陸、資訊服務-地球物理資料管理系統

中央氣象局地震測報中心鑑於資訊現代化與整合歷年來監測之地震相關資料,於2005年起規劃一綜合性地球物理(科學)相關資料之服務網站,以提供地球物理相關資料之查詢與申請服務。系統設立初期稱之為「地球科學資料管理中心(GDMC)」,在2006年正式命名為「地球物理資料管理系統」(Geophysical Database Management System,簡稱GDMS),並於200881正式上線服務。

GDMS系統建立之前,地震中心並無統一集中管理資料的平台,各系統的資料統合及備份由各系統自行建置,資料並無一致的資料庫結構,在管理及運用上實有困難,有鑑於此,整合管理之作業平台有其存在的必要性,為確保上述資料之完整及單一性,因而設置了地球物理資料管理系統。資料庫內容主要包括各觀測網之測站相關資料與各項觀測之原始紀錄。

由於地震相關觀測均為長期觀測作業,所記錄的原始資料量相當龐大,為因應資料量後續成長以及易於擷選等問題,設置之資料儲存系統兼具容量擴充與伺服功能。除了地震活動資料外,也包含GPS地殼形變觀測資料、地下水位資料(由水利署連線提供)等。

一、系統發展過程

GDMS之初期評估與規劃目標如下:

(一)將地震中心各類觀測資料,進行資料庫結構化。

(二)各系統觀測資料以往並無統一窗口進行備援及備份,未來將透過GDMS進行各觀測資料之備援及備份。

(三)建立各觀測資料即時資料庫化功能,如地下水、GPS等資料,需建立即時傳輸之模式,以便即時將地震資料資料庫化。

(四)建立統整性之地球物理資料管理系統,進行地震資料庫之統合,包含對外之網站介面,可供分析查詢及即時波形展示等功能。

進而整合之系統包括,短週期地震儀觀測系統(Short-period Seismographic System)、寬頻地震儀觀測系統(Broadband Seismographic System、自由場強震站(Free-field Strong-motion Station、結構物觀測陣列(Strong-motion Building Array、全球衛星定位系統(Global Positioning System及地震地下水觀測系統(Groundwater Observation System6項。

GDMS開發工作時程如圖6-1。於2005年,首先針對軟硬體及3個系統之資料結構進行規劃,建置之初由於資料量並不大,使用空間不多及預算考量,初步規劃出以光纖架構(SAN)為基礎之儲存架構,對於未來儲存媒體之擴充有較大的彈性。為尋找合適之資料庫軟體,在比較MySQLMS SQLOracle三種常用之資料庫服務性能後,採用小巧且穩定性高之MySQL管理資料庫。本中心之觀測資料可分為地震事件資料及連續資料二大類型,透過各子系統,經由網路儲存在GDMS磁碟空間中,配合2台伺服器分別提供資料庫存取及網頁服務,使用者可於入口網站查詢GDMS裡的地震資料。

延續2005年的開發與應用,於2006年時,本中心再針對其它3個系統進行開發和建置,以期望所有系統皆能資料庫化及統一查詢介面。為擴充儲存空間,本中心採購IBM DS4800 Storage Manager大型儲存設備,擴充建置光纖架構(SAN)儲存空間,其中第一期先購買大約8T的空間,供存放觀測資料之用。硬體方面為保持GDMS能正常運作,在主要控制器及電源等方面,採用互為備援之模式,以避免機器發生問題導致資料異常存取之情形。

本系統在2007年擴充IBM DS4800 Storage之磁碟空間到達約32T,其中15T為光纖(Fibre Channel, FC)硬碟,為即時資料(庫)存放硬碟區,另16TSATA硬碟,存放連續資料及一些年代較久之歷史地震資料。另外,網頁的改版及建置,最終的查詢介面與功能亦慢慢訂出了雛型。在入口網頁方面,設計開發使用者下載清單功能(線上申請資料),方便使用者在查詢資料後,可簡便的申請本中心之地震資料;為便捷局外使用者下載資料,系統規劃使用者單筆下載、整合查詢等網頁功能改版及更新;為處理一般民眾申購資料,開發局內下載功能供資料服務窗口索引並整理資料,加速本局為民服務之效率。此外,本系統亦開始著手進行各系統各波形展示系統之開發,包含短週期地震儀觀測系統、寬頻地震儀觀測系統、自由場強震站、結構物觀測陣列4個系統。

隨著觀測資料逐漸累積,資料(庫)日益龐大,妥善保存便成為永續發展最大的課題,因此於2008年,本中心購入IBM TS3500磁帶櫃系統,定時儲存備份GDMS磁碟之觀測資料,確保觀測資料之可用性與可得性。入口網頁部份,統整4種地震觀測網系統之地震事件查詢功能,讓使用者能更方便、更有效率地搜尋有需要的地震資料;部份系統之波形展示功能亦正式上線,使用者能更直觀地獲知地震之振動情形。GDMS網頁服務亦於20088月份上線對外服務,網址為 http://gdms.cwb.gov.tw

二、系統架構

目前GDMS系統由5台伺服器主機架構而成,包含網頁伺服器、資料庫伺服器、磁碟檔案分享伺服器2台及1台備份伺服器,透過光纖通道交換器架構為SAN環境。這5台伺服器主機上的資料接透過本機端之Symantec BESR備份軟體自動備份製作成影像檔,存放在GDMS磁碟陣列中,每周進行完全備份。

觀測資料部份由IBM DS4800磁碟管理主機管理,透過PolyServe掛載於2台檔案分享伺服器主機上,各硬碟配置均採用RAID5模式保護,每一硬碟櫃並配有熱抽取硬碟備援使用,以避免磁碟損壞造成之資料流失。備份方面由備份主機上之Veritas NetBackup備份軟體定期呼叫檔案分享伺服器之客戶端進行備份,每月做完全備份、每周做差異備份。

目前GDMS磁碟空間規劃如下,第一線FC硬碟共約15T,為線上資料存取用,第二線SATA硬碟共約16T,做為連續資料存取用。另外,如連續資料超過某時間以上資料,即存入磁帶櫃離線備份,待需要時再將資料自磁帶取出,以永久保存本中心之觀測資料。系統架構如圖6-2

三、作業流程

GDMS系統作業流程如下:

(一)局內資料處理流程:

GDMS系統接收各觀測系統彙整之資料後,透過程式將特定系統之觀測資料轉為一致之(文字)格式,部份系統預置波形圖檔,加快網站客戶端使用者瀏覽之速率。

資料庫轉檔程式定時監控各觀測系統之索引紀錄,自動轉換測站與資料之索引為統一格式並存放在MySQL資料庫中。觀測資料透過網頁介面及資料庫伺服器依不同觀測系統及資料特性發布於網站上供使用者快速查詢。

當使用者申請帳號或委託下載資料,網站伺服器會自動發送E-mail通知系統管理員,以快速處理使用者需求。管理員亦可透過網站之簡易統計功能監控GDMS系統狀態。另外,系統藉著備份軟體定時排程備份GDMS磁碟內之觀測資料,維持線上資料之完整性與可得性,資料庫及網頁程式檔亦定時以映像檔備份保存之。

(二)瀏覽網頁服務流程:

國內地震研究相關人員,可於GDMS網站線上申請加入會員,經審核後,即享有查詢與下載地震資料之權限。

會員登入後,如需查詢某筆或多筆地震資料,可透過瀏覽器輸入搜尋條件至網頁介面,系統即會連線至資料庫存取各觀測系統之資料索引,並由GDMS磁碟中取得檔案之相對應路徑,會員即可進行線上單筆資料下載、檢視波形、資料統計、或委託下載等服務。

會員確認委託下載清單並送出後,GDMS系統管理員即利用程式挑選會員選取之資料並儲存至暫存區域,爾後,將資料燒錄成光碟或存放於會員所提供之磁碟媒體,再郵寄至使用者登錄於本網站之聯絡地址。

本網站資料及處理費用由本中心向國科會所提之專題計畫支出,會員無須額外支付任何費用,但取得之資料,僅限應用於教育與學術研究,不得再以有償無償方式移轉。發表之研究成果,請務必加註資料來源,並上傳本網站存參,本中心將定期提報國科會,並依成果審核會員資格之續留,故請會員審慎資料之下載與申請。

四、成果

經由地震測報中心之努力,GDMS系統已於2008年底大致完成,目前在本系統中已經儲存有短週期地震儀觀測系統、地震速報系統(Earthquake Rapid Reporting System)、寬頻地震儀觀測系統、自由場強震站、結構物觀測陣列、全球衛星定位系統、地震地下水觀測系統及地磁力觀測系統等8大類資料,共約有12.5TB表6-1圖6-3)的資料量。

透過GDMS系統,觀測資料已完成集中化處理,地震相關資料亦已實際上線提供局內外使用者線上查詢下載。自2008年起與國科會轄下之臺灣地震科學中心(Taiwan Earthquake Center, TEC)合作,以會員的方式提供地震資料服務。本局之觀測資料是地球科學領域基礎研究不可或缺的重要資源,藉由資料整合與開發網路型態之資料服務系統,更有利於學術研究的進展。

未來本系統目標著重於提升資訊內涵,改善、強化系統應用措施,增益資料單元間之整合功能介面,並拓展資訊服務項目,以期達到地震資訊服務的基本政策。

經由GDMS之磁碟陣列儲存系統,本中心能對未來3年以上之地震相關資料,進行整合性儲存及備份。透過磁帶櫃備份系統進行備份,本中心亦能將歷史地震資料做較長時間之保存,以供相關學者查詢及資料下載使用。經由上述3個系統,入口網頁查詢下載系統,磁碟陣列儲存系統,及磁帶櫃備份系統,GDMS已能實際在本中心發揮最大之功效,並提供從事地震研究之專業人士,便捷之資料搜尋平台。

地球物理資料管理系統(GDMS)在本局辛局長的積極催生之下,於2005年發展至今,系統已臻成熟,感謝所有曾經參與開發之相關人員給予程式交流及討論,簡化許多作業之繁瑣流程並提供便捷之作業介面。GDMS是建立在本中心大量觀測資料的基礎上,感謝所有及曾經在地震測報中心服務的同仁,秉持對資料品質良好的控管及孜孜不倦的努力,得以建置及提供專業之服務。未來希望在各位先進及使用者不吝提供寶貴的意見下,使本系統功能更強健及穩定。

 


表6-1GDMS各觀測系統使用空間統計表。

系統

資料時間

資料量TB

Short Period

Event

1974~2009

0.46

Continuous

2003~2009

7.78

Broad Band

Event

1996~2009

1.22

Continuous

1996~2009

2.72

Free Field

Event

1991~2009

0.06

Building Array

Event

1992~2009

0.05

GPS

Continuous

1994~2009

0.17

GW

Continuous

2004~2009

0.04

RTD

Event

1995~2009

0.01

Magnetism

Continuous

2007~2009

0.02

合計

12.52

 

 

 

圖6-1GDMS系統開發工作時程圖。

 

 

 

圖6-2GDMS系統架構圖。

 

 

圖6-3GDMS年度資料量統計圖。