基于Datist的測(cè)震分析月報(bào)自動(dòng)產(chǎn)出技術(shù)研發(fā)

王宇航,龐 瑤,宮 悅,顏利君,黃春梅

( 四川省地震局，四川 成都 610041)

省級(jí)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行月報(bào)是四川省數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的日常產(chǎn)出任務(wù)之一，也是數(shù)字臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)和數(shù)據(jù)產(chǎn)出統(tǒng)計(jì)總結(jié)的重要記錄。其中數(shù)據(jù)處理與產(chǎn)出章節(jié)包括了編目、速報(bào)等測(cè)震分析情況，需要對(duì)地震目錄按不同標(biāo)準(zhǔn)(日期、震中位置、震級(jí)大小)進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，繪制震中分布圖，并按照速報(bào)評(píng)比細(xì)則對(duì)速報(bào)地震事件進(jìn)行初步自評(píng)。四川地區(qū)為地震多發(fā)地區(qū)，四川省測(cè)震臺(tái)網(wǎng)每月處理的編目地震事件在2 000條以上，其中：編目數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)需要下載指定月份完整的地震目錄，然后按照不同條件對(duì)處理的地震事件進(jìn)行分類(lèi)篩選統(tǒng)計(jì)并繪制震中分布圖；速報(bào)除了對(duì)速報(bào)地震目錄的分類(lèi)匯總和繪制速報(bào)地震震中分布圖外，還需對(duì)每次速報(bào)地震事件進(jìn)行質(zhì)量自評(píng)。目前四川省數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的上述工作內(nèi)容全部由人工完成，內(nèi)容枯燥過(guò)程繁瑣。若用自動(dòng)化流程替代人工來(lái)完成這一系列程式化的工作，輔助月報(bào)生成，可顯著提高工作效率，節(jié)約人力資源。

1 Datist平臺(tái)及應(yīng)用分析

Datist(數(shù)據(jù)專(zhuān)家)開(kāi)發(fā)平臺(tái)是長(zhǎng)安大學(xué)數(shù)字油田研究所歷時(shí)5年時(shí)間研發(fā)的專(zhuān)項(xiàng)服務(wù)于大數(shù)據(jù)時(shí)代場(chǎng)景式(Context)數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘的工具軟件，以管道式的數(shù)據(jù)處理方式增強(qiáng)業(yè)務(wù)邏輯的靈活度(高倩，2015)。Datist最大特點(diǎn)就是在整體設(shè)計(jì)上遵循零代碼原則，用戶(hù)不需要了解復(fù)雜的編程技術(shù)，僅需要排列和組合各種功能節(jié)點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的整合與應(yīng)用(圖1)。

圖1 Datist平臺(tái)工作方式示意圖

2017年初中國(guó)地震局地球物理所牽頭將Datist平臺(tái)引入地震領(lǐng)域，此后該系統(tǒng)不斷更新針對(duì)性功能，與地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)具有良好的兼容性，主要提供應(yīng)急會(huì)商、震情跟蹤、前兆學(xué)科數(shù)據(jù)分析、監(jiān)測(cè)臺(tái)站分布等日常會(huì)商服務(wù)。目前Datist軟件在地震監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用較少，只進(jìn)行了GNSS陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)月度報(bào)告自動(dòng)生成等少量研發(fā)工作。本文將利用Datist數(shù)據(jù)專(zhuān)家平臺(tái)，編寫(xiě)相應(yīng)的流程，實(shí)現(xiàn)測(cè)震分析月報(bào)的自動(dòng)化生成，從而減輕地震監(jiān)測(cè)人員的工作負(fù)擔(dān)，提高工作效率。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)步驟

圖2 技術(shù)路線(xiàn)示意圖

本次研究設(shè)計(jì)的流程需要實(shí)現(xiàn)的功能主要有6大塊，即數(shù)據(jù)源讀取、數(shù)據(jù)清洗、目錄統(tǒng)計(jì)、繪制震中分布圖、計(jì)算速報(bào)自評(píng)結(jié)果和自動(dòng)生成報(bào)告。最終目標(biāo)是生成測(cè)震分析月報(bào)，包括編目和速報(bào)兩部分。系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)步驟如圖2。

3 功能實(shí)現(xiàn)

測(cè)震分析月報(bào)內(nèi)容包含編目參數(shù)計(jì)算表、編目震中分布圖、編目情況統(tǒng)計(jì)、速報(bào)情況統(tǒng)計(jì)、速報(bào)目錄、速報(bào)震中分布圖、速報(bào)質(zhì)量自評(píng)七個(gè)部分。結(jié)合Datist(數(shù)據(jù)專(zhuān)家)軟件的功能和用法，本文將以上七個(gè)部分，分解為5條工作線(xiàn)來(lái)完成流程設(shè)計(jì)。

3.1 編目情況統(tǒng)計(jì)和編目震中分布圖

編目情況統(tǒng)計(jì)是針對(duì)四川測(cè)震臺(tái)網(wǎng)提交的精細(xì)處理地震按震級(jí)范圍、日期等進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)。運(yùn)行月報(bào)中需確切統(tǒng)計(jì)由四川測(cè)震臺(tái)網(wǎng)處理上報(bào)的地震信息情況，從本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)出目錄是最為便捷的方法。用“TXT+”節(jié)點(diǎn)讀入目錄，用于分震級(jí)統(tǒng)計(jì)數(shù)目、按日期統(tǒng)計(jì)數(shù)目、繪制編目震中分布圖。因此需要從中分離出符合程序格式要求的日期、震級(jí)和可用于GMT繪圖的經(jīng)緯度(圖3，圖4)。之后是對(duì)編目目錄按震級(jí)區(qū)間和日期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：按日期的統(tǒng)計(jì)可以直接進(jìn)行，加入“匯總”節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)數(shù)操作；對(duì)震級(jí)的匯總要先設(shè)定標(biāo)識(shí)符，通過(guò)“多條件”方式創(chuàng)建新列，以“震級(jí)區(qū)間”為新列的字段名的分類(lèi)項(xiàng)進(jìn)行匯總計(jì)數(shù)。震中分布圖的繪制是利用Datist提供的GMT繪圖接口——“GMT”節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，將GMT腳本內(nèi)容放入節(jié)點(diǎn)中，運(yùn)行節(jié)點(diǎn)即可。

3.2 編目統(tǒng)計(jì)表

編目統(tǒng)計(jì)表涉及編目地震、新震源參數(shù)結(jié)果和震源機(jī)制解結(jié)果在每天的個(gè)數(shù)以及當(dāng)月總數(shù)，其中編目地震個(gè)數(shù)已經(jīng)從上述編目目錄中統(tǒng)計(jì)，其余兩項(xiàng)從本地讀取數(shù)據(jù)。通過(guò)“Excel”、“合并”、“匯總”及“追加”節(jié)點(diǎn)操作，將匯總結(jié)果與前面合并得到的表格整合到一起。最后經(jīng)過(guò)標(biāo)題替換、調(diào)整列寬等操作后，得到可直接整個(gè)插入報(bào)告的編目統(tǒng)計(jì)表，放入文件收集器備用。

3.3 速報(bào)目錄和速報(bào)分布圖

從本地讀入速報(bào)目錄，通過(guò)“篩選”、“過(guò)濾”節(jié)點(diǎn)將發(fā)震時(shí)刻為空白的數(shù)據(jù)行刪去，隱藏不需要的字段，得到完整的速報(bào)目錄。進(jìn)一步對(duì)初報(bào)目錄進(jìn)行清洗，提取出年、月信息，以便在報(bào)告中進(jìn)行日期的自動(dòng)替換。速報(bào)事件震中分布圖的繪制方法和編目震中分布圖完全一樣，輸入數(shù)據(jù)為速報(bào)目錄。

3.4 速報(bào)情況統(tǒng)計(jì)

速報(bào)情況統(tǒng)計(jì)較編目統(tǒng)計(jì)內(nèi)容更復(fù)雜。在分震級(jí)區(qū)間統(tǒng)計(jì)的同時(shí)，還需加入了震中位置統(tǒng)計(jì)(省內(nèi)和省外)。對(duì)震級(jí)的統(tǒng)計(jì)首先還是先添加標(biāo)識(shí)符，然后使用功能更復(fù)雜的“定制匯總”節(jié)點(diǎn)，同時(shí)直接完成對(duì)兩個(gè)參數(shù)的匯總，生成二維表格。再進(jìn)行補(bǔ)充序列、匯總求和等操作，便可以獲得速報(bào)情況統(tǒng)計(jì)表中所需的所有單元格內(nèi)容。

3.5 速報(bào)質(zhì)量自評(píng)

統(tǒng)一目錄和人工初報(bào)目錄從本地讀取之后，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)清洗只保留參與評(píng)比的參數(shù)項(xiàng)，得到自評(píng)初報(bào)和自評(píng)正式報(bào)兩個(gè)表格，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作完成。速報(bào)自評(píng)是本次工作的難點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)所在，通過(guò)Matlab程序?qū)崿F(xiàn)。采用遍歷的方法，以發(fā)震時(shí)刻和震中位置兩個(gè)參數(shù)為約束條件，來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目錄中地震事件的自動(dòng)匹配；匹配成功后，根據(jù)速報(bào)評(píng)比細(xì)則對(duì)初報(bào)目錄中的事件進(jìn)行初步評(píng)分。程序編寫(xiě)完成后，由于Datist并沒(méi)有提供Matlab的軟件接口，選擇用“GMT”節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)matlab程序的融合，將程序嵌入流程中。得出自評(píng)結(jié)果后，用數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)將其讀入，并在流程中加入“順序運(yùn)行器”和“暫停”節(jié)點(diǎn)，用于控制計(jì)算自評(píng)結(jié)果和讀取結(jié)果的順序。最后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)清洗獲可得速報(bào)自評(píng)表，同時(shí)對(duì)自評(píng)結(jié)果進(jìn)行匯總，得到速報(bào)事件平均分、滿(mǎn)分事件數(shù)量、加分情況等概覽信息。

圖5 設(shè)置震級(jí)區(qū)間標(biāo)識(shí)符

圖6 同時(shí)按震級(jí)和震中位置統(tǒng)計(jì)數(shù)目

3.6 生成報(bào)告

Datist中采用變量標(biāo)識(shí)符進(jìn)行變量替換，類(lèi)型包括圖片、表格和字符串。測(cè)震分析月報(bào)中兩張震中分布圖用圖片的方式插入，編目統(tǒng)計(jì)表、速報(bào)自評(píng)表和速報(bào)目錄以表格的形式插入，其余的統(tǒng)計(jì)情況和年月信息以字符串形式插入。最后分別生成了編目報(bào)告和速報(bào)報(bào)告，把二者拼接到一起，產(chǎn)出 “測(cè)震分析月報(bào)”。

4 結(jié)論與討論

本文基于數(shù)據(jù)專(zhuān)家(Datist)完成了測(cè)震分析月報(bào)中數(shù)據(jù)源讀取、數(shù)據(jù)清洗、目錄統(tǒng)計(jì)、繪制震中分布圖、計(jì)算速報(bào)自評(píng)結(jié)果和自動(dòng)生成報(bào)告六項(xiàng)主要功能。流程總覽如圖7所示：流程編寫(xiě)完成后，對(duì)2019年6月至2019年10月5次月報(bào)編寫(xiě)的產(chǎn)出情況進(jìn)行了測(cè)試，均能正常運(yùn)行。工作用時(shí)由原來(lái)人工處理所需的 3 h減少到30 s左右。目前此研究成果已運(yùn)用到四川省測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的日常工作中，極大提高了工作效率。今后工作中擬對(duì)月報(bào)中的其它模塊內(nèi)容，如：臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行率，臺(tái)站噪聲的計(jì)算、分類(lèi)及成圖等進(jìn)行自動(dòng)化處理，解決編寫(xiě)過(guò)程中大量規(guī)定動(dòng)作的批量化、重復(fù)性操作。為今后地震監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)自動(dòng)化、模塊化、流程化研究的開(kāi)展打下基礎(chǔ)。

圖7 流程總覽