地球物理臺網觀測數據質量監控的設計與應用

洪旭瑜

(福建省地震局,福建 福州350003)

1 概述

地震前兆是地震預報的基礎,地震前存在前兆異常現象已被大量地震實例所證實[1]。以福建地球物理臺網為例,獲取地震前兆信息包括形變(重力、應變)、地下流體(水物理、水化學)、地球物理(地磁、地電)、地震生物(動物)等手段,地震前兆異常判斷需要正常的背景,并排除干擾因素的影響[2],這需要對地球物理臺網觀測數據質量進行嚴格的校核,確保準確排除異常干擾信息。本文探討設計一套系統實現對地球物理臺網觀測數據進行質量監控并以此提供綜合信息服務,以期提高地球物理臺網觀測數據質量,更好為地震監測預報服務。

2 系統總體概況

2.1 地球物理臺網概況

福建地球物理臺網自“十五”實施以來,平臺建設更趨規模化、系統化、科學化以及集成化,數據使用效率將得到極大提高。目前,福建地球物理臺網共下屬12個省級專業臺站和23個市縣地方臺站(如圖1所示),主要由形變、重力、電磁和地下流體四大學科專業臺網構成,觀測采樣記錄方式包括數字化自動觀測、人工觀測、模擬觀測等技術觀測手段。

圖1 福建地球物理臺網臺站空間分布圖

2.2 監控服務系統總體概況

系統以福建地球物理臺網大量歷史觀測數據為基礎,設計福建地球物理臺網觀測數據質量監控服務系統,對福建地球物理臺網觀測數據質量進行監控跟蹤分析服務,保證觀測數據質量,對影響觀測數據質量因素進行分析總結。系統的建立可以為地震觀測一線和分析預報人員以及地震相關用戶提供服務,減少因信息不對稱造成的人力、物力和財力的浪費,為地震預報及其效能評估提供可靠、科學、準確的科學依據。

系統是基于oracle數據庫,采用JAVA語言編寫,以C/S模式進行模塊設計,基于JVM實現平臺無關性,系統由用戶信息、綜合信息服務、數據庫配置、質量監控、質量反饋、統計計算模塊六大獨立的模塊組成,具有較強的獨立性和擴展性,系統模塊的總體設計思路如圖2所示。

圖2 系統模塊設計圖

3 系統設計

3.1 數據庫設計

系統運行平臺主要是基于Linux操作系統,數據庫采用Oracle10g。依據《地震前兆數據庫結構規范》規范創建數據庫實例,建立相應數據庫文件qzxt.dbf,數據庫文件主要包括數據表、日志表、基礎信息表,如圖3所示。對于如何創建數據庫實例以及建立數據庫文件和表信息,國內外許多專家已經做了許多詳細介紹,本文在這里就不做討論[4-5]。

圖3 數據庫文件表信息

3.2 系統模塊設計

本章節主要討論福建地球物理臺網觀測數據質量監控服務系統的展示層,其結構見圖2。其展示層主要是有質量監控、綜合信息服務、質量反饋、觀測數據統計組成。用戶信息、臺網運行維護、幫助與支持系統模塊本文不做具體的論述。

3.2.1 系統首頁

質量監控是該系統的關鍵核心部分。質量監控主要是指觀測臺站運行監控日志與觀測數據質量監控記錄兩大模塊部分,如圖4所示。

圖4 質量監控模塊

觀測臺站運行監控日志由福建區域、閩南地區、閩東地區、閩西地區、閩北地區組成。其主要記錄各地區區域臺網所屬觀測臺站在日常運行中的一個情況記載,主要是記錄臺站觀測儀器的運行情況、系統軟硬件運行情況、數據收集情況、數據預處理情況、數據入庫情況以及臺站重大情況記載等事件記錄。

觀測數據質量監控記錄主要是對觀測儀器數據質量進行事件分析記錄。事件影響因素主要歸納為觀測系統事件、自然環境因素事件、人為干擾事件、地球物理事件、場地環境干擾事件以及不明原因事件等六大影響因素。通過對事件因素的分析,能夠快速對影響觀測數據質量進行定位。

3.2.2 觀測數據統計

觀測數據統計功能實現對福建區域臺網秒采樣、分鐘采樣、時值采樣以及日值采樣的在運行觀測儀器的測項分量信息進行統計。統計信息包含儀器所屬的臺站名稱、臺站代碼、儀器名稱、儀器ID號、測點編碼、測項分量代碼、儀器數據起始日期以及儀器數據最新日期。通過對觀測數據統計,可以更好的掌握儀器的運行服務時間,了解儀器的數據產出情況。

3.2.3 綜合信息服務

綜合信息服務由六大子信息模塊組成,分別是觀測臺站信息、水庫信息、宏觀觀測信息、儀器信息、學科信息以及地震信息,主要是以觀測臺站信息和儀器信息為主,如圖5所示。

圖5

觀測臺站信息包括節點臺站信息、臺站經緯度高程信息、臺站歷史基礎信息、臺站臺站堪選情況、臺站周圍地震活動性背景、臺站氣候特征、臺站歷史沿革以及臺站基本情況概述。通過觀測臺站信息可以較好了解臺站觀測背景和臺站的基本信息,以臺站周圍地震活動性背景可以了解臺站所處的地震地質條件以及周圍地震活動性背景,如南平臺臺址地質年代為前震旦代,基巖出露完整,且比較堅硬,地處政和-海豐斷裂帶中斷西側。

儀器信息對前兆臺網與陸態網絡所有進行過觀測記錄的儀器進行分類統計,包含九五儀器、十五儀器、人工或模擬觀測儀器、模擬儀器、非在線儀器、陸態網絡儀器以及其他類型儀器。統計結果顯示該套所屬臺站名稱、儀器名稱、儀器ID號、儀器型號、儀器代碼、儀器出廠日期、儀器啟用日期、儀器停測日期以及儀器生產廠家。

3.2.4 反饋信息

反饋信息是一個互動模塊,是對影響整個觀測臺網運行情況及觀測數據產品產出質量的因素問題反饋過程。反饋信息主要記錄反饋的內容及反饋人,臺網維護相關人員必須對反饋內容進行及時處理并提出解決辦法,處理結果一般不超過24小時。

3.3 系統應用

目前,福建地球物理臺網觀測數據質量監控系統已經處于試運行階段,并對日常觀測數據提供質量監控服務。由于系統采用的是C/S模式進行設計,因此最終以安裝包的形式安裝到用戶的操作系統終端,用戶只需通過地震行業內網登錄系統客戶端就能夠實現對基于oracle數據庫的前兆觀測數據質量監控信息的共享,登錄界面如圖6所示。

圖6 登錄界面

4 結論

福建地球物理臺網觀測數據質量監控系統已試運行了一段時間,系統運行穩定,基本能夠滿足日常對觀測數據質量監控需求,但系統功能還不夠完善,還不能完全滿足地震監測預報人員對觀測數據信息的需求,需要進一步的更新改進,同時考慮到地震應急會商的緊迫性,后續系統考慮自動生成長期、中期以及短期的各學科觀測數據的事件圖集,并增加對觀測數據的深加工,提升系統的使用價值和可應用性。