陳 凱 易 江 孫國棟 于天航 汪 建

（中國重慶 401147 重慶市地震局）

0 引言

防震減災工作是我國經(jīng)濟社會發(fā)展中的一項重要內容，在數(shù)字化觀測網(wǎng)絡技術蓬勃發(fā)展的背景下，對地震基礎數(shù)據(jù)的正確記錄和處理提出了新的需求。目前數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)多依托于PC 平臺，使用環(huán)境受到約束。為了給工作人員提供方便快捷的技術工具，開發(fā)一套基于手機移動端的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)顯得迫在眉睫。Android 手機因其龐大的用戶群體成為監(jiān)控系統(tǒng)平臺的首選。

儀器工作狀態(tài)是否正常決定了觀測數(shù)據(jù)記錄質量的好壞。相對于通過流服務進行實時傳輸存儲的測震數(shù)據(jù)（陳靜等，2019），地球物理觀測數(shù)據(jù)因本地存儲統(tǒng)一交換的傳輸策略，導致儀器故障處理的時效性并不高。故障發(fā)生原因往往是多方面的，供電故障、電信故障、程序死機等均會造成數(shù)據(jù)傳輸故障，導致斷記或數(shù)據(jù)缺失，從而影響觀測數(shù)據(jù)記錄質量。及時發(fā)現(xiàn)并排除故障，有利于提高數(shù)據(jù)記錄完整性及臺網(wǎng)運行效率。通過開發(fā)地震地球物理數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件，為工作人員在值班及運維時提供軟件和技術支持，及時獲取儀器工作狀態(tài)，可以第一時間發(fā)現(xiàn)設備故障并維修，提高工作效率。

1 系統(tǒng)架構設計

利用Eclipse 開發(fā)工具，完成地震地球物理數(shù)據(jù)實時監(jiān)控軟件的編寫。采用數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務邏輯層、表示層三層架構，設計實現(xiàn)地震地球物理數(shù)據(jù)實時監(jiān)控。表示層（UI）實現(xiàn)用戶界面功能，將用戶指令傳達至業(yè)務邏輯層（BLL）。業(yè)務邏輯層（BLL）實現(xiàn)對具體問題的邏輯判斷與執(zhí)行功能，是表示層（UI）和數(shù)據(jù)訪問層（DBL）的中間層，是二者的連接紐帶。接收到表示層（UI）指令后，業(yè)務邏輯層（BLL）連接數(shù)據(jù)訪問層（DAL），實現(xiàn)三層之間的數(shù)據(jù)連接和指令傳達，對接收數(shù)據(jù)進行邏輯處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的增加、修改、查詢、刪除等功能，同時將處理結果反饋至表示層（UI），從而實現(xiàn)軟件功能（李剛，2015）。

在本系統(tǒng)中，Android 手機端通過布局文件Layout 和Java 代碼實現(xiàn)軟件界面加載、數(shù)據(jù)的展示等功能。接口類（Java Servlet）實現(xiàn)表示層與數(shù)據(jù)層之間的數(shù)據(jù)傳輸，本系統(tǒng)的Java Servlet是部署在應用服務器Tomcat上的程序，將手機端指令連接到服務器端，并將數(shù)據(jù)返回到手機端（王翠萍，2015）。服務器端采用阿里云服務器和Mysql 數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)，用于響應手機端指令，為用戶提供所需數(shù)據(jù)。系統(tǒng)架構見圖1。

圖1 系統(tǒng)架構示意Fig.1 System architecture diagram

2 模塊功能及主要技術

地球物理數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能模塊因其依賴的運行網(wǎng)絡環(huán)境不同，分為局域網(wǎng)模塊與廣域網(wǎng)模塊。局域網(wǎng)模塊依賴于行業(yè)信息內網(wǎng)的網(wǎng)絡環(huán)境實現(xiàn)，包括儀器狀態(tài)監(jiān)測、實時數(shù)據(jù)查看、歷史數(shù)據(jù)瀏覽3 大功能模塊。廣域網(wǎng)模塊依賴于阿里云服務器、輕型應用服務器Tmocat 及Mysql 數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)，包括運維信息管理、維修記錄管理、IP 信息管理、日志信息管理、用戶信息管理、臺站路線導航等功能模塊（陳凱等，2018）。系統(tǒng)功能模塊見圖2，軟件功能界面見圖3。通過儀器狀態(tài)、實時數(shù)據(jù)、歷史曲線、運維信息、維修記錄、IP 信息、日志瀏覽、密碼設置、地圖查看，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。通過以上功能模塊的設計，有針對性地實現(xiàn)了各項數(shù)據(jù)服務需求。

圖2 系統(tǒng)功能結構Fig.2 Module function structure

圖3 軟件功能界面Fig.3 Software function interface

2.1 局域網(wǎng)模塊

局域網(wǎng)模塊包括儀器狀態(tài)監(jiān)測、實時數(shù)據(jù)查看、歷史數(shù)據(jù)瀏覽3 大功能模塊，主要為工作中需要獲取儀器工作狀態(tài)和查看儀器數(shù)據(jù)服務。儀器工作狀態(tài)對數(shù)據(jù)記錄的準確完整至關重要，地球物理儀器因其數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟贿B續(xù)性，導致故障處理時效性不高。為了減少故障對數(shù)據(jù)造成的不良影響，值班人員需要不定時進行儀器檢查，從而及時準確的獲取儀器工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)故障并通知運維人員進行故障排除，增加了值班人員工作強度。為解決此客觀問題，提高故障處理的時效性，設計儀器狀態(tài)監(jiān)測、實時數(shù)據(jù)查看、歷史數(shù)據(jù)瀏覽模塊，分步處理數(shù)據(jù)的連續(xù)性與準確性所面對的問題。

（1）儀器狀態(tài)監(jiān)測模塊。利用儀器狀態(tài)監(jiān)測模塊，可以進行儀器的集中聯(lián)通檢測，值班人員可選取不同類型的地球物理儀器進行一鍵檢測，查看儀器工作狀態(tài)及網(wǎng)絡聯(lián)通狀態(tài)。該模塊主要通過與儀器進行網(wǎng)絡聯(lián)通通信實現(xiàn)，使用類似PC 端的Ping 類來實現(xiàn)儀器IP 連接操作，將得到儀器狀態(tài)信息返回給客戶端并向用戶進行展示。利用該模塊功能，選取儀器類型并啟動，系統(tǒng)將快速進行多臺儀器的狀態(tài)聯(lián)通檢測，連接成功顯示綠色色塊，失敗則顯示紅色色塊，具備與PC 端相同顯示效果。儀器連接狀態(tài)界面見圖4。

圖4 儀器狀態(tài)界面Fig.4 Instrument status interface

（2）實時數(shù)據(jù)查看模塊。實時數(shù)據(jù)查看模塊主要針對地球物理儀器運行不穩(wěn)定，主程序死機但網(wǎng)絡通信模塊依然正常的問題而設計。通過網(wǎng)絡連接類（HttpClient）模擬登錄儀器主頁面，并通過WebView（網(wǎng)頁界面顯示類）獲取網(wǎng)頁信息，從而獲得儀器系統(tǒng)時間和當前數(shù)據(jù)，并將查詢結果返回客戶端，客戶端通過TimerTask（定時器）線程進行循環(huán)操作，并將結果循環(huán)輸出至用戶界面向用戶展示。同時，通過MPAndroidChart 圖表控件，將獲取數(shù)據(jù)在客戶端繪圖顯示，則可通過數(shù)據(jù)短期變化趨勢圖，輔助判斷儀器工作狀態(tài)。利用實時數(shù)據(jù)查看功能，可有效避免Ping 類命令的局限性。

儀器狀態(tài)參數(shù)獲取邏輯主要通過WebView 來實現(xiàn)。WebView 類通過加載不同儀器的IP 地址來實現(xiàn)用戶界面展示，并將展示頁面轉換成Json 數(shù)據(jù)格式，進行關鍵信息的匹配查詢，從而獲得系統(tǒng)當前時間和不同測項的觀測數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)返回客戶端進入存儲和繪圖等后續(xù)流程。用戶選擇目標臺站并啟動實時數(shù)據(jù)查看功能，則儀器聯(lián)通狀態(tài)和系統(tǒng)當前數(shù)據(jù)分別以色塊和文本予以展示，同時在圖表控件中繪制數(shù)據(jù)曲線實時連續(xù)動態(tài)圖像，實現(xiàn)手機端與儀器顯示屏的實時輸出。功能界面見圖5。

圖5 實時數(shù)據(jù)界面Fig.5 Real-time data interface

（3）歷史數(shù)據(jù)瀏覽模塊。該模塊提供儀器前期數(shù)據(jù)波形曲線比對功能。通過FileDownloader（下載控件）連接所需數(shù)據(jù)儀器的下載頁面，通過指令進行數(shù)據(jù)的后臺下載，下載完成后進行數(shù)據(jù)處理，并通過MPAndroidChart（圖表控件）進行繪圖展示，且支持滑動、放大、縮小等操作。該模塊提供當前3 天以內的數(shù)據(jù)曲線瀏覽，用戶可根據(jù)需求選擇相應儀器進行瀏覽。點擊完成日期并進行臺站選取，點擊Strat 進行數(shù)據(jù)下載并予以轉換，在MPAndroidChart 圖表控件中繪圖輸出。數(shù)據(jù)曲線界面見圖6。

圖6 歷史曲線界面Fig.6 Historical curve interface

2.2 廣域網(wǎng)模塊

廣域網(wǎng)模塊包括運維信息管理、維修記錄管理、IP 信息管理、日志信息管理、用戶信息管理、臺站路線導航模塊。除臺站路線導航模塊外，其余模塊均基于數(shù)據(jù)庫中不同信息實現(xiàn)業(yè)務邏輯管理，故將該類模塊歸為信息管理類模塊統(tǒng)一說明。

2.2.1 信息管理類模塊。該類模塊包括上述幾種具體業(yè)務信息模塊，主要為工作中需要記錄的操作流程服務。當運維人員進行儀器的現(xiàn)場維護、維修升級及IP 地址更改和日志處理等操作后，可通過此類模塊將進行記錄存檔，方便日后查閱統(tǒng)計。該類模塊通過邏輯層的數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)用戶到服務器的交互，將所記錄數(shù)據(jù)分門別類地存儲到數(shù)據(jù)庫不同數(shù)據(jù)表上。所記錄數(shù)據(jù)既可通過客戶端進行匯總展示，也可利用Navicat 數(shù)據(jù)庫管理軟件導出到PC 端進行統(tǒng)計。以往通過PC 端或紙質件進行此類操作，具有一定滯后性和繁瑣性，通過該類信息模塊設計，可將原有記錄流程簡化，提高記錄的時效性和工作效率。

業(yè)務邏輯層（BLL）響應客戶端指令，通過界面獲取用戶業(yè)務需求，將數(shù)據(jù)信息進行Json 格式封裝，并與部署在應用服務器Tomcat 上的邏輯層進行通信，完成對數(shù)據(jù)庫的各項操作，將結果打包成Json 數(shù)據(jù)返回客戶端，實現(xiàn)邏輯層數(shù)據(jù)傳輸功能。本系統(tǒng)的邏輯層通過doGet 數(shù)據(jù)傳輸方法實現(xiàn)。以數(shù)據(jù)管理中運維信息的查詢邏輯為例，doGet 數(shù)據(jù)傳輸方法如下：通過廣域網(wǎng)進行數(shù)據(jù)庫連接，將通過Android 手機界面輸入的查詢運維信息內容進行格式轉換，傳輸?shù)皆诜掌魃线\行的數(shù)據(jù)庫進行查詢等操作，查詢完成后將數(shù)據(jù)傳回用戶界面，在界面層進行布局文件的轉換輸出。在數(shù)據(jù)管理功能中，點擊不同標簽頁進行信息切換，并進行分類展示，對于需要詳細操作的條目，點擊進入該條目進行瀏覽與修改等操作。數(shù)據(jù)管理功能界面見圖7。

圖7 數(shù)據(jù)管理界面Fig.7 Data management interface

2.2.2 地圖導航模塊。該模塊主要依托百度地圖API 接口開發(fā)，為儀器現(xiàn)場維護人員服務。百度地圖API 是為個人開發(fā)者免費提供的一套基于百度地圖服務的應用接口，包括JavaScript API、Web 服務API、Android SDK 等開發(fā)工具與服務，提供基本地圖展現(xiàn)、搜索、定位、路線規(guī)劃等功能，適用于PC 端、移動端等多種設備。為避免環(huán)境及人為干擾，地震臺站多在偏僻之地選址，無明顯標識。當儀器發(fā)生故障無法遠程排除需要現(xiàn)場維護時，受限于目標臺站的熟悉程度，可能無法第一時間準確找到臺站位置，導致運維的時效性降低。

地圖導航模塊通過查詢數(shù)據(jù)表中臺站的位置，調用百度地圖路線規(guī)劃服務，幫助運維人員及時到達臺站排除故障，提高儀器運行率。在使用百度地圖API 之前，必須申請第三方Map 服務的API key，加入系統(tǒng)數(shù)字證書的存儲路徑。導航時根據(jù)GPS 信號進行系統(tǒng)初始定位，通過onReceiveLocation 方法，獲取用戶經(jīng)緯度坐標完成初始定位，根據(jù)目標位置調用路線規(guī)劃服務，在當前MapView 地圖頁面繪制路線反饋信息。通過該功能，用戶可選取不同臺站，點擊路線導航，系統(tǒng)將調用百度地圖相關服務并反饋規(guī)劃路線，效果見圖8。

圖8 地圖導航界面Fig.8 Map navigation interface

3 軟件實用效果

地震地球物理數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件安裝完成后，值班人員根據(jù)工作具體內容執(zhí)行相應業(yè)務處理流程，軟件運行邏輯流程見圖9。用戶在客戶端主界面點擊選取不同模塊，實現(xiàn)上述各項功能（圖3）。值班人員利用儀器狀態(tài)監(jiān)測模塊，分時段檢測同類儀器狀態(tài)（圖4）。對于檢測狀態(tài)不正常的儀器，可通過實時數(shù)據(jù)模塊查看儀器實時數(shù)據(jù)（圖5），也可對比儀器歷史數(shù)據(jù)進行運行狀態(tài)分析（圖6）。在對數(shù)據(jù)進行分析匯總后，若確定儀器存在故障需進行現(xiàn)場維護，及時通知運維人員進行故障排除。運維人員接到任務后，通過地圖導航模塊確定故障臺站位置，并進行路線規(guī)劃（圖8）。完成現(xiàn)場維護后，結合運維內容和儀器維修情況填寫日志記錄，并保存至數(shù)據(jù)庫的不同數(shù)據(jù)表，值班人員亦可進行查閱、修改、刪除等操作，進行數(shù)據(jù)歸檔（圖7）。

圖9 系統(tǒng)運行流程Fig.9 System operation process

本軟件在重慶市地震局渝西片區(qū)運維中心試運行4 個月，運行效果良好，統(tǒng)計結果見表1。值班人員定時進行儀器聯(lián)通測試，及時發(fā)現(xiàn)主機死機、通信模塊故障等直接表現(xiàn)為網(wǎng)絡通訊異常的故障，故障發(fā)現(xiàn)時效性得到提高。對于網(wǎng)絡通訊正常的軟故障，在進行數(shù)據(jù)傳輸交換時，利用本軟件進行輔助檢查，并結合數(shù)據(jù)曲線進行判斷。同時，運維人員利用本軟件，可較為直觀地獲取故障表現(xiàn)特征，并采取相應手段恢復數(shù)據(jù)，在一定程度上縮短了故障排除時間，工作效率得以提高。

表1 軟件運行效果匯總Table 1 Summary of software operation effect

4 結論與展望

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，手機客戶端軟件以其便捷的優(yōu)勢彌補了PC 端軟件的不足。地震地球物理數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件開發(fā)完成后，在重慶市地震局渝西片區(qū)運維中心進行試運行，結合云服務器、MySql 數(shù)據(jù)庫和百度地圖API 等技術，有效整合了監(jiān)測工作內容，簡化操作流程，規(guī)范日志信息歸檔。當VPN 連接內網(wǎng)權限開啟后，本軟件局域網(wǎng)模塊也可在廣域網(wǎng)運行，實現(xiàn)儀器狀態(tài)隨時監(jiān)控，可直接在客戶端查看數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)管理，工作效率提高。

基于用戶提交需求、服務器進行處理并返回結果這一交互策略進行系統(tǒng)架構設計，對于實時獲取儀器狀態(tài)參數(shù)具有一定局限性。未來可嘗試將用戶主動提交需求的過程自動化，并通過在服務器上部署的應用程序進行儀器狀態(tài)判斷和故障信息推送，從而實現(xiàn)地球物理儀器狀態(tài)監(jiān)控軟件的自動化運行。因Android 軟件具備開源的開發(fā)環(huán)境，本軟件具有良好的拓展性，可根據(jù)不同業(yè)務需求，有針對性地開發(fā)相應功能模塊，進一步完善軟件功能。本軟件具有良好的可移植性，通過本地區(qū)運行效果測試反饋，可向行業(yè)內其他省地震局進行推廣，以期取得更好的使用效果。