章 靜 林 捷 楊 樂

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測震專業(yè)軟件評估平臺在地震行業(yè)中的應(yīng)用

章 靜 林 捷 楊 樂

（中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045）

本文簡要介紹了測震軟件評估平臺的基本架構(gòu)和功能，通過具體測試實例闡述了評估平臺的應(yīng)用，為地震行業(yè)專用軟件的測試提供了一個比測運行的軟件支撐平臺。通過對被測軟件進行合理、有效的測試，評價了被測試專業(yè)軟件在數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)交換、實時處理、交互處理、地震編目、數(shù)據(jù)管理與服務(wù)等方面的功能和性能指標，為進一步完善和改進測震專業(yè)軟件提供了相應(yīng)的實驗依據(jù)，為地震行業(yè)專用軟件的質(zhì)量保證起到積極作用。

測震軟件 軟件測試 實驗評估

引言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，軟件產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用到社會的各個領(lǐng)域，軟件產(chǎn)品的質(zhì)量逐漸被人們重視，成為共同關(guān)注的焦點。目前，我國地震行業(yè)已有許多測震專業(yè)軟件在不同地區(qū)、不同條件下進行應(yīng)用，這些軟件作為測震觀測系統(tǒng)中的一個組成部分，是關(guān)系整個觀測系統(tǒng)能否按時、有效產(chǎn)出各類高質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)的一個重要環(huán)節(jié)。以往對于各類測震專業(yè)軟件的評測，一般是采取驗收測試的辦法，每次針對具體的軟件系統(tǒng)要臨時制訂一個驗收測試大綱，而且測試過程中所采用的工具也比較“隨心所欲”，測試標準、測試內(nèi)容、測試方法和測試工具均不統(tǒng)一，因此對于軟件的性能難以得到統(tǒng)一的評價。

在軟件質(zhì)量保證越來越被重視的前提下，軟件測試在整個軟件開發(fā)中變得越來越重要。在地震行業(yè)中，軟件測試同樣是保證測震專業(yè)軟件質(zhì)量的重要手段，將直接影響這些地震專用軟件的生命力。將軟件測試技術(shù)應(yīng)用到地震專業(yè)軟件的開發(fā)和使用過程中，由此應(yīng)運而生了“測震專業(yè)軟件評估平臺”。它不僅能夠通過合理、有效的測試，評判軟件的功能、性能及技術(shù)指標；同時，評估平臺對于不斷改進測震軟件的運行質(zhì)量、完善功能、提高軟件性能提供了可靠的實驗依據(jù)，為推進我國數(shù)字地震觀測新技術(shù)的進步，研究測震臺網(wǎng)軟件改進與完善提供了一個新的途徑，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)構(gòu)成、功能和部署

1.1 系統(tǒng)介紹

測震專業(yè)軟件評估平臺是中國數(shù)字測震臺網(wǎng)質(zhì)量檢測和技術(shù)支持系統(tǒng)項目的一個重要組成部分，由中國地震臺網(wǎng)中心承擔建設(shè)，同時還聘請了其它省地震局和研究所的專家參加項目的咨詢與指導(dǎo)工作。此系統(tǒng)為應(yīng)用于測震臺網(wǎng)或臺站的專業(yè)軟件評估提供了一個比測運行的軟件支撐平臺，可滿足各類測震專業(yè)軟件模塊性能與功能評測的條件，能夠評價被測試軟件在數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)交換、實時處理、交互處理、地震編目、數(shù)據(jù)管理與服務(wù)等方面的功能和性能指標，并為進一步完善和改進這些測震專業(yè)軟件提供相應(yīng)的實驗依據(jù)。

測震專業(yè)軟件評估平臺由震例庫子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)回放子系統(tǒng)、測試評價管理子系統(tǒng)、地震定位測試工具子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)測試工具子系統(tǒng)和技術(shù)支持網(wǎng)站子系統(tǒng)6個部分構(gòu)成（見圖1）。

1.2 功能特性

測震專業(yè)軟件評估平臺以局域網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，采用B/S與C/S相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)，其中震例庫管理和軟件測試管理部分采用B/S架構(gòu)，數(shù)據(jù)回放、定位測試工具和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)測試工具部分采用C/S架構(gòu)。主要功能包括：震例數(shù)據(jù)庫及其數(shù)據(jù)庫管理；震例數(shù)據(jù)回放；測試用例數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理；為地震定位程序測試提供數(shù)據(jù)準備；對測震軟件中輸入、輸出數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)進行準自動化測試；提供專業(yè)技術(shù)支持與服務(wù)交流平臺。其功能示意圖見圖2。

（1）震例庫子系統(tǒng)

用于進行數(shù)據(jù)收集、格式轉(zhuǎn)換以及對數(shù)據(jù)庫中震例的增加、刪除、修改等。震例數(shù)據(jù)庫內(nèi)容包括波形數(shù)據(jù)、臺站儀器參數(shù)（臺站經(jīng)緯度、儀器響應(yīng)參數(shù)等）、震相數(shù)據(jù)（震相到時、振幅、周期等）以及地震參數(shù)（發(fā)震時刻、震中經(jīng)緯度、震級等）；數(shù)據(jù)存儲格式符合《中國數(shù)字測震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)規(guī)范》；對于速度記錄和加速度記錄的波形采用數(shù)據(jù)存儲方式，對于位移記錄采用記錄圖紙掃描后的圖像存儲方式。

（2）數(shù)據(jù)回放子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)回放軟件能夠從震例庫目錄下載任意的事件波形文件，形成實時波形數(shù)據(jù)流回放在網(wǎng)絡(luò)平臺上，作為被評測軟件的數(shù)據(jù)輸入。波形回放過程為評估被測軟件的功能、性能及定位程序的定位能力提供一個模擬實驗平臺，實現(xiàn)了回放過程的波形實時顯示、監(jiān)控、狀態(tài)檢測。在回放震例波形數(shù)據(jù)前，從數(shù)據(jù)庫中提取該震例相應(yīng)的臺站儀器參數(shù)，形成供被測軟件讀取的當前配置的臺站儀器參數(shù)表；回放時可選擇同時或分別回放到流服務(wù)器和消息服務(wù)器上；回放數(shù)據(jù)格式為miniSEED。

（3）測試評價管理子系統(tǒng)

它是一個后臺評價被測軟件綜合性能和功能的電子文檔管理系統(tǒng)。用于建立數(shù)據(jù)庫實例，包括測試項目數(shù)據(jù)庫、測試用例數(shù)據(jù)庫等；提供測試管理軟件，實現(xiàn)測試用例的追蹤和管理、測試項目的存儲和管理等；進行測試結(jié)果統(tǒng)計分析，根據(jù)測試過程中記錄的數(shù)據(jù)，提供度量統(tǒng)計功能，計算各類評價指標（比如誤觸發(fā)率、漏觸發(fā)率、定位誤差等），可以直觀的得到測試管理過程中需要進行分析和總結(jié)的數(shù)據(jù)。

（4）地震定位測試工具子系統(tǒng)

按照假想或?qū)嶋H地震臺網(wǎng)，針對網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)緣和網(wǎng)外的不同情況，對設(shè)定的震源位置，通過正演方法生成各種地殼模型（走時表）下的臺站理論到時，允許加上隨機誤差以模擬震相讀數(shù)誤差，允許加上臺站校正值，為地震定位程序的測試提供數(shù)據(jù)準備。

（5）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)測試工具子系統(tǒng)

通過與“數(shù)據(jù)規(guī)范”比較，進行數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)一致性檢查，實現(xiàn)對被測軟件中輸入、輸出數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)進行準自動化測試，對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可用性、合理性、完整性、是否符合相關(guān)規(guī)范等給出評測結(jié)果；測試數(shù)據(jù)范圍包括臺站儀器參數(shù)、在線波形數(shù)據(jù)、歸檔波形數(shù)據(jù)、地震目錄、震相、標定等各種處理結(jié)果、各種管理日志的存儲結(jié)構(gòu)，以及“數(shù)據(jù)規(guī)范”規(guī)定的各類交換數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。

（6）技術(shù)支持網(wǎng)站子系統(tǒng)

儀器維護和技術(shù)交流的一個技術(shù)支持平臺。網(wǎng)站的主要欄目包括新聞消息、儀器評測結(jié)果查詢展示、軟件評測結(jié)果查詢展示、相關(guān)儀器及軟件技術(shù)資料下載、儀器和軟件使用報告、BBS論壇、質(zhì)檢中心服務(wù)指南、相關(guān)鏈接等。

1.3 系統(tǒng)部署

測震專業(yè)軟件評估平臺部署在中國地震臺網(wǎng)中心大樓的計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，主要由若干臺服務(wù)器、磁盤陣列、交換機、KVM控制裝置和后臺運行工作站、臺式機設(shè)備組成。根據(jù)評估平臺的功能要求和任務(wù)部署，系統(tǒng)配備震例庫服務(wù)器、流服務(wù)器、消息服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、比測處理服務(wù)器和網(wǎng)站服務(wù)器，以及用于震例回放、交互分析和測評管理的工作站和臺式機。硬件系統(tǒng)拓撲圖見圖3。

2 測試實施

2.1 測試方法

鑒于對測震專業(yè)軟件的測試主要是一種軟件確認測試，由于不能假定測試者全面了解程序內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，因此，難以做到對所有的軟件邏輯路徑進行窮舉測試，故軟件測試一般是采取動態(tài)的“黑盒測試”，這種軟件行為的測試方法主要著眼于程序外部結(jié)構(gòu)、而不考慮內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，是針對軟件界面和軟件功能進行的測試（李翼等，2012）。

2.2 測試內(nèi)容

針對測震專業(yè)軟件的測試內(nèi)容主要涵蓋功能測試和性能測試。從國內(nèi)測震臺網(wǎng)（臺站）使用的專用軟件中歸納出針對測震專業(yè)軟件的測試用例，一般包括實時數(shù)據(jù)處理、人機交互分析處理、地震編目、監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理與服務(wù)等部分。

（1）實時數(shù)據(jù)處理

對軟件實時數(shù)據(jù)處理的測試，是通過啟動被測試的實時數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，檢查實際地震波形數(shù)據(jù)流的接收功能；并回放測試所準備的數(shù)據(jù)波形數(shù)據(jù)，檢查單臺觸發(fā)、綜合觸發(fā)、自動讀取震相、自動定位等功能；同時，計算誤觸發(fā)率和漏觸發(fā)率，將被測試軟件測定的結(jié)果與“標準”結(jié)果進行比較，計算定位結(jié)果偏差和震級偏差，并按網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)緣和網(wǎng)外進行統(tǒng)計，判定該實時數(shù)據(jù)處理軟件的性能。

（2）人機交互分析處理

對軟件人機交互分析處理的測試，是通過從地震波形數(shù)據(jù)庫中讀入指定事件的波形數(shù)據(jù)，依次檢查被測軟件是否具備如下功能：

地震波形顯示；

接收數(shù)據(jù)交換平臺的實時系統(tǒng)的自動處理結(jié)果和震相數(shù)據(jù)；標注自動讀取的震相、到時數(shù)據(jù)與殘差；

按到時、震中距或方位排序；

理論到時計算、標注；

地震信號濾波、仿真處理；

自動和快速人機交互讀取震相，可人工方便地修改、刪除、增加震相數(shù)據(jù)或選擇參加交互處理的地震臺站；

地震定位和震級計算，存儲計算結(jié)果；

顯示定位臺站分布、震中圖（根據(jù)震中位置和臺站分布自動匹配底圖）；

發(fā)送地震速報到交換平臺（消息中間件）或監(jiān)控系統(tǒng)；

序列處理功能：臺網(wǎng)按各自區(qū)域的地震情況，向模板序列提交一些典型地震。在臺網(wǎng)序列地震的批量處理中選用相應(yīng)模板進行快速定位；

人機交互測定地震矩張量、標量地震矩、震源機制解等震源參數(shù)，按地震數(shù)據(jù)規(guī)范要求格式存入數(shù)據(jù)庫并以圖形顯示測定結(jié)果。

最后，比較由被測試軟件得到的結(jié)果參數(shù)與從可靠來源獲得的供測試震例的結(jié)果參數(shù)，判定測試結(jié)果的正確性和準確性。

（3）地震編目

利用被測試的編目軟件對地震數(shù)據(jù)庫中存在的地震定位結(jié)果和震相數(shù)據(jù)編輯月報目錄、周報目錄、日報目錄以及相應(yīng)的地震觀測報告；以數(shù)據(jù)庫格式、適于應(yīng)用軟件使用的文件格式以及適于閱讀和生成紙介質(zhì)文本的格式，存儲所生成的地震目錄和地震觀測報告；對數(shù)據(jù)庫中至少兩個區(qū)域地震臺網(wǎng)生成的地震月報目錄和地震觀測報告進行合并，檢驗合并結(jié)果的正確性；顯示所生成地震目錄中地震的二維和三維分布圖，檢驗圖形的正確性等。

（4）監(jiān)控

依次測試該軟件是否具備如下功能：

實時波形顯示，數(shù)據(jù)中斷報警；

臺站地震儀器狀態(tài)信息顯示，數(shù)據(jù)質(zhì)量判別，異常報警；

實時處理結(jié)果顯示，地震報警；

其它臺網(wǎng)地震速報信息顯示、報警；

臺網(wǎng)中心系統(tǒng)（服務(wù)器、其它實時運行的軟件模塊等）運行狀態(tài)顯示、報警；

系統(tǒng)運行狀況分析統(tǒng)計與存儲；

生成監(jiān)控信息日志。

（5）數(shù)據(jù)管理與服務(wù)

使用工具或手工檢查數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和存儲數(shù)據(jù)內(nèi)容是否符合“測震數(shù)據(jù)規(guī)范”要求；模擬輸入多通道數(shù)據(jù)，測試連續(xù)波形數(shù)據(jù)接收存儲功能所能支持的臺站通道數(shù)量；使用人機交互軟件讀取連續(xù)波形數(shù)據(jù)，記錄讀取時間，以檢驗數(shù)據(jù)庫（文件）性能；檢查生成的臺站卷SEED文件和臺網(wǎng)卷SEED文件的完整性，使用軟件工具檢查文件的格式是否符合相關(guān)的“標準”和“規(guī)范”；檢查數(shù)據(jù)庫管理功能、波形數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能；檢查用戶權(quán)限和安全認證機制等。

2.3 測試過程

測震專業(yè)軟件的測試評估過程是通過多次震例回放和多次運行被測軟件對已知地震事件進行實驗評測，根據(jù)實驗結(jié)果評估被測軟件的地震定位能力、檢查被測軟件運行基本功能與性能情況。測試流程圖見圖4。

首先，通過臺網(wǎng)中心大樓的網(wǎng)絡(luò)從地震臺網(wǎng)部接入了全國地震監(jiān)測臺網(wǎng)的448個臺站（含通過Internet網(wǎng)接入的國外30個臺站）的實時波形數(shù)據(jù)流，對這些臺站的基本信息（經(jīng)緯度、儀器類型、儀器參數(shù)等）進行目錄編輯，導(dǎo)入震例庫中形成臺站信息列表，以供震例事件波形回放時，進行震例回放事前的臺站信息檢索使用。其次，使用評估平臺中工作站運行的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對接收的臺網(wǎng)事件進行事件檢測與實時處理，在管理平臺通過人工方式把檢測到的地震事件進行目錄操作、分類比較、編輯整理，把可以作為測試用例的檢測事件，通過管理平臺導(dǎo)入震例數(shù)據(jù)庫。也可在管理平臺直接把典型震例導(dǎo)入震例庫，近震數(shù)據(jù)的收集來源主要是國內(nèi)各區(qū)域臺網(wǎng)的記錄，優(yōu)先收錄“十五”建設(shè)臺網(wǎng)記錄的事件，考慮到實時處理軟件檢測的需求，震級范圍包括微小地震和中強地震。遠震數(shù)據(jù)的收集來源于覆蓋大、小尺度臺網(wǎng)，包括全球臺網(wǎng)（GSN）、國家臺網(wǎng)和區(qū)域臺網(wǎng)的數(shù)據(jù)。深震可選擇中國東北和印尼JAVA島的深震。加速度記錄主要收集首都圈臺網(wǎng)的加速度記錄。

通過震例回放管理軟件，把震例庫中的震例波形數(shù)據(jù)與臺站參數(shù)文件數(shù)據(jù)作為實驗震例源回放到流服務(wù)器與消息服務(wù)器上，用于測震專業(yè)軟件評估實驗或?qū)υ诓煌僮飨到y(tǒng)下運行的測震專業(yè)軟件進行比測實驗使用。

2.4 測試實例

在評估平臺上運行了“十五”的JOPENS系統(tǒng)軟件，對其實時數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行了測試，震例選擇2007年12月26日遼寧海城地震。在進行軟件測試時，測試人員首先通過后臺管理平臺啟動進入震例管理系統(tǒng)操作界面，點擊選擇震例目錄下的實驗震例，使被測軟件的波形顯示或?qū)崟r處理及定位處理程序運行處于等待狀態(tài)，通過輸入命令的方式回放震例數(shù)據(jù)（見圖5）。然后按照制定的測試內(nèi)容，逐一對被測軟件進行功能及性能方面的檢測。在被測軟件順利通過波形顯示、單臺觸發(fā)、綜合觸發(fā)、自動讀取震相、自動定位等基本功能的測試后，可得到被測軟件的自動定位結(jié)果（見圖6）。

將被測軟件的自動定位結(jié)果與從中國地震臺網(wǎng)（CSN）正式地震目錄中獲得的“標準”定位結(jié)果進行比較，得到了兩者的定位結(jié)果偏差（見表1）。進而根據(jù)震中位置的偏差計算公式：

計算出兩者的震中偏差為5.52km。由此得到的對被測軟件實時數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的評估結(jié)論為：自動定位結(jié)果較為可靠，自動定位性能較好。

表1 定位結(jié)果比對

3 結(jié)語

軟件測試技術(shù)在地震行業(yè)的應(yīng)用，為地震行業(yè)專用軟件的質(zhì)量保證起到了積極的作用。測震軟件評估平臺的應(yīng)用不僅為測震專業(yè)軟件性能的完善提供了試驗依據(jù)，使測震專業(yè)軟件測試流程的標準化和測試過程的規(guī)范化成為可能，也為今后促進地震專業(yè)軟件研制、生產(chǎn)的系統(tǒng)化和專業(yè)化做了鋪墊，更重要的是為今后我國地震監(jiān)測、地震科研、地震預(yù)測服務(wù)提供了可用的試驗觀測數(shù)據(jù)。

測震軟件評估平臺的建設(shè)僅僅是我國數(shù)字地震觀測技術(shù)在軟件測試技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展的一個起步，有許多與軟件測試相關(guān)的新技術(shù)、新方法需要在實際應(yīng)用中去發(fā)現(xiàn)和摸索。測震軟件評估平臺的完善與提高，還有許多工作要做，尤其是充分利用過去地震臺網(wǎng)記錄的大量地震事件波形數(shù)據(jù)，包括一些有位移記錄和加速度記錄的典型特定震例（遠震、近震、爆破），來不斷擴充評估平臺的震例庫，為今后我國地震監(jiān)測、地震科研、地震預(yù)測服務(wù)提供大量真實、可用的觀測數(shù)據(jù)。相信隨著相關(guān)工作的進一步開展，測震軟件評估平臺將發(fā)揮更大的效益。

佟偉光，軟件測試技術(shù). 北京：人民郵電出版社.

李翼，陳創(chuàng)，2012. 計算機軟件測試技術(shù)淺談. 計算機光盤軟件與應(yīng)用，（11）：113—115.

中國地震局監(jiān)測預(yù)報司，2003．數(shù)字地震觀測技術(shù). 北京：地震出版社.

Application of Seismic Specific Software Evaluation Platform in Seismic Industry

Zhang Jing, Lin Jie and Yang Le

(China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China)

In this paper we briefly introduce the basic structure and functions of seismic software evaluation platform. We apply a case test on this platform. Seismic specific software evaluation platform provides a software support platform for testing specific software of seismic industry. It evaluates software’s function and performance on data collection, data exchange, real-time processing, interactive processing, earthquake catalogue, data management, and service by reasonable and effective testing. It provides experimental basis for improving performance of seismic specific software, and plays an important role for specific software quality guarantee of seismic industry.

Seismic specific software; Software testing; Experiment evaluation

2013-02-20

章靜，女，生于1981年。工程師。主要從事地震行業(yè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的設(shè)計建設(shè)和運行維護，以及“援外地震監(jiān)測臺網(wǎng)項目”的實施及援外臺網(wǎng)的運行維護工作。E-mail：Zhangj@seis.ac.cn

章靜，林捷，楊樂，2013., 測震專業(yè)軟件評估平臺在地震行業(yè)中的應(yīng)用，8（3）：326—333.