山西前兆台网雷电预警数据入库设计及实现

王鹏伟,张 蕙，穆慧敏,程冬焱,李 颖，李惠玲,郭宝仁

(1.山西省地震局,山西 太原 030021；2.山西省地震局定襄地震台，山西 定襄 035403；3.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站,山西 太原 030025)

0 引言

山西省地震局于2014和2015年先后两年对6个地震台站进行综合观测技术保障系统改造，安装3套雷电预警设备。经过多个雷雨季节检验，台站观测设备运行正常，有效保障了地震观测数据的连续、可靠[1-2]。在此基础上，2017年对20个台站进行综合观测技术保障系统推广改造，安装6套雷电预警设备，主要用于监控台站区域内雷云电场强度，并能在雷电到来之前切断市电，雷电结束后恢复市电，使台站地震观测设备免受雷电毁坏。

山西省地震局监测信息中心部署了厂家提供的测试软件，该软件能够接收实时电场数据，以文本文件存储到程序文件夹下。通过实际运行发现，测试软件仅提供了设备的集中组网、数据实时接收等功能，缺乏对设备网络状态和其他状态参数的实时监控功能[3-6]。由于雷电预警数据不是标准的前兆数据格式，无法进行采集并汇集到前兆数据库，导致区域中心及台站人员无法通过山西前兆台站数据监控软件和mapsis软件浏览雷电预警系统数据，不利于雷电预警设备的数据分析。

基于以上情况,急需研制雷电预警数据共享软件，实时获取雷电预警观测数据，进行深入分析，了解当地雷电活动情况，加强对台站周围测点地震观测仪器的防雷保护。

1 方案设计及实现

1.1 服务端

在山西省地震局监测信息中心的一台前兆数据库服务器上，将雷电预警系统设备配置到前兆数据库，然后基于java语言开发编写一个后台程序，实现对雷电预警设备网络状态和启动情况的实时监控，同时将雷电预警设备产出的电场数据进行格式转换并存储到前兆数据库。

1.2 客户端

客户端的数据绘制是基于zedgraph控件绘制任意时间段内的雷电预警设备观测数据，提供数据曲线的自动缩放及浏览。入库软件的功能主要包括雷电预警数据接收、数据转发到平台、数据格式转换并入库、雷电预警数据查询浏览等，整体功能如图1所示。

图1 软件功能模块Fig.1 Function module of the software

(1) 雷电预警数据接收。

该模块主要实现数据的实时接收，接收界面如第34页图2所示。开启入库软件后，接收雷电预警设备发送过来的数据并进行数据格式处理。入库数据通过5002端口发送到平台上，平台实时接收，并每六小时将数据保存到数据库中，每天每个台站代码保存一条数据，包括数据开始日期、台站代码、测点编码、测项分量代码、采样率、观测数据、处理标志、数据索引等。

图2 雷电预警数据接收界面Fig.2 Receiving interface of lightning early warning data

选取图2中的一组数据$01000090-0015.800660 0001746 00083 00063 46.50 12.2700+18.5 14.6。其数据格式定义为：

01000090：八位设备的ID，可由用户自己设置；

-0015.8：电场值的大小；

00：报警状态。00无报警，01黄色报警，10橙色报警，11红色报警；

66：主数据结束标志；

0：测试中间值，其范围是0～9；

0001746：雷击总数。表示自安装以来周边5 km(安装高处或开阔地带10 km)内的雷击总次数，共计7位数；

00083：开挂跳闸总数。表示自安装以来，雷击引起开关自动跳闸的总次数，共计5位数；

00063：电池欠压总数。表示自安装以来监控到的电池低于设定值的总次数，共计5位数；

46.50：设置的电池欠压门槛值，单位V；

12.27：实际测得的电池电压值，单位V；

00：主开关状态。00表示闭合，01表示断开；

+18.5：当前温度；

14.6：当前湿度。

(2) 数据转发到平台。

该模块的功能是将接收到的雷电预警设备发送过来的数据进行格式处理之后转发到服务平台，供服务平台使用。

(3) 数据格式转换并入库。

该模块的功能是将接收到的雷电预警设备发送过来的数据进行转换格式之后存入数据库。电场值入库后转换为地震行业标准的数据格式，可以通过山西前兆台站数据监控软件和mapsis软件实现数据共享，并实现图件绘制(见图3)。

图3 数据格式转换并入库Fig.3 Data format conversion and storage

(4) 雷电预警数据浏览功能。

该模块是通过网页进入设备历史数据查询网页界面(见图4)。选取数据的起止时间或者台站代码，点击查询即可查看所选台站相对应时间段内电场记录。相应的记录以每个台站一天一条记录的方式进行列表显示，如第35页图5所示。

选取任意一条记录的电场数据进行查询，该台站当天的电场数据即以00:00:00开始每两秒一个数据进行显示，用户可对所需时间段内的数据进行查询分析。

图4 台站电场记录查询界面Fig.4 Query interface of station electric field record

图5 电场数据显示界面Fig.5 Display interface of electric field data

2 应用效果

电场数据开启入库软件之后，不仅可提供设备的集中组网、数据实时接收等功能，还可以对设备网络状态和其他状态参数进行实时监控。雷电预警数据转化为标准的前兆数据格式，就可以实现数据汇集到前兆数据库，区域中心及台站人员通过山西前兆台站数据监控软件和mapsis软件便可以浏览雷电预警系统数据，对雷电预警设备的数据进行分析，数据的实时性、利用率有所提高。

3 结语

雷电预警数据入库软件实现了雷电预警数据接收、数据转发到平台[7]、数据格式转换并入库、雷电预警数据查询浏览等主要功能。该软件在山西前兆台网中心进行长时间的测试，方便工作人员对电场数据的实时监控及数据分析，下一步将在此基础上继续完善相关功能[8]。比如，雷电预警电场数据与前兆电场数据的比较分析、雷电预警系统对前兆台站有效防护范围等，进一步提高软件的实用性。