李水龍，周躍勇，于偉恒，周施文

（福建省地震局，福建 福州 350003）

0 引 言

隨著地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)密度的不斷增大以及更為先進(jìn)的地震監(jiān)測(cè)儀器的投入使用，對(duì)數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展提出了更高的要求。原有的各自為政、互不相干、獨(dú)立開發(fā)的應(yīng)用建設(shè)模式，存在著資源重復(fù)消耗和開發(fā)效率難以令人滿意的缺陷，無法很好地滿足新的應(yīng)用要求。為了保障數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)綜合處理系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃和高效開發(fā)，需要研究為之服務(wù)的通用架構(gòu)，以提供整體指導(dǎo)和基礎(chǔ)支撐。

1 通用架構(gòu)概述

數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)綜合處理通用架構(gòu)能夠?yàn)閿?shù)字地震臺(tái)網(wǎng)綜合處理系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)和框架支持；降低數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)綜合處理系統(tǒng)的開發(fā)難度，提高應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)效率；為數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)綜合處理系統(tǒng)從傳統(tǒng)的桌面型單機(jī)應(yīng)用向分布式的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用提供轉(zhuǎn)換的橋梁；通過功能重用和代碼重用，避免數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)綜合處理各項(xiàng)應(yīng)用各自為政、重復(fù)開發(fā)的情況，減少資源浪費(fèi)和消耗。通用架構(gòu)定位示意圖如圖1所示。

圖1 通用架構(gòu)定位示意圖

數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)綜合處理通用架構(gòu)的設(shè)計(jì)，在滿足當(dāng)前工作需要的同時(shí)，要充分考慮后續(xù)工作的延續(xù)性，使當(dāng)前工作成為后續(xù)工作的基礎(chǔ)。信息采集要嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)和共享規(guī)范統(tǒng)一入庫，保證數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)多層次的信息資源共享。

充分利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用Client/Server 結(jié)構(gòu)及Browser/Server 結(jié)構(gòu)，保證系統(tǒng)的可伸縮性、可擴(kuò)展性和開放性，避免電子業(yè)務(wù)平板化。遵循主流的接口規(guī)程和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，保證系統(tǒng)后期擴(kuò)充與升級(jí)的可能性以及與其他系統(tǒng)互聯(lián)的可行性，避免“今天的投資成為明天的浪費(fèi)”。

關(guān)注點(diǎn)分離是對(duì)只與“特定概念、目標(biāo)”（關(guān)注點(diǎn)）相關(guān)聯(lián)的軟件組成部分進(jìn)行“標(biāo)識(shí)、封裝和操縱”的能力，是處理復(fù)雜性事務(wù)的一個(gè)原則。數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)綜合處理系統(tǒng)不僅負(fù)責(zé)對(duì)地震數(shù)據(jù)的處理，而且還提供對(duì)處理結(jié)果的發(fā)布等功能。前者側(cè)重于數(shù)據(jù)的計(jì)算處理，后者側(cè)重于信息的界面表現(xiàn)。它們各自關(guān)注的重點(diǎn)不同，所采取的處理手段和技術(shù)也存在著差異。因此，基于關(guān)注點(diǎn)分離的技術(shù)，通用架構(gòu)從結(jié)構(gòu)上可以分為后臺(tái)計(jì)算處理和前端應(yīng)用處理兩大部分，如圖2所示。

圖2 結(jié)構(gòu)示意圖

數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)綜合處理系統(tǒng)包含地震預(yù)警、地震速報(bào)、地震烈度速報(bào)、震源機(jī)制解等應(yīng)用。這些應(yīng)用雖然在功能目標(biāo)產(chǎn)出上存在較大差異，但在業(yè)務(wù)處理流程上還是存在著不少共性的。通過對(duì)這些處理過程的歸納抽象，可以發(fā)現(xiàn)這些應(yīng)用都包含業(yè)務(wù)處理、控制網(wǎng)關(guān)和表現(xiàn)邏輯三個(gè)部分，業(yè)務(wù)處理包含數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)派發(fā)、通道處理和綜合處理四項(xiàng)任務(wù)，功能模塊如圖3所示。

圖3 功能模塊示意圖

數(shù)據(jù)接收部分主要負(fù)責(zé)從實(shí)時(shí)流服務(wù)器和歸檔波形服務(wù)器接收臺(tái)站的實(shí)時(shí)波形或歸檔波形。數(shù)據(jù)派發(fā)部分從數(shù)據(jù)接收部分得到統(tǒng)一格式的波形數(shù)據(jù)，傳遞給后續(xù)的通道處理部分。通道處理部分負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)派發(fā)部分傳送而來的連續(xù)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真變換等預(yù)處理，并為后續(xù)的綜合處理提供預(yù)處理后的特征信息。綜合處理部分接收通道處理部分傳遞過來的特征信息，根據(jù)業(yè)務(wù)功能和規(guī)則的要求，對(duì)這些信息進(jìn)行綜合判定，從而給出對(duì)地震事件的處理結(jié)果。控制網(wǎng)關(guān)部分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在后臺(tái)處理計(jì)算與前臺(tái)應(yīng)用展現(xiàn)之間的網(wǎng)絡(luò)傳遞，從綜合處理部分接收地震事件的處理結(jié)果，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給前端的信息發(fā)布、實(shí)時(shí)監(jiān)控等應(yīng)用。表現(xiàn)邏輯包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、人機(jī)交互、地震事件結(jié)果二次加工等工作。

2 主要任務(wù)

數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)綜合處理通用架構(gòu)的任務(wù)主要包含三大塊內(nèi)容：地震觀測(cè)數(shù)據(jù)處理研究、軟件技術(shù)研究以及通用框架的建設(shè)，任務(wù)路線如圖4所示。

圖4 任務(wù)路線圖

地震觀測(cè)數(shù)據(jù)處理研究主要涉及數(shù)據(jù)分類與格式、通用處理流程、數(shù)據(jù)交換接口、通用處理功能等方面，通過對(duì)業(yè)務(wù)需求的梳理分析，對(duì)地震預(yù)警、烈度速報(bào)等處理過程進(jìn)行歸納抽象，構(gòu)建數(shù)據(jù)模型、流程模型、共享模型、功能模型等模型，為綜合處理在線生產(chǎn)系統(tǒng)的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)綜合處理系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)分布式系統(tǒng)，需要實(shí)時(shí)不間斷地處理海量的波形數(shù)據(jù)，要求系統(tǒng)具有較高的可靠性、較好的容錯(cuò)性和優(yōu)越的性能。因此需要針對(duì)高效穩(wěn)定的綜合處理需求，展開相關(guān)關(guān)鍵軟件技術(shù)的研究并得到針對(duì)綜合應(yīng)用服務(wù)的技術(shù)解決途徑。

在前兩項(xiàng)工作成果的基礎(chǔ)上，基于軟件工程的先進(jìn)方法和實(shí)踐情況，建立一套服務(wù)于數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)綜合處理系統(tǒng)的通用支撐框架，編寫并實(shí)現(xiàn)共性關(guān)鍵核心模塊程序，降低綜合處理業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)難度，提升綜合處理業(yè)務(wù)系統(tǒng)的質(zhì)量水平和開發(fā)效率。通用框架的核心功能如圖5所示。

圖5 通用框架核心功能

3 關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)綜合處理系統(tǒng)面對(duì)復(fù)雜的多網(wǎng)聯(lián)接、多源海量數(shù)據(jù)的快速處理、及時(shí)可靠的地震事件處理等難題，綜合處理通用架構(gòu)需要應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)來為系統(tǒng)提供有力的支撐。根據(jù)數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)綜合處理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求和難點(diǎn)，選取以下幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：

（1）中間件技術(shù)。對(duì)中間件技術(shù)的研究可為綜合處理平臺(tái)的構(gòu)建提供良好的技術(shù)支撐，有助于簡化開發(fā)難度，提升開發(fā)效率。

（2）可視化技術(shù)。通過對(duì)可視化技術(shù)的研究，為綜合處理系統(tǒng)構(gòu)建統(tǒng)一規(guī)范的可視化平臺(tái)，為應(yīng)用提供簡潔明了的數(shù)據(jù)可視化編程接口。對(duì)地震動(dòng)態(tài)過程的規(guī)范化，使得地震應(yīng)用的產(chǎn)出數(shù)據(jù)更富有表現(xiàn)力、更加人性化。

（3）并行計(jì)算技術(shù)。通過對(duì)并行計(jì)算技術(shù)的研究，為綜合處理系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)高效可靠的協(xié)同計(jì)算平臺(tái)，作為綜合處理應(yīng)用的算法框架的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，有助于提升系統(tǒng)的性能，為處理海量數(shù)據(jù)提供支持。

（4）工作流技術(shù)。通過對(duì)工作流技術(shù)的研究，為綜合處理系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)具有較強(qiáng)定制能力的工作流平臺(tái)，作為綜合處理應(yīng)用的控制樞紐，有助于規(guī)范化地震應(yīng)用的處理流程，隨需應(yīng)變。

（5）空間信息技術(shù)。通過對(duì)空間信息技術(shù)的研究，為綜合處理系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)空間處理平臺(tái)，通過把地震信息與矢量地圖、衛(wèi)星遙感影像、DEM 地形數(shù)據(jù)相疊合，充分挖掘地震信息中地理空間要素的作用，有助于為政府管理部門和社會(huì)公眾提供多層次、多維度的立體信息，更好地發(fā)揮地震應(yīng)用產(chǎn)出的數(shù)據(jù)價(jià)值，從而為抗震救災(zāi)工作提供更有價(jià)值的輔助決策信息。

（6）Web 服務(wù)技術(shù)。通過對(duì)Web 服務(wù)技術(shù)的研究，為綜合處理系統(tǒng)構(gòu)建一套集成化的業(yè)務(wù)互操作統(tǒng)一接口，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的功能復(fù)用，有助于分布式地震網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的高效實(shí)現(xiàn)。

4 創(chuàng)新特色

隨著地震觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)規(guī)模和復(fù)雜程度的不斷發(fā)展，新的業(yè)務(wù)需求也不斷涌現(xiàn)，數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)綜合處理系統(tǒng)通用架構(gòu)也為不斷發(fā)展的觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)和業(yè)務(wù)需求提供了切實(shí)有效的解決平臺(tái)，與原有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)不同，數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)綜合處理系統(tǒng)通用架構(gòu)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：

（1）多源海量數(shù)據(jù)融合。針對(duì)所采用的不同數(shù)據(jù)采集器和傳輸方式，研究相應(yīng)的可插拔數(shù)據(jù)適配器系列，實(shí)現(xiàn)多種來源數(shù)據(jù)格式的規(guī)范統(tǒng)一，支持?jǐn)U展新的數(shù)據(jù)來源。從而支持不同儀器類型的數(shù)據(jù)、不同信息內(nèi)涵的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)流共享平臺(tái)上的統(tǒng)一匯總，為后續(xù)的綜合處理提供一致的數(shù)據(jù)接口，大大降低了地震數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性，有助于提升系統(tǒng)的計(jì)算性能。

（2）無縫互連集成。研究地震監(jiān)測(cè)各項(xiàng)應(yīng)用的內(nèi)在聯(lián)系和銜接要求，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)接收、預(yù)處理、地震預(yù)警、烈度速報(bào)等一體化的功能，實(shí)現(xiàn)分布應(yīng)用的功能統(tǒng)一集成。

（3）豐富多樣的高質(zhì)量產(chǎn)出。結(jié)合地震防震減災(zāi)工作的實(shí)際需要，研究對(duì)地震的基本信息和參數(shù)進(jìn)行深入挖掘分析的技術(shù)，尤其是結(jié)合空間信息處理技術(shù)，達(dá)到形式多樣、內(nèi)容豐富的要求，從而為政府管理部門和社會(huì)公眾提供優(yōu)質(zhì)的信息服務(wù)。

（4）方便快捷的資源共享。研究適合于地震監(jiān)測(cè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)共享技術(shù)，選取的技術(shù)應(yīng)當(dāng)遵循先進(jìn)性、支持廣泛性的原則，并應(yīng)用到軟件系統(tǒng)中，以充分發(fā)揮地震各項(xiàng)資源的數(shù)據(jù)效用，避免數(shù)據(jù)孤島的產(chǎn)生和資源的浪費(fèi)。

（5）實(shí)時(shí)快速的協(xié)同處理。針對(duì)地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)各處理環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，研究如何有效縮短加工處理的時(shí)間，優(yōu)化數(shù)據(jù)的處理流程，減少數(shù)據(jù)的冗余重復(fù)處理，在此基礎(chǔ)上選取高效快速的計(jì)算機(jī)技術(shù)，以達(dá)到系統(tǒng)整體處理的實(shí)時(shí)高效。

（6）組件化的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。根據(jù)系統(tǒng)的開發(fā)目標(biāo)，結(jié)合軟件工程實(shí)踐，研究分布對(duì)象技術(shù)、組件技術(shù)和軟件體系結(jié)構(gòu)技術(shù)，建立一套完整的問題解決方案，達(dá)到應(yīng)用可管理、易配置的目標(biāo)，便于專業(yè)模型嵌入信息系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)表現(xiàn)形式多樣的可視化功能；使應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)具有伸縮性、開放性、系列化和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化的特征。

5 結(jié) 論

數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)綜合處理系統(tǒng)是復(fù)雜的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)，本文依托通用架構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)，引入先進(jìn)的技術(shù)，結(jié)合應(yīng)用的業(yè)務(wù)需求和難點(diǎn)，形成服務(wù)于應(yīng)用的技術(shù)解決途徑，對(duì)應(yīng)用的數(shù)據(jù)、流程、功能、接口等方面的共性內(nèi)容進(jìn)行抽象歸納，構(gòu)建組件化的通用框架，從而為系統(tǒng)的建設(shè)提供頂層指導(dǎo)和基礎(chǔ)支持。