馬士振，林向東，蘇柱金，梁 芳，牟磊育，吳衛(wèi)遠

（1.北京市地震局，北京 100080;2.廣東省地震局，廣州 510070；3.中國地震局地球物理研究所，北京 100081；4.北京港震科技股份有限公司，北京 102628）

0 引言

測震、強震、烈度儀臺站24 h 不間斷運行，不斷生產(chǎn)著觀測數(shù)據(jù)。這些觀測數(shù)據(jù)為后續(xù)各項工作，如地震速報、地震編目、烈度速報、地震預(yù)警等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[1]。優(yōu)質(zhì)觀測數(shù)據(jù)是開展科研工作諸多要素中的重要一環(huán)，有助于產(chǎn)出高質(zhì)量的科研成果。在觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的多項評價指標(biāo)中，數(shù)據(jù)的斷計情況統(tǒng)計是一項重要的內(nèi)容。這里的斷計統(tǒng)計包含斷計秒數(shù)和斷計次數(shù)兩項內(nèi)容，斷計秒數(shù)指統(tǒng)計時段內(nèi)信號中斷的秒數(shù)，斷計次數(shù)指統(tǒng)計時段內(nèi)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的中斷次數(shù)①廣東省地震監(jiān)測中心.數(shù)字中心數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)JOPENS6.0（區(qū)域臺網(wǎng)版）人機交互MSDP使用指南.廣州，2018.。通過斷計秒數(shù)和斷計次數(shù)這兩項指標(biāo)，可以對數(shù)據(jù)的完整性做出較直觀的判斷。

數(shù)字地震臺網(wǎng)中心數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)（以下簡稱JOPENS 系統(tǒng)）[2]擁有豐富的配套軟件。其中的人機交互MSDP 軟件提供了斷計統(tǒng)計功能，統(tǒng)計結(jié)果包括統(tǒng)計時段內(nèi)每日數(shù)據(jù)中斷的秒數(shù)、統(tǒng)計時段內(nèi)總的中斷秒數(shù)、中斷數(shù)據(jù)占比、連續(xù)數(shù)據(jù)占比。但是，使用MSDP 完成斷計統(tǒng)計需要手工設(shè)置斷計統(tǒng)計時間段、存放目錄等，通過MSDP 實現(xiàn)自動化的斷計統(tǒng)計存在一定困難。此外，運維人員獲取斷計統(tǒng)計結(jié)果的主要方法是主動使用軟件進行查詢，這樣在查詢結(jié)果的獲取途徑上會受到一定程度的約束，且查詢結(jié)果的分發(fā)還需要再借助其他通信軟件。

斷計統(tǒng)計工作屬于機械性的重復(fù)工作，如果可以每日自動完成數(shù)據(jù)的斷計情況統(tǒng)計和信息發(fā)布將在一定程度上節(jié)約運維人員的工作時間。本文利用JOPENS6.1.2 系統(tǒng)提供的HTTP 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議②廣東省地震監(jiān)測中心.數(shù)字中心數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)JOPENS6.0用戶手冊. 廣州，2017，（實測可支持到JOPENS6.1.8， 以下簡稱JOPENS6）和obspy 這個開源的Python 庫[3-5]，實現(xiàn)了對臺站觀測數(shù)據(jù)自動化的斷計統(tǒng)計工作，并通過企業(yè)微信實現(xiàn)統(tǒng)計結(jié)果的發(fā)布。

1 功能與結(jié)構(gòu)

本文軟件采用Python 開發(fā)，實現(xiàn)了三個功能，一是通過HTTP 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議從JOPENS6系統(tǒng)下載數(shù)據(jù)；二是使用obspy 庫的函數(shù)實現(xiàn)斷計信息的獲?。蝗峭ㄟ^定時任務(wù)使數(shù)據(jù)下載、斷計統(tǒng)計和企業(yè)微信發(fā)布自動化執(zhí)行。

JOPENS6 系統(tǒng)采用HTTP 協(xié)議，統(tǒng)一在8080端口提供數(shù)據(jù)匯集與共享服務(wù)。下載數(shù)據(jù)的具體實現(xiàn)過程是：根據(jù)預(yù)置的條件，如臺網(wǎng)代碼、臺站代碼、通道代碼、起止時間等，構(gòu)建數(shù)據(jù)下載URL，然后使用Python的相關(guān)模塊實現(xiàn)從JOPENS6系統(tǒng)下載miniseed格式數(shù)據(jù)。

為了統(tǒng)計斷計信息，需要獲取數(shù)據(jù)的實際起止時間。obspy 是一個開源的Python 庫，擁有如數(shù)據(jù)讀取、波形繪制、濾波、譜分析等豐富的功能，通過簡單的函數(shù)調(diào)用即可實現(xiàn)對地震數(shù)據(jù)的處理。在本文中，主要使用了obspy 的數(shù)據(jù)讀取功能。obspy 讀入一個miniseed 文件后，會將讀入的數(shù)據(jù)看作一個流對象（stream），如果這段數(shù)據(jù)沒有出現(xiàn)斷計，那么這個流對象只有一個trace；如果出現(xiàn)了數(shù)據(jù)中斷，那么這個流會包含多個trace。每一個trace 都有開始和截止時間，將后一個trace 的起始時間減去前一個trace 的截止時間，即實現(xiàn)了斷計時長的計算。多個斷計時長累加在一起，就可以獲得整段數(shù)據(jù)的中斷時長。

為了實現(xiàn)自動化的數(shù)據(jù)下載、斷計統(tǒng)計和企業(yè)微信發(fā)布，需要軟件自動根據(jù)預(yù)設(shè)時間開展相關(guān) 工 作。 本 文 采 用 了Apscheduler 庫（http://apscheduler.readthedocs.io/en/latest/）[6]，它是Python的一個第三方庫，實現(xiàn)了定時任務(wù)功能。

本文的軟件即在Apscheduler 的管理下，通過HTTP 協(xié)議下載JOPENS6 系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)，然后使用obspy讀取該數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)斷計統(tǒng)計的功能。軟件結(jié)構(gòu)示意見圖1。圖中T2s指后一個trace 的開始時間，T1e指前一個trace的結(jié)束時間。

圖1 斷計統(tǒng)計執(zhí)行流程Fig.1 Flowchart of gap count

2 模塊

JOPENS6 產(chǎn)出數(shù)據(jù)的斷計統(tǒng)計與信息發(fā)布需要多個模塊的協(xié)作，主要包括數(shù)據(jù)下載模塊、斷計統(tǒng)計模塊、企業(yè)微信發(fā)布模塊和定時任務(wù)管理模塊。

2.1 數(shù)據(jù)下載模塊

為了通過HTTP 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議下載JOPENS6 系統(tǒng)存儲的觀測數(shù)據(jù)，需要編寫待下載數(shù)據(jù)的相關(guān)信息，并將此信息提交給系統(tǒng)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的下載。

為了下載數(shù)據(jù)，本文使用了requests 庫。這是一個Python的第三方庫，通過簡單的方式即可實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)資源的訪問。首先建立一個新的會話對象（session）

#導(dǎo)入requests庫

import requests

j6Session = requests. Session（）# 建 立 一個session對象

然后，構(gòu)建一個字符串，該字符串包含JOPENS 服務(wù)器的IP 地址、端口號、臺網(wǎng)代碼、臺站代碼、數(shù)據(jù)起止時間。通過會話對象（seesion）將其提交給JOPENS6 系統(tǒng)，系統(tǒng)會根據(jù)提交的信息返回相應(yīng)觀測數(shù)據(jù)。關(guān)鍵代碼如下：

#構(gòu)建下載信息字符串

cmd_download = ‘http://JOPENS6IP: 8080 /jopens-ws/app/aws/gwfw;net=BJ;sta=DAX；loc=00；cha=HHZ；beg=2021-01-01 01:00:00；end=2021-01-01 02:00:00’

resp = j6Session. get（cmd_download）# 獲 取JOPENS6返回信息

with open（outfile_name，′wb′）as f:# 打開文件，以二進制形式寫入

f.write（resp.content）#將數(shù)據(jù)寫入文件

通過上述操作，即可將需要的觀測數(shù)據(jù)下載到本地，并以二進制miniseed文件形式進行保存。

2.2 斷計統(tǒng)計模塊

obspy 庫有一個內(nèi)置的read 函數(shù)，可讀取多種格式的地震數(shù)據(jù)，讀入的數(shù)據(jù)構(gòu)成流（stream）對象。一個流對象可由一個或多個trace 組成，每個trace 都有起止時間，可以通過trace 的函數(shù)獲得。需要注意的是，trace 的起止時間是UTC 時間，為了更符合人們的工作習(xí)慣，需要把UTC 格式的起止時間替換為北京時間。本文即根據(jù)trace 的起止時間統(tǒng)計斷計結(jié)果。流、trace 起止時間的示意見圖2，其中t1、t2、t3為斷計時長。關(guān)鍵代碼如下：

圖2 流（stream）對象與trace關(guān)系示意Fig.2 Diagram of relationship between stream and trace

#導(dǎo)入dateutil模塊和obpsy的read函數(shù)

import dateutil

from obspy import read

st=read（‘miniseed 文件名’）#讀取miniseed文件，構(gòu)成名為st的流對象

trace1=st[0]#從流對象列表中取一個trace

#trace起止時間的獲取

trace1_starttime = dateutil. parser. parse（str

（trace1.stats.starttime）） #提取開始時間

.astimezone（pytz.timezone（′Asia/Shanghai′））#轉(zhuǎn)換為北京時間

.replace（tzinfo=None）#轉(zhuǎn)換為不含時區(qū)的類型

trace1_endtime=dateutil.parser.parse（str（trace1.stats.endtime））

.astimezone（pytz.timezone（′Asia/Shanghai′））

.replace（tzinfo=None）

若一個stream 包含兩個trace，如trace1 和trace2，根據(jù)以上代碼分別獲取各自的起止時間，而后將trace2的開始時間與trace1的結(jié)束時間相減，即可獲得兩者之間的斷計時間，即

timedelta=trace2_starttime-trace1_endtime

timedelta.seconds#斷計的秒數(shù)

timedelta.microseconds#斷計的微秒數(shù)

注意，在統(tǒng)計斷計時長時，還需要考慮第1個trace與miniseed 文件標(biāo)稱開始時間之差，以及最后一個trace與miniseed文件標(biāo)稱結(jié)束時間之差。將這兩個時間差與各trace 間時間差相加起來，即可獲得下載數(shù)據(jù)的總的斷計時長。

至于斷計次數(shù)，分為兩種情況：若第1個trace的開始時間、最后一個trace 的結(jié)束時間與下載數(shù)據(jù)時設(shè)置的起止時間一致，則：斷計次數(shù)= trace總數(shù)-1。否則，斷計次數(shù)=trace 總數(shù)-1+（首或尾的斷計次數(shù)）

通過上述計算，即可獲得下載數(shù)據(jù)的斷計時長和斷計次數(shù)。將統(tǒng)計時段、斷計時長、斷計次數(shù)輸出為csv格式的文件，以便于使用excel等工具進一步開展統(tǒng)計工作，如繪制統(tǒng)計圖表，進而對斷計分布情況做出分析。斷計統(tǒng)計見圖3。

圖3 斷計統(tǒng)計圖Fig.3 Diagram of gap count

2.3 企業(yè)微信發(fā)布模塊

本文軟件選用企業(yè)微信作為信息發(fā)布的媒介主要基于如下三個考慮，一是企業(yè)微信是騰訊公司針對企業(yè)開發(fā)的通信和辦公工具，具有和微信一致的交流體驗；二是企業(yè)微信中可以包括若干應(yīng)用，各應(yīng)用對誰可見由管理員根據(jù)需要進行控制；三是企業(yè)微信提供了開發(fā)接口，可以實現(xiàn)與開發(fā)者的軟件對接，從而實現(xiàn)信息的發(fā)布、交互等。為了實現(xiàn)將斷計統(tǒng)計結(jié)果自動發(fā)送給運維人員，本文軟件的實現(xiàn)思路是：首先通過企業(yè)微信ID、應(yīng)用的secret，獲取接口調(diào)用憑證；其次，將統(tǒng)計結(jié)果文件提交到騰訊臨時媒體庫，并獲得一個媒體ID；最后，向指定應(yīng)用發(fā)送該媒體ID，從而實現(xiàn)了將文件發(fā)送到指定應(yīng)用的目標(biāo)。以下為關(guān)鍵代碼：

corp_id='企業(yè)微信ID'

app_secret='應(yīng)用的secret'

url = ′https://qyapi. weixin. qq. com / cgi-bin /gettoken?corpid={}&corpsecret={}′

#獲取接口調(diào)用憑證

access_token = requests. get（url=url. format（corp_id，app_secret））.json（）.get（′access_token′）

file_url=′https://qyapi.weixin.qq.com/cgi-bin/media / upload? access_token= {}&type=file′. format（access_token）

#上傳文件到臨時媒體庫media_id=requests. post（file_url， files= {′file′:open（‘文件絕對路徑’，′rb′）}）.json（）[′media_id′]

send_file_url=′https://qyapi.weixin.qq.com/cgibin / message / send? access_token= {}′. format（access_token）

send_values = {′touser′:企業(yè)微信的用戶名，′msgtype′: ′file′， ′agentid′: 應(yīng) 用 的 ID，′file′:{′media_id′:media_id}，}

#將臨時媒體庫的文件發(fā)送到企業(yè)微信的應(yīng)用requests. post（url=send_file_url， data= json.dumps（send_values））

2.4 定時任務(wù)管理模塊

本文軟件使用的定時任務(wù)模塊為Apscheduler，在windows、linux 上均可運行。通過設(shè)置任務(wù)的開始時間，即可實現(xiàn)周期性的定時任務(wù)。通過該模塊，每日定時從JOPENS6 服務(wù)器下載前一天的觀測數(shù)據(jù)，并對其進行斷計統(tǒng)計，最后將統(tǒng)計結(jié)果發(fā)送到企業(yè)微信。關(guān)鍵代碼如下：

#導(dǎo)入Apscheduler相關(guān)模塊

from apscheduler.schedulers.background import BlockingScheduler

from apscheduler.triggers.cron import CronTrigger

scheduler = BlockingScheduler（）# 建立一個定時任務(wù)對象

trigger = CronTrigger（hour=′1′，minute=′00′）

#設(shè)置定時任務(wù)的開始時間

#周期性執(zhí)行routine 函數(shù)，該函數(shù)是將前述的數(shù)據(jù)下載、斷計統(tǒng)計整合在一起的函數(shù)

scheduler.add_job（routine，trigger，max_instances=10）

3 結(jié)果與比較

分別采用本文軟件和MSDP（6.0 版）對北京市測震臺網(wǎng)連續(xù)7天的觀測數(shù)據(jù)進行了斷計統(tǒng)計，并對兩者產(chǎn)出結(jié)果進行比較，詳見表1。

表1 兩種統(tǒng)計方法產(chǎn)出的斷計秒數(shù)差異Table 1 The difference of output results between two statistical methods

（接表1）

在斷計秒數(shù)方面，可以注意到大興、密云、牛欄山、天壇、西集、齋堂等6個臺站差值略大。經(jīng)檢查，注意到MSDP 的斷計結(jié)果中每小時的斷計秒數(shù)均為整數(shù)。在與本文統(tǒng)計結(jié)果進行比較后，可以初步認為MSDP 對有小數(shù)的斷計秒數(shù)進行了向下取整操作。因此，對于上述6個臺站，其斷計統(tǒng)計結(jié)果的差值即來自被向下取整的小數(shù)之和。

為了統(tǒng)計高頻中斷次數(shù)統(tǒng)計的準(zhǔn)確程度，本文使用三個斷記次數(shù)在9000 次左右的miniseed 數(shù)據(jù)文件進行了測試。這三個數(shù)據(jù)文件是人為構(gòu)建的，每個數(shù)據(jù)文件中每個trace 時長不同，各trace間的間隔時長隨機。數(shù)據(jù)文件構(gòu)成后使用本文軟件進行斷記次數(shù)統(tǒng)計。統(tǒng)計結(jié)果顯示，軟件統(tǒng)計的斷記次數(shù)與數(shù)據(jù)文件的實際斷記次數(shù)一致，詳見表2。

表2 斷記次數(shù)統(tǒng)計結(jié)果Table 2 The statistics of gap times

經(jīng)測試，企業(yè)微信中“臺站運行率”應(yīng)用可以成功接收到本文軟件發(fā)送的斷計結(jié)果統(tǒng)計文件，并可正常顯示文件內(nèi)容，見圖4。

圖4 企業(yè)微信接收到的文件及其內(nèi)容Fig.4 Files and contents received by enterprise Wechat

4 討論

通過本文的軟件，可以實現(xiàn)在每天規(guī)定的時間，自動對監(jiān)測臺網(wǎng)全部臺站觀測數(shù)據(jù)以小時為單位進行斷計秒數(shù)、斷計次數(shù)統(tǒng)計，其統(tǒng)計結(jié)果與JOPENS6 配套軟件MSDP 的結(jié)果基本一致。另外，通過企業(yè)微信的應(yīng)用，實現(xiàn)了臺站運行率結(jié)果的自動發(fā)布，有利于運維人員及時掌握臺站運行率指標(biāo)，盡快發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，以盡可能提高有數(shù)據(jù)時段的占比，更好地為地震數(shù)據(jù)分析、地震科學(xué)研究提供服務(wù)。