地震中心站观测设备实时跟踪管理系统设计与开发

程树岐，王西宝，刘海刚，王帅合，赵小贺

（临沂地震监测中心站，山东 临沂 276000）

0 引言

《中国地震局党组关于推进地震台站改革的指导意见》提出了构建“国家地震台—省地震台—中心站—一般监测站”四级监测预报业务架构的意见。中心站承担辖区地震监测设施运行维护和保障业务，管理辖区一般监测站。具体负责辖区地震监测设施建设与改造、仪器装备维护、计量标校、数据质量控制、异常核实等任务，承担地震现场应急相关工作。一般监测站是测震及地球物理站网数据获取的基本单元，分为基准站和基本站，实行“有人看护、无人值守”的工作模式。地震台站改革后，地震监测中心站设备运维任务将越来越繁重。

目前，科技的发展与进步为各行业提供了技术支撑，算法的不断优化为信息技术以及大数据业务提供了便利，大数据和人工智能为地震科技发展提供新的机遇。张博等[1]人依托Datist平台开发了辽宁省地震会商技术系统，孙艺等[2-3]在地震应急指挥技术系统的基础上开发了一套基于Android 平台的地震应急信息发布系统，丁晓光等[4]利用微信小程序开发了无人值守台站自动化监控程序，在地震会商业务、应急业务和信息发布业务等方面极大地提高了台站工作效率。按照中国地震局台站改革要求，一般监测站的观测设备全部纳入中心站管理，新成立的中心站在观测设备管理方面存在着管理不到位、在线监控缺失、运维效率低等问题。目前尚未发现有针对中心站设备管理的相关技术系统。

本文采用Browser/Server 架构开发一套中心站无人值守台站工作模式下的观测设备跟踪管理系统，该系统通过对设备实时监控、备机备件管理、设备维修跟踪管理，实现设备信息的全生命周期跟踪记录。对专业设备的设备信息、运行状态、维修记录等进行查询统计，合理规划运维配件、运维方式、运维成本等任务，有利于优化工作流程、保障仪器运行和提高中心站管理效率。

1 需求分析

设计开发一套地震监测中心站观测设备实时跟踪管理系统，对设备进行全生命周期管理，符合地震台站改革四级业务架构下当前工作需求。

1.1 管理需求

地震中心站改革后，地震台站工作人员大部分集中到中心站工作，无人值守地震台站数量将进一步增加，中心站设备管理工作量将进一步加大。《山东省地震监测站网运维保障工作管理办法》规定“各地震监测中心站重点保障地震监测技术系统运维”。设计开发一套既适合地震中心站运维工作，又简便快捷的地震观测设备实时管理软件系统，针对设备实现全生命周期跟踪管理，符合目前中心站运维管理工作需求。

1.2 技术需求

在以往工作中，地震值守人员处理数据发现数据断记时，可能设备已经宕机数小时，对地震观测的连续性造成了不可弥补的损失。研发一套在线运维系统，实现对地震观测设备的实时监控，运维人员能够及时发现设备故障，及时排除故障，为地震观测连续性提供可靠技术保障，满足运维工作的时效性需求。

1.3 效率需求

设计研发一套管理系统通过对设备进行在线跟踪、维修跟踪、备机备件跟踪等管理，实现设备信息的全生命周期跟踪记录并对专业设备、网络设备、供电设备的信息、运行状态和维修日志等进行查询统计，合理规划运维配件、运维方式、运维成本等任务，有利于优化工作流程、保障仪器运行、提高中心站运维管理效率[5]。

2 系统设计

地震中心站观测设备实施跟踪管理系统主要包含：（1）对在线设备的实时监控；（2）查询设备的使用状态；（3）设备维修信息的跟踪管理；（4）设备信息的添加、修改、删除管理；（5）用户的添加、修改和删除。根据具体的工作需求，管理系统涉及实时监控、设备查询、设备维修、设备管理和用户管理5 个功能模块，各功能模块通过数据库交换数据，实现系统集成。图1 展示了地震监测中心站观测设备实时跟踪管理系统示意图。

图1 系统设计图Fig.1 System design

2.1 设备管理模块

设备管理模块实现设备信息添加、设备信息删除、设备信息修改等功能。设备信息添加页面需要选择设备类型，自动生成设备编码，输入设备名称、型号、厂家、电话、责任人、入库时间、标定时间、使用状态等，使用状态为可选项，如果选择在点运行，则需要输入站点名称，设备IP等信息。

2.2 实时监控模块

通过调用控制台命令方式，判断设备管理模块录入设备的IP 是否在线。向实时监控模块网页输出在线运行设备的基本信息和在线情况，如在线，指示台显示绿色，如不在线显示红色。基本信息框包括：设备名称、设备型号、IP 地址、运行站点（图2）。设备名称为超链接点击进入详细信息页面，其内容包含：设备类型、设备编码、设备名称、设备型号、生产厂家、联系电话、责任人、入库时间、标定时间、使用状态、站点名称、IP地址、安装时间等信息。

图2 实时监控页面Fig.2 Real-time monitoring page

图3 系统架构图Fig.3 System architecture

2.3 信息检索模块

信息检索模块，可以根据设备状态检索，也可以根据设备名称、型号、厂家、联系人、责任人等信息进行设备模糊检索。检索结果可导出Excel表格。

2.4 故障跟踪模块

在设备运行中出现故障，可根据设备编号精准定位设备，然后在故障跟踪模块添加故障信息，对设备维修过程进行跟踪，直至设备维修完成重新投入使用。在设备故障跟踪模块选择修复，一条完整的维修过程信息即完成录入，该信息伴随设备全生命周期，随时可以在设备信息里查阅到。

2.5 用户管理模块

用户管理模块是添加和管理用户信息的单元。为安全起见，用户管理模块只支持管理员分配用户功能，不支持用户注册功能。根据权限分为超级管理员、设备管理员和领导用户。超级管理员具有全部权限，设备管理员只具有设备管理权限，不具备用户管理权限，领导用户为全流程浏览权限用户。

3 系统实现

为解决中心站运维工作需求，设计开发了地震监测中心站观测设备实时跟踪管理系统。系统采用Browser/Server 架构，利用数据库语言管理数据库和表，利用SQL 语言添加、修改和查询记录[5]，并使用.net语言实现管理系统各项功能。管理系统根据工作需求设计设备管理模块，实时监控模块，信息检索模块，故障跟踪模块，用户管理模块等五个功能模块。

3.1 系统架构

系统采用Browser/Server 架构，即浏览器/服务器架构，将系统安装在远端服务器，用户通过浏览器访问远端浏览器，实现数据的存储、交换和系统运行。

3.2 开发环境

前端核心模版：Layerui、Metronic 等；JS核心框架：JQuery、JQuery Mobile、Backbone;CSS 框架：Twitter Bootstrap、Layer；客户端验证：根据JQuery Validation；富文本在线 编辑：Ueditor；上传控件：Webuploader；图表控件：Echarts；页面布局：JQuery layout；数据表格：JqGrid；对话框：Jayer；树结构控件：JQuery zTree；日期控件：LayerDate；字体库：阿里巴巴图标库；运行时：.NET Framework 4.5；视图框架：ASP.NET MVC3；客户端会话：Session会话技术；序列化：Newtonsoft.Json；Api：Aspnet.WebApi；缓存：基于List或Dictionary 实现单机内存级缓存；数据库：MSSQL。

3.3 主要代码

由于系统代码较多，选取实时监控模块主要代码进行描述。

实时监控模块主要代码：

3.4 运行环境

（1）服务器硬件环境要求：处理器Intel(R) Core(TM) i5 及以上，处理器基本频率不低于1.60 GHz，最大睿频频率2.30 GHz 以上；安装内存（RAM）4.00 GB以上；硬盘500G以上。

（2）服务器软件环境要求：安装Windows Sever 2018 版或者Windows 10 企业版；安装IIS且正确配置IIS，IIS 是指互联网信息服务，Internet Information Services，是微软提供的基于运行Windows 的互联网基本服务；安装配置为SQL Server 2008 R2数据库。SQL Server 2008 R2是微软Microsoft 提供的一款完整企业级数据库管理工具，属于SQL Server 2008 的升级版，包括了可管理的自服务商业智能(BI)工具，支持大型数据中心和数据仓库，为任何规模的应用提供完备的信息平台。SQL Server 2008 R2 引入了一系列的新功能，并且增强了开发能力，提高了可管理性。

4 应用测试

4.1 系统性测试

本测试采用目前通用的JMeter4.0 压力测试工具进行测试，接入电信服务商为中国电信100M 宽带，并发数根据中心站同时在线人数极限500人设定。测试参数和结果如表1所示，测试软件返回结果评价为优良。

表1 系统性测试参数和结果

4.2 可靠性测试

分别对系统的成熟性、容错性、恢复性、数据校验机制四个方面进行测试。

（1）成熟性测试：使用的容量达到规定的极限时，系统不崩溃、不异常退出也不丢失数据，在达到极限时给出预警；试图使用的容量超出规定极限时，系统不崩溃、不异常退出也不丢失数据，但给出预警。

（2）容错性测试：当用户执行错误操作时，系统给出相应的提示信息；用户输入错误数据时，系统不崩溃、不异常退出也不丢失数据，给出相应的提示信息；用户有错误操作时，系统不崩溃、不异常退出也不丢失数据[6]，给出相应的提示信息。

（3）恢复性测试：系统运行失效后，能较快重建系统。

（4）数据校验机制测试：对数据项之间的逻辑关系进行校验，保证数据的有效性[6]，系统更新或删除功能不影响系统数据；对不符合要求的输入数据，系统能使用中文给出简洁、准确的提示信息。

4.3 易用性测试

本测试分别对系统的页面风格一致性、易浏览性、易操作性三个方面进行测试，测试结果如下：

（1）页面风格一致性测试：页面结构、导航、菜单、链接、搜索、翻页、字体、列表、日期和数据精度的风格一致。

（2）易浏览性测试：系统界面组件提示操作信息均有明显显示；输入、输出设计规矩，输出结果应简洁、直观、美观、方便阅读、易懂和实用；界面简洁、美观、实用，风格相对一致，符合办公习惯[7]。在界面、交互、输出中的用语与业务用语一致。

（3）易操作性测试：执行不可逆操作时，系统给出相应提示。软件操作简便，系统支持标准的鼠标、键盘操作[8]。

4.4 安全性测试

本测试分别从信息所有权验证、安全漏洞扫描进行测试，测试结果如下：

（1）信息所有权验证测试：系统同一权限的不同用户不能进行数据操作，能保证每条信息的安全。

（2）安全漏洞扫描测试：使用App Scan 工具扫描，系统显示安全。

5 结论与建议

（1）本项目聘请第三方专业公司软件测试人员进行测试，测试人员经过深入细致的调研，按照行业测试标准制定了测试计划，并按照计划对地震监测中心站观测设备实时跟踪管理系统进行了测试，包含系统性测试、可靠性测试、易用性测试、安全性测试。经过对测试结果分析，认为本系统数据交换稳定、运行可靠、用户体验良好、系统数据安全，可以将本地震监测中心站观测设备实时跟踪管理系统投入实际工作应用。

（2）本地震监测中心站观测设备实时跟踪管理系统，满足了当前地震监测中心站部分工作需求，并具备网络安全防护、备份功能。随着系统投入使用，系统数据交换量的加大，服务器运行和数据存储压力将进一步加大，下一步需要在硬件、软件、网络设备方面加大资源投入力度，以保证系统高效、可靠、安全运行。