測震站網儀器標定管理軟件的研究與設計

宮卓宏,梁 艷,閆美蓉,劉 發,彭麗娟

(1.山西省地震局,山西 太原 030021;2.山西省地震局大同地震監測中心站,山西 大同 037000;3.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站,山西 太原 030025)

0 引言

地震計是測震站網的觀測儀器部件,標定是檢測地震計是否正常工作的手段,標定合格才能保證觀測數據的質量。目前,在實驗室環境下,采用振動臺測試法對地震計進行絕對標定。由于振動臺復雜且昂貴,省地震局很難用到振動臺[1],因此,測震站網運維人員主要采用電標定法對地震計進行標定[2]。

山西數字測震站網現有57個臺站,專業設備由寬頻帶地震計和多通道數采組成,專業設備的正常運行是做好地震監測預報預警和區域性地震危險評估等工作的重要基礎,對專業設備定期開展正弦標定和脈沖標定,是監控地震計運行狀態的主要手段。

山西測震站網目前采用基于MATLAB的標定計算腳本進行日常標定數據的處理[3-4],隨著近年來測震站網不斷增加,設備標定的工作量越來越大,采用現有的標定流程,問題越來越突出,主要有:各臺站數采和地震計的組合多種多樣,標定參數各異;標定計算的結果參數文件分布在不同目錄的不同文件中,手動匯總較繁瑣,易出現失誤;各類標定步驟繁雜,缺乏記錄和整理。 為此,結合工作實際,開發適用于山西測震站網儀器標定的管理軟件非常必要,用以實現標定和計算數據的信息化管理,方便省地震局和各地震監測中心站維護人員管理儀器的標定和計算以及上報儀器的標定結果,針對測震站網標定結果上報所需設計不同報表模板,用戶可以根據需要對標定參數信息、標定記錄等進行查詢和統計,既減少測震標定、計算、上報等工作量和手動匯總造成的人為錯誤,又能提高標定工作效率和上報結果的準確度。下面從設計思路、模塊化設計實現等方面對此款標定管理系統進行介紹。

1 總體設計

為提高日常的標定工作效率,管理軟件需滿足以下設計目標:

(1) 契合標定流程的管理功能。

創建標定信息數據庫,包含臺站信息、用戶信息、標定結果等多個數據表,便于管理標定流程和結果?？紤]臺站參數因改造等原因會有變動,需實現臺站信息的錄入和修改。實現標定結果直接從文件讀取、入庫,避免手動輸入帶來的操作失誤。

(2) 標定流程規范化和管理匯總快捷化。

之前各維護中心的標定、計算及結果上傳的流程各有不同,易出現標定結果的錄入、匯總因不規范操作而出現錯誤。因此,規范計算結果的文件目錄,不僅便于軟件入庫,且有利于標定流程的規范化,為匯總做準備。

(3) 工作效率的持續提升。

通過便捷的標定結果導入和匯總功能,運維人員不需要進行重復的手動處理數據,可提升工作效率。其他類型的標定匯總工作也可以通過增設相應的模板來實現。

為達成上述設計目標,該軟件采用模塊化設計,基于C++[5]語言,使用Qt[6-9]框架進行開發,具有五個功能模塊,分別是用戶管理模塊、信息查詢模塊、標定結果錄入模塊、表格輸出模塊和后臺數據庫模塊。整體功能如圖1所示,軟件流程如圖2所示,其中數據庫[10]模塊是存儲和修改數據的關鍵模塊,其數據表的構成如表1所示。

圖1 功能模塊圖Fig.1 Software functional module diagram

用戶管理模塊用于管理用戶權限,控制不同權限用戶對不同界面的訪問。信息查詢模塊用于查詢、修改標定臺站和儀器信息、查看處理記錄等,方便用戶了解標定相關信息。標定結果錄入模塊和表格輸出模塊是本軟件的核心功能模塊,用戶選定標定處理結果所在路徑,使用結果錄入功能即可將各臺站標定結果文件中的信息提取到數據庫,便于查詢和導出。用戶使用表格輸出功能將選定數據庫中需導出的標定結果條目,按照預設格式以表格形式導出。

2 功能設計

信息查詢模塊主要進行標定信息的整理和查詢。標定結果讀取模塊應按照標定流程規范,依據預設的邏輯讀取指定文件內容到數據庫中。表格輸出模塊按照表格模板,將數據庫中的對應內容,規范輸出到表格文件中。設計的各模塊要便于操作,平臺要方便維護,實現及時處理異常、更新。

2.1 標定結果讀取模塊

該模塊可解決手動處理數據帶來的人為失誤。由于標定結果的各項關鍵參數分布在結果路徑下不同文件的不同數據段,按照文件規則讀取時方便快捷。

結果讀取的過程大致如下。首先,用戶選擇標定結果的文件路徑,根據標定流程規范,該路徑下應當以各個臺站代碼命名子文件夾,也是標定的各結果文件;其次,程序從數據庫中讀取臺站代碼,指定的路徑+臺站代碼+特定文件名,得到單個臺站標定結果的完整文件路徑。標定結果數據以文本文件形式存儲,用文件流讀取到對應行,然后處理字符串即可獲得所需的數據。依據此文件路徑,讀取對應文件中的數據并存儲到數據庫中。按此做法遍歷臺站列表,至所有臺站讀取完畢。文件讀取界面如圖3所示。

圖3 信息查詢和讀取文件界面Fig.3 Interface of information query and reading files

選擇文件夾使用QFileDialog類中的getExistingDirectory靜態成員函數,讀取文件使用QDir類中的setNameFilters函數篩選出要讀取的文件,使用QTextStream類即文件流按行讀取文件內容。

日常標定計算過程中,將標定結果按臺站分類存放在文件夾中,每個臺站一個文件夾,每個臺站需要錄入的數據在標定結果文件夾中的兩個結果匯總到文本文件中。標定結果錄入模塊可以在用戶選擇對應文件夾后,逐個讀取每個臺站對應的兩個文本文件,將該文件夾下所有臺站的數據全部錄入數據庫中。讀取流程如圖4所示。

圖4 讀取文件流程圖Fig.4 File reading process flowchart

2.2 信息查詢模塊

此模塊主要包括三部分功能。第一是標定信息的查詢(見圖3)。包括各臺站經緯度、標定靈敏度等。第二是標定記錄查詢。在標定結果讀取模塊將標定結果存入數據庫后,在標定記錄查詢頁面查看已經入庫的標定結果條目。第三是臺站更新及更新記錄。各臺站的標定信息可以在程序頁面中進行增加、刪除、修改等,歷史改動都可以在更新記錄頁面查看,只需在臺站更新頁面選擇記錄修改信息即可。

2.3 表格輸出模塊

表格輸出模塊在用戶選擇需要輸出的臺站和格式后,把標定數據輸出到對應的表格模板中,表格模板存放在軟件目錄下,程序跳過表格的前三行即表頭,從第四行開始逐個寫入數據。每個臺站每個分向的數據占一行,每行有臺站信息、標定時間、周期振幅等數據,分別對應表頭的每一列。

用戶選擇需要輸出的臺站和格式并確定輸出后,程序打開表格模板文件,從數據庫中提取第一個臺站的各項數據并保存到對應的單元格中;再操作下一個臺站,直到寫完所有選中的臺站數據,最后保存表格文件。表格輸出界面如圖5所示。

圖5 表格輸出界面Fig.5 Interface of table output

用QAxObject類映射excel表格,用一些對象來對應表格中的各元素。如,workBook對應excel中的工作表,worksheet對應excel中的一個sheet表單。

外層while循環遍歷各個臺站,對應excel表中的一個臺站(占三行);三個內層for循環對應一個臺站的三個分向,每個分向占一行,每遍歷完一個分向就運行“row++”即行數加1;三個分向全部遍歷完后,就運行“station++”即臺站數加1。重復上述過程,再對下一個臺站進行操作,直到全部完成,最后保存整個excel文件。

2.4 一鍵讀取功能的實現

由于讀取、選擇、輸出表格的流程較繁瑣,故設計一鍵讀取功能。其原理是:選定已經整理好的標定資料目錄,根據目錄名或文件名遍歷整個目錄,一次性獲取所有標定結果的資料,再將其輸出到表格中(見圖6)。其優點是與原有工作流程更加契合,可提高工作效率。

圖6 一鍵讀取流程圖Fig.6 One-click reading process flowchart

3 系統應用

該軟件自2017年部署到山西測震站網后,對57個站點的57臺套測震儀器標定結果進行流程化導入,實現在數分鐘內即可匯總標定結果,有效提升測震站網的標定效率。同時利用該軟件建立山西地區測震儀器標定結果數據庫,首次實現標定結果的信息化管理,為今后儀器運維工作提供基礎數據支撐。經過幾年的運行,已實現標定流程規范化和管理匯總快捷化,不僅縮短運維人員的工作時間,還可避免手動處理數據帶來的人為失誤,提升了測震站網標定管理的水平。

4 結語

該軟件自投入運行以來,得到地震監測中心站運維人員的認可,已成為日常工作中的必要工具,其實用性和易用性得到實踐的檢驗。對該軟件的設計、開發和長時間運行結果進行分析表明,基于Qt的標定管理軟件,設計方案合理,人機互動界面良好;可提高上報結果的準確性,避免手動處理數據帶來的人為失誤;可實現標定流程規范化和管理匯總快捷化,有效提升測震站網標定管理的水平。