未来国家地震数据中心的基本构想

赵仲和、田丰、王成凤

(WDC-D地震学科中心）

我国是一个多地震的国家，严重的地震灾害曾给人民生命财产和国民经济带来重大损失。因此，减轻地震灾害是一项涉及国计民生的重要任务。我国在历史上曾积累了丰富的地震史料，新中国成立以来，更是在地震监测、地震预报研究与实践以及地震工程方面开展了大量工作，取得了很大成绩。几十年来，在我国形成了一个较完整的地震及相关现象的监测网，包括地震观测、地磁与地电等地球物理场观测、水动态观测、大地 形变测量、以及与工程抗震有关的各种观测，这些观测系统已经和正在积累大量的观测数据。它们在地震减灾和地震预报方面发挥了重要作用。另一方面，由于诸多原因使这些数据的汇集、处理、交换与服务工作还没有形成一个结构合理的体系，限制了这些数据作用的充分发挥。经上级批准，1993年3月正式成立了国家地震局地震数据信息中心，其主要任务之一是在国内行使国家地震数据中心的职能，在国际上行使世界数据中心中国中心地震学科中心WDC-D For Seismology的职能。那么，这样一个国家地震数据中心应具备哪些功能，它与国家地震局系统内其他单位的数据处理中心或信息中心关系如何，如何既克服以往的分散、重复的缺点而又不致造成新的重复，这些问题都要找出适当的答案。本文试图在这些方面进行一些探讨，提出建设中国的国家地震数据中心的基本构想，供有关专家和领导部门参考。

1 宗旨与性质

(1) 国家地震数据中心的宗旨是服务，在于通过有效的数据收集、管理和应用来为地震减灾事业服务，为国内外地震工作者所从事的地震监测、预测、减灾、科研任务服务，并应承担匡家地震局具有的政府职能所需要的各种数据服务。在条件成熟的时候，还应为国内外其他部门和社会公众提供数据服务。

(2) 国家地震数据中心不是庞大的全国地震监测、数据收集、处理、管理系统，但也不是一个单纯的行政的或业务的管理机构，它应是一个“轻型的”、精干的业务实体。同时，新建立的国家地震数据中心不是以往一些单位建立的综合的或专项的“计算中心”、“信息中心”、“数据库系统”等的简单重复。

(3) 一旦建立国家地震数据中心，对已有的一些综合性的或专业的地震数据库系统或信息中心可根据其不同情况进行调整和扩充，有选择地成为国家地震数据中心的协作单位或分中心。同时建立国家数据中心和这些单位的通讯链路，通过数据通讯手段与国家中心之间进行数据传递，成为国家中心所存数据的主要国内来源。但这些单位的存在不会代替国家数据中心作为“数据中心”实体应具备的各项功能，而且它们也不是国家中心的国内数据唯一来源。

(4) 现有的附属于各单位的各种计算中心、信息中心、数据库系统一般与本单位承担的任务紧密相联，它们必须把所在单位所承担的地震监测、减灾、预报和科研任务作为主要服务对象（这显然是必要的也是正确的），因而在数据收集、选择、建库、应用 等方面都有一定局限性。而未来的国家地震数据中心是超脱各单位的具体任务而存在的，它应面向全国乃至国际上的需求，因此它还应具备接收有关站网（如主要地震台网中心）的观测数据及其加工与管理的能力，持别是应具备以多种方式为用户提供数据服务的功能。

(5) 国家地震数据中心同时又是世界数据中心中國中心WDC-D的地震学科中心，因此它是我国对外进行数据交换的中心，也是进行地震数据国际服务的中心。这一现实决定了它必须是一个具有国际先进水平的中心，是一个国际性的、面向全世界的数据中心，它必须具备使国内收集数据“国际化”、使国际数据“中国化”（易于为国人使用）的功能。

(6) 国家地震数据中心应随时掌握地震科研和地震数据应用的国际国内发展动向。 同时，应能进行或邀请国内外客座科学家进行适当选题的研究工作，来应用数据中心的数据，从而对中心收集的数据的可靠性、完整性、实用性等做出正确的评价，进而改数据中心的工作。

(7) 由于诸多条件的限制，国家地震数据中心的规模不宜太大，其设备也不一定一次配齐，其建设宜分阶段进行。同时，也必须考虑到今后的发展，所以在开始规划时对于诸如空间、供电等环境条件的考虑都应留有发展余地，允许中心功能与设备的逐步扩充与完善，尽量减少“二次改造”甚至因搬迁带来的人力、物力和时间的浪费。

2 功能分析

基于上述考虑，未来的国家地震数据中心至少应具备下述五项基本功能。

2.1 具有适合我国国情的数据汇集与传送

这是全国数据中心的基本功能，其数据流向包括数据向中心汇集和从中心向各用户提供。其汇集与提供数据的时间包括定期和不定期（即根据需要及时汇集和提供）。可以采用的数据汇集与传送手段有：

(1) 与分析预报中心、地球物理研究所、地质研究所、地壳应力研究所等国家地震局京区直属单位的数据处理中心（或信息中心）建立高速数据通讯网络，实现各中心的数据共享。各单位的数据处理中心或信息中心根据分工，承担相应数据的收集、存储、管理与交换任务。例如，分析预报中心以综合性前兆数据的收集为主；地球物理研究所以多种测震数据及地磁、重力等地球物理观测数据为主；地质研究所以地震地质、地震 灾害、防震减灾等数据为主；地壳应力研究所以地应力观测及其他观测（如地热观测）数据为主。

为防止因偶然事故造成数据丢失和为方便使用，国家数据中心应保存有上述各中心所存储数据的副本，并能定期更新乃至及时自动更新。

(2) 建立与京外重点研究所和省地震局数据中心的远程通讯链路，利用国家公共电话网进行数据传送，如工程力学研究所、地震研究所（武汉）、兰州地囊研宪所、地球物理勘探大队（郑州）、第一测量大队（天津)、第二测量大队（西安）等。他们收集的专项数据也应在国家中心存有副本并定期更新。

(3) 汇集与生成磁带、光盘、软盘等磁介质为载体的数字量数据集。对尚不具备远程数据通讯条件的数据源单位或用户，可通过邮寄方式汇集或提供不同磁介质载体的数据集。为此，国家数据中心要有相应的读写外部设备。

(4) 不同媒体存储的数据，包括书面形式的数据、文字描述、图象图表、曲线记录、声象记录（如录音带、录象带、光盘等）等，通过专用设备生成计算机可读数据存储，反过来又能通过计算机及外部设备生成书面的或声象的资料提供用户使用。

(5) 可与其他国家的或国际的地震数据中心进行数据交换的卫星通讯链路。这可以是地震系统专用线路，也可以利用国际公共通讯服务系统。

(6) 与世界数据中心中国中心的其他学科中心之间的数据通讯。

2.2 建立开放式广义数据库

所谓“广义数据库”，是指数据中心的数据库中包含在常规数据库管理软件管理下的符合一定数据结构的数据库，也包括存储在磁带、光盘、固定磁盘、活动硬盘或软盘上的具有特殊结构的数据集合，从而做到既能利用常规数据库管理软件管理数据的长处，也能弥补既定格式所带来的局限性，以尽可能的冗余度存储尽可能完整的多种数据。

为此，需要研制一套超越典型数据库管理软件的广义数据库管理系统，以人机结合方式进行数据管理、存储、检索与更新。

所谓“开放式”有两个含义，一是与国家中心相连的其他中心的数据库对国家中心而言是开放式的，即各中心的数据库可视为国家中心数据库的一部分（分布式数据库），由国家中心的受权用户可随时取用；另一含义是入网的各中心及其他受权用户可以通过一定的计算机通讯协议直接访问国家数据中心数据库。

广义数据库的内容应包括：地震观测、各种地球物理场观测、前兆观测的原始数据及加工数据；地震地质、地震工程有关数据；灾害预测、灾害防御、灾害状况等与防灾减灾有关的数据；其他认为需要的数据。

因此，在国家地震数据中心除了配备必要的计算机设备及软件外，还必须配备适于存放磁介质数据载体的储存库。

2.3 数据的同化、编辑、编目、存档、检索和散发

具有相应的软、硬件系统，其功能应包括：

• 同化、编辑不同来源的数据，送广义数据库存档；

• 对接收的数据编目，更新数据索引，定期出,坂数据目录；

• 根据数据索引检索所需数据，生成符合用户要求格式的数据文件，并以磁带、光盘、软盘等形式提供；

• 根据用户要求生成高质量图件和其他形式的资料，如动画、声象制品等。

2.4 执行WDC-D的职能

根据世界数据中心的管理原则，执行我国WDC-D地震学科中心的职能，直接开展或委托有关单位开展国际资料交换。这更需要上述服务所提供的不同形式的数据、图件或出版物的质量能达到国际水平。

2.5 开展专题科学研究

具备按预定计划接收国内外客座科学家利用本中心数据进行专题科学研究的能力。 这项功能的基本目的不仅在于产出科研成果，更主要在于通过与科学家活动的结合，及时了解地震科学研究对地震数据的需求情况，及时改进数据中心的服务。

3 中心系统构成

这里所述系统构成是指在国家地震数据中心的基本结构，与其他单位中心的关联部分（如通讯设备等）未列入其中。

根据上述基本分析，国家地震数据中心拟由下列子系统组成：

• 广义数据库管理系统

• 集成网络管理系统

• 服务器系统

• 数据通讯系统

• 数据管理系统

• 数据服务系统

• 数据处理系统

• 快速响应系统

这些子系统分成三个层次，通过网络组合成统一的整体，其示意图见图1.

图1地震数据中心技术系统示意图

最高层次是整个系统的核心层，包括广义数据库管理系统和集成网络管理系统。其中广义数据库管理系统管理的数据库存有国家地震数据中心掌握的全部数据，通过管理系统进行数据更新。该系统应能保证数据库数据的完整、可靠和保密性。该系统应配置大容量磁盘，并有光盘、磁带等介质的输入输出设备。所配的软件系统应能适用于常规数据库的管理和非标准数据集的管理。同时，要通过后备存储等措施确保数据不丢失、不损坏。

集成网络管理系统用于會理入网的各子系统的协调运行，实现网络中各计算机之间的资料共享、信息共享、作业提交及返回计算结果、相互启动等功能，并监视各子系统的运行情况。这两个子系统是只能由系统管理员来管理和运行的系统。

中间层是服务器层，这一层的服务器系统带有大容量磁盘作为工作数据库，用于暂时接收通过第三层系统所接收的数据，并向第三层用户提供所需数据。最高层数据库的更新也从工作数据库中取得数据。服务器系统还连有多种不同媒体的输入/输出(I/O) 设备，提供给各子系统使用。

第三层是工作站层，是采集和检索信息的窗口，包括数据通讯、管理、服务、处理四个子系统及快速响应子系统。所以这样划分，是因为作为国家地震数据中心，在许多时间里是需要这些子系统同时在运行，同时在实现各自的功能。就是说，需要并行运行，而不能是分时运行。

数据通讯子系统包括数据通讯机、通讯控制机和调制解调器组，实现与京区各分中心的高速专线通讯及与外地的公用电话远程通讯。

数据管理子系统是通过系统操作员进行多媒体数据录入、数据交换、数据编辑、数据编目等工作，为数据入库作准备，这是数据中心的又一项常规工作。

数据服务子系统通过系统操作员进行多媒体数据输出，为用户提供多种数据服务。

数据处理子系统是为国内外科研人员提供的，用于以数据中心收集的数据为处理对象进行专题研究。需要说明的是，该系统不同于一般计算中心，不用于纯理论的推演或理论模型的计算，而是要以数据中心所存储数据作为处理对象。

快速响应系统是为大地震应急准备的。当通过通讯系统获得大地震应急报警（例如来自北京遥测地震台网的信息）之后，立即自动启动快速响应系统，通过声光报警通知值班员立即采取大震应急行动（如紧急收集有关地震的参数数据、破坏情况等，并准备好与该地震有关的背景数据向有关部门报告等）。

相信通过上述各子系统的协同作，可以实现国家地震数据中心的基本功能。同时，采取多机联网系统允许对各子系统的装备进行扩充，也允许增加新的子系统，从而适应今后数据量的增长和服务内容的增加。

4 设想的实施例

为了对上述系统构成有一个直观的了解，下面提出一个设想的实施例。文中所列设备型号仅仅作为举例，不代表任何组织、机构或个人的购买倾向。

这里以SPARC工作站和服务器系列作为基本处理设备，其配置举例如下：

广义数据库管理系统：

SPARC station 10 Model54(内存512MB) 2台

磁盘存储器：内部2GB;系统26GB

磁带机（标准半英寸磁带）:       2台

光盘机（可读写）：           2台

SPARC station ELC (无盘工作站）      2台

集成网络管理系统：

SPARC station 2 (内存32MB)          2台

硬盘存储器：内部424MB         2台

打印机：                        1台

服务器系统：

SPARC server 690MP Model 54      2台

硬盘存储器：内部10.4GB;外部52GB    2台

光盘机（可读写）             2台

数字化仪：                1台

录象带输入/输出             1台

音响输入/输出              1台

磁带机：                 2台

扫描仪：               1-2台

静电绘图仪：             1-2台

彩色硬拷贝机：            1-2台

多笔绘图仪：             1-2台

激光打印机：             1-2台

彩色打印机：             1-2台

普通打印机：             3台

数据通讯系统：

SPARC station 2              2台

通讯控制用微机（386级）         5台

调制解调器9600波特             4 - 6对

1200-2400波特              4 - 6对

多路复用器等配套设备 (卫星通讯设备另行计划）

数据管理系统：

SPARC station ELC (无盘工作站）     5台

光盘机（只读）               2台

数据服务系统：

SPARC station 2             2台

SPARC station ELC (无盘工作站）     3台

数据处理系统：

SPARC station 2             5台

快速响应系统：

无盘工作站ELC               2台

打印机：                 1台

网络联接器

网络加速器

以上硬设备配置框图见图2。

图2 地震数据中心设想实施例硬设备配置框图

①广义数据库管理系统;②集成网络管理系统;③服务器系统数据处理系统 ④数据服务系统

⑤数据管理系统;⑥数据通讯系统;⑦数据通讯系统;⑧快速响应系统

配备适当的软件是保证系统充分发挥作用的关键。除需自行研制或引进一些软件外，基本配置的系统软件应包括：

操作系统

服务器软件

网络软件

数据库管理软件

高级语言

图形软件

绘图软件

I/O设备驱动软件

通讯软件

多媒体开发软件

其他软件

除计算机系统外，还应配备在线式不间断电源，系统检测设备等

5 建设规划

由于计算机技术发展迅速，而人们掌握这些技术又需要一定时间，以往一次性投资一次性装备的结果往往是系统发挥效益之日便是系统已经落后之时。加之国力所限，也难于再有大规模的一次性投资。因此应预先做好规划，逐步实施，每一步都见到效益，逐步达到完善。具体地说，可以在五年内实现本方案提出的目标。其中：

第一年：组建国家地震数据中心；完成数据中心的基本环境建设；购置和装备不间断电源等条件保证设备；购置并安装试验性计算机设备（如SPARC工作站两台及少量 外部设备和软件）；完成国家地震数据中心的技术方案设计（包括部分应用软件的研 制）；人员培训；设备选型等。

第二年：购置第一批设备；设备安装、试运行；软件研制；人员培训。实现目标：磁介质输入建立基本数据库；形成全国地震数据汇集网络（磁介质文件 传递）；开始数据服务业务；开展国际数据交换业务。这一目标年底完成。

第三年：购置第二批设备；安装、试运行、软件研制；人员培训。实现目标：与京区其他中心实现数据通讯；实现京区各中心与国家中心的高速数据通讯；实现与国家地震局首脑机关的髙速数据通讯；实现真正意义上的快速响应，为减灾救灾及地震趋势分析服务。该年底完成目标，次年运行。

第四年：建立国际通讯链路，购置设备，安装、试运行；软件研制；人员培训。实现目标：形成国际数据交换链路，实现近实时国际数据交换；次年开始运行。

第五年：全面检查系统功能，补充个别设备，对个别设备进行升级，对基本软件进行升级换代；购置全面提高系统效能的配套软件；人员培训。

按上述计划，第三年中心即可正式对外开展业务，发挥效益，第五年全面完成。 在预计经费时，设备投资固然占重要部分，软件投资和人员培训经费亦不可忽视。