环渤海虚拟台网的运行管理

许 可，刘瑞瑞，孔繁旭，薛 娜，高文晶

(天津市地震局，中国天津 300201)

环渤海虚拟台网的运行管理

许 可，刘瑞瑞，孔繁旭，薛 娜，高文晶

(天津市地震局，中国天津 300201)

针对天津市“十一五”期间的建设成果环渤海虚拟台网，从系统部署、运行监控、信息发布、系统维护等方面介绍了虚拟台网技术在天津地区的应用情况，并利用JAVA图像裁切技术解决了环渤海虚拟台网对天津地区速报地震的乡镇级震中位置显示问题。该台网的建成，不仅提高了天津台网对渤海海域的地震监测能力和研究水平，同时也为天津市各区县地办完善监测预报体系、提升社会显示度，提供了良好的机遇。

虚拟台网；监控能力；系统维护

0 引言

虚拟台网主要有2种虚拟方式：一是部分虚拟方式，不仅使用自己的数字地震观测台站数据，还使用不属于自己管理的其他台站数据；二是完全虚拟方式，完全没有自己的地震观测台站，构成台网的所有台站都是虚拟的，不需要对任何台站进行管理和维护，只要网络通讯条件允许，可在任意地方组建。

环渤海虚拟台网是天津市“十一五”期间的建设成果，采用完全虚拟方式，利用现代IP网络通讯技术，实时收集环渤海地区的陆地台站、海岛台站及海底地震台站信号，依托滨海地震台，组建环渤海地震虚拟台网，以加强天津台网对渤海地震活动的监控能力，提高对渤海海域地震活动的认识水平，同时可研究渤海海域强震孕育的构造条件，提高对渤海海域地震的预测水平和强地震的预警能力。

1 台网概况

环渤海虚拟地震台网通过SDH链路、光纤网络等传输信道，由中国地震台网中心实时收集渤海地区三省一市所辖的60个台站波形数据。台网数据处理系统采用广东智源公司的JOPENS地震处理系统，在线提供地震数据共享与交换服务，并通过网络平台快速发布地震信息，同时在Mysql数据库中实现测震台网地震观测数据的存储与备份。系统各功能模块分别部署在环渤海虚拟地震台网的流服务器、数据库服务器以及用于速报、编目、定位的PC机上。使滨海地震台具备了实时监控、自动处理和人机交互处理发生在渤海海域地震的能力。能够完成地震基本数据的存储管理及数据入库工作，编辑并产出符合规范要求的

地震目录和观测报告，能为有关部门和社会公众提供多种形式的地震原始数据及加工产品的服务，以满足震情监测、地震科研以及其他防震减灾工作的迫切需要[1]。

2 台网部署

环渤海虚拟地震台网与天津市滨海地震台其他业务系统共用信道、主机房以及UPS供电系统。Internet出口采用10M光纤，采用100M MPLS VPN线路与天津市地震台网进行连接，实现与地震行业网的高速互联，并进行各种数据交换与应用共享。广域网示意图见图1。各服务器、工作站、计算机及其他设备全部采用100M/RJ45网络交叉线与交换机连接，实现台网的各项通讯功能，整个系统是以高速交换机为中心的星型网络结构。

图1 广域网示意图

台网采用基于计算机网络的分布式部署。部署的服务器包括：流服务器、JBOSS服务器、数据库服务器以及备份服务器。备份服务器是对整个系统的一个备份，是将所有服务部署在一台服务器上，作为应急时使用。所有服务器均为曙光天阔A620r-Fx服务器，安装SUSE LINUX 10操作系统，应用RAID5磁盘管理模式进行磁盘存储。使用JOPENS地震数据处理软件，实现了数据的接收、存储、分析、处理等功能，可与天津市台网中心进行数据交换。

3 运行监控

3.1 监控能力

环渤海虚拟地震台网系统建设依据国家“十五”项目数字地震观测网络建设标准设计，全网光纤传输，可实现虚拟台网技术框架下的动态布局，有效扩充了天津数字地震台网的监测能力和监控范围，以信息网络为基础平台，实现信息发布与数据共享。环渤海虚拟地震台网可监控到天津本地ML1.5的地震，个别地区可达到ML1.0。可承担天津行政区M2.0，天津东部渤海M3.0的地震速报，是对天津数字地震台网东部渤海监控能力的重要补充。监控能力如图2所示。

图2 监控能力图

3.2 监控策略

环渤海虚拟地震台网没有自己管辖的地震台站，它的地震数据是天津地震台网从国家台网中心流服务下载环渤海周边地震台站的数据，再加上天津本地的地震数据，通过网口的IP协议转发的。因此，对于这种完全虚拟的台网来说，单独台站的断记报警是没有意义的。我们可以利用JOPENS0.4.3的监控平台模块进行监控。在该模块中，台站按所属的台网分为主监控台网和副监控台网，一般主监控台网就是本区域台网，副监控台网就是共享信号的台网，主监控台网的单个台站中断时会报警，副监控台站的单个台站中断时不会报警，但是共享信号的某一个副监控台网的台站信号全部中断时会立即发出报警。因此，我们将环渤海虚拟地震台网所包含的台网都设置成副控台网，只有当某个台网的地震数据全部断记的时候才发出报警，便于值班人员第一时间解决网络问题[2]，以免干扰值班人员的正常工作和休息。另外，还可以设置报警的中断时间长度，例如设置信号中断20或30 min后报警，这样可以避免那些短暂信号中断的报警。环渤海虚拟台网监策略控平台见图3。

图3 监控策略平台

4 信息发布

随着网络应用技术的发展，地震观测完全实现了数字化和网络化，市县地震部门几乎可以在不增加或少许增加投资的情况下，从省地震局台网中心下载其周边地区台站的地震实时波形数据，建立起自己的虚拟测震台网。地震速报信息既可以实现从区域中心信息节点到市县级节点的快速发布，又可以实现从市县级节点到区域中心的快速发布，为地方政府部门、社会公众以及防震减灾专业人员提供服务[3]。

在环渤海虚拟台网的应用中我们通过安装遥测地震台网速报信息共享服务系统EQIM(Earth Quake Instant Message)来实现环渤海虚拟地震台网与天津地震台网中心之间的信息发布。在具体实现中，关键是配置好EQIM连接设置(图4)。在上一级服务器连接设置里要设置上级服务器的 IP 地址和端口号，以及登陆上一级服务器的用户名、密码等。上一级服务器主要是指本地主机要从远程下载和从本地上传相关数据的某台特定主机，对环渤海虚拟地震台网而言，该主机是天津地震台网中心的EQIM服务器。在服务器连接设置里，该服务器代表本地主机，主机名是本地主机的IP 地址也就是环渤海虚拟地震台网的地址。在这里系统缺省地为用户设好了本地服务器的主机名、端口、用户名和密码，用户在此处不需要做任何修改，用系统的缺省设置即可。

图4 EQIM连接设置

5 系统维护

5.1 利用RAID5模式管理磁盘

JOPENS系统是目前我国地震速报网络系统中最为重要的组成部分，它负责对测震台站的参数、波形数据、震相数据、定位数据统一进行存储、管理。它的特点是工作稳定可靠，但是数据存储量十分巨大。出于对数据的存储能力和数据存储的安全性考虑，运行JOPENS系统的服务器采用Raid磁盘管理模式进行管理。

RAID5由3块以上的硬盘组成，以数据的校验位来保证数据的安全，数据段的校验位交互存放于各个硬盘上。如果一块数据盘(物理)损坏，只要将坏硬盘换掉，RAID控制系统则会根据数据校验位在新盘中重建坏盘上的数据。因此磁盘故障不会导致服务中断。磁盘利用率为(N-1)/N 其中N为RAID中硬盘的个数。

5.2 JBOSS启动问题

JBOSS服务不能启动，往往是由于/usr/local/下的jboss4及其所有文件的属组不是www。可执行“chown -R www:www /usr/local/jboss4”命令修改文件的属组。还很可能是因为配给JBOSS服务的内存不足造成的，可通过修改“/usr/local/jboss4/bin/run.conf”文件解决。代码如下。

if [ "x$JAVA_OPTS" = "x" ]; then

JAVA_OPTS=" -XX:MaxPermSize=128m -Xms128m -Xmx1024m -Dsun.rmi.dgc.client.gcInterval=3600000 -Dsun.rmi.dgc.server.gcInterval=3600000"

其中：斜体部分分别为JBOSS服务正常使用内存值、最小内存值和最大内存值。可根据服务器实际情况进行修改。

5.3 MSDP无实时波形

在MSDP运行过程中，有的时候会发现个别台站无实时波形，但是用客户端连接上以后发现有数据传输。这主要是由于客户端是直接从流上下载波形数据，数据并没有进入数据库，而MSDP打开的波形是已经进入数据库中的波形数据。出现这种问题一般是由于台站的GPS时钟错误导致的，可以用telnet命令登录流服务的端口，用“stat waveform 台网名/台站名”查看台站的波形信息，如果时钟信息不正确，则可判断台站的GPS时钟有故障。

5.4 连续波形的清理

JOPENS数据处理软件主要依托mysql数据库平台，Mysql无法收缩表空间，即使在JOPNES里增加了自动删除数据的功能，在实际运行中数据也会逐渐的增加，占用空间会越来越大，这时即使删除数据，数据库占据硬盘的百分比也不会减少，所以需要经常删除数据，要不然整个数据库就像雪球一样，越滚越大，直至整个数据库爆满。在删除数据时，我们首先需要对数据库进行查询，但由于数据量特别大，对整个数据库查询会占用CPU大量的资源，使数据库来不及存储流服务发送的数据，造成数据断计现象。因此，维护人员在清理数据时可以先通过下面这条语句，查看最靠前的数据时间：select start_time from Waveform_ con order by start_time limit 1000000，然后再使用数据删除命令把不需要的数据进行清除[4]。同时在执行删除命令时要注意，不要一下删除时间太长的数据，因为这样会占用大量的CPU资源，使数据库长时间的删除数据，来不及进行数据存储。造成流服务不停地断记，不断地重启，直到数据删除结束。因此，在删除数据时应该是一小段时间的那样清除，使数据库能来得及处理流服务发过来的数据。我们可以通过show processlist命令来查看数据库执行命令的状态，也可以用kill命令直接停止数据库执行的命令。

6 自主研发

一般来说，一次地震发生后，可以在地震波到达后数秒内得出地震的基本参数，再经过初步校正就可以向上级地震监测部门和政府有关部门发布地震消息。但对速报震中位置展示情况不理想，速报震中位置的展示是防震减灾信息中的重要内容，在地震科普宣传方面发挥了重要的作用，为此针对虚拟台网的地震速报信息展示，利用JAVA语言编写了震中位置显示程序，直观显示速报地震震中位置与地震参数完成速报工作[5]，以此来提高环渤海虚拟地震台网的速报地震显示度。

6.1 设计思想

利用ArcGIS软件得到原始图片，根据台网得到的震中位置换算出需要裁切图片的宽度和高度，利用JAVA图像裁切技术对图片进行裁切，实现震中位置的显示。主要功能包括完成天津行政区内乡镇级震中位置的显示，自动裁切JPG图像，并计算震中位置到天津市地震局的距离。

图5 程序流程

6.2 开发方法

(1)像素坐标的转换

在JAVA程序处理中，实际上输入的经纬度是一个字符串。由于图片上的像素都是整型数，因此必须要将输入的字符串转化成整型数。通过JAVA语言的parseFloat()函数，先将输入的字符串转换为浮点数，再根据浮点数对应图上点度形式的经纬度坐标，将其换算成图上实际位置的像素坐标。

图6 转换流程

(2)图片控制

创建一个类OperateImage用来对图片进行控制，在该类中定义public void cropImage(){}方法来实现对图片的裁剪操作，定义public void drawPoint(){}方法实现对图片的震中位置显示操作，定义public void drawString(){}方法来实现对图片的字符串显示操作。通过在主类(窗体类)中调用OperateImage类中的这3个方法来实现对图片的操作。这3个方法都是调用BufferImage对象来保存图像，它是Image类的一个子类，它把图像数据存储在一个可以被访问的图像缓冲区中，还支持各种存储像素数据的方法。为了实现对BufferImage对象的操作，我们通过Rectangle 对象的左上顶点的坐标(x，y)、宽度和高度来进行图片裁切。然后调用该对象的createGraphics()方法，获得一个与该对象相关的Graphics2D对象。通过这个对象来实现对图片的标注、震中显示等各种操作。程序实例如图7，由于篇幅原因只列举图片裁剪类，相关代码如下：

public void cropImage(String srcPath,StringtoPath,intx,inty,intwidth,intheight,StringreadImageFormat,StringwriteImageFormat){

FileInputStreamfis = null ;

ImageInputStreamiis =null ;

try{

fis = new FileInputStream(srcPath); //读取图片文件

Iterator it = ImageIO.getImageReadersByFormatName(readImageFormat);//读取文件格式

ImageReader reader = (ImageReader) it.next(); //读取图片格式

iis = ImageIO.createImageInputStream(fis); //获取图片流

reader.setInput(iis,true) ;

ImageReadParamparam = reader.getDefaultReadParam();

Rectangle rect =new Rectangle(x,y,width,height);

param.setSourceRegion(rect);

BufferedImage bi = reader.read(0,param);

ImageIO.write(bi, writeImageFormat, new File(toPath));

}

catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

finally{

try{

if(fos!=null)

fos.close();

}

catch(IOException e){

e.printStackTrace();

}

}

}

图7 震中位置显示程序

7 结束语

基于网络技术的测震系统应用十分广泛，只要增加少许投资，任何市县地震部门都可根据自身需要建设虚拟测震台网，完善其地震监测体系。天津“十一五”项目建设完成后，在天津滨海地震台建立了环渤海虚拟地震台网，拓展了滨海地震台的业务范围。一方面，提升其自身的社会显示度，完善其地震监测体系；另一方面，不需要自己大量投资建设台站，减少重复建设，避免资金浪费。为滨海新区政府的防震减灾工作提供了可靠的依据，取得了很大的社会效益。同时，通过虚拟地震台网的组建，也培养出一批既具有专业知识，又具备台网维护管理技能，可以熟练运用数据处理系统出色完成台网各项工作任务，并具有一定自主开发能力的技术力量，为台网未来的快速发展打下了坚实的基础,以适应数字化地震观测技术快速发展的需要[6]。

[1]刘春国, 李正媛, 王建国, 等.地下流体数据处理与产品加工软件系统设计[J]. 中国地震, 2014，30(2): 260-271.

[2]王建国, 姚会琴, 高逊, 等.天津市地震前兆台网的运行监控与维护管理[J]. 大地测量与地球动力学, 2010，30(S1): 111-115.

[3]袁媛,尹京苑.上海地震科学数据共享服务平台建设[J].华北地震科学,2014,32(1):16-21.

[4]戚浩,夏仕安,张炳,等. 省级测震台网系统维护新方法的研究[J]. 华北地震科学,2012, 30(3):48-50.

[5]赵楠,卢光明,江沛春,等. 六安台网地震自动速报系统应用研究[J]. 华北地震科学,2013, 31(3):47-50,72.

[6]刘春国, 赵红丽, 谷元珠, 等.中国地震地下流体台网中心技术系统[J]. 地震地质, 2002，24(3): 422-433.

The Opration Management of Virtual Network in Bohai

XU KE,LIU Rui-rui,KONG Fan-xu,XUE NA,GAO Wen-jing

(Earthquake Administration of Tianjin，Tianjin 300201)

Earthquake Administration of Tianjin Municipality constructed Virtual network of bohai sea in the period the eleventh five-year plan. Application of this virtualnetworktechniquein Tianjin was introduced including systemdeployment,operation monitoring, information diffusion and system maintenance. Furthermore, JAVA imagecutting technology was used to display towns’ epicenter in earthquake rapid report work. The completion of the network, not only improved the monitoring ability and research level of the digital seismic network in tianjin on the bohai sea earthquake, but alsoprovidesopportunity for improing monitor and forecasting system，enhancing its influence in the presence of sociaty in each counties earthquake mechanism.

Virtual network;Monitoring capability;System maintenance

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.03.012

2014-08-25

天津市地震安全基础工程分项“环渤海虚拟台网建设”(项目编号：ZAGC-2)；天津市地震局科研项目(项目编号：142016)

许可(1982-)，男，工程师，主要从事测震台网的地震速报、编目与系统维护工作.E-mail：rbbgrace@163.com

P315-392

A

1003-1375(2014)03-0055-06