佘山臺(tái)前兆數(shù)據(jù)庫(kù)智能維護(hù)系統(tǒng)開發(fā)

倪友忠，王琦瓏，鐘衛(wèi)星，葉 青，教聰聰，朱國(guó)豪，方 韜

(1.上海市地震局佘山基準(zhǔn)地震臺(tái)，上海 200062；2.湖南省地震局，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

0 引言

佘山基準(zhǔn)地震臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱佘山臺(tái))作為全國(guó)形變6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化臺(tái)站之一，自2000年以來(lái)，安裝了重力、傾斜、應(yīng)變等多套形變觀測(cè)儀器，觀測(cè)項(xiàng)目比較完備。隨后陸續(xù)安裝了高采樣率的重力儀、寬頻帶傾斜儀、YRY-4超寬頻帶應(yīng)變儀等高精度、高采樣的儀器入網(wǎng)，地震前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)量劇增。臺(tái)站工作人員除每天保證Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的安全穩(wěn)定運(yùn)行外，還要對(duì)日常觀測(cè)原始數(shù)據(jù)等重要觀測(cè)資料進(jìn)行定期備份，工作量較大。

對(duì)于大型數(shù)據(jù)庫(kù)，如，“十五”前兆Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，常用的備份方式有“十五”地震前兆管理系統(tǒng)備份、冷備份和導(dǎo)入導(dǎo)出備份、準(zhǔn)在線冷備份、RMAN方式、Data Guard方式、Golden Gate方式。王軍等的地震前兆 Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)備份策略與應(yīng)用及陳傳華等在前兆管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)冷備份及恢復(fù)方法實(shí)現(xiàn)等研究中，進(jìn)行了闡述[1-2]。上述方式操作均相對(duì)復(fù)雜，對(duì)維護(hù)人員的專業(yè)知識(shí)要求高，需經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)，對(duì)臺(tái)站普通工作人員不適合。

從經(jīng)濟(jì)效益和使用方便、操作相對(duì)簡(jiǎn)單的角度出發(fā)，可采用Oracle自帶工具、自行開發(fā)軟件或者免費(fèi)軟件對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行備份。葉應(yīng)樹等開發(fā)的基于asp的宏觀前兆信息在線管理系統(tǒng)[3]就是目前臺(tái)站比較通用的一種Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器備份方式。臺(tái)站Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的日常數(shù)據(jù)量相對(duì)較小，需要每天及時(shí)備份的數(shù)據(jù)信息不多。所以，通過(guò)自行開發(fā)軟件，對(duì)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行及時(shí)的備份是較適用于臺(tái)站數(shù)據(jù)備份的一種方式。

1 程序設(shè)計(jì)目的

佘山臺(tái)目前有2臺(tái)服務(wù)器，均搭建SUC及Oracle11平臺(tái)，并通過(guò)冷備份的方式，將臺(tái)站信息、大部分歷史觀測(cè)資料及基礎(chǔ)信息等，遷移至備份服務(wù)器中。備份服務(wù)器每天同步更新主服務(wù)器的日常觀測(cè)信息，保證2臺(tái)服務(wù)器的一致性。

參考洪旭瑜等福建前兆數(shù)據(jù)交換與同步問(wèn)題的探討一文[4]，認(rèn)識(shí)到通過(guò)自行開發(fā)軟件，對(duì)主服務(wù)器Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，及時(shí)同步更新，也是目前臺(tái)站比較適用的一種備份方式。因此，筆者開發(fā)設(shè)計(jì)佘山臺(tái)前兆數(shù)據(jù)庫(kù)智能維護(hù)系統(tǒng)，通過(guò)該軟件平臺(tái)，每天定時(shí)將運(yùn)行在地震前兆管理系統(tǒng)主服務(wù)器庫(kù)的所有前兆數(shù)據(jù)、觀測(cè)日志等信息，通過(guò)定時(shí)器功能，及時(shí)地將臺(tái)站所有的前兆儀器數(shù)據(jù)、工作日志、儀器日志等備份到臺(tái)站備份服務(wù)器Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中。在主服務(wù)器發(fā)生故障而無(wú)法修復(fù)時(shí)，可切換到備份服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)并行觀測(cè)。該設(shè)計(jì)的程序流程圖如第28頁(yè)圖1所示。

圖1 程序流程簡(jiǎn)圖Fig.1 Program flow chart

2 平臺(tái)的研究?jī)?nèi)容

平臺(tái)設(shè)計(jì)主要涉及以下研究?jī)?nèi)容，一是臺(tái)站信息的匯集。為增強(qiáng)平臺(tái)的可移植性，方便平臺(tái)在全國(guó)其他臺(tái)站進(jìn)一步推廣應(yīng)用，軟件平臺(tái)必須具備信息智能檢索及匯集的功能，通過(guò)配置智能信息表，實(shí)現(xiàn)快速配置臺(tái)站所有觀測(cè)儀器的信息、臺(tái)站代碼、儀器代碼、值班日志信息等；二是信息參數(shù)配置，方便臺(tái)站及時(shí)增加和修改儀器配置信息、臺(tái)站測(cè)項(xiàng)信息等；三是智能備份功能的開發(fā)，可以設(shè)置備份要素，方便臺(tái)站備份所需信息，具備設(shè)置實(shí)時(shí)備份條件和觸發(fā)因子功能；四是備份服務(wù)器信息檢查及查缺。建立查詢語(yǔ)句模塊，具備自動(dòng)查詢?cè)磾?shù)據(jù)庫(kù)和備份數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)差異，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)缺，保證2臺(tái)服務(wù)器(主服務(wù)器及備份服務(wù)器)之間數(shù)據(jù)的同步性；五是當(dāng)部分臺(tái)站由于某些原因不具備購(gòu)買備份服務(wù)器時(shí)，該平臺(tái)另外開發(fā)本地備份(臺(tái)站電腦)與主服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)同步功能，將主服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)與本地文件進(jìn)行對(duì)比，查詢?cè)磾?shù)據(jù)庫(kù)和本地備份的數(shù)據(jù)差異，及時(shí)補(bǔ)缺，實(shí)現(xiàn)本地電腦與主服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)同步。

3 模塊劃分

根據(jù)上述研究?jī)?nèi)容,將軟件基本功能劃分為信息匯集單元、參數(shù)設(shè)置單元、數(shù)據(jù)備份單元、數(shù)據(jù)檢查單元四大模塊。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Overall functional structure diagram of the system

信息匯集單元包括臺(tái)站信息檢測(cè)、測(cè)項(xiàng)信息檢測(cè)；參數(shù)設(shè)置單元包括網(wǎng)絡(luò)參數(shù)信息、臺(tái)站測(cè)項(xiàng)信息、臺(tái)站其他信息；數(shù)據(jù)備份單元包括定時(shí)功能設(shè)置、備份信息表設(shè)置；數(shù)據(jù)檢查單元包括觀測(cè)信息查缺、其他信息查缺。

4 平臺(tái)的技術(shù)途徑

4.1 技術(shù)途徑

系統(tǒng)基于Vbasic.net架構(gòu)，前端采用Oracle 11g數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，主要功能模塊采用Visual basic.net編寫。利用ADO.NET數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)框架，對(duì)數(shù)據(jù)源一致訪問(wèn)。應(yīng)用程序使用ADO.NET連接到Oracle 11g數(shù)據(jù)源，檢索、處理、更新其中包含的數(shù)據(jù)。ADO.NET提供數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序前臺(tái)和后臺(tái)之間的通信通道，在數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序中起到關(guān)鍵的作用(見圖3)。

圖3 ADO.NET結(jié)構(gòu)原理圖Fig.3 ADO.NET structural diagram

4.2 研究方法

ADO.NET是.NET框架中的一系列類庫(kù)，運(yùn)用這些類庫(kù)可以在數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序中使用和操作數(shù)據(jù)。ADO.NET通過(guò)兩個(gè)核心組件.NET Framework數(shù)據(jù)提供程序和DataSet(數(shù)據(jù)集)將數(shù)據(jù)訪問(wèn)和數(shù)據(jù)處理分離。NET Framework數(shù)據(jù)提供程序(Data Provider)是專門為數(shù)據(jù)操作及快速、只進(jìn)、只讀訪問(wèn)數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的組件，有OleDb、ODBC、SqlClient和Oracle四種數(shù)據(jù)提供程序，包含Connection、Command、DataReader、DataAdapter四個(gè)對(duì)象。

應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)通信，首先檢索存儲(chǔ)在那里的數(shù)據(jù)，并以用戶友好的方式呈現(xiàn)；其次，通過(guò)插入、修改和刪除數(shù)據(jù)來(lái)更新數(shù)據(jù)庫(kù)。Microsoft ActiveX Data Objects.Net(ADO.Net)是一個(gè)模型，.Net框架的一部分，由.Net應(yīng)用程序用于檢索訪問(wèn)和更新數(shù)據(jù)。.Net框架提供兩種類型的Connection類：SqlConnection -設(shè)計(jì)用于連接到Microsoft SQL Server；OleDbConnection -設(shè)計(jì)用于連接到各種數(shù)據(jù)庫(kù)，如Microsoft Access和Oracle。

Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接數(shù)據(jù)程序如下:

Imports System.Data.OracleClient / / 引用System.Data.OracleClient.dll動(dòng)態(tài)鏈

Public conn As New ADODB.Connection / / 定義ADODB的鏈接對(duì)象

{

conn = New ADODB.Connection

With conn

.Provider = "OraOLEDB.Oracle.1"

.ConnectionString = "Data Source=" + cmb_db1.Text.Trim + ";Persist Security Info=False;Password=" + PasswordTextBox1.Text.Trim + ";User ID=" + Cmb_username1.Text.Trim

.Open()

End With

}

5 軟件功能及應(yīng)用

5.1 信息匯集單元功能

為增強(qiáng)平臺(tái)的可移植性，軟件必須具備智能檢索及匯集的功能。通過(guò)智能檢索，快速配置臺(tái)站獨(dú)有的

儀器信息、臺(tái)站信息、測(cè)項(xiàng)信息等。前兆數(shù)據(jù)庫(kù)包含的信息主要有前兆數(shù)據(jù)(模擬、數(shù)字化原始、數(shù)字化預(yù)處理前兆數(shù)據(jù)，流動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)等)、觀測(cè)日志信息、臺(tái)站基礎(chǔ)信息、臺(tái)站測(cè)項(xiàng)信息、觀測(cè)場(chǎng)地基本信息、前兆觀測(cè)儀器信息、數(shù)據(jù)分類信息等。表1是Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)儀器信息表的表結(jié)構(gòu)形式。

表1 儀器信息表Table 1 Instrument information sheet

首次使用該平臺(tái)時(shí)，先進(jìn)入信息匯集單元功能模塊界面(見圖4)。該模塊單元主要功能是通過(guò)檢索臺(tái)站測(cè)點(diǎn)信息表、臺(tái)站儀器運(yùn)行信息表、臺(tái)站測(cè)項(xiàng)分量信息表，讀取臺(tái)站運(yùn)維中的所有觀測(cè)點(diǎn)儀器信息、臺(tái)站信息，供軟件平臺(tái)使用者根據(jù)臺(tái)站實(shí)際運(yùn)行情況自行選擇儀器測(cè)項(xiàng)，并形成相關(guān)配置文件。形成的配置文件包括臺(tái)站儀器運(yùn)行信息文件sample.txt、臺(tái)站測(cè)項(xiàng)信息文件instrument.txt等，分別保存在軟件平臺(tái)的安裝目錄inf文件夾下，方便以后臺(tái)站操作人員進(jìn)行修改。

圖4 信息匯集單元功能界面Fig.4 Function interface of information collection unit

5.2 數(shù)據(jù)備份單元功能

智能維護(hù)系統(tǒng)最重要的一部分功能是數(shù)據(jù)同步遷移(備份)，主要包含備份Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)同步遷移(備份)及本地?cái)?shù)據(jù)同步遷移(備份)。數(shù)據(jù)同步遷移(備份)內(nèi)容有觀測(cè)日志信息、臺(tái)站基礎(chǔ)信息、臺(tái)站測(cè)項(xiàng)信息、觀測(cè)場(chǎng)地信息，觀測(cè)儀器信息、前兆數(shù)據(jù)(包含內(nèi)容如前文所述)，界面如第30頁(yè)圖5所示。

圖5 Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)備份功能界面Fig.5 Oracle database data backup function interface

在該功能設(shè)計(jì)中的自動(dòng)定時(shí)備份功能模塊，采用Timer定時(shí)器工具，是一種線程用于調(diào)度任務(wù)的工具，被調(diào)度的任務(wù)將來(lái)可在一個(gè)后臺(tái)線程中執(zhí)行。這些任務(wù)可以被調(diào)度為只執(zhí)行一次，或者以一定的時(shí)間間隔重復(fù)執(zhí)行。TimerTask是一個(gè)抽象類，它的子類代表一個(gè)可以被Timer計(jì)劃的任務(wù)，具體的任務(wù)在TimerTask中的run接口實(shí)現(xiàn)。同時(shí)為防止系統(tǒng)在運(yùn)行自動(dòng)備份功能的過(guò)程中，工作人員在操作其他事宜而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，使得備份任務(wù)未被及時(shí)執(zhí)行。所以，在設(shè)計(jì)該功能時(shí)，采用VB.net的多線程技術(shù)。一個(gè)采用多線程技術(shù)的應(yīng)用程序可以更好地利用系統(tǒng)資源，其主要優(yōu)勢(shì)在于充分利用CPU的空閑時(shí)間片，用盡可能少的時(shí)間對(duì)用戶的要求做出響應(yīng)，使得進(jìn)程的整體運(yùn)行效率得到較大提高，同時(shí)增強(qiáng)應(yīng)用程序的靈活性。更重要的是，由于同一進(jìn)程的所有線程共享同一內(nèi)存，所以不需要特殊的數(shù)據(jù)傳送機(jī)制，不需要建立共享存儲(chǔ)區(qū)或共享文件，使得不同任務(wù)之間的協(xié)調(diào)操作與運(yùn)行、數(shù)據(jù)的交互、資源的分配等問(wèn)題更易于解決。多線程運(yùn)行程序如下:

Imports System.Threading / / 引用多線程功能

{

Dim tmpThead As System.Threading.Thread

tmpThead = New System.Threading.Thread(AddressOf MyTimeClass.copydatabase)

tmpThead.Start()

}

另外，該數(shù)據(jù)備份單元還設(shè)計(jì)有本地備份及還原功能，為不具備備份服務(wù)器的臺(tái)站設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)本地同步機(jī)制，主要功能有定時(shí)備份、還原。利用Timer定時(shí)器，設(shè)置一個(gè)單后臺(tái)線程，自動(dòng)往本地電腦定時(shí)下載臺(tái)站每天更新的觀測(cè)日志信息、前兆數(shù)據(jù)(包含內(nèi)容同前所述)等完整信息。如遇到主服務(wù)器內(nèi)容因其他原因而導(dǎo)致缺失，則可以自動(dòng)同步到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，保障Oracle服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)觀測(cè)信息的完整。

5.3 數(shù)據(jù)庫(kù)一致性檢查功能

智能維護(hù)系統(tǒng)的另一個(gè)重要功能是主服務(wù)器及備份服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)一致性的檢查，界面如第31頁(yè)圖6所示。通過(guò)對(duì)比檢查兩種服務(wù)器中存在的所有數(shù)據(jù)記錄，確認(rèn)備份服務(wù)器是否對(duì)主服務(wù)器中存在的所有數(shù)據(jù)記錄都進(jìn)行了數(shù)據(jù)遷移。檢查的內(nèi)容主要包括前兆數(shù)據(jù)(包含內(nèi)容同前所述)、觀測(cè)日志信息、臺(tái)站基礎(chǔ)信息、臺(tái)站測(cè)項(xiàng)信息、觀測(cè)場(chǎng)地基本信息、前兆觀測(cè)儀器信息等。備份的要點(diǎn)是，如果發(fā)現(xiàn)備份數(shù)據(jù)庫(kù)中缺失，則自動(dòng)啟動(dòng)備份功能，及時(shí)將備份服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中缺失信息自動(dòng)補(bǔ)齊。同時(shí)為保證兩種服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)的一致，如果出現(xiàn)備份服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)已有記錄，但信息不完全，則先進(jìn)行刪除再添加，從根本上保證兩種服務(wù)器信息的一致性、完整性。

圖6 數(shù)據(jù)庫(kù)一致性檢查功能界面Fig.6 Database consistency check function interface

軟件設(shè)計(jì)的功能包含二種，比對(duì)日常觀測(cè)信息和基礎(chǔ)信息。設(shè)置二個(gè)功能模塊的目的是，由于冷遷移過(guò)程中，有可能主服務(wù)器的部分信息未及時(shí)遷移到備份服務(wù)器中。為保證二者數(shù)據(jù)的一致性，有必要增加基礎(chǔ)信息和日常觀測(cè)信息的分別比對(duì)功能。

數(shù)據(jù)庫(kù)一致性檢查也采用多線程技術(shù)，防止程序在檢查的過(guò)程中，數(shù)據(jù)量過(guò)大而造成死機(jī)。同時(shí)為防止軟件平臺(tái)頻繁重復(fù)地對(duì)兩種服務(wù)器信息一致性的檢查，將檢查過(guò)的信息記錄在案，當(dāng)程序再次開啟數(shù)據(jù)庫(kù)一致性檢查功能時(shí)，會(huì)跳過(guò)已檢查的主庫(kù)記錄。

6 結(jié)語(yǔ)

從數(shù)據(jù)庫(kù)完全性和一致性上考慮，Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)冷備份模式是較好的一種備份方式，但對(duì)操作人員的要求相對(duì)較高，要求具備SUC及Oracle的基本操作技能。臺(tái)站工作人員，由于各種原因，技能參差不齊，對(duì)該系統(tǒng)掌握運(yùn)用的程度也不同。為保障臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)的完整性，筆者結(jié)合臺(tái)站的實(shí)際情況，在界面設(shè)計(jì)上力求簡(jiǎn)潔，并實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的操作。目前，通過(guò)地震臺(tái)站的

測(cè)試和使用，表明佘山臺(tái)前兆數(shù)據(jù)庫(kù)智能維護(hù)系統(tǒng)已達(dá)到預(yù)期效果。今后將對(duì)程序中存在的一些設(shè)計(jì)缺陷，進(jìn)一步完善，改進(jìn)系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)在更多臺(tái)站推廣應(yīng)用。