宁夏背景场台阵断记报警系统的开发与应用

胡子琪，任家琪，李鸿庭，李学波，贺嘉伟

（宁夏回族自治区地震局，宁夏 银川 750001）

0 引言

截至2020年，宁夏地震局在宁夏境内共建设强震动背景场台站11个，此背景场台站主要分布于宁夏中南部地区，背景场台站均使用SLJ-100型力平衡式加速度传感器、REFTEK130-REN数据采集器，通过无线传输方式将实时数据传输至宁夏地震台网中心背景场JOPENS核心流服务器，然后再将实时波形点对点传输至西北强震动台网中心（甘肃省地震局）以供使用[1]。为确保背景场各个台站数据的正常接入，运维人员需要登录数据采集器配置网页，进行IP地址及相关参数设置，从而将背景场数据流传输指向目标服务器与本地计算机，即宁夏地震台网背景场JOPENS核心服务器与背景场数据接收PC机，然后将实时波形存入地震监测中心本地服务器及本地计算机硬盘，通过用户登录的方法，就可以将背景场数据发送至需要的机构及个人。

受到宁夏中南部地区地理位置的影响，部分背景场台站地处偏远，环境相对恶劣，且由于当地环境问题，无法接入有线网络，宁夏局背景场台阵所属的11个背景场台站，均采用无线数据传输方式，受到运营商网络质量的影响，背景场台站的无线传输网络极易产生数据传输中断，从而影响整个背景场台阵的有序运行及原始波形完整率。就目前条件而言，宁夏局背景场台阵整个数据传输系统缺乏有效且针对性强的数据传输中断报警软件，为此本文特针对此问题，研发了基于REFTEK130-REN数据采集器的波形数据断记报警软件。此断记报警软件的功能为:当REFTEK130-REN数据采集器不能正常工作或是网络通讯中断造成数据传输中断时，该断记报警软件能在很短的时间内产生与故障相对应的详细报警信息，便于维护人员针对特殊报警信息及时处理相应故障，从而减少背景场台站数据断记时间、缩短运维人员维护响应时间，以此来保障宁夏局背景场台阵的波形数据连续、可靠。

使用REFTEK130-REN数据采集器的实时传输背景场台站断记报警软件是适用于Windows下JAVA的应用程序，本软件采用JAVA与SQL语言编制完成，软件使用MySQL数据库存储全部背景场台站相关台站参数及信息，运用此软件，可有效监控背景场台站波形数据文件的大小情况，并初步判断数据中断原因，及时产出断记信息，提示运维人员第一时间处理，有助于保障波形资料的连续完整[2]。

1 设计思路

本软件的监控对象为背景场台站波形文件，以波形文件大小为具体监控对象，由于波形文件实时传输及储存，故存储目录中，对应背景场台站波形文件的大小与时间成正比[3]，文件增大的时间单位为秒。我们通过比较两次较短时间间隔内（预设5s）背景场台站波形文件的大小，如果第二次得到的波形文件大小和第一次波形文件大小相同，则判断波形传输中断[4]，本软件通过相关台站参数和信息，编译和产生对应台站的断记报警信息。随后调用Ping命令，通过Ping对应台站的IP地址获取返回信息，当网络畅通时，会返回网络延时信息，如果返回信息中没有延时信息，则判断网络中断，随后针对不同情况分别产生对应的提示信息。软件实现的最终目标是当背景场台站发生故障导致台站数据传输中断时，此软件会第一时间对应相应背景场台站进行断记报警，且对故障原因进行全自动预判，并自动产出故障原因预判结果，提供给运维人员，以便运维人员进行快速有效的故障处理，保障背景场台站的高效运行。

2 设计过程及工作原理

2.1 获取背景场台站波形文件大小模块（FileSize）

首先，本软件指定特定的文件夹路径，然

后定义一个空的total容器（long类型）用来记录波形文件夹的大小。使用file.length（）方法返回每一个波形子文件的具体大小，返回值为long类型，建立一个动态数组ArrayList（），通过遍历的方式将每个子文件的长度值存储到数组内，再数组中所有数值相加汇总到total容器内，输出total的值即为背景场台站波形储存文件夹的大小，本软件具体设计思路流程如图1所示。图2为获取背景场台站波形存储文件大小的关键代码。

图1 软件流程图Fig.1 Specific design process of software

图2 获取背景场台站波形存储文件大小的具体程序算法Fig.2 Specific program algorithm for obtaining the size of waveform storage file of background station

2.2 文件比较模块（File Comparision）

本软件通过调用之前的FileSize方法，分别获取指定目录下背景场台站波形文件当前时间的长度t1（long类型）和经过5s后同样目录下波形文件的长度t2，在While循环体内不断循环比较返回值t1与t2的大小，当t1

图3 背景场台站波形文件相差5s时间长度的文件大小对比Fig.3 Program algorithm of file size comparison of waveform file of background station in 5s

2.3 网络判断模块（NetState）

通常情况下，使用REFTEK130-REN数据采集器的台站断记有以下几方面原因:①由于运营商网络质量问题导致的网络中断，宁夏局背景场台阵部分台站采用无线网络传输数据，网络波动较大；②数据采集器死机，由于数据采集器内存较小（5M），在数据采集器运行过程中，有时候会因为内存占满而导致数据采集器无法正常工作，此时使用远程电源控制软件重启数据采集器并在网页上清理数采RAM内存储的内容即可恢复工作。

针对上述问题，本软件设置网络判断功能，通过调用Ping命令将返回值记录到StringBuffer中，判断StringBuffer字符串中是否包含“TTL”，如果包含表示相应的网络地址可以Ping通，提示可以远程处理，否则提示不通需要现场处理。图4为针对背景场台站网络状况判断的具体语法实现。

图4 背景场台站网络状况判别语句Fig.4 Network condition discrimination statement of background station

2.4 信息提示界面（Window）

信息提示界面可将发生波形断记时获取到的波形文件大小，断记台站信息，时间，网络状态等信息显示到文本域中，并提供台站名，波形文件的路径，网络地址的修改途径。当台站名，网络地址，存储波形文件路径发生改变后，可直接在对应窗口修改。点击界面下方开始统计按钮，软件开始每5秒钟对波形文件大小进行一次读取，当波形文件大小在5S间隔内没有变化时，显示对应台站断记，程序开始判断网络状态，断记信息窗口显示对应的断记信息。图5为此软件所设计的初始界面，其中有台站相关信息显示，如图6所示，一旦出现背景场台站断记，此界面就会显示相应的断记信息。

图5 软件初始界面Fig.5 Initial software interface

图6 断记信息显示界面Fig.6 Display interface of fault recording information

3 功能拓展

针对本软件现状及功能需求，做出以下两方面的功能拓展。

建立台站名，IP地址，存储路径一一对应的数据表[6]。通过访问数据库的URL获取数据库连接对象[7]。

图7 台站数据表Fig.7 The database of station

图8 连接数据库Fig.8 Connect the database

本地与服务器端实现数据通信是通过Socket类实现本地计算机与服务器的远程通信。

①在服务器端通过程序创建一个Server-Socket，调用accept方法等待客户机连接。服务器端一直运行程序随时等候连接。

②在客户端创建一个Socket，请求与服务器建立连接。

③服务器接收客户机的连接请求，同时创建一个新的Socket与客户建立连接（套接完成）。

这两项功能分别实现了循环监测11个台站的波形和监测服务器端存储的波形文件。

4 软件测试及应用

4.1 软件的测试

为确保软件的兼容性和后期可使用性，本软件在Windows和Linux系统中均进行了软件的稳定性和可用性测试，测试结果表明，此软件的兼容性良好，可以适用于常用的操作系统中。在安装使用此软件之前，操作系统必须安装相应的JAVA运行环境，且在后期使用中，可以在本地Mysql数据库中查看各背景场台站波形数据文件的大小。本软件的开发及测试大致分为三个阶段，第一阶段:面对工作中出现的具体问题提出解决思路，依靠计算机手段初步设计软件，设计相应的计算机语句以实现相应的目标功能。第二阶段:将各个分部功能语句进行封装，进行整体的软件容错测试，从而测试软件的兼容性和功能合理性。第三阶段:在软件编制过程中，不断对程序进行优化，在日常测试中对1.0版本提出改进思路，从而在第二个软件版本中改进新增了可以控制开始监测的按钮及退出按钮，对程序的可控性更好，也使得程序更加稳定。

4.2 软件的应用

本软件经过前期的编译、封装、测试和改进流程之后，经过专家评估，已经可以进入实用阶段，本软件于2019年后半年成功部署到宁夏测震台网部，进行日常监测工作，经过为期半年的测试和试运行，本软件运行情况良好并且成功监测到12月18日宁夏隆德台数据采集器死机故障，9月17日宁夏固原海子峡台网络通讯故障等，第一时间产出断记信息，及时有效的断记报警和断记原因的预判，辅助宁夏局地震监测中心运维人员及时远程处理，相较于之前的运维工作，现今的运维时间大幅缩短，运维精准度大幅增加，辅助保障了波形的顺利传输。

5 结论和展望

使用REFTEK数采的实时传输加速度台站断记报警软件能够对连续记录的数据波形进行监控和断记自动报警，提高台站运行率，减少观测数据断记。软件界面简洁，操作方便，安装简单，配置要求低，人机交互性好，可以直接通过软件界面增加要监测的台站信息，只需点击开始统计按钮即可监测波形文件，在计算机上安装JRE运行环境即可运行。并且由于软件监测对象是文件的长度，不依赖于文件格式，泛用性较高。针对能获取波形数据而无法监控到数据流的环境，可以有效辅助监测人员第一时间掌握数据传输是否中断，以便及时处理，保障波形数据的连续完整。