臺(tái)站監(jiān)測數(shù)據(jù)恢復(fù)平臺(tái)的開發(fā)

倪友忠，朱培育，朱佳苗，束亞一

(1.上海市地震局佘山地震基準(zhǔn)臺(tái)，上海　200062；2.上海市地震局崇明地震臺(tái)，上?！?02164)

臺(tái)站監(jiān)測數(shù)據(jù)恢復(fù)平臺(tái)的開發(fā)

倪友忠1，朱培育2，朱佳苗2，束亞一1

(1.上海市地震局佘山地震基準(zhǔn)臺(tái)，上海200062；2.上海市地震局崇明地震臺(tái)，上海202164)

摘要：為應(yīng)對(duì)雷電、網(wǎng)絡(luò)故障等突發(fā)事件引起的通訊及網(wǎng)絡(luò)故障，出現(xiàn)通過正常途徑無法采集數(shù)據(jù)采集器中觀測數(shù)據(jù)的情況，特研發(fā)監(jiān)測數(shù)據(jù)恢復(fù)平臺(tái)。該平臺(tái)通過串口通信工程的開發(fā)研究，實(shí)現(xiàn)通過采集器的RS232串口連接，讀取存儲(chǔ)器單元中的數(shù)據(jù)，并將之提取并保存為固定格式。通過數(shù)據(jù)庫編程技術(shù)，將提取的觀測數(shù)據(jù)導(dǎo)入到“十五”O(jiān)racle數(shù)據(jù)庫中，從而達(dá)到提高觀測資料完整率的目的。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集器；存儲(chǔ)器；監(jiān)測數(shù)據(jù)；恢復(fù)平臺(tái)

0引言

隨著上海佘山地震基準(zhǔn)臺(tái)(以下簡稱佘山臺(tái))前兆2012年“十五”數(shù)字臺(tái)網(wǎng)的改造完成，佘山臺(tái)形變觀測已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化，監(jiān)控能力得到了極大的提升?！笆濉睌?shù)字網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，大大提高了觀測效率。但大量電子產(chǎn)品的應(yīng)用，也不可避免地帶來了新的問題。出現(xiàn)的問題主要有以下幾點(diǎn)：(1) 夏季雷雨季節(jié)的時(shí)候，由于佘山臺(tái)信息設(shè)備高度集中，電子設(shè)備的耐沖擊能力卻顯著降低，雷電產(chǎn)生的電磁脈沖對(duì)佘山臺(tái)形變電子設(shè)備的損害，有逐年上升的趨勢；(2) 儀器本身的設(shè)計(jì)問題。如，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不成熟，科學(xué)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間不長就應(yīng)用到實(shí)際觀測，電子產(chǎn)品的焊接工藝等等，導(dǎo)致地震監(jiān)測設(shè)施的相關(guān)電子產(chǎn)品保質(zhì)期過于短暫，設(shè)計(jì)運(yùn)行的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)際運(yùn)行的時(shí)間；(3) 儀器自身的老化。佘山臺(tái)大部分的前兆儀器是2000年安裝，至今，已經(jīng)超負(fù)荷運(yùn)行14年；(4) 觀測儀器的數(shù)量增多，手段多樣化，與人員的專業(yè)化程度存在差異，造成了儀器維護(hù)的困難比以往大大增加，儀器故障率逐年提升。

鑒于上述問題，該文從提高觀測資料完整率的角度出發(fā)，通過VB串口通訊工程的開發(fā)與研究及VB數(shù)據(jù)庫編程技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)本平臺(tái)[1]。當(dāng)前兆管理平臺(tái)無法正常收取數(shù)據(jù)時(shí)，通過該數(shù)據(jù)恢復(fù)平臺(tái)，能完成各項(xiàng)儀器數(shù)據(jù)的采集及入庫等操作。

1程序設(shè)計(jì)目的

設(shè)想在網(wǎng)絡(luò)不通，光纖被破壞且暫時(shí)無法修復(fù)；或者網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備故障，無備份設(shè)備替換等觀測條件下，通過開發(fā)“臺(tái)站監(jiān)測數(shù)據(jù)恢復(fù)平臺(tái)”，用筆記本實(shí)現(xiàn)和DSC-1A的RS232C串口直接通訊，將數(shù)采中的觀測數(shù)據(jù)采集下來，并通過該平臺(tái)將觀測數(shù)據(jù)錄入到Oracle數(shù)據(jù)庫中。這樣做的好處有3點(diǎn)：一是盡可能多的利用本平臺(tái)恢復(fù)能夠被恢復(fù)的臺(tái)站第一手觀測資料，避免被擱置，被遺漏。臺(tái)站目前沒有這方面的研究來達(dá)到這一目的，儀器生產(chǎn)廠商也未提供對(duì)應(yīng)接口的軟件。所以，通過該研究，能達(dá)到盡可能的降低觀測數(shù)據(jù)的斷記率，保證觀測資料的完整率；二是可以作為“十五”前兆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集備份，防患未然。當(dāng)使用正常方式無法采集觀測數(shù)據(jù)的時(shí)候，可以作為應(yīng)急平臺(tái)加以使用；三是此平臺(tái)開發(fā)后，可以進(jìn)一步應(yīng)用推廣到條件艱苦臺(tái)站、無網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋的偏遠(yuǎn)臺(tái)站。

根據(jù)此目的，設(shè)計(jì)的程序流程圖如第22頁圖1所示。

2平臺(tái)的研究內(nèi)容

這項(xiàng)研究涉及如下三方面的內(nèi)容。

(1) 串口通信工程的開發(fā)[2]。通過成熟的Vbasic.net串口通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與RS232串口通訊，通過指令的方式將HK 非易失性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(NVRAM)中保存的前兆觀測數(shù)據(jù)提取出來。需要了解數(shù)據(jù)采集器的接口標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)格式、通訊約定，從而在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)臺(tái)站監(jiān)測數(shù)據(jù)恢復(fù)平臺(tái)，兼容中國地震局前兆軟件管理平臺(tái)。學(xué)習(xí)研究了中國地震局已經(jīng)發(fā)布的部分行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如《傳感器接口與控制》《前兆儀器網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)規(guī)程》等。

圖1　程序流程簡圖Fig.1　Diagram of the program flow

(2) 數(shù)據(jù)的拼接功能。如，當(dāng)天的數(shù)據(jù)采集器發(fā)生故障后，如果數(shù)采中的存儲(chǔ)芯片未損壞，保存在其芯片中的數(shù)據(jù)完好，則通過本平臺(tái)提取00點(diǎn)00分至故障發(fā)生時(shí)的這段數(shù)據(jù)，然后將該段數(shù)據(jù)與恢復(fù)正常記錄時(shí)的數(shù)據(jù)(即故障解決時(shí)，恢復(fù)正常記錄至23點(diǎn)59分的數(shù)據(jù))進(jìn)行拼接，拼接成一個(gè)相對(duì)完整的天文件數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)的缺失。以往，在數(shù)據(jù)采集器故障后，這部分?jǐn)?shù)據(jù)(00點(diǎn)00分至發(fā)生故障時(shí))由于生產(chǎn)商未提供相應(yīng)的恢復(fù)軟件，是無法恢復(fù)的。通過該研究，能夠極大減少當(dāng)天的數(shù)據(jù)丟失，有效提高觀測資料的完整率。

(3) 格式轉(zhuǎn)換功能及數(shù)據(jù)庫編程。在滿足《地震前兆數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)規(guī)范》及中華人民共和國地震行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《地震測項(xiàng)分類與代碼》的基礎(chǔ)上，編制標(biāo)準(zhǔn)的格式轉(zhuǎn)換程序及入庫程序，保證入庫數(shù)據(jù)格式正確，從而保證“十五前兆數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”能正常處理入庫數(shù)據(jù)。同時(shí)兼顧科學(xué)研究，滿足數(shù)據(jù)分析的要求。編制三類觀測數(shù)據(jù)格式：“九五”格式——能兼容早期的“九五”數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；“十五”格式——方便數(shù)據(jù)入庫；mapsis等會(huì)商格式——能使用mapsis等地震分析軟件，方便對(duì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行更深入地分析研究。

3模塊劃分

參考地震前兆觀測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[3]，將軟件基本功能劃分為參數(shù)設(shè)置、連接數(shù)采并采集觀測數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)入庫等四大模塊(見圖2)。

(1) 參數(shù)設(shè)置模塊。參數(shù)設(shè)置包括：臺(tái)站參數(shù)設(shè)置及儀器測項(xiàng)設(shè)置。

圖2　程序結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2　Diagram of the program structure

(2) 連接數(shù)采并采集觀測數(shù)據(jù)模塊。參考地震前兆數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)考慮[4]，通過成熟的Vbasic.net串口通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與RS232串口通訊，通過指令的方式將HK 非易失性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(NVRAM)中保存的前兆觀測數(shù)據(jù)提取出來，并保存。

(3) 數(shù)據(jù)操作模塊。該模塊劃分為4個(gè)小模塊[3]，即：數(shù)據(jù)拼接、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)作圖。數(shù)據(jù)拼接功能，將故障前記錄的當(dāng)天某一段數(shù)據(jù)和故障檢修排除后記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，減少缺測時(shí)間。格式轉(zhuǎn)換功能，具備3種格式(“九五”格式、“十五”格式、MAPSIS會(huì)商格式)相互轉(zhuǎn)換的功能；數(shù)據(jù)保存功能，將采集或者拼接后的數(shù)據(jù)保存成如上的3類格式；數(shù)據(jù)作圖功能，具備3類格式的作圖功能，方便查看儀器的工作狀態(tài)。

(4) 數(shù)據(jù)入庫模塊。通過VB數(shù)據(jù)庫技術(shù)，將采集的數(shù)據(jù)及拼接處理后的數(shù)據(jù)，導(dǎo)入Oracle數(shù)據(jù)庫。

4平臺(tái)的技術(shù)途徑及研究方法

4.1　技術(shù)途徑

本系統(tǒng)是基于Vbasic.net架構(gòu)，采用了較為成熟的開發(fā)模式。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)前端采用oracle 11g數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，主要功能模塊采用Visual basic.net編寫，采用標(biāo)準(zhǔn)的串口通信技術(shù)開發(fā)通信平臺(tái)(見第23頁圖3)。

4.2　研究方法

(1) 軟件內(nèi)存管理。

軟件中，對(duì)儀器的管理采取如下方法：為每個(gè)儀器定義一個(gè)結(jié)構(gòu)變量，并且在程序啟動(dòng)時(shí)為每個(gè)儀器的結(jié)構(gòu)變量分配內(nèi)存和初始化結(jié)構(gòu)變量，直到軟件退出時(shí)才刪除所有儀器的結(jié)構(gòu)變量空間。實(shí)驗(yàn)證明，這種內(nèi)存管理方法對(duì)軟件的穩(wěn)定性起了關(guān)鍵作用。

圖3　串口通訊模式架構(gòu)示意圖Fig.3　Diagram of architecture with serial communication mode

Public Type Station_info//自定義臺(tái)站信息存儲(chǔ)類型

Sname As String//儀器 臺(tái)站名稱

jingdu As Double//儀器 臺(tái)站經(jīng)度

weidu As Double//儀器 臺(tái)站緯度

gaocheng As Double//儀器 臺(tái)站高程

daima As String//儀器 臺(tái)站代碼

yiqihao As String//儀器號(hào)

End Type

Public StationInfo() As Station_info ′臺(tái)站信息

Option Explicit

Dim SendCount As Integer//定義已發(fā)送字符對(duì)應(yīng)字節(jié)數(shù)

Dim ReceiveCount As Integer//定義已接收字符對(duì)應(yīng)字節(jié)數(shù)

Dim PortSwitch As Boolean//定義串口是否打開標(biāo)志

Dim DisplayFlag As Boolean//定義接收窗口是否繼續(xù)顯示標(biāo)志

Dim item As Integer//定義串口的通訊類型

Dim tempbyte() As Byte//定義串口通訊返回字節(jié)類型

Dim databuffer(9000) As Byte//定義字節(jié)數(shù)組

(2) 串口通訊模式。

當(dāng)軟件工作在串口通訊模式下時(shí)，其硬件連接如圖3所示，現(xiàn)場總線向下通過光隔副側(cè)與前兆儀器相連，向上通過光隔主側(cè)與臺(tái)站收數(shù)計(jì)算機(jī)相連。工作模式切換到串口通訊模式，然后根據(jù)儀器串口屬性，相應(yīng)地打開收數(shù)計(jì)算機(jī)串口(如，波特率19200、數(shù)據(jù)位8、奇偶校驗(yàn)無、停止位1、數(shù)據(jù)流控?zé)o等)，即可通過圖4所示軟件，對(duì)現(xiàn)場總線上儀器進(jìn)行控制與數(shù)據(jù)采集。

圖4　串口通訊模式采數(shù)程序示意圖Fig.4　Diagram of data acquisition program of serial communication mode

串口通訊模式采數(shù)程序如下：

′ 串口初始化

Private Sub InitialPort(SerialPort As String, BaudRate As String, ParityBit As String, DataBit As String, StopBit As String)

MSComm.CommPort = val(Mid(SerialPort, 4, Len(SerialPort) - 3))//設(shè)定端口

//設(shè)置波特率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位

MSComm.Settings = BaudRate & ″,″ & Left(ParityBit, 1) & ″,″ & DataBit & ″,″ & StopBit

MSComm.InBufferSize = 1024//設(shè)置接收緩沖區(qū)為1 024字節(jié)

MSComm.OutBufferSize = 4096//設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)為4 096字節(jié)

MSComm.InBufferCount = 0//清空輸入緩沖區(qū)

MSComm.OutBufferCount = 0//清空輸出緩沖區(qū)

′ 接收數(shù)據(jù)

Private Sub MsComm_OnComm()//接收數(shù)據(jù)

Dim InputString As Variant//定義接收變量

Dim BytReceived() As Byte//定義接收數(shù)組

Dim ReceiveData As String//定義輸入字符串變量

Dim strCharacter As String//定義每次接收字符的變量

Dim Counter As Integer//定義接收字符的數(shù)量

Dim i As Long//定義臨時(shí)變量

Dim Ii As Long//定義臨時(shí)變量

Dim jj As Long//定義臨時(shí)變量

Select Case MSComm.CommEvent

Case comEvSend//每發(fā)送1個(gè)數(shù)就觸發(fā)一次

SendCount = SendCount + LenB(StrConv(TxtSend.Text, vbFromUnicode))

Case comEvReceive//發(fā)生接收事件時(shí)

Select Case item

Case 1001//調(diào)回儀器時(shí)鐘

tempbyte = MSComm.Input

Call dispdata

Case 1002, 1003//調(diào)回昨天、當(dāng)天數(shù)據(jù)

tempbyte = MSComm.Input

For i = LBound(tempbyte) To UBound(tempbyte)

databuffer(Ii) = tempbyte(i)

If databuffer(Ii) < 16 Then

RichTextBox1.Text = RichTextBox1.Text + ″0″ & Hex(databuffer(Ii))

Else

RichTextBox1.Text = RichTextBox1.Text + Hex(databuffer(Ii))

End If

Ii = Ii + 1

Text17.Text = Ii

′If Ii Mod 48=0 Then

′jj = jj + 1

′End If

Next i

Case 1004//調(diào)回當(dāng)前數(shù)據(jù)

tempbyte = MSComm.Input

For i = LBound(tempbyte) To UBound(tempbyte)

If Ii >= 5 Then

If Ii < 50 Then

RichTextBox1.Text = RichTextBox1.Text + Chr(tempbyte(i))

Else

RichTextBox1.Text = RichTextBox1.Text + Chr(tempbyte(i))

End If

End If

Ii = Ii + 1

Next i

Case Else

End Select

Case Else

End Select

5軟件應(yīng)用

該軟件自調(diào)試完畢后，即投入地震臺(tái)站日常工作，效果良好。圖4展示的是該軟件的一部分主要功能，即通過“九五”串口通訊方式(通訊協(xié)議符合“九五通信標(biāo)準(zhǔn)”細(xì)則)采集數(shù)據(jù)。該功能菜單簡潔直觀，具備以下幾大功能：校對(duì)儀器時(shí)鐘；調(diào)回儀器時(shí)鐘；采集前N天數(shù)據(jù)；采集當(dāng)天數(shù)據(jù)；采集當(dāng)前數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)保存。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通訊無法使用時(shí)，臺(tái)站人員可以攜帶便攜式筆記本電腦，進(jìn)入儀器安裝現(xiàn)場或者山洞洞室內(nèi)，利用現(xiàn)場總線，分別聯(lián)接筆記本串口及數(shù)據(jù)采集器串口，啟動(dòng)臺(tái)站監(jiān)測數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)的丟失。

該軟件還具備現(xiàn)場調(diào)試的功能，確定數(shù)據(jù)采集器等是否正常工作。

6結(jié)語

筆者通過幾個(gè)月的努力，完成了該系統(tǒng)的開發(fā)研制，并制作了安裝盤，在臺(tái)站試用。在使用過程中，根據(jù)實(shí)際情況，做了多次改動(dòng)和完善，基本滿足了臺(tái)站觀測的要求。通過測試和使用，證明該平臺(tái)已達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期效果，但仍存在一些設(shè)計(jì)缺陷，主要表現(xiàn)在軟件只能在本臺(tái)站進(jìn)行應(yīng)用，還無法面向其他地震臺(tái)站進(jìn)行推廣使用。今后，該軟件還需要不斷改進(jìn)系統(tǒng)性能，增強(qiáng)軟件推廣應(yīng)用功能。

參考文獻(xiàn)：

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[3]尹亮，曾文浩，李東生，等.地震前兆觀測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[J].地震地磁觀測與研究,2005,26(2)：97-102.

[4]周振安，范良龍，王秀英，等.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京：地震出版社,2005.

Development of Monitoring Data Recovery Platform of Seismic Stations

NI You-zhong1, ZHU Pei-yu2, ZHU Jia-miao2, SHU Ya-yi1

(1.Sheshan Referential Seismological Station of Earthquake Administration of Shanghai City, Shanghai 200062, China;2.Chongming Seismological Station of Earthquake Administration of Shanghai City, Shanghai 202164, China)

Abstract:In order to deal with communication failures caused by lightning, network failures and other emergency, monitoring data recovery platform are developed to resolve the problems that data are unable to be collected from data collector by usual way. Through the development of serial port communication, the platform realizes connection of RS232 serial through collector, reads the data from the memory unit and extract and store data in fixed format. Observational data are imported to “Tenth five-year plan” Oracle database by database programming to improve the integrity rate of observation data.

Key words:Data collector; Memory; Monitoring data; Recovery platform

作者簡介：第一倪友忠(1974—)，男，上海市人。2012年畢業(yè)于上海交通大學(xué)，工程師。

基金項(xiàng)目：中國地震局監(jiān)測、預(yù)測、科研三結(jié)合課題(140901)。

收稿日期：2014-09-19

中圖分類號(hào)：P315.6-39

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-6265(2015)01-0021-05