丁 成，常玉柱，鞠 永，孫貴成

（1. 河北紅山巨厚沉積與地震災(zāi)害國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站, 河北 邢臺(tái) 055350；2. 河北省地震局, 石家莊 050022）

0 引言

儀器正常穩(wěn)定運(yùn)行是觀測(cè)資料產(chǎn)出的基礎(chǔ)，儀器出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障、供電故障、硬件故障時(shí)，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)會(huì)影響資料的連續(xù)性及完整性。為保證儀器能連續(xù)正常記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)，許多人嘗試開(kāi)發(fā)客戶端軟件對(duì)儀器狀態(tài)監(jiān)控[1-3]。

隨著豐寧臺(tái)整體搬遷工作的完成，2020年豐寧臺(tái)又新增多套儀器，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)查看儀器狀態(tài)不但十分繁瑣，且難以確定儀器數(shù)據(jù)曲線形態(tài)是否正常。此外，搬遷后的豐寧地震臺(tái)辦公地點(diǎn)位于縣政府大院內(nèi)，與縣政府內(nèi)其他單位有了更多交流展示的機(jī)會(huì)，因此還將承擔(dān)部分宣傳展示工作。相對(duì)于采用講解和播放視頻的方式進(jìn)行宣傳展示，將臺(tái)站日常處理的數(shù)字資料以數(shù)據(jù)曲線的形式進(jìn)行展示，可以讓人民群眾更直觀地了解地震儀器和臺(tái)站日常工作。在此需求的基礎(chǔ)上，使用C++語(yǔ)言，基于Qt 框架開(kāi)發(fā)完成了前兆臺(tái)站數(shù)字化展示軟件，實(shí)現(xiàn)了臺(tái)站宣傳展示及儀器狀態(tài)監(jiān)控功能，該軟件通過(guò)簡(jiǎn)單配置即可應(yīng)用于前兆臺(tái)站。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

前兆臺(tái)站數(shù)字化展示軟件主要包含2 個(gè)子模塊：宣傳展示模塊和儀器狀態(tài)監(jiān)控模塊。宣傳展示模塊下面包含：臺(tái)站簡(jiǎn)介、儀器介紹、人才隊(duì)伍和其他風(fēng)采4 個(gè)部分，通過(guò)圖片和文字，配合臺(tái)站職工的講解，用于向來(lái)臺(tái)人員展示臺(tái)站的基本情況。儀器狀態(tài)監(jiān)控模塊主要有儀器網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控和儀器數(shù)據(jù)曲線顯示兩大功能，除了方便工作人員日常對(duì)儀器進(jìn)行監(jiān)控外，也可以向來(lái)臺(tái)參觀人員進(jìn)行展示（圖1）。

圖1 功能架構(gòu)圖Fig. 1 Functional architecture diagram

軟件的使用者主要是來(lái)臺(tái)參觀人員和臺(tái)站工作人員。來(lái)臺(tái)參觀人員可以查看用于展示的宣傳信息也可以查看臺(tái)站儀器的狀態(tài)信息，而臺(tái)站工作人員除了有來(lái)臺(tái)參觀人員的權(quán)限外，還負(fù)責(zé)維護(hù)臺(tái)站用于宣傳展示的材料以及臺(tái)站儀器信息（圖2）。

圖2 用例圖Fig. 2 Use case diagram

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

前兆臺(tái)站數(shù)字化展示軟件將宣傳展示模塊和儀器狀態(tài)監(jiān)控模塊用2 個(gè)界面分別展示，可通過(guò)軟件左上角的模式切換功能進(jìn)行切換。

2.1 宣傳展示模塊

軟件打開(kāi)后的主界面是宣傳展示模塊界面，分為臺(tái)站簡(jiǎn)介、人才隊(duì)伍、儀器介紹和其他風(fēng)采4 個(gè)子模塊，點(diǎn)擊相應(yīng)子模塊進(jìn)入展示材料界面。為了方便展示材料編輯和呈現(xiàn)，統(tǒng)一采用左側(cè)文字介紹和右側(cè)圖片介紹的界面（圖3）。臺(tái)站工作人員可以通過(guò)文字和圖片向參觀人員進(jìn)行介紹，點(diǎn)擊右側(cè)的導(dǎo)航按鍵，可方便切換展示材料。

圖3 宣傳展示界面Fig. 3 Publicity and display interface

2.2 宣傳展示材料編輯

本文軟件采用可編輯模板的方式使宣傳展示材料可以自由的增減和替換，滿足本臺(tái)站宣傳展示多樣性的同時(shí)，還可使軟件應(yīng)用于其他前兆臺(tái)站。在軟件所在文件夾中的images 文件夾下存放宣傳展示的圖片和配置文件（圖4），其中文件夾用于存放用于展示的圖片，而與之同名的xml 文件中可編寫與圖片對(duì)應(yīng)的文字介紹。

將想要展示的圖片放在相應(yīng)展示模塊的文件夾下，編輯對(duì)應(yīng)的xml 文件即可實(shí)現(xiàn)自定義展示材料。

以“其他風(fēng)采”展示模塊為例，4_Others 文件夾下存放的是臺(tái)站獲獎(jiǎng)情況的圖片。在xml 文件中，intro 為一個(gè)宣傳展示材料，name 為展示的標(biāo)題，pic 為展示圖片名稱，instruction 內(nèi)容為文字介紹部分。使用人員可通過(guò)編輯xml 實(shí)現(xiàn)自定義宣傳展示內(nèi)容（圖5）。

2.3 儀器狀態(tài)監(jiān)控

點(diǎn)擊左上角“模式切換”按鈕將模式切換到儀器狀態(tài)監(jiān)控模塊。界面左側(cè)區(qū)域?yàn)閮x器列表區(qū)，中間區(qū)域?yàn)閿?shù)據(jù)曲線顯示區(qū)，右側(cè)為信息區(qū)和控制區(qū)。該模塊可以供臺(tái)站工作人員日常檢查儀器狀態(tài)使用，也可以用于向外來(lái)參觀人員展示儀器數(shù)據(jù)曲線（圖6）。工作人員可以根據(jù)儀器列表區(qū)的狀態(tài)判斷儀器網(wǎng)絡(luò)狀況是否正常，可以通過(guò)控制區(qū)選取查看儀器數(shù)據(jù)的時(shí)間范圍，可以通過(guò)信息區(qū)查看儀器在收取數(shù)據(jù)時(shí)的狀態(tài)，可以在數(shù)據(jù)曲線區(qū)域查看儀器數(shù)據(jù)曲線。

圖6 儀器狀態(tài)主界面Fig. 6 Main interface of instrument status

2.3.1 儀器網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控

儀器列表不但有顯示和選取儀器的作用，還可以用于判斷列表內(nèi)儀器的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。軟件會(huì)定時(shí)自動(dòng)ping 儀器列表的儀器，如果ping 不通，儀器列表內(nèi)對(duì)應(yīng)儀器的名稱會(huì)變?yōu)榧t色；如果可以ping通，則為綠色（圖7）。臺(tái)站人員通過(guò)儀器列表可以對(duì)儀器網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)一目了然。

圖7 儀器網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)Fig. 7 Network status of instrument

2.3.2 儀器曲線顯示

本功能提供儀器曲線顯示功能。點(diǎn)擊左側(cè)“儀器列表”中對(duì)應(yīng)的儀器，在軟件的右下角有數(shù)據(jù)日期選擇下拉框，可選擇最近15 天的儀器數(shù)據(jù)曲線（圖8）。

圖8 數(shù)據(jù)日期選擇Fig. 8 Data date selection box

此時(shí)點(diǎn)擊“全天曲線”按鈕，軟件會(huì)嘗試與儀器建立TCP 連接并獲取數(shù)據(jù)，臺(tái)站人員可通過(guò)右側(cè)的信息框查看與儀器的連接情況和數(shù)據(jù)讀取情況（圖9）。當(dāng)儀器獲取數(shù)據(jù)后，會(huì)在顯示區(qū)按照各個(gè)測(cè)項(xiàng)顯示每個(gè)測(cè)項(xiàng)的數(shù)據(jù)曲線，可通過(guò)鼠標(biāo)拖動(dòng)或放大縮小曲線。

圖9 儀器數(shù)據(jù)曲線展示Fig. 9 Instrument data curve display

2.4 儀器信息配置

為了方便軟件的推廣，使其可應(yīng)用于其他臺(tái)站，軟件將儀器的IP、ID 等信息存放到instruments.xml 配置文件中，通過(guò)修改instruments.xml 中的字段，其他臺(tái)站也可使用本軟件查看儀器狀態(tài)（圖10）。xml 中各字段名稱含義如表1 所示。

表1 儀器信息配置文件含義Table 1 Meaning of instrument information configuration file

圖10 instrments.xml 內(nèi)容Fig. 10 The content of instruments.xml

3 主要功能實(shí)現(xiàn)方法

3.1 儀器數(shù)據(jù)讀取

前兆儀器入網(wǎng)需滿足“十五”通信規(guī)程，與儀器建立TCP 連接后，可按照通訊協(xié)議格式發(fā)送命令與儀器互動(dòng)。與儀器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)TCP 連接時(shí)，需使用Socket 技術(shù)。套接字（Socket）是一個(gè)抽象層，應(yīng)用程序可以通過(guò)它發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，可對(duì)其進(jìn)行像對(duì)文件一樣的打開(kāi)、讀寫和關(guān)閉等操作。套接字允許應(yīng)用程序?qū)/O 插入到網(wǎng)絡(luò)中，并與網(wǎng)絡(luò)中的其他應(yīng)用程序進(jìn)行通信。

與儀器通訊的主要代碼如下：

QByteArray logByte=m_currentCommand.toUtf8();//將命令轉(zhuǎn)換成byte

tcpClient-＞connectToHost(m_IP,**);//連接到主機(jī)

if (tcpClient-＞waitForConnected(2000)) { // 連接成功發(fā)送命令

tcpClient-＞write(logByte);}else{ //將命令傳入TCP

emit ErrorDetected(m_Name+":連接超時(shí)");}//連接失敗發(fā)出錯(cuò)誤信息

3.2 數(shù)據(jù)曲線顯示

儀器數(shù)據(jù)曲線展示采用QCustomPlot 控件。QCustomPlot 是一個(gè)基于Qt 圖形庫(kù)，用于繪制和數(shù)據(jù)可視化，制作曲線圖、趨勢(shì)圖、坐標(biāo)圖、柱狀圖等，并為實(shí)時(shí)可視化應(yīng)用程序提供高性能服務(wù)。QCustomPlot 使用簡(jiǎn)單，易于使用，只需要在項(xiàng)目中加入頭文件qcustomplot.h 和qcustomplot.cpp 文件，然后將界面中的widget 控件提升為QCustomPlot 類即可使用。

4 結(jié)論

按照軟件開(kāi)發(fā)流程開(kāi)發(fā)前兆臺(tái)站數(shù)字化展示軟件一套，軟件分為展示宣傳子模塊和儀器狀態(tài)監(jiān)控子模塊，實(shí)現(xiàn)了儀器數(shù)據(jù)曲線顯示、臺(tái)站概況簡(jiǎn)介、儀器信息簡(jiǎn)介等功能。在滿足工作人員儀器狀態(tài)監(jiān)控的同時(shí)，還具有對(duì)外展示宣傳的作用。軟件具有較好的可推廣性，通過(guò)簡(jiǎn)單編輯幾個(gè)配置文件即可應(yīng)用于其他臺(tái)站，目前已應(yīng)用于豐寧臺(tái)和易縣臺(tái)的日常工作中。