江蘇省地震監(jiān)測信息化架構(gòu)研究

戴波 劉紅桂 雷利 江昊琳 盧永

江蘇省地震局，南京 210014

0 引言

經(jīng)過幾十年的不懈努力，江蘇省地震監(jiān)測觀測臺網(wǎng)從無到有，監(jiān)測設備從引進仿制到自主研發(fā)、生產(chǎn)，從模擬到數(shù)字化，從人工值守到自動化觀測；監(jiān)測數(shù)據(jù)被廣泛應用于地震速報、地震預測研究、地震災害防御、地震緊急救援以及地震科學研究，在減輕地震災害和維護社會穩(wěn)定方面發(fā)揮了重要作用（宋彥云，2009）。江蘇省地震監(jiān)測信息化經(jīng)歷了起步發(fā)展階段、系統(tǒng)集成階段、應用集成階段，現(xiàn)已進入以“數(shù)據(jù)資源化、應用云端化、服務智能化”為目標的信息集成階段。為了更有效地促進基礎(chǔ)設施和數(shù)據(jù)資源集約整合，實現(xiàn)業(yè)務應用的聯(lián)動與協(xié)同，推動信息技術(shù)與地震業(yè)務的深度融合和創(chuàng)新發(fā)展，需要建立一套高效的信息系統(tǒng)開發(fā)架構(gòu)以對信息系統(tǒng)的建設統(tǒng)一規(guī)劃（李爽爽等，2012）。

近年來，江蘇省地震局不斷加快全省地震監(jiān)測體系信息化建設，充分開發(fā)利用信息資源，不斷整合業(yè)務應用體系，提高業(yè)務協(xié)同效率以及信息資源開發(fā)利用、服務水平。本文在全面梳理江蘇省地震監(jiān)測業(yè)務體系的基礎(chǔ)上，嘗試運用主流信息系統(tǒng)架構(gòu)方法——TOGAF企業(yè)架構(gòu)方法，對江蘇省監(jiān)測體系架構(gòu)進行梳理和研究，并提出了一種江蘇省地震監(jiān)測信息化架構(gòu)的模型。

1 信息系統(tǒng)架構(gòu)（TOGAF）理論與方法

TOGAF從業(yè)務、數(shù)據(jù)、應用和技術(shù)等方面梳理企業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和關(guān)系，AMD是TOGAF架構(gòu)的開發(fā)方法，ADM從為企業(yè)節(jié)省成本、開拓多樣性的業(yè)務模式出發(fā)，全方位構(gòu)建企業(yè)IT架構(gòu)，提高企業(yè)信息系統(tǒng)的應用水平。

ADM架構(gòu)開發(fā)方法論從整個生命周期描述了企業(yè)構(gòu)架的各個演化過程，為企業(yè)構(gòu)架設計提供了一種行之有效的方法。架構(gòu)開發(fā)迭代過程如圖1所示，該方法將架構(gòu)的過程分為幾個實施階段。整個過程包括閉合循環(huán)中的多個連續(xù)的階段。其中，A～D階段可視為規(guī)劃企業(yè)信息化戰(zhàn)略，E～H階段可視為制定戰(zhàn)略實施計劃。

圖1 ADM架構(gòu)開發(fā)迭代過程

企業(yè)架構(gòu)包括業(yè)務架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)、應用架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)等4個領(lǐng)域，各個領(lǐng)域之間又是緊密聯(lián)系的（蔣興東等，2011）。其中，業(yè)務架構(gòu)界定了系統(tǒng)所涵蓋的業(yè)務能力；應用架構(gòu)劃分出相互獨立的應用子系統(tǒng)及其功能；數(shù)據(jù)架構(gòu)對系統(tǒng)內(nèi)所涉及的各類數(shù)據(jù)進行設計、歸類和定義；技術(shù)架構(gòu)給從軟硬件技術(shù)層面給出如何實現(xiàn)應用架構(gòu)與數(shù)據(jù)架構(gòu)的途徑（戴波等，2017）。

2 江蘇省監(jiān)測體系總體架構(gòu)設計

2.1 業(yè)務架構(gòu)

梳理業(yè)務架構(gòu)是構(gòu)建信息化架構(gòu)的基礎(chǔ)，通常從機構(gòu)崗位、業(yè)務流程和業(yè)務信息等3個方面入手。江蘇省地震監(jiān)測業(yè)務架構(gòu)從業(yè)務需求和戰(zhàn)略發(fā)展的角度出發(fā)不斷完善，涉及江蘇省監(jiān)測領(lǐng)域的各方面，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已逐步形成一個較為合理的業(yè)務架構(gòu)。江蘇省地震監(jiān)測核心業(yè)務包括地震臺網(wǎng)建設、運維，全省地震數(shù)據(jù)資料匯集、處理，地震數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務，并滿足與地震系統(tǒng)其它業(yè)務系統(tǒng)之間的縱橫溝通、橫向集成的需要，為其他地震業(yè)務部門提供服務支持。江蘇省地震監(jiān)測機構(gòu)包括江蘇省地震監(jiān)測中心、省屬地震臺和市縣地震臺，每個機構(gòu)擁有一定數(shù)量的崗位，各崗位上的人員負責執(zhí)行特定的業(yè)務流程。

江蘇省地震監(jiān)測體系信息化建設愿景如圖2所示。

圖2 江蘇省地震監(jiān)測信息化建設愿景圖

江蘇省地震監(jiān)測核心業(yè)務能力及業(yè)務信息：

（1）江蘇省區(qū)域臺網(wǎng)建設

江蘇省地震監(jiān)測臺網(wǎng)包括國家基本臺網(wǎng)江蘇部分、省級監(jiān)測臺網(wǎng)和市縣級監(jiān)測臺網(wǎng)等3級監(jiān)測網(wǎng)。江蘇地震監(jiān)測涵蓋地震測震臺網(wǎng)、強震臺網(wǎng)和地震前兆監(jiān)測臺網(wǎng)等3大臺網(wǎng)，全省各臺網(wǎng)的臺站分布如圖3～6所示。

圖3 江蘇省測震臺網(wǎng)臺站分布

圖4 江蘇省強震動臺網(wǎng)臺站分布

圖5 江蘇省前兆臺網(wǎng)臺站分布

圖6 事業(yè)發(fā)展對江蘇省地震監(jiān)測信息化的要求

（2）地震觀測數(shù)據(jù)的匯集與產(chǎn)出

全省共建設30個信息節(jié)點，其中，省級區(qū)域中心節(jié)點1個，區(qū)市節(jié)點13個，臺站節(jié)點16個，各信息節(jié)點與區(qū)域中心節(jié)點采用MSTP專線連接，構(gòu)成了遍布全省的地震行業(yè)骨干網(wǎng)。

（3）地震數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務

對江蘇省陸地、海域及鄰區(qū)的地震事件進行分析處理、信息報送；快速測定地震基本參數(shù)，及時產(chǎn)出震源機制解；產(chǎn)出地震動參數(shù)分布圖以及地震動影響場；

實時匯集處理前兆觀測數(shù)據(jù)，提取異常。

（4）技術(shù)支持與保障

全省已形成了省、市兩級維修維護工作機制，建設了備機備件庫。同時，成立的華東片區(qū)前兆儀器維修中心負責保障華東片區(qū)4家單位的地震前兆設備的快速運維工作。

（5）地震加密監(jiān)測

針對預測重點地區(qū)或在破壞性地震發(fā)生后，圍繞重點區(qū)或震區(qū)快速組建高密度的流動臺網(wǎng)，采用無線傳輸方式在省臺網(wǎng)中心實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯集，提升震后趨勢判定及相關(guān)地震數(shù)據(jù)產(chǎn)品產(chǎn)出等方面的服務能力。

（6）科研工作與團隊建設

圍繞地震監(jiān)測領(lǐng)域的重點難點問題，積極開展科研與公關(guān)工作，積極拓寬地震科技服務領(lǐng)域，注重地震科技成果轉(zhuǎn)化。強化地震科研人才培養(yǎng)與管理，重視科研團隊建設，積極拓展各類合作空間，整合資源優(yōu)勢形成合力。

（7）地震科普

接待高校、中小學、政府機關(guān)、科技部門、檔案等部門參觀訪問。配合江蘇省地震學會進行科普宣傳教育。

（8）綜合業(yè)務管理

指導市縣地震觀測臺站（網(wǎng)）的建設，承擔全省地震觀測環(huán)境保護工作；負責組織協(xié)調(diào)全省地震臺站（網(wǎng)）的地震觀測技術(shù)質(zhì)量管理、全省地震臺站（網(wǎng)）的監(jiān)測質(zhì)量評比；組織全省地震觀測資料評比會，組織全省臺站（網(wǎng)）觀測技術(shù)培訓工作。

綜上所述，事業(yè)發(fā)展對江蘇省地震監(jiān)測信息化的要求可歸納為圖6所示。

2.2 數(shù)據(jù)架構(gòu)

由信息系統(tǒng)支撐的江蘇省地震監(jiān)測體系運作狀況，是通過信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)反映出來的。在江蘇省地震監(jiān)測體系總體架構(gòu)中，數(shù)據(jù)架構(gòu)處于基礎(chǔ)和核心地位。數(shù)據(jù)架構(gòu)的建設包括3個步驟：

（1）參照業(yè)務管理流程、管理的信息需要、行業(yè)標準列出數(shù)據(jù)項；

（2）定義數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)項的屬性及關(guān)聯(lián)；

（3）建立數(shù)據(jù)項和業(yè)務功能之間的關(guān)系。

從數(shù)據(jù)的角度分析，江蘇省地震監(jiān)測體系數(shù)據(jù)架構(gòu)要在分析江蘇省地震監(jiān)測各類數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ)上進行抽象，設計合理的數(shù)據(jù)模型，為元數(shù)據(jù)管理提供支撐（蔣東興等，2011）。根據(jù)業(yè)務架構(gòu)對象域劃分結(jié)果：地震臺站數(shù)據(jù)，地震儀器數(shù)據(jù)、地震觀測數(shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)產(chǎn)品、項目管理數(shù)據(jù)、事務管理數(shù)據(jù)等（蔡寅等，2014）。具體說明如表1所示。

表1 架構(gòu)數(shù)據(jù)類型

根據(jù)江蘇省地震監(jiān)測體系軟硬件環(huán)境、數(shù)字資源和資源數(shù)字化的情況，數(shù)據(jù)架構(gòu)中主要實體之間的關(guān)系如圖7所示。

隨著各類型數(shù)據(jù)的不斷增多以及各種應用的不斷豐富，數(shù)據(jù)項與應用之間的關(guān)系也更加復雜，因此好的數(shù)據(jù)架構(gòu)既要有通用性，也要符合業(yè)務特征；既要有統(tǒng)一標準，還要有一定的穩(wěn)定性和前瞻性，能夠支持業(yè)務的不斷發(fā)展（馮甲策，2014）。

2.3 應用架構(gòu)

應用架構(gòu)的目的是建立業(yè)務架構(gòu)和數(shù)據(jù)架構(gòu)與具體的IT應用系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)，它定義了向業(yè)務部門提供的整體IT應用系統(tǒng)和功能。應用架構(gòu)在IT架構(gòu)中發(fā)揮核心作用，它連接業(yè)務架構(gòu)中的流程、組件、功能、人員，也連接數(shù)據(jù)架構(gòu)中的數(shù)據(jù)管理和使用，還能夠提出對于技術(shù)架構(gòu)和IT基礎(chǔ)設施的要求（宋俊典等，2010）。

根據(jù)江蘇省地震監(jiān)測體系的現(xiàn)狀和信息化發(fā)展需求，系統(tǒng)的應用架構(gòu)劃分為觀測數(shù)據(jù)管理、業(yè)務管理、公共服務、事務管理等4個部分。在遵循總體規(guī)劃、分步實施、邊建邊用原則的基礎(chǔ)上，既保證系統(tǒng)能夠快速建設、穩(wěn)定運行，又保證整體的靈活性和先進性（趙芳等，2017）。

圖7 江蘇省監(jiān)測數(shù)據(jù)架構(gòu)中主要實體之間的關(guān)系

（1）觀測數(shù)據(jù)管理

江蘇省區(qū)域臺網(wǎng)的建設已經(jīng)形成規(guī)模，面對每天產(chǎn)出的海量觀測數(shù)據(jù)，需要統(tǒng)一地整合、管理，江蘇省地震監(jiān)測體系負責所在轄區(qū)內(nèi)觀測數(shù)據(jù)的匯交和緩存。觀測數(shù)據(jù)管理水平將直接影響地震數(shù)據(jù)對行業(yè)內(nèi)外的服務水平。

（2）業(yè)務管理

為提升業(yè)務管理的效率、提供決策支持所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)業(yè)務執(zhí)行的管控，需要各類業(yè)務管理，其包括3大臺網(wǎng)的業(yè)務管理（值班、巡檢、年月報等）、儀器運維管理、項目管理、地震應急管理等系統(tǒng)。

（3）事務管理

事務管理涵蓋黨建工作管理、考勤管理、資料評比管理、臺站管理、市縣效能考核管理、培訓會務管理等。

（4）公共服務

面向政府、社會、行業(yè)和公眾需求，江蘇省地震監(jiān)測體系以強化公共服務為目標，不斷加快現(xiàn)代化建設。其一，向轄區(qū)內(nèi)用戶提供數(shù)據(jù)產(chǎn)品（三要素速報、預警數(shù)據(jù)、地震烈度速報數(shù)據(jù)），滿足公眾對地震信息服務的需求；其二，積極投身地震科普宣傳，不斷開發(fā)科普產(chǎn)品，拓展傳播渠道，創(chuàng)新宣教模式，增強社會公眾的防震減災意識和應對地震災害的能力；其三，通過門戶網(wǎng)站，實時推送江蘇省監(jiān)測體系動態(tài)信息，不斷提高江蘇省地震監(jiān)測體系品牌形象。

江蘇省地震監(jiān)測應用架構(gòu)示意圖如圖8所示。

圖8 江蘇省地震監(jiān)測應用架構(gòu)示意圖

2.4 技術(shù)架構(gòu)

技術(shù)架構(gòu)是信息化架構(gòu)中底層架構(gòu)，定義如何建立一個IT運行環(huán)境來支持數(shù)據(jù)和應用架構(gòu)，以保證業(yè)務的正常開展。技術(shù)架構(gòu)的設計涉及到技術(shù)采用、設計開發(fā)、產(chǎn)品選擇、基礎(chǔ)設施等方面原則（王寅來等，2013）。

江蘇省監(jiān)測體系的基礎(chǔ)軟硬件設施包含3大臺網(wǎng)（測震、前兆、強震），為以虛擬集群為主的分布式系統(tǒng)，主要包括通信網(wǎng)絡接入、臺站觀測數(shù)據(jù)接入?yún)R集、數(shù)據(jù)傳輸與共享服務、地震數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫管理與服務、系統(tǒng)管理與備份、技術(shù)系統(tǒng)運行監(jiān)控等部分；依托安全、穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡平臺，實現(xiàn)全省地震數(shù)據(jù)的匯交；擁有1個數(shù)據(jù)中心和1個數(shù)據(jù)備份中心，以實現(xiàn)地震的緩存和存儲；地震儀器運維團隊為整個體系的運行維護提供有效的技術(shù)支持，以實現(xiàn)臺網(wǎng)運維管理的智能化、實時化，確保高時效性、高可靠性、高運行率；儀器研發(fā)團隊和軟件研發(fā)團隊，從事地震監(jiān)測儀器的研發(fā)和業(yè)務管理、數(shù)據(jù)應用軟件的開發(fā)。地震科普團隊配合震害防御部門開展多種形式的科普活動。

2.4.1 3大臺網(wǎng)

2.4.1.1 測震臺網(wǎng)

江蘇省測震臺網(wǎng)由72個數(shù)字測震臺站組成，其中，深井臺站30個（含1個海島臺），地面臺42個（含1個海島臺）；國家級臺站2個。擁有1個數(shù)據(jù)匯集、處理、加工中心。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)涵蓋mysql數(shù)據(jù)庫、JOPENS軟件、PAPA軟件。

2.4.1.2 前兆臺網(wǎng)

江蘇省級地震前兆臺網(wǎng)2017年在運行的臺站共計31個，其中，形變臺站11個，流體臺站15個，地電臺站5個，地磁臺站14個。2017年在運行的儀器共計115套。江蘇地震前兆臺網(wǎng)中心現(xiàn)有2套數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：SQL Server 2003、Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

2.4.1.3 強震臺網(wǎng)

江蘇省強震臺網(wǎng)為由強震動臺網(wǎng)部（含東南區(qū)域強震動臺網(wǎng)中心職能）、強震動流動觀測基地以及76個強震臺站構(gòu)成的觀測體系。

2.4.2 地震儀器運維團隊

江蘇省地震監(jiān)測體系擁有一支負責臺站維護、設備檢測、系統(tǒng)運維的工作隊伍，形成了省、市兩級維修維護工作機制，建設了備機備件庫，建立了初步的測震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控平臺。

2.4.3 儀器研發(fā)團隊

江蘇省地震監(jiān)測體系儀器研發(fā)團隊擁有10余人的科研人員及1個儀器研發(fā)實驗室，承擔FHD-2B矢量質(zhì)子磁力儀、電磁擾動觀測儀器、WL6B穩(wěn)流電源等多款儀器的研發(fā)與推廣應用。

2.4.4 軟件研發(fā)團隊

軟件研發(fā)團隊由3大臺網(wǎng)人員和運維人員組成，針對日常工作中亟待解決的問題，開發(fā)適合業(yè)務開展和管理的軟件。

2.5 總體架構(gòu)

江蘇省地震監(jiān)測信息化架構(gòu)邏輯上分為基礎(chǔ)支撐平臺、數(shù)據(jù)庫資源層、應用支撐層、系統(tǒng)業(yè)務應用層、服務層等5層（圖9）。

（1）基礎(chǔ)支撐平臺層

基礎(chǔ)支撐平臺是整個系統(tǒng)的最底層，包含地震觀測基礎(chǔ)設施、應用軟件運行平臺和相關(guān)系統(tǒng)運行硬件設備等。

（2）數(shù)據(jù)庫資源層

圖9 江蘇省地震監(jiān)測信息化總體架構(gòu)

數(shù)據(jù)庫資源層提供系統(tǒng)所需的各類數(shù)據(jù)，有高效的數(shù)據(jù)存取、備份和安全管理等機制。它由地震臺站數(shù)據(jù)、地震儀器數(shù)據(jù)、地震觀測數(shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)產(chǎn)品、項目管理數(shù)據(jù)、事務管理數(shù)據(jù)等組成。

（3）應用支撐層

應用支撐層的應用組件包括：以虛擬集群為主的分布式系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡通訊平臺、儀器運維中心、儀器研發(fā)團隊、軟件研發(fā)團隊等。上述各項組件能夠為應用業(yè)務層提供統(tǒng)一的服務。

（4）業(yè)務應用層

系統(tǒng)業(yè)務應用層利用應用支撐層提供的各項組件，實現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)管理、業(yè)務管理、事務管理、公共服務等4大功能。

（5）服務層

服務層是用戶和系統(tǒng)直接交互的窗口，可提供良好的交互。用戶根據(jù)實際應用的需求，使用江蘇省地震監(jiān)測體系提供的各種應用服務。

3 應用成果

江蘇省地震監(jiān)測信息化架構(gòu)的提出，進一步厘清了信息化在建設、運行、管理和服務效果等方面的問題，能夠有效整合江蘇省地震監(jiān)測系統(tǒng)各類應用，提高了信息系統(tǒng)的應用水平。江蘇省地震局先后建立了地震自動速報與交互處理軟件系統(tǒng)、測震業(yè)務管理、前兆數(shù)據(jù)庫信息服務與管理、地震設備運維管理等子平臺，并參照江蘇省地震監(jiān)測信息化總體框架，不斷推進信息化建設，在不斷完善現(xiàn)有各類信息子平臺的基礎(chǔ)上，著力解決信息孤島、應用煙囪、部門割裂、上下游協(xié)同不夠等發(fā)展中的問題，目前正在開發(fā)項目綜合管理、事務綜合管理等子平臺。

自主研發(fā)的“地震自動速報與交互處理軟件系統(tǒng)”，實現(xiàn)了地震速報中的參數(shù)快速測定和信息發(fā)布，大大提高了地震速報的自動化水平和速度（圖10）。

圖10 人機交互地震速報分析界面

自主研發(fā)的“地震信息數(shù)據(jù)池”建立統(tǒng)一的地震信息資源池，便于企業(yè)和各種社會力量參與開發(fā)利用地震信息數(shù)據(jù)資源，向桌面用戶和移動終端用戶提供實時推送和主動查詢服務（圖11）。

圖11 地震信息數(shù)據(jù)池架構(gòu)示意

自主研發(fā)的“測震業(yè)務管理平臺”實現(xiàn)了江蘇省測震業(yè)務的綜合管理，其包含值班到崗登記、系統(tǒng)巡查登記、值班日志登記、有感地震報送、數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控、自動速報等功能。軟件界面如圖12所示。

圖12 測震業(yè)務管理平臺

自主研發(fā)的“江蘇省前兆數(shù)據(jù)庫信息服務與管理平臺”，實現(xiàn)了前兆數(shù)據(jù)庫測項查詢、各類日志查詢、基礎(chǔ)信息查詢、自動化值班、自動統(tǒng)計和資料下載等功能。軟件界面如圖13所示。

圖13 前兆數(shù)據(jù)庫信息服務與管理平臺

自主研發(fā)的“地震設備運維平臺”能夠高效管理人員、合同、儀器、差旅、快遞等基礎(chǔ)信息，同時該系統(tǒng)支持二維碼信息生產(chǎn)打印，保證對儀器信息全覆蓋和統(tǒng)一管理。軟件界面如圖14所示。

4 結(jié)語

本文在江蘇省地震監(jiān)測信息化建設實踐成果的基礎(chǔ)上，提出了一種基于TOGAF的江蘇省地震監(jiān)測信息化架構(gòu)。根據(jù)江蘇省地震監(jiān)測信息化建設的內(nèi)容，分為業(yè)務架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)、應用架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)等，闡述了系統(tǒng)的分層設計方案。該架構(gòu)雖然在總體和細節(jié)上還有需要修改和完善的工作，但是對地震監(jiān)測信息化建設有一定參考作用。該架構(gòu)的特點是以業(yè)務流程為中心，高效部署應用系統(tǒng)，提高IT技術(shù)人員的開發(fā)、維護效率，并能有效整合地震監(jiān)測體系中各項系統(tǒng)應用，有效發(fā)揮現(xiàn)有系統(tǒng)的價值。