預(yù)警臺(tái)網(wǎng)標(biāo)定數(shù)據(jù)自動(dòng)下載軟件設(shè)計(jì)與應(yīng)用

[摘要]" " 預(yù)警臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站儀器的種類不同，標(biāo)定數(shù)據(jù)下載方式也有所不同。針對(duì)北京市地震局預(yù)警臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站強(qiáng)震儀器系統(tǒng)每年需進(jìn)行兩次標(biāo)定，利用Python語(yǔ)言設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)下載標(biāo)定文件軟件，解決日常運(yùn)維手動(dòng)下載標(biāo)定文件易誤操作和耗時(shí)長(zhǎng)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)儀器標(biāo)定數(shù)據(jù)一鍵式下載功能，為臺(tái)站運(yùn)維提供工作便捷，該軟件已在北京預(yù)警臺(tái)網(wǎng)標(biāo)定數(shù)據(jù)下載中得到應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞] 預(yù)警臺(tái)網(wǎng); 標(biāo)定數(shù)據(jù); 自動(dòng)下載; Python

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2024-064

基金項(xiàng)目： 北京市地震局科技項(xiàng)目（BJWC-2023003，BJMS-2024003）資助。

0" 引言

地震預(yù)警是地震觀測(cè)進(jìn)入密集地震觀測(cè)階段，超快地震速報(bào)（秒級(jí)）的一種應(yīng)用[1]。國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程是中國(guó)地震局“十三五”期間建設(shè)的國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，其中北京子項(xiàng)目于2018年正式啟動(dòng)實(shí)施，現(xiàn)已完成臺(tái)站基礎(chǔ)建設(shè)及儀器設(shè)備安裝調(diào)試，臺(tái)站數(shù)據(jù)傳回北京地震預(yù)警中心，2023年底通過(guò)驗(yàn)收。實(shí)現(xiàn)了測(cè)震、強(qiáng)震動(dòng)、烈度計(jì)，三網(wǎng)監(jiān)測(cè)資源的充分融合，建成了北京市新型地震監(jiān)測(cè)預(yù)警臺(tái)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)于北京地區(qū)震情監(jiān)測(cè)、地震預(yù)警、烈度速報(bào)與地震科學(xué)研究的綜合性功能臺(tái)網(wǎng)，有利于臺(tái)網(wǎng)整體效能發(fā)揮，提高臺(tái)網(wǎng)產(chǎn)出的可靠性，實(shí)現(xiàn)臺(tái)網(wǎng)效益的最大化[2]。加速度計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量是預(yù)警臺(tái)站的重要考核質(zhì)量指標(biāo)之一，為監(jiān)控檢查預(yù)警臺(tái)網(wǎng)加速度計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，每年需對(duì)加速度計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行2次方波標(biāo)定。本文對(duì)預(yù)警臺(tái)網(wǎng)加速度計(jì)系統(tǒng)標(biāo)定數(shù)據(jù)下載現(xiàn)狀及需求、自動(dòng)下載標(biāo)定數(shù)據(jù)軟件設(shè)計(jì)思路及應(yīng)用進(jìn)行介紹。

1" 背景介紹

北京市地震局實(shí)施的“國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程”北京子項(xiàng)目，建設(shè)有199個(gè)預(yù)警臺(tái)站（圖1），臺(tái)站使用的數(shù)據(jù)采集儀器型號(hào)大都是北京港震科技股份有限公司的EDAS-24GN和珠海市泰德企業(yè)有限公司的TDE-324CI/FI。根據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心為落實(shí)中國(guó)地震局《關(guān)于組織開(kāi)展地震信息誤發(fā)問(wèn)題專項(xiàng)整治工作的通知》和中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心印發(fā)《全國(guó)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)站點(diǎn)設(shè)備標(biāo)定方案》的要求，規(guī)范全國(guó)預(yù)警臺(tái)站設(shè)備標(biāo)定工作流程，避免不同站點(diǎn)同時(shí)標(biāo)定帶來(lái)數(shù)據(jù)處理風(fēng)險(xiǎn)，要求對(duì)轄區(qū)基準(zhǔn)站和基本站設(shè)備實(shí)行定期標(biāo)定。其中加速度計(jì)每年做2次方波標(biāo)定，上下半年各1次，檢查儀器系統(tǒng)工作是否正常，一般站不做標(biāo)定。標(biāo)定時(shí)間規(guī)定在3月與11月完成，標(biāo)定數(shù)據(jù)下載采取人工操作方式。由于臺(tái)站之間標(biāo)定時(shí)間間隔較長(zhǎng)，造成同時(shí)下載處理多個(gè)臺(tái)站標(biāo)定數(shù)據(jù)操作起來(lái)困難，只能逐個(gè)臺(tái)站下載，使得工作效率較低，亟需有一款自動(dòng)下載臺(tái)站儀器標(biāo)定數(shù)據(jù)文件軟件，提高標(biāo)定數(shù)據(jù)下載工作效率。

2" 軟件設(shè)計(jì)

2.1" 工作現(xiàn)狀

北京市地震局預(yù)警臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站有199個(gè)，包括基準(zhǔn)站33個(gè)、基本站101個(gè)、一般站65個(gè)[3]。其中加速度計(jì)臺(tái)站134個(gè)，開(kāi)發(fā)軟件僅針對(duì)支持CSTP協(xié)議的儀器，而20個(gè)reftek數(shù)據(jù)采集器不支持該協(xié)議，無(wú)法設(shè)置標(biāo)定功能，故能夠完成方波標(biāo)定的臺(tái)站有114個(gè)，其中使用EDAS-24GN數(shù)據(jù)采集器強(qiáng)震臺(tái)站有60個(gè)，使用TDE-324CI/FI數(shù)據(jù)采集強(qiáng)震臺(tái)站有54個(gè)。具體見(jiàn)表1中所示。

EDAS-24GN強(qiáng)震儀使用廠家提供的具有設(shè)置遠(yuǎn)程標(biāo)定功能的監(jiān)控軟件EDAS_CM_EW，完成在線標(biāo)定，手動(dòng)或定時(shí)啟動(dòng)方波標(biāo)定指令2分鐘后，標(biāo)定波形數(shù)據(jù)寫(xiě)入EDAS_CM_EW的data文件夾下，可在data目錄下查到方波標(biāo)定波形數(shù)據(jù)文件。

TDE-324CI/FI強(qiáng)震儀通過(guò)IP登入數(shù)據(jù)采集器設(shè)備網(wǎng)頁(yè)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程標(biāo)定功能測(cè)試，在線發(fā)送標(biāo)定指令，標(biāo)定完成后通過(guò)數(shù)據(jù)采集器設(shè)備網(wǎng)頁(yè)可下載設(shè)備內(nèi)存中標(biāo)定文件目錄下存儲(chǔ)的標(biāo)定波形數(shù)據(jù)文件。

由于114個(gè)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站完成一次人工在線標(biāo)定或功能測(cè)試需耗時(shí)3～4小時(shí)，下載標(biāo)定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需耗時(shí)1～2小時(shí)，故一次人工標(biāo)定測(cè)試共需耗時(shí)達(dá)5～6小時(shí)，耗時(shí)較長(zhǎng)。

2.2" 功能設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)自動(dòng)下載軟件是采用Python語(yǔ)言編寫(xiě)，程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)北京市預(yù)警臺(tái)網(wǎng)加速度計(jì)系統(tǒng)臺(tái)站標(biāo)定波形數(shù)據(jù)自動(dòng)下載。Python語(yǔ)言是一種面向?qū)ο蟆⒔忉屝陀?jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。Python語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，基本上不經(jīng)修改即可跨平臺(tái)使用[4]，這對(duì)開(kāi)發(fā)地震信息相關(guān)產(chǎn)品極有幫助[5-6]。依據(jù)《全國(guó)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)站點(diǎn)設(shè)備標(biāo)定方案》要求，我們?cè)O(shè)計(jì)制定相應(yīng)時(shí)間下載標(biāo)定數(shù)據(jù)方案，完成具有標(biāo)定功能臺(tái)站基本信息的前期錄入；同時(shí)在3月、11月初分別設(shè)置EDAS-24GN與TDE-324CI/FI兩種型號(hào)數(shù)據(jù)采集器儀器自動(dòng)標(biāo)定時(shí)間，每?jī)蓚€(gè)臺(tái)站標(biāo)定間隔30分鐘。選擇這些臺(tái)站時(shí)，首先判斷臺(tái)站類型，再進(jìn)行臺(tái)站數(shù)據(jù)通訊協(xié)議分析與ftp功能，分析儀器標(biāo)定文件存儲(chǔ)策略與路徑，采用Python語(yǔ)言及ftplib模塊編寫(xiě)了源程序代碼。ftplib庫(kù)是用于處理FTP協(xié)議的內(nèi)置模塊，它提供了一種簡(jiǎn)捷穩(wěn)定的傳輸方式以實(shí)現(xiàn)標(biāo)定波形文件上傳和下載，以及與 FTP 服務(wù)器的交互功能。用戶通過(guò)IP地址訪問(wèn)對(duì)應(yīng)臺(tái)站數(shù)據(jù)采集器完成遠(yuǎn)程下載，下載成功返回代碼“226”，若下載失敗則提示日志記錄故障信息。

EDAS-24GN數(shù)據(jù)采集器的記錄標(biāo)定數(shù)據(jù)在根目錄下/evt/下，01文件為基準(zhǔn)站，00文件為基本站。TDE-324CI/FI數(shù)據(jù)采集器的記錄標(biāo)定數(shù)據(jù)在根目錄下/home/usrdata/usb/log/cal/下具體年、月文件夾內(nèi)，查找對(duì)應(yīng)200點(diǎn)采樣率方波標(biāo)定波形數(shù)據(jù)文件，然后自動(dòng)下載到本地電腦中，實(shí)現(xiàn)加速度計(jì)系統(tǒng)臺(tái)站標(biāo)定數(shù)據(jù)自動(dòng)下載。

標(biāo)定數(shù)據(jù)自動(dòng)下載程序軟件設(shè)計(jì)基本工作流程框圖如圖2所示。

2.3" 核心代碼

Python語(yǔ)言編寫(xiě)加速度計(jì)系統(tǒng)臺(tái)站標(biāo)定數(shù)據(jù)自動(dòng)下載程序的核心部分源代碼，如下所示：

def down_file（self， ftp_file， save_local_path）：

abs_path=os.path.abspath（save_local_path）

path = os.path.dirname（save_local_path）

self.create_folder（path）

try：

with open（abs_path， 'wb'） as f：

ret = self.ftp.retrbinary（'RETR ' + ftp_file， f.write） # 下載文件

logger.info（'Down ftp file return：{}'.format（ret））

if ret.startswith（'226'）：

logger.info（'Down ftp file success， save to：{}'.format（abs_path））

return True

except Exception as e：

logger.error（'Down ftp file fail：{}'.format（e））

logger.error（'Fail path：{}'.format（ftp_file））

return False

def search_file（self， download_file， ftp_path）：

# 查找指定文件

function_files = []

try：

self.ftp.dir（ftp_path， function_files.append）

except Exception as e：

logger.error（'Get ftp dir fail：{}'.format（e））

logger.error（'Fail path：{}'.format（ftp_path））

return False

for function_file in function_files：

if \"evt\" in function_file：

evtfile=function_file.split（\" \"）[-1]

if evtfile.split（\"_\"）[0][：-2] == download_file：

return evtfile

else：

return \"\"

3" 程序應(yīng)用

程序軟件編寫(xiě)完成后，2023年3月對(duì)北京市預(yù)警臺(tái)網(wǎng)基本站臺(tái)站標(biāo)定數(shù)據(jù)下載進(jìn)行測(cè)試運(yùn)行。用戶通過(guò)station.txt文件對(duì)114個(gè)臺(tái)站中部分站點(diǎn)基本信息進(jìn)行瀏覽校核（表2），若發(fā)現(xiàn)有標(biāo)定時(shí)間錯(cuò)誤及時(shí)修正，校準(zhǔn)無(wú)誤后，啟動(dòng)標(biāo)定文件下載.bat進(jìn)入主程序（圖3）。點(diǎn)擊下載標(biāo)定，程序自動(dòng)下載所有臺(tái)站標(biāo)定數(shù)據(jù)到指定文件夾內(nèi)（圖4）。標(biāo)定數(shù)據(jù)下載過(guò)程正常標(biāo)定狀態(tài)則為success并顯示綠色；標(biāo)定數(shù)據(jù)下載失敗標(biāo)定狀態(tài)則為failed并顯示紅色，找到下載失敗原因排除故障后，重新下載該臺(tái)站標(biāo)定數(shù)據(jù)。

下載結(jié)果，EDAS-24GN數(shù)據(jù)采集器的evt格式標(biāo)定數(shù)據(jù)文件與TDE-324CI/FI數(shù)據(jù)采集器的mseed格式標(biāo)定數(shù)據(jù)文件顯示在目錄文件中（圖5）。圖5是測(cè)試運(yùn)行下載軟件，自動(dòng)批處理下載TDE-324CI/FI、EDAS-24GN數(shù)據(jù)采集器的標(biāo)定方波數(shù)據(jù)恢復(fù)方波波形界面。

經(jīng)測(cè)試運(yùn)行情況顯示，下載標(biāo)定數(shù)據(jù)真實(shí)、顯示方波標(biāo)定波形直觀；下載程序運(yùn)行性能穩(wěn)定可靠、主要功能符合要求、滿足日常臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)基本工作要求。標(biāo)定數(shù)據(jù)下載測(cè)試表明，北京市地震預(yù)警網(wǎng)下載114個(gè)加速度計(jì)臺(tái)站標(biāo)定數(shù)據(jù)用時(shí)從5小時(shí)減少到約10分鐘，大大提高了臺(tái)站運(yùn)維工作效率。

4" 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了采用Python語(yǔ)言編程及相關(guān)模塊實(shí)現(xiàn)預(yù)警臺(tái)站EDAS-24GN、TDE-324CI/FI兩種型號(hào)數(shù)據(jù)采集器標(biāo)定數(shù)據(jù)的自動(dòng)下載程序的主要功能。程序可一鍵式操作，自動(dòng)批處理，下載數(shù)據(jù)快捷，有效解決手動(dòng)下載數(shù)據(jù)耗時(shí)長(zhǎng)的問(wèn)題，減少人工參與，規(guī)避人為誤操作，避免了人工下載標(biāo)定數(shù)據(jù)易出現(xiàn)錯(cuò)誤的隱患。

但是，程序在下載標(biāo)定數(shù)據(jù)后，需要對(duì)標(biāo)定波形數(shù)據(jù)文件進(jìn)行計(jì)算處理和分析判斷，這是我們后續(xù)需要做的工作。通過(guò)標(biāo)定數(shù)據(jù)文件的分析計(jì)算，對(duì)儀器運(yùn)行狀態(tài)做出準(zhǔn)確判斷，進(jìn)一步完善臺(tái)站數(shù)據(jù)下載、處理流程，開(kāi)展標(biāo)定數(shù)據(jù)的后續(xù)分析計(jì)算程序軟件開(kāi)發(fā)編程，實(shí)現(xiàn)標(biāo)定數(shù)據(jù)的自動(dòng)產(chǎn)出、臺(tái)站儀器運(yùn)行狀態(tài)與質(zhì)量評(píng)價(jià)報(bào)告，是下一步要開(kāi)展的工作。

致謝

本文所用數(shù)據(jù)由北京市預(yù)警臺(tái)網(wǎng)提供，在此表示衷心的感謝！

參考文獻(xiàn)

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Design and application of automatic calibration data download software for early warning network

He Rongshuai*， Cheng Yunhui， Xi Chongxiao， Liang Fang

Beijing Earthquake Agency， Beijing 100080， China

[Abstract]" " "There are different types of instruments in the early warning network stations， and the download methods of calibration data are also different. In this study， the strong earthquake instrument system of the early warning network station of Beijing Earthquake Agency was calibrated twice per year. An automatic download calibration file software was designed using Python to avoid the errors that occur and the time required for the manual download of calibration files during daily operation and maintenance. The one-click download function for the calibration data of different instruments is convenient for station operation and maintenance. The software has been applied in the calibration data download of Beijing early warning network.

[Keywords] early warning network; calibration data; automatic download; Python