智能地震數據綜合分析平臺設計與實現

朱 婷 李 忠* 蘇玉 任曉龍

（防災科技學院 應急管理學院，河北 燕郊101601）

在數據快速發展的時代背景下，人類可以隨時隨地獲取到各種災害事件，了解災情的新聞報道。經過近十幾年的數字地震快速發展，地震監測的實時數據、地震事件信息、地震災情新聞等，都可以方便地獲取，這個廣大人民群眾帶來了便利。但是，受制于部門權限因素和時間因素，地震領域一直缺少一個綜合性的地震數據分析和展示平臺。因此，本文提出了設計開發基于瀏覽器和服務器架構模式（Browser/Server framework，B/S 框架）的智能地震數據分析平臺的思路。

系統平臺整合地震監測前兆數據、爬蟲獲取的地震資料、可信的第三方地震信息數據和圖片等，利用WebJSP 技術、大型數據庫技術、云服務和大數據技術等，設計并開發一個具有地震數據分析、災情可視化、地震監測與預警等功能的地震數據綜合分析平臺，為我國的應急管理事業提供技術支持。

1 平臺總體設計

1.1 系統架構設計

互利網技術的發展和應用普及，直接推動了Browser/Server結構(B/S 結構)在軟件開發中的廣泛應用，這種體系結構已經成為目前主流的開發框架。與Client/Server 結構(C/S 結構)相比，B/S 結構具有安裝方便、跨平臺、客戶端負擔低、便于維護、易于開發和推廣等優勢[1]。所以智能地震數據分析平臺采用B/S 框架進行開發，有利于系統維護和用戶使用。

1.2 系統功能設計

系統平臺包括五大功能模塊：地震數據多角度展示模塊、數據報表模塊、用戶留言功能模塊、日志記錄與分析模塊、用戶登錄管理模塊、系統管理與維護模塊，每個大的功能模塊中由若干小功能模塊組成。整體系統功能圖如圖1 所示。

圖1 系統功能結構圖

2 數據庫設計

平臺開發采用穩定的eclipse，數據庫采用MySQL5.5。為實現智能地震數據分析平臺和各用戶使用操作的統一管理，系統設計了5 個數據表：地震信息表、用戶信息表、用戶訪問信息表、用戶留言信息表、圖片文件信息表。他們之間的邏輯關系如圖2 所示。

3 平臺主要功能模塊實現

3.1 地震數據多角度展示

該模塊主要以地震前兆數據和爬取的其他地震信息為基礎，分別利用Web 中的Echarts 和機器學習中的數學模型及算法，得到多種類型的圖表。

3.1.1 Echarts 動態可視化

Echarts 是一個基于瀏覽器渲染技術的開源可視化的JavaScript 庫，兼容所有主流瀏覽器和設備如電腦、手機、平板等，可以提供直觀、交互豐富、高度個性化定制的數據可視化圖表，滿足各行業的圖表需求，3D 效果也很出彩[2]，是許多企業開發中首選的圖表展示工具。

系統平臺里有Echarts 進行地震數據的動態可視化展現，如全國地震地理散點圖、震源深度散點圖、年度震級統計圖、震級與震源深度折線圖、地區地震次數餅狀圖，等。用戶查看時，可以根據圖表類型，選擇起始時間、地理位置、震源深度等查詢條件，多角度、動態化、對比化、直觀化展現出來，大大提升體驗感。

例如，全國地震地理散點圖如圖3 所示。

用戶選擇時間范圍后，系統平臺利用地震發生的位置、震級、深度、時間四要素，與中國地圖結合，形成地理散點圖展示出來。當光標移動到某一點上時，會顯示該點所發生的地震參數，如圖3 所示。

3.1.2 機器學習算法分析圖

平臺還具有數據深度分析功能，利用機器學習算法進行地震數據的分類、聚類等分析。如利用Kmeans 聚類分析算法和邏輯回歸分析算法對地震前兆數據進行分析處理，結果如圖4 所示。

可以看出，數據被聚成4個類，基本按照條帶狀聚類，符合地震斷裂帶狀分布的實際情況。再結合邏輯回歸模型分析，獲得地震數據的二值分類結果，如圖5 所示。

從圖中可以看出，離群點是明顯的。

3.2 數據報表功能

通過表格形式將地震數據信息、用戶留言信息等展示出來，如圖6 所示。

4 結論

在信息時代的大背景下，數據已經滲透到各行各業，成為重要的生產要素。文中以地震前兆數據和爬取的其他地震信息，設計開發了基于B/S 架構的智能地震數據分析系統平臺，實現了地震前兆信息實時變化、統計結果即時展示、地震數據知識發現及可視化等，為防震減災事業提供技術支持，為社會公眾了解和理解地震工作提供服務。

圖2 數據表的E-R 圖

圖3 全國地震地理散點圖

圖4 K-means 聚類分析圖

圖5 地磁垂直分量成都數據邏輯回歸圖

圖6 地震數據報表界面