地震預(yù)警PC客戶端的設(shè)計與實現(xiàn)

李水龍，周施文，于偉恒

（福建省地震局，福建 福州 350003）

0 引 言

置、預(yù)警參數(shù)信息、預(yù)警目標(biāo)城市預(yù)警時間以及預(yù)測烈度等。

地震預(yù)警作為一種能夠有效減輕地震災(zāi)害的手段，主要是利用地震P 波傳播速度大于破壞性S 波和面波，以及電磁波的傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地震波波速的原理，在盡可能短的時間內(nèi)確定地震基本參數(shù)（發(fā)震時刻、震源位置、地震震級）或者估計預(yù)警目標(biāo)區(qū)地震參數(shù)和破壞程度，在破壞性地震波到達(dá)目標(biāo)區(qū)域之前，對可能的破壞區(qū)域發(fā)出地震警報信息。地震預(yù)警客戶端界面作為預(yù)警信息發(fā)布的組成部分，可以將數(shù)值型的地震預(yù)警信息，以圖像的形式直觀明了地展現(xiàn)出來，從而提升信息的使用價值，提高用戶對信息內(nèi)涵的理解程度。作為地震預(yù)警系統(tǒng)的前端展現(xiàn)門戶，可為預(yù)警目標(biāo)城市提供預(yù)警信息發(fā)布的功能，并可通過形式多樣、清新友好的人機界面來更新展示地震預(yù)警的處理結(jié)果，實時展示地震空間位

1 預(yù)警信息傳輸協(xié)議

地震預(yù)警PC 客戶端采用MQTT 傳輸協(xié)議實現(xiàn)預(yù)警信息的接收、解析和可視化展示，預(yù)警信息的傳輸服務(wù)質(zhì)量控制方式為“只有一次”，客戶端收到且只收到一次地震預(yù)警信息，可通過XML 配置文件進(jìn)行靈活配置以實現(xiàn)不同區(qū)域的擴展使用。地震預(yù)警信息數(shù)據(jù)包由固定報頭、可變報頭和有效載荷組成。

所有數(shù)據(jù)包字節(jié)順序應(yīng)為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序（即大端字節(jié)序，其將高位字節(jié)存于內(nèi)存低地址端，低位字節(jié)存于內(nèi)存高地址端），字符編碼采用UTF-8。地震預(yù)警信息的傳輸采用JSON 數(shù)據(jù)包格式，固定報頭結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 地震預(yù)警信息JSON 數(shù)據(jù)包固定報頭結(jié)構(gòu)

地震預(yù)警信息JSON 數(shù)據(jù)包的可變報頭位于數(shù)據(jù)包固定報頭和有效載荷之間，長度為12 Byte，可變報頭結(jié)構(gòu)如表2所示。

表2 地震預(yù)警信息JSON 數(shù)據(jù)包可變報頭結(jié)構(gòu)

地震預(yù)警信息JSON 數(shù)據(jù)包有效載荷的具體結(jié)構(gòu)如表3所示。

表3 地震預(yù)警信息JSON 數(shù)據(jù)包有效載荷結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

地震預(yù)警PC 客戶端采用C/S 結(jié)構(gòu)，基于java 語言進(jìn)行開發(fā)，采用java Swing 工具包實現(xiàn)界面的開發(fā)和設(shè)計。

2.1 接口

在系統(tǒng)內(nèi)部接口方面，各模塊之間采用函數(shù)調(diào)用、參數(shù)傳遞、返回值的方式進(jìn)行信息傳遞。接口傳遞的信息是以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)封裝的數(shù)據(jù)，以參數(shù)傳遞或返回值的形式在各模塊之間傳輸。

地震預(yù)警信息顯示是以MVC 模式展示綜合處理輸出的地震預(yù)警處理結(jié)果。MVC 分別為模型（Mdoel）、視圖（View）和控制（Controller）。MVC 模式的目的是實現(xiàn)系統(tǒng)的智能分工。Model 層實現(xiàn)系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)邏輯，View 層實現(xiàn)與用戶的交互，Controller 層是Model 與View 之間溝通的橋梁，它可以分派用戶的請求并選擇恰當(dāng)?shù)囊晥D進(jìn)行顯示，同時也可以解釋用戶的輸入并將它們映射為模型層可執(zhí)行的操作。接口的內(nèi)部傳輸示意圖如圖1所示。

圖1 接口示意圖

2.2 地震預(yù)警信息顯示

地震預(yù)警信息顯示功能主要用于對地震預(yù)警處理結(jié)果的實時監(jiān)控和人機交互歷史瀏覽，并不存在大量的計算，對于C/S 結(jié)構(gòu)的實時監(jiān)控來說，需要完成對地震預(yù)警處理過程的動態(tài)展現(xiàn)，如P 波和S 波走時圈的實時跟蹤，考慮到一般顯示系統(tǒng)都是采用單線程模式來處理界面信息的刷新和同步，在設(shè)計時要充分考慮界面信息的動態(tài)變化需求。

地震預(yù)警客戶端涉及到的地圖界面的顯示，需要對經(jīng)緯度與屏幕坐標(biāo)之間進(jìn)行投影變換，如圖2所示。

圖2 經(jīng)緯度與屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)換示意圖

定義經(jīng)度轉(zhuǎn)的比例如式（1）所示：

定義緯度轉(zhuǎn)的比例如式（2）所示：

定義轉(zhuǎn)經(jīng)度的比例如式（3）所示：

定義轉(zhuǎn)緯度的比例如式（4）所示：

經(jīng)緯度（lon，lat）轉(zhuǎn)屏幕坐標(biāo)（，）如式（5）和式（6）所示：

屏幕坐標(biāo)（，）轉(zhuǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)如式（7）和式（8）所示：

2.3 客戶端界面運行流程

地震預(yù)警PC 客戶端的運行流程分為實時監(jiān)控界面顯示流程、人機交互瀏覽界面顯示流程和輔助流程。

2.3.1 實時監(jiān)控界面顯示流程

實時監(jiān)控界面顯示流程如圖3所示，具體流程為：

圖3 地震預(yù)警信息顯示-實時監(jiān)控

（1）當(dāng)有新的地震預(yù)警處理結(jié)果到達(dá)時，啟動本項功能；

（2）系統(tǒng)從新的地震預(yù)警處理結(jié)果中提取地震基本參數(shù)，并更新界面上對應(yīng)的信息；

（3）系統(tǒng)從新的地震預(yù)警處理結(jié)果中提取預(yù)警目標(biāo)的預(yù)測烈度，并更新界面上對應(yīng)的信息；

（4）系統(tǒng)從新的地震預(yù)警處理結(jié)果中提取波及波走時圈，并更新界面上對應(yīng)的信息；

（5）系統(tǒng)從新的地震預(yù)警處理結(jié)果中提取處理過程摘要，并更新界面上對應(yīng)的信息；

（6）系統(tǒng)從新的地震預(yù)警處理結(jié)果中提取對外發(fā)布的地震預(yù)警信息，并更新界面上對應(yīng)的信息。

2.3.2 人機交互瀏覽界面顯示流程

人機交互瀏覽界面顯示的具體流程為：

（1）當(dāng)選擇人機交互歷史瀏覽時，本項功能就會啟動；

（2）用戶選擇感興趣的歷史地震預(yù)警目錄列表；

（3）系統(tǒng)根據(jù)用戶選擇的預(yù)警事件ID，從歸檔的地震預(yù)警信息中返回符合條件地震預(yù)警信息；

（4）系統(tǒng)將界面信息更新為選擇的地震預(yù)警事件。

2.3.3 輔助流程

實時監(jiān)控界面只有與地震預(yù)警信息發(fā)布建立連接，才能實時接收地震預(yù)警的處理結(jié)果，具體流程為：

（1）當(dāng)用戶啟動客戶端軟件程序時，本項功能就會啟動；

（2）系統(tǒng)向地震預(yù)警信息發(fā)布發(fā)送連接請求；

（3）系統(tǒng)向地震預(yù)警信息發(fā)布發(fā)送用戶名和密碼；

（4）地震預(yù)警信息發(fā)布在確認(rèn)是授權(quán)客戶后與系統(tǒng)建立連接。

2.4 預(yù)警信息加工

預(yù)警客戶端接收到預(yù)警信息后，需要對預(yù)警信息做進(jìn)一步的解析和處理，計算客戶端所在地區(qū)的預(yù)警時間和預(yù)測烈度，然后在客戶端界面顯示對應(yīng)的信息。

2.4.1 預(yù)警時間計算

預(yù)警客戶端所在地的預(yù)警時間根據(jù)以下公式求得：

其中，為震源距，V為波的傳播速度，T為客戶端接收到預(yù)警信息的系統(tǒng)時間，為發(fā)震時刻。

2.4.2 預(yù)測烈度計算

預(yù)警客戶端在接收到地震預(yù)警信息后，根據(jù)客戶端所在位置計算震中距離，基于烈度衰減關(guān)系和接收到的地震預(yù)警參數(shù)信息估計本地潛在的地震烈度，預(yù)測本地烈度的公式為：

其中，為震中烈度，Dis 為震源距，單位為千米（km），、為回歸常數(shù)，不同地區(qū)取值不同，為近場飽和因子，不同地區(qū)取值不同。

2.5 可視化界面的實現(xiàn)

地震預(yù)警客戶端界面的實現(xiàn)采用java Swing 工具包實現(xiàn)界面的開發(fā)和設(shè)計，如圖4所示。界面主要包括4 個部分：

圖4 地震預(yù)警PC 客戶端界面

（1）菜單欄。菜單欄位于界面的最上部，包括預(yù)警等級、客戶端選擇、顯示客戶端信息按鈕。

（2）預(yù)警歷史目錄欄。預(yù)警歷史目錄欄位于界面最左側(cè)，包括歷史地震預(yù)警目錄和歷史事件導(dǎo)入按鈕兩個部分，可手動導(dǎo)入歷史地震事件文件。

（3）地圖欄。地圖欄位于界面的中間位置，包括行政地圖、高速鐵路、大型水庫以及核電站等大型工程的空間位置分布；當(dāng)接收到預(yù)警信息后會在地圖界面展示地震震中位置、盲區(qū)范圍、波及波傳播范圍、3 度區(qū)及6 度區(qū)范圍等信息；地圖界面可拖動，可放大縮小。

（4）圖標(biāo)欄。圖標(biāo)欄位于界面的最下方，包括預(yù)警系統(tǒng)連接狀態(tài)、預(yù)警發(fā)布準(zhǔn)則圖例等。

系統(tǒng)界面啟動成功后，點擊“選擇客戶端”選項選擇預(yù)警目標(biāo)城市，點擊“顯示客戶端信息”按鈕顯示客戶端預(yù)警信息框。

部分代碼為：

3 結(jié) 論

地震預(yù)警PC 客戶端界面是地震預(yù)警系統(tǒng)的重要組成部分，也是地震預(yù)警信息發(fā)布的基本途徑之一，本文從預(yù)警信息的傳輸協(xié)議、接口設(shè)計、信息傳輸流程、預(yù)警信息加工等方面，對地震預(yù)警PC 客戶端界面的設(shè)計和實現(xiàn)進(jìn)行了簡要介紹，希望本文能夠為地震預(yù)警系統(tǒng)運維人員和PC 客戶端界面使用人員提供參考。