江苏省地震监测信息化架构研究

戴波 刘红桂 雷利 江昊琳 卢永

江苏省地震局，南京 210014

0 引言

经过几十年的不懈努力，江苏省地震监测观测台网从无到有，监测设备从引进仿制到自主研发、生产，从模拟到数字化，从人工值守到自动化观测；监测数据被广泛应用于地震速报、地震预测研究、地震灾害防御、地震紧急救援以及地震科学研究，在减轻地震灾害和维护社会稳定方面发挥了重要作用（宋彦云，2009）。江苏省地震监测信息化经历了起步发展阶段、系统集成阶段、应用集成阶段，现已进入以“数据资源化、应用云端化、服务智能化”为目标的信息集成阶段。为了更有效地促进基础设施和数据资源集约整合，实现业务应用的联动与协同，推动信息技术与地震业务的深度融合和创新发展，需要建立一套高效的信息系统开发架构以对信息系统的建设统一规划（李爽爽等，2012）。

近年来，江苏省地震局不断加快全省地震监测体系信息化建设，充分开发利用信息资源，不断整合业务应用体系，提高业务协同效率以及信息资源开发利用、服务水平。本文在全面梳理江苏省地震监测业务体系的基础上，尝试运用主流信息系统架构方法——TOGAF企业架构方法，对江苏省监测体系架构进行梳理和研究，并提出了一种江苏省地震监测信息化架构的模型。

1 信息系统架构（TOGAF）理论与方法

TOGAF从业务、数据、应用和技术等方面梳理企业内部结构和关系，AMD是TOGAF架构的开发方法，ADM从为企业节省成本、开拓多样性的业务模式出发，全方位构建企业IT架构，提高企业信息系统的应用水平。

ADM架构开发方法论从整个生命周期描述了企业构架的各个演化过程，为企业构架设计提供了一种行之有效的方法。架构开发迭代过程如图1所示，该方法将架构的过程分为几个实施阶段。整个过程包括闭合循环中的多个连续的阶段。其中，A～D阶段可视为规划企业信息化战略，E～H阶段可视为制定战略实施计划。

图1 ADM架构开发迭代过程

企业架构包括业务架构、数据架构、应用架构、技术架构等4个领域，各个领域之间又是紧密联系的（蒋兴东等，2011）。其中，业务架构界定了系统所涵盖的业务能力；应用架构划分出相互独立的应用子系统及其功能；数据架构对系统内所涉及的各类数据进行设计、归类和定义；技术架构给从软硬件技术层面给出如何实现应用架构与数据架构的途径（戴波等，2017）。

2 江苏省监测体系总体架构设计

2.1 业务架构

梳理业务架构是构建信息化架构的基础，通常从机构岗位、业务流程和业务信息等3个方面入手。江苏省地震监测业务架构从业务需求和战略发展的角度出发不断完善，涉及江苏省监测领域的各方面，经过几十年的发展，已逐步形成一个较为合理的业务架构。江苏省地震监测核心业务包括地震台网建设、运维，全省地震数据资料汇集、处理，地震数据产品服务，并满足与地震系统其它业务系统之间的纵横沟通、横向集成的需要，为其他地震业务部门提供服务支持。江苏省地震监测机构包括江苏省地震监测中心、省属地震台和市县地震台，每个机构拥有一定数量的岗位，各岗位上的人员负责执行特定的业务流程。

江苏省地震监测体系信息化建设愿景如图2所示。

图2 江苏省地震监测信息化建设愿景图

江苏省地震监测核心业务能力及业务信息：

（1）江苏省区域台网建设

江苏省地震监测台网包括国家基本台网江苏部分、省级监测台网和市县级监测台网等3级监测网。江苏地震监测涵盖地震测震台网、强震台网和地震前兆监测台网等3大台网，全省各台网的台站分布如图3～6所示。

图3 江苏省测震台网台站分布

图4 江苏省强震动台网台站分布

图5 江苏省前兆台网台站分布

图6 事业发展对江苏省地震监测信息化的要求

（2）地震观测数据的汇集与产出

全省共建设30个信息节点，其中，省级区域中心节点1个，区市节点13个，台站节点16个，各信息节点与区域中心节点采用MSTP专线连接，构成了遍布全省的地震行业骨干网。

（3）地震数据产品服务

对江苏省陆地、海域及邻区的地震事件进行分析处理、信息报送；快速测定地震基本参数，及时产出震源机制解；产出地震动参数分布图以及地震动影响场；

实时汇集处理前兆观测数据，提取异常。

（4）技术支持与保障

全省已形成了省、市两级维修维护工作机制，建设了备机备件库。同时，成立的华东片区前兆仪器维修中心负责保障华东片区4家单位的地震前兆设备的快速运维工作。

（5）地震加密监测

针对预测重点地区或在破坏性地震发生后，围绕重点区或震区快速组建高密度的流动台网，采用无线传输方式在省台网中心实现数据汇集，提升震后趋势判定及相关地震数据产品产出等方面的服务能力。

（6）科研工作与团队建设

围绕地震监测领域的重点难点问题，积极开展科研与公关工作，积极拓宽地震科技服务领域，注重地震科技成果转化。强化地震科研人才培养与管理，重视科研团队建设，积极拓展各类合作空间，整合资源优势形成合力。

（7）地震科普

接待高校、中小学、政府机关、科技部门、档案等部门参观访问。配合江苏省地震学会进行科普宣传教育。

（8）综合业务管理

指导市县地震观测台站（网）的建设，承担全省地震观测环境保护工作；负责组织协调全省地震台站（网）的地震观测技术质量管理、全省地震台站（网）的监测质量评比；组织全省地震观测资料评比会，组织全省台站（网）观测技术培训工作。

综上所述，事业发展对江苏省地震监测信息化的要求可归纳为图6所示。

2.2 数据架构

由信息系统支撑的江苏省地震监测体系运作状况，是通过信息系统中的数据反映出来的。在江苏省地震监测体系总体架构中，数据架构处于基础和核心地位。数据架构的建设包括3个步骤：

（1）参照业务管理流程、管理的信息需要、行业标准列出数据项；

（2）定义数据类型和数据项的属性及关联；

（3）建立数据项和业务功能之间的关系。

从数据的角度分析，江苏省地震监测体系数据架构要在分析江苏省地震监测各类数据源的基础上进行抽象，设计合理的数据模型，为元数据管理提供支撑（蒋东兴等，2011）。根据业务架构对象域划分结果：地震台站数据，地震仪器数据、地震观测数据、地震数据产品、项目管理数据、事务管理数据等（蔡寅等，2014）。具体说明如表1所示。

表1 架构数据类型

根据江苏省地震监测体系软硬件环境、数字资源和资源数字化的情况，数据架构中主要实体之间的关系如图7所示。

随着各类型数据的不断增多以及各种应用的不断丰富，数据项与应用之间的关系也更加复杂，因此好的数据架构既要有通用性，也要符合业务特征；既要有统一标准，还要有一定的稳定性和前瞻性，能够支持业务的不断发展（冯甲策，2014）。

2.3 应用架构

应用架构的目的是建立业务架构和数据架构与具体的IT应用系统之间的关联，它定义了向业务部门提供的整体IT应用系统和功能。应用架构在IT架构中发挥核心作用，它连接业务架构中的流程、组件、功能、人员，也连接数据架构中的数据管理和使用，还能够提出对于技术架构和IT基础设施的要求（宋俊典等，2010）。

根据江苏省地震监测体系的现状和信息化发展需求，系统的应用架构划分为观测数据管理、业务管理、公共服务、事务管理等4个部分。在遵循总体规划、分步实施、边建边用原则的基础上，既保证系统能够快速建设、稳定运行，又保证整体的灵活性和先进性（赵芳等，2017）。

图7 江苏省监测数据架构中主要实体之间的关系

（1）观测数据管理

江苏省区域台网的建设已经形成规模，面对每天产出的海量观测数据，需要统一地整合、管理，江苏省地震监测体系负责所在辖区内观测数据的汇交和缓存。观测数据管理水平将直接影响地震数据对行业内外的服务水平。

（2）业务管理

为提升业务管理的效率、提供决策支持所需的基础数据，实现业务执行的管控，需要各类业务管理，其包括3大台网的业务管理（值班、巡检、年月报等）、仪器运维管理、项目管理、地震应急管理等系统。

（3）事务管理

事务管理涵盖党建工作管理、考勤管理、资料评比管理、台站管理、市县效能考核管理、培训会务管理等。

（4）公共服务

面向政府、社会、行业和公众需求，江苏省地震监测体系以强化公共服务为目标，不断加快现代化建设。其一，向辖区内用户提供数据产品（三要素速报、预警数据、地震烈度速报数据），满足公众对地震信息服务的需求；其二，积极投身地震科普宣传，不断开发科普产品，拓展传播渠道，创新宣教模式，增强社会公众的防震减灾意识和应对地震灾害的能力；其三，通过门户网站，实时推送江苏省监测体系动态信息，不断提高江苏省地震监测体系品牌形象。

江苏省地震监测应用架构示意图如图8所示。

图8 江苏省地震监测应用架构示意图

2.4 技术架构

技术架构是信息化架构中底层架构，定义如何建立一个IT运行环境来支持数据和应用架构，以保证业务的正常开展。技术架构的设计涉及到技术采用、设计开发、产品选择、基础设施等方面原则（王寅来等，2013）。

江苏省监测体系的基础软硬件设施包含3大台网（测震、前兆、强震），为以虚拟集群为主的分布式系统，主要包括通信网络接入、台站观测数据接入汇集、数据传输与共享服务、地震数据处理、数据库管理与服务、系统管理与备份、技术系统运行监控等部分；依托安全、稳定的通信网络平台，实现全省地震数据的汇交；拥有1个数据中心和1个数据备份中心，以实现地震的缓存和存储；地震仪器运维团队为整个体系的运行维护提供有效的技术支持，以实现台网运维管理的智能化、实时化，确保高时效性、高可靠性、高运行率；仪器研发团队和软件研发团队，从事地震监测仪器的研发和业务管理、数据应用软件的开发。地震科普团队配合震害防御部门开展多种形式的科普活动。

2.4.1 3大台网

2.4.1.1 测震台网

江苏省测震台网由72个数字测震台站组成，其中，深井台站30个（含1个海岛台），地面台42个（含1个海岛台）；国家级台站2个。拥有1个数据汇集、处理、加工中心。数据处理系统涵盖mysql数据库、JOPENS软件、PAPA软件。

2.4.1.2 前兆台网

江苏省级地震前兆台网2017年在运行的台站共计31个，其中，形变台站11个，流体台站15个，地电台站5个，地磁台站14个。2017年在运行的仪器共计115套。江苏地震前兆台网中心现有2套数据库系统：SQL Server 2003、Oracle数据库系统。

2.4.1.3 强震台网

江苏省强震台网为由强震动台网部（含东南区域强震动台网中心职能）、强震动流动观测基地以及76个强震台站构成的观测体系。

2.4.2 地震仪器运维团队

江苏省地震监测体系拥有一支负责台站维护、设备检测、系统运维的工作队伍，形成了省、市两级维修维护工作机制，建设了备机备件库，建立了初步的测震台网数据质量监控平台。

2.4.3 仪器研发团队

江苏省地震监测体系仪器研发团队拥有10余人的科研人员及1个仪器研发实验室，承担FHD-2B矢量质子磁力仪、电磁扰动观测仪器、WL6B稳流电源等多款仪器的研发与推广应用。

2.4.4 软件研发团队

软件研发团队由3大台网人员和运维人员组成，针对日常工作中亟待解决的问题，开发适合业务开展和管理的软件。

2.5 总体架构

江苏省地震监测信息化架构逻辑上分为基础支撑平台、数据库资源层、应用支撑层、系统业务应用层、服务层等5层（图9）。

（1）基础支撑平台层

基础支撑平台是整个系统的最底层，包含地震观测基础设施、应用软件运行平台和相关系统运行硬件设备等。

（2）数据库资源层

图9 江苏省地震监测信息化总体架构

数据库资源层提供系统所需的各类数据，有高效的数据存取、备份和安全管理等机制。它由地震台站数据、地震仪器数据、地震观测数据、地震数据产品、项目管理数据、事务管理数据等组成。

（3）应用支撑层

应用支撑层的应用组件包括：以虚拟集群为主的分布式系统、数据中心、网络通讯平台、仪器运维中心、仪器研发团队、软件研发团队等。上述各项组件能够为应用业务层提供统一的服务。

（4）业务应用层

系统业务应用层利用应用支撑层提供的各项组件，实现观测数据管理、业务管理、事务管理、公共服务等4大功能。

（5）服务层

服务层是用户和系统直接交互的窗口，可提供良好的交互。用户根据实际应用的需求，使用江苏省地震监测体系提供的各种应用服务。

3 应用成果

江苏省地震监测信息化架构的提出，进一步厘清了信息化在建设、运行、管理和服务效果等方面的问题，能够有效整合江苏省地震监测系统各类应用，提高了信息系统的应用水平。江苏省地震局先后建立了地震自动速报与交互处理软件系统、测震业务管理、前兆数据库信息服务与管理、地震设备运维管理等子平台，并参照江苏省地震监测信息化总体框架，不断推进信息化建设，在不断完善现有各类信息子平台的基础上，着力解决信息孤岛、应用烟囱、部门割裂、上下游协同不够等发展中的问题，目前正在开发项目综合管理、事务综合管理等子平台。

自主研发的“地震自动速报与交互处理软件系统”，实现了地震速报中的参数快速测定和信息发布，大大提高了地震速报的自动化水平和速度（图10）。

图10 人机交互地震速报分析界面

自主研发的“地震信息数据池”建立统一的地震信息资源池，便于企业和各种社会力量参与开发利用地震信息数据资源，向桌面用户和移动终端用户提供实时推送和主动查询服务（图11）。

图11 地震信息数据池架构示意

自主研发的“测震业务管理平台”实现了江苏省测震业务的综合管理，其包含值班到岗登记、系统巡查登记、值班日志登记、有感地震报送、数据质量监控、自动速报等功能。软件界面如图12所示。

图12 测震业务管理平台

自主研发的“江苏省前兆数据库信息服务与管理平台”，实现了前兆数据库测项查询、各类日志查询、基础信息查询、自动化值班、自动统计和资料下载等功能。软件界面如图13所示。

图13 前兆数据库信息服务与管理平台

自主研发的“地震设备运维平台”能够高效管理人员、合同、仪器、差旅、快递等基础信息，同时该系统支持二维码信息生产打印，保证对仪器信息全覆盖和统一管理。软件界面如图14所示。

4 结语

本文在江苏省地震监测信息化建设实践成果的基础上，提出了一种基于TOGAF的江苏省地震监测信息化架构。根据江苏省地震监测信息化建设的内容，分为业务架构、数据架构、应用架构、技术架构等，阐述了系统的分层设计方案。该架构虽然在总体和细节上还有需要修改和完善的工作，但是对地震监测信息化建设有一定参考作用。该架构的特点是以业务流程为中心，高效部署应用系统，提高IT技术人员的开发、维护效率，并能有效整合地震监测体系中各项系统应用，有效发挥现有系统的价值。