引言

地震监测是地震学研究的基础工作, 随着地震部门“汶川地震灾后恢复重建”“中国地震背景场探测”等重点项目的实施, 地震监测台站数量飞速增长, 地震监测能力得到大幅提升。特别是随着“国家地震速报与烈度预警工程”的实施, 无人值守台站规模还会继续急剧增长, 地震台站普遍地处偏远, 台站运维问题成为台网管理中面临的主要问题。

陕西省地震台网目前共运行162个台站, “国家地震速报与烈度预警工程”实施后, 陕西省内将新建612个地震烈度速报与预警台站, 使得陕西省地震台网的运维工作面临极大挑战。台网规模日趋庞大, 运维任务日益繁重, 传统的管理方式较简单、粗放, 不利于资料的重复使用, 因此研发专用软件为台网运维提供服务, 提高管理效能, 已成为当务之急(董一兵等, 2017)。

近年来, 大量围绕地震台网运维系统的研究工作已取得一定进展, 如陈军辉等(2016)利用部署在地震台站的硬件设备, 开发了智能运维保障系统, 实现了台站智能化监控管理；姜博等(2017)采用浏览器/服务器结构模式, 设计了黑龙江省地震台站运维管理系统, 该系统包括基础档案模块、设备跟踪模块、信息统计模块3部分, 主要解决了台站信息登记存在的问题；陈凯等(2018)基于Android平台进行地震台站运维管理系统的开发, 主要包括仪器维修管理、仪器IP管理、台站信息管理、台站路线导航等功能, 开发了移动端软件, 方便了运维人员的工作。上述台站运维管理系统虽已投入使用, 但仍存在软件不开源、兼容性不佳等问题, 无法与本单位已开发的软件良好对接与使用, 影响系统进一步融合与开发。

本文使用ASP.net技术开发陕西省地震台网运维故障管理信息化系统, 着重对地震台网运维故障进行信息化管理, 该系统具备故障诊断、故障挂单、故障查询、故障完成等全流程信息化故障管理功能, 还具备故障数据收集、导出、统计分析、单据状态变更微信通知等多项功能, 解决了台站发生故障后无标准化处置流程、资料均为纸质化、维修记录不全、管理不精准等问题。该系统可与陕西省地震局已开发的软件良好对接与使用, 满足陕西省地震台网管理工作的需要, 大幅提高运维工作效率, 节约人力成本, 提高台站信息化管理能力。

1.   陕西省地震台网运维管理现状与问题

1.1   运维管理现状

陕西省地震台网主要由测震台网和地球物理台网组成, 共运行162个台站, 台站分布如图 1所示。目前, 陕西省地震台网为两级运维管理方式, 陕西省地震局监测台网中心监测技术室提供技术支持, 陕西省8个中心台具体负责辖区范围内无人台站运维。其中, 陕西省地震局监测台网中心24h值班, 监控台站运行状态, 发现故障后, 立即通过专用QQ群通知中心台负责人, 由中心台负责人安排台站运维人员维修。

图 1  陕西省测震台站分布图

Figure 1.  Distribution map of seismic stations in Shaanxi Province

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1.2   存在的问题和解决思路

目前, 陕西省地震局通过《陕西省地震监测区域中心台建设方案》和《陕西省地震局地震台站管理办法》等相关制度改革, 由陕西省地震局监测台网中心运维管理陕西省所有无人台站发展为以区域中心台为主、监测技术室为辅的两级运维管理方式。近年来, 通过以台站为主体进行的运维实践经验, 发现运维过程中还存在以下问题:

(1) 台站故障后无标准处理流程:值班人员发现台站故障后, 需通过自己的经验判断、处理。值班人员有维修经验且熟悉故障台站情况时, 可根据经验对照故障表现进行快速处理, 但对于缺少维修经验且不熟悉台站情况的值班人员, 通常难以快速获得有效信息, 无法有效判断和处理故障。

(2) 台站资料均为纸质化:台站部分基础信息以纸质化形式存在, 存在难以查找、信息更新不及时等问题。台站故障时, 需查阅看护人联系方式、供电所联系方式、通讯方式、光缆线号、仪器设备等一系列信息, 而纸质化难以满足海量信息的及时获取和更新。

(3) 台站维修记录不全:由于台站仪器、供电设施、通讯方式基本固定, 所以台站故障存在一定规律性。而目前台站维修记录不全, 不方便整理统计, 需寻找规律快速解决故障。

(4) 运维管理不精准:台站发生故障后, 值班人员均通过QQ群通知, 该模式可靠性较差, 缺少各岗位响应的时间记录, 给前期维修工作和后期管理工作带来巨大不便。

针对以上问题, 目前要求所设计的运维管理系统应具备以下特性:

(1) 根据以往运维经验, 规定标准化的故障处理流程, 所有值班人员按照标准化的流程进行判断, 并记录判断过程, 将有效信息提供给运维人员。

(2) 将台站信息录入数据库, 进行信息化管理, 台站发生故障时, 可快速、准确查看台站基础信息, 提高工作效率。

(3) 每次维修完成后, 填写故障原因、故障表现、维修方式等维修日志, 存入数据库, 方便管理统计。

(4) 对故障诊断、故障接收、故障维修整个过程进行挂单管理, 存入数据库, 方便统计报修时间、处理时间、维修完成时间等时间节点, 进行值班人员效能评估。

2.   系统设计

2.1   技术思路

本系统采用B/S架构, 即浏览器/服务器架构, B/S架构为C/S架构的改进。系统架构如图 2所示, 主要分为浏览器客户端、服务器和数据库3部分。系统图形界面通过Web浏览器实现, 主要逻辑在服务器端实现, 并通过数据库保存和管理。系统基于Windows平台, 采用ASP.net技术开发, 该技术为基于组件完全面向对象的模块式开发语言, 具有安全、稳定、运行快等特点。开发环境为Microsoft Visual Studio, 是Windows平台下最流行的应用程序开发环境。数据库采用SQL Server 2008, 具有易用、适合分布式组织的特点。

图 2  系统架构图

Figure 2.  System architecture

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根据Web应用程序和ASP.net技术特点, 本文将系统划分为3个基本层次:用户界面层、业务逻辑层和数据访问层。

(1) 用户界面层:该层显示业务逻辑层传递的数据信息, 通过HTML标记和CSS模式实现。同时, 还需负责获取用户输入数据, 完成校验, 并将数据传递给业务逻辑层。

(2) 业务逻辑层:作为整个分层模型的中间层, 为用户界面层提供功能调用, 同时负责调用数据访问层访问数据库。该层根据整个系统的设计, 实现软件中大部分逻辑控制功能。

(3) 数据访问层:作为整个分层模型的最底层, 主要功能为实现与数据库的交互, 为业务逻辑层提供数据服务, 根据逻辑要求实现数据库操作。

2.2   系统安全性设计

安全性是B/S架构必须考虑的问题, 是系统良好运行的保障(孙学华等, 2011)。本系统中, 根据不同用户岗位及所属部门, 对其身份验证、权限控制、数据库访问权限进行严格区分, 用户仅能查看本台站设备、人员、故障、维修记录等信息, 值班人员仅能对本台站运维人员进行派单。对于密码字段, 使用Base64编码进行加密, 防止密码破解泄露。

此外, 对系统数据进行定期备份。目前地震行业内, 国家及各省局前兆台网统一采用主、备服务器定时双机热备的安全策略, 较好地保证了数据安全性和及时性(李光科等, 2018)。

2.3   系统特点

本系统的开发充分考虑了台站运维工作的实际需求, 具有以下特点:

(1) 系统采用B/S架构, 所有部署均安装于服务器端, 维护更新工作也集中于服务器端, 与用户端无关, 因此系统的维护更加便利, 可靠性和稳定性也得到增强。

(2) 程序界面可视化:客户端采用Web浏览器, 用户接受快、体验好, 操作简单方便。

(3) 将故障挂单概念引入台网运维管理中, 台站人员各司其职, 使运维工作既高效又精准, 快速处理故障, 将故障处理信息保存于数据库中, 方便后期查询整理。

(4) 将本系统与陕西省地震局信息管理系统进行后台实时连接, 增加了系统的可扩展性, 可与信息管理系统的数据时刻保持一致。

(5) 根据台站工作的实际需要, 编写了台站故障统计功能, 可直接输出任意台站任意时段的图文组合报表, 统计结果直观方便, 满足了台站个性化统计需求。

3.   系统主要功能

系统包括用户登录、信息管理、故障管理、故障统计、消息通知5大功能模块, 如图 3所示。

图 3  系统功能模块

Figure 3.  Function modules of system

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3.1   信息管理模块

信息管理模块主要包括台站运维信息表、运维人员信息表和故障维修记录的管理。本系统中台站信息表和运维人员信息表调用陕西省地震局台站信息管理系统中的数据, 可加强本系统未来扩展性。台站运维信息表主要保存排查故障时所需的与台站故障相关的信息, 该表与台站基础信息表独立存在。此模块以中心台站为单位, 用户仅能查看本中心台下属台站信息, 台站信息查询如图 4所示。

图 4  台站信息查询

Figure 4.  Station information query

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3.2   故障管理模块

故障管理模块主要包括故障诊断、故障状态查询、故障维修完成3部分。

(1) 故障诊断:值班人员发现故障后, 检查故障原因, 在系统中进行挂单, 同时通知运维人员。

(2) 故障状态查询:运维人员查看故障记录单, 可选择单独或多个台站、任意时段查询, 可查看时段内所有单据状态。已挂起但运维人员未接收的故障单据显示为未处理状态, 运维人员点击故障接收按钮, 该单据即显示为处理中。单据状态发生变化时, 均会通过微信通知对应用户。

(3) 故障维修完成:当运维人员完成故障维修后, 填写维修记录单。系统增加了故障单源单选择功能, 保证了多单在线时的识别。台站名称与故障时间按照单据自动填写, 需填写维修结束时间、维修人员、维修日志, 完成并通知值班人员。更换仪器时, 需填写设备更新情况。值班人员收到消息后, 检查台站状态, 如果恢复正常, 查询对应单据, 点击维修完成确认, 结束此次故障挂单流程, 故障管理如图 5所示。

图 5  故障管理

Figure 5.  Fault management

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3.3   故障统计模块

(1) 维修记录查询:可查询故障单维修单号、故障源单、台站名称、故障开始时间、结束时间、维修人员、维修日志、故障原因、设备更新情况等信息, 且可使用Excel导出, 方便工作人员日后查询统计, 故障维修记录如图 6所示。

图 6  故障维修记录

Figure 6.  Fault maintenance record

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(2) 统计报表:主要用于统计台站故障信息与运维人员维修记录, 在统计故障时, 可选择任意时段、所有台站或部分台站、所有原因或部分原因进行统计, 满足个性化统计功能, 并可使用Excel导出, 2019年5—6月5个台站统计结果如图 7—10所示。

图 7  2019年5—6月台站故障率统计

Figure 7.  Statistics of station failure rates from May to June 2019

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图 8  2019年5—6月台站故障原因统计

Figure 8.  Statistics of station failure causes from May to June 2019

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图 9  2019年5—6月台站故障次数统计

Figure 9.  Statistics of station failures from May to June 2019

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图 10  2019年5—6月维修天数统计

Figure 10.  Statistics of maintenance days from May to June 2019

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3.4   消息通知模块

本系统中所有用户实名登录。发生故障后, 值班人员进行故障挂单时, 发送消息通知运维人员查看故障。运维人员接收故障后, 通知值班人员。运维完成后, 通知值班人员进行复核查看。确认仪器状态全部正常后, 通知运维人员结束此次故障单据。所有的消息传递均通过企业微信的方式进行推送(见图 11), 每次状态变更均可及时传达给对应人员。

图 11  企业微信消息传递

Figure 11.  Enterprise WeChat messaging

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4.   数据库开发

本系统后台调用陕西省地震局台站信息管理系统数据库时, 在Web.config文件中配置数据库连接信息, 直接连接陕西省地震局台站信息管理系统数据库, 根据表名和字段, 获取对应的数据表。连接数据库时, 需在Web.config文件中定义连接字符串, 说明要连接的服务器名称、登陆信息及要使用的数据库名等信息(郑木德, 2011)。用SqlConnection类的对象连接SQL Server数据库, SqlConnection类用于与SQL Server数据库“对话”, 并将“对话”内容通过SqlConnection属性、方法与事件表示出来。

5.   应用效果分析

陕西省地震台网运维故障管理信息化系统投入使用以来, 运行稳定正常, 期间台站故障41次, 记录故障管理单据123条。该系统的使用对运维工作有以下促进作用:

(1) 台站值班人员与运维人员的责任划分更明确, 各种故障处理的时间节点均在系统内保存, 使得台站管理制度有据可依, 从而督促工作人员更高效地完成岗位任务。

(2) 台站各类基础信息、故障处理信息全部在系统内长期保存, 管理人员可随时对业务数据进行查询、分析、处理, 相比纸质化文件易丢失、难统计的模式, 该系统的查询效率大大提升, 以查询某台站3个月内的维修记录为例, 翻阅纸质统计记录耗时至少10分钟, 在系统内查询仅耗时2—5秒。

(3) 根据用户需求, 可使用饼状图、柱状图等可视化图表显示台站故障统计结果, 操作简单便捷, 结果直观明了。

(4) 系统内各类信息通过企业微信进行消息通知, 满足工作信息化需求, 缩短故障响应时间。

(5) 值班人员可快速查询各台站历史维修全周期记录, 辅助决断故障处置措施, 缩短设备故障时间。

6.   结论

本系统由地震台站一线人员开发, 以地震台站实用性为主。开发成功后, 在陕西省地震局西安中心台、榆林中心台进行试运行, 系统运行安全稳定、方便快捷, 具有良好的拓展性。其合理性、实用性得到值班人员和专家的一致认可, 对于台站综合管理及台站智能化管理系统的开发提供一定借鉴作用。同时, 还需进一步加强同系统相匹配的硬件传感器研发与界面友好性提升, 以期在行业内进行推广。