶端程序實現(xiàn)技術封裝和功能實現(xiàn)，為業(yè)務人員提高業(yè)務能力提供幫助。

3 系統(tǒng)主要功能

3.1 值班日志填寫

為方便值班人員填寫電子工作日志，系統(tǒng)主界面中放置了1個分頁控件來存放每天需要填寫的日志表格，包括值班表、臺網(wǎng)值班日志、值班運維表、儀器運行完整率表，圖5為臺網(wǎng)值班日志錄入界面。上述表格是臺網(wǎng)紙介質日志的抽象，包含了值班工作需要記錄的各項信息，針對諸如日期時間、序列等特定數(shù)據(jù)類型提供時間、下拉框列表等控件，同時增加誤輸入提示；針對儀器運行完整率等記錄較多的表，提供文件導入功能；針對儀器運維表，系統(tǒng)會根據(jù)錄入的臺站代碼等關鍵字段，從數(shù)據(jù)庫中查找相應的臺站基礎信息補全該條記錄，即使錄入錯誤也會在焦點單元格改變后自動修正，并在每張表提交時自動判斷記錄是否重復，對新記錄執(zhí)行插入操作，對已有記錄執(zhí)行更新操作，提高了錄入效率，保證了數(shù)據(jù)的正確性。

圖5 臺網(wǎng)值班日志錄入界面Fig.5 Interface of seismic network duty log entry

3.2 數(shù)據(jù)表交互

系統(tǒng)對各業(yè)務數(shù)據(jù)表提供查詢、高級篩選、更新與刪除、大批量導入導出等功能。數(shù)據(jù)表均以Gridview表格控件的形式呈現(xiàn)，并根據(jù)數(shù)據(jù)應用設置查詢條件按鈕，可以根據(jù)臺站代碼、數(shù)據(jù)起止時間等關鍵字進行組合查詢，查詢結果可實現(xiàn)類似Excel的自動篩選、高級篩選和排序功能，還可根據(jù)自身需求靈活訂制顯示表格，選擇行列分組、查找面板等布局模式，極大優(yōu)化了查詢的顯示效果和數(shù)據(jù)透視能力，圖6為臺基背景噪聲數(shù)據(jù)管理頁面。

系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)表均可實現(xiàn)導入、導出功能。導入功能采用NOPI＋MysqlBulkLoader模式，主要用于將歷史數(shù)據(jù)遷移到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，在沒有安裝Office程序的情況下，NOPI可對Excel、Word等微軟OLE2文檔進行高效的讀寫操作，而MysqlBulkLoader是1種可實現(xiàn)高速大批量向Mysql數(shù)據(jù)庫導入數(shù)據(jù)的工具，經(jīng)測試，該模式一次性導入2萬條數(shù)據(jù)的耗時在5s以內(nèi)。導出功能則直接由Gridview表格控件自帶的方法實現(xiàn)，在用戶查詢、篩選出目標數(shù)據(jù)后可快速導出為Excel、PDF、CSV等多種格式。高效的導入導出功能優(yōu)化了數(shù)據(jù)錄入和維護效率，也為數(shù)據(jù)的快速遷移提供了捷徑。

圖6 臺基背景噪聲數(shù)據(jù)管理頁面Fig.6 Interface of seismic station base noise data management

3.3 數(shù)據(jù)分析

系統(tǒng)提供對業(yè)務數(shù)據(jù)的分析功能，通過對數(shù)據(jù)庫中各業(yè)務表的查詢篩選，可根據(jù)自身需求分析數(shù)據(jù)，如可查詢某時間段內(nèi)臺網(wǎng)或臺站的數(shù)據(jù)連續(xù)率，進而得知臺網(wǎng)和儀器運行是否穩(wěn)定、主要發(fā)生故障的時間段，并通過儀器運維表具體查詢儀器的故障類型，分析其原因，制定維護對策。系統(tǒng)提供儀器運行完整率、儀器運維的圖表展示功能，用戶可通過圖表直觀快速地了解臺網(wǎng)和儀器的運行概況，圖7—9為運行率與故障類型分析圖表。

圖7 2017年重慶市測震臺網(wǎng)運行率統(tǒng)計Fig.7 Statistics of operation ratio for Chongqing seismic network in 2017

圖8 2017年11月重慶市長壽地震臺運行率統(tǒng)計Fig.8 Statistics of operation ratio for Changshou Seismic station in November 2017

圖9 2017年11—12月重慶市測震臺網(wǎng)儀器故障類型統(tǒng)計Fig.9 Statistics of instrument fault type for Chongqing seismic network in November and December 2017

3.4 業(yè)務檢查和提醒

系統(tǒng)采用Timer時間控件實現(xiàn)業(yè)務檢查和事務提醒功能，在該控件的Tick事件中寫入了各項檢查任務的具體操作方法，并配有專門的設置頁面控制業(yè)務檢查的時間、頻率和檢查地址與路徑。系統(tǒng)定時自動訪問國家臺網(wǎng)業(yè)務FTP服務器，檢查當月臺網(wǎng)運行月報、觀測報告、標定報告、震源新參數(shù)產(chǎn)出等專項工作的報送情況，最后匯總檢查結果并通過彈窗提醒，同時將檢查結果以短信的形式發(fā)送到系統(tǒng)管理員的手機上。利用開發(fā)的震情短信發(fā)送程序集1李光科，2014.重慶測震臺網(wǎng)速報短信平臺研制與應用.2014年重慶市地震局科研課題結題報告.實現(xiàn)系統(tǒng)的短信功能，該程序集通過國家12322短信平臺接口發(fā)送短信，圖10為業(yè)務檢查結果短信。

3.5 行業(yè)數(shù)據(jù)庫的二次開發(fā)

系統(tǒng)可訪問EQIM速報信息共享平臺、Jopens系統(tǒng)等業(yè)務數(shù)據(jù)庫，具有較好的業(yè)務融合能力與擴展性。通過引入百度提供的地圖服務應用接口，聯(lián)合EQIM速報信息高效地訪問地圖資源，并將查詢到的主震及余震序列位置顯示在百度地圖上。用戶在速報完成后即可快速查看震中精確位置、地形、交通、居民點分布狀況，為地震應急和災情研判提供有力支持，圖11為2016年12月27日重慶榮昌區(qū)M4.8地震及2次較大余震的分布情況。用戶還可訪問Jopens編目數(shù)據(jù)庫，根據(jù)自身需求查詢、篩選地震目錄，同時提供多種格式的地震目錄下載，通過Mapsis、GMT等繪圖軟件可直接利用下載目錄進行繪圖和數(shù)據(jù)分析，為預測預報工作提供了快捷的數(shù)據(jù)服務。

圖10 業(yè)務檢查短信Fig.10 Working check message

圖11 2016年12月27日重慶市榮昌區(qū)M 4.8級地震及2次較大余震分布Fig.11 Location of the M 4.8 earthquake and the two large aftershocks at the Rongchang District of Chongqing in December 27, 2016

3.6 語音交互

系統(tǒng)采用Neospeech合成語音庫實現(xiàn)語音播報功能，開發(fā)前需預裝此語音引擎，開發(fā)時引用System.Speech程序集，并為語音功能單獨編寫類和實現(xiàn)的靜態(tài)方法。語音播報可在用戶登錄、非法輸入、關鍵事務提醒等重要操作時實現(xiàn)語音交互，不僅增強了人機交互性，同時也帶來了良好用戶體驗。

4 軟件應用與推廣

重慶市測震臺網(wǎng)值班管理信息化系統(tǒng)自2017年正式投入使用以來，運行正常穩(wěn)定，共計導入歷史數(shù)據(jù)45621條，記錄值班日志396條，產(chǎn)出服務產(chǎn)品18期，業(yè)務檢查56次。系統(tǒng)運行過程中，經(jīng)過多次收集測試反饋、修復程序漏洞，不斷提高系統(tǒng)的實用性和適用性。通過該系統(tǒng)，值班人員可快捷地錄入值班信息、高效地記錄臺網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，管理人員可方便地對業(yè)務數(shù)據(jù)進行查詢、分析和處理。與以往紙介質及零散的數(shù)據(jù)文件模式相比，該系統(tǒng)的查詢效率大大提升，以臺基背景噪聲數(shù)據(jù)為例，查詢某臺站1年的數(shù)據(jù)平均僅需50ms，以臺網(wǎng)運行率數(shù)據(jù)為例，查詢重慶臺網(wǎng)35個臺站1年的運行率數(shù)據(jù)僅耗時600ms，針對如儀器運維情況等業(yè)務信息，本系統(tǒng)的優(yōu)勢體現(xiàn)在可快速篩選出指定類型的目標數(shù)據(jù)進行分析，快速高效的檢索能力是以往系統(tǒng)所不具備的。針對臺網(wǎng)運行管理，系統(tǒng)通過事務檢查、重要事務提醒等實用工具進一步保證了業(yè)務工作質量，每月還可定期自動匯總臺網(wǎng)整體運行情況，通過短信通知的形式為臺網(wǎng)管理人員開展業(yè)務跟蹤與效能評估提供支持。

綜上所述，該系統(tǒng)的運行提升了值班人員的工作效率，保障了臺網(wǎng)整體運行與數(shù)據(jù)產(chǎn)品質量，為重慶市測震臺網(wǎng)值班管理的信息化、網(wǎng)絡化、智能化、無紙化提供了平臺。其合理性、實用性得到了驗證，并得到了值班人員和專家的一致認可，下一步將繼續(xù)對系統(tǒng)進行優(yōu)化，增強代碼的健壯性和程序功能，以期能夠在行業(yè)內(nèi)進行推廣。

致謝：系統(tǒng)在研究、開發(fā)、試運行階段，得到了云南省地震局監(jiān)測中心楊正綱工程師的技術支持和幫助，在此表示衷心的感謝。