遼寧省地震會商技術系統的設計和實現

張 博，楊士超，張 琪，王喜龍，錢 蕊

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

地震會商是我國開展地震監測預報工作的一項基本業務。當前，我國地震會商主要遵循“長、中、短、臨”漸近式預報思路，通過測震資料和前兆資料宏、微觀異常的系統分析，得出地震趨勢預測意見[1]。在我國，根據會商目的不同，可將地震會商分為4大類8小類，即年度趨勢會商（包含年度趨勢會商、年中趨勢會商）、周月震情會商（包含周震情監視例會、月震情會商、緊急震情會商、加密會商和臨時會商）、專題震情會商和震后趨勢會商。各級地震部門都要按行業規定完成會商任務，上報會商意見。當前地震預報水平仍然以經驗預報為主，很多震情會商結論的得出主要依賴特定專家的意見和認識；震情會商數據來源、分析方法、結論得出和效果的評價還沒有明確的技術規程；在過去的地震預報管理體系中，專業的會商技術軟件和網站支持對于會商業務來說，數據過于分散、技術方法不規范、缺乏客觀評價機制、自動化程度不高，特別是還沒有針對會商這一重要業務而設計的平臺系統。因此，開發一套可以滿足各級會商業務需求的軟件平臺系統來規范數據來源、技術方法和自動評價機制十分必要。

此外，目前地震預報行業領域已開發出多種行業軟件，如基于GIS二次開發的MapSIS[2-3]、基于Matlab地震會商資料自動產出系統[4]和自主開發的SuperSeis[5]等。傳統服務地震會商的軟件以單機模式為主[6]，不滿足地震會商多源數據處理和多軟件融合的需求，隨著地震云計算平臺的廣泛使用，在開放式的研發平臺上以“微服務”的架構理念進行會商系統開發，已形成潮流[7-10]。

遼寧地震臺作為遼寧省地震局信息化建設的主體力量積極參與全國地震會商技術平臺建設，并主持研發了適用于遼寧地區的地震會商技術系統，開發了多個多功能、多場景、高度可嵌套的技術模塊，實現了不同學科的周月震情會商、緊急震情會商、震后趨勢會商和各類查詢功能，初步建立了遼寧地震會商技術系統，現就平臺搭建、技術研發等方面進行介紹。

1 研發平臺—數據專家系統介紹

Datist數據專家以管道的模式進行數據處理，讓不同功能的程序可以互相連通通訊，從而可以讓軟件開發、程序開發更加的“高內聚，低耦合”，增強業務邏輯靈活度，將復雜的邏輯鏈條化和可視化，將代碼變得不那么耦合，像搭積木一樣方便地組合。此外，數據專家發展到今，已擁有160多個功能節點，600多個處理函數，真正實現了數據處理過程的零編程。系統采用熱插拔式應用構架，實現功能的無限擴展。主要基礎功能如下:

1.1 多源異構數據融合技術

系統可對不同格式、不同結構的數據進行同步處理，支持Oracle、MySQL、SQL Server等數據庫，Excel、Word、TXT等常見文件以及shp、dwg、kml等空間數據，同時支持磁盤目錄、FTP服務器、網頁數據抓取等數據采集的方式。

1.2 數據清洗處理功能

系統共有37個數據清洗處理相關節點，能夠提供關系型數據庫中的各類數據篩選（Select）、連接（Join）能力外，通過擴展的500+個數據處理函數實現各類數據清洗或加工。這些節點只需設置簡單參數就能工作，可以在不寫代碼或SQL語句的情況下輕松完成數據處理工作。

1.3 空間數據分析

系統共有18個空間數據處理相關節點，能夠提供點線面圖元構建、投影變換、空間疊加運算等一系列節點工具及擴展函數，從而實現點、線、面之間關系進行的空間查詢與空間統計分析。這些節點只需設置簡單參數就能工作，達到了專業GIS處理軟件的功能。

1.4 數據挖掘算法

系統集成回歸分析、聚類分析、神經網絡、貝葉斯、SVM、決策樹等大量的數據挖掘算法。除系統提供的一組常用的數據分析處理算法外，Datist還提供強大的算法集成能力，通過簡單易用開放接口可以和R、Python、Matlab、DLL算法庫等常用的算法庫和用戶編寫的算法庫無縫集成，可以借助這些成熟的算法大大擴展Datist的專業數據處理能力。比如分析地震目錄數據常用“ssEDA”、“ssBase”等。

1.5 可擴展圖形繪制技術

系統除提供了常用的餅圖、柱狀圖、折線圖等標準圖形外，還通過圖形模板提供用戶自定義圖件，通過提供二次開發接口提供Surfer和Grapher等支持二次開發的圖形軟件，通過腳本接口技術提供GMT繪圖功能。

1.6 報告自動生成技術

系統提供報告自動生成技術將這些比較零散的成果進行聚合，將各個零碎的分析圖表，匯集成完整的報告。這些報告的呈現形式有Office文檔和HTML網頁等格式。

1.7 專業軟件集成技術

系統提供數據清洗、變換、質量控制等功能，將數據模型化后，一鍵式推送到目標數據庫中；系統集成了ArcGIS、Skyline、Google Earth、Suffer等多款專業軟件，實現了數據專家與專業軟件的無縫集成應用；系統提供集成應用接口，可通過數據專家整合已有信息系統。

1.8 數據發布和云服務技術

系統提供一組節點可以把數據分析成果重新入庫或者以郵件、短信、FTP、Web頁面、微信等方式直接推送給用戶。數據專家制作的流程（DMS）可以發布到Datist后臺云服務中，用戶可以通過傳入參數來調用這些已經發布的服務，第三方系統更可以調用這些服務把復雜的數據處理功能快速集成到軟件中。

上述數據專家所包含的技術基本能滿足現階段我省各類會商的不同需求:多源異構數據融合技術可將地震目錄數據和地球物理觀測數據庫接入地震會商技術系統，滿足多學科、多數據同時自動處理的需求；數據清洗功能能夠解放生產力，極大減少數據處理的成本；空間數據分析可將我省特定關注的地區切割出來進行高時效跟蹤，如海城老震區地震活動性跟蹤；數據挖掘算法目前階段尚無可用，但人工智能和大數據分析是地震預報的一個方向，而且該方面強大的算法集成能力將現有的測震和前兆各學科算法無縫接入到平臺中來；可擴展圖形繪制技術不僅提供基礎的可視化手段，而且高度可擴展，將地震系統中熟悉的繪圖軟件嵌入進來；報告的自動生成技術可應對時效性需求高的各類會商如震后趨勢會商和緊急震情會商，也可應對不同查詢的即時需求；專業軟件集成技術可將現有的技術方法和可視化方法繼承到系統中來，實現更靈活、方便地流程開發；數據發布和云服務技術，能夠將數據分析成果重新入庫或者以郵件、短信、FTP、Web頁面、微信等方式直接推送給用戶，實現全過程的自動化。

2 遼寧省地震會商技術系統介紹

遼寧地震會商技術系統包含地球物理觀測資料管理、日常震情會商和顯著震情分析三大模塊，流程編制過程中涉及到Matlab、R語言，Python等程序腳本以及GMT，JS腳本定義的EChart圖件技術，每一類包含適用于日常震情會商的各種功能，現作簡要介紹。

圖1 地震會商技術系統日常會商模塊Fig.1 Earthquake Consultation System daily earthquake consultation module

2.1 地球物理觀測資料管理——以流體學科為例

該模塊實現了自動觸發形成和發送流體學科前兆儀器七天數據的匯總報告，如圖2所示。該模塊的流程包含如下功能:①連接省局地球物理觀測數據庫；②從省局地球物理觀測數據庫中提取流體學科各儀器近7天的數據和變化情況說明；③對接入的數據進行初步“清洗”，包括格式變換、異常數據處理等；④再次進行數據處理，包含去趨勢、缺數處理、簡單數據分析處理等，此外還有整理各儀器的變化說明；

圖2 地震會商技術系統地球物理觀測資料管理Fig.2 Earthquake Consultation System geophysical observation data monitoring module

⑤對數據進行可視化處理，形成圖片、文字和表格；⑥匯總形成完成報告；⑦對響應用戶進行發送。

2.2 掃描查詢

該模塊主要實現了針對特定臺站、測項的信息查詢功能。流程開發組將地球物理觀測臺站及測項信息生成二維碼，該模塊掃描二維碼信息并得到響應，返回該臺站及測項最近7天、3個月、3年和歷年的分析圖，適用于臨時查詢特定臺站的短臨、中期和長期觀測數據。

2.3 測震學科——以月震情會商為例

該模塊主要實現了自動形成和發送測震學科每月震情的匯總報告。該模塊包含如下功能:①連接準實時的地震目錄數據庫；②利用數據庫節點初步截取全流程所使用的地震目錄；③進一步對地震目錄數據進行“清洗”，包括異常數據處理、震級格式統一等等；④再次進行數據處理，包含最小完整性震級篩選，去重等等；⑤對數據進行可視化處理，形成圖片、文字和表格；⑥匯總形成完整震情報告；⑦對響應用戶推送震情報告。

月震情會商模塊最終推送給指定用戶的月震情會商分析報告包含以下內容:

（1）本月地震活動概況。以當前時間為截止時間，匯總最近1個月地震活動概況，包含發生地震總數，各震級檔地震總數，最大地震的三要素等信息，而且給出本月地震活動震中分布圖。

（2）地震活動韻律分析。包含各震級檔的M-t圖和N-t圖，分別為本省1級以上M-t圖和近1年的月尺度N-t圖、本省ML2.0以上地震的M-t圖和近一年的周尺度N-t圖、ML2.0以上地震的M-t圖和震中分布圖。

（3）地震活動性參數分析。包含最近10年的b值時序曲線和地震震中空間分布圖，缺震時序圖，AMR空間分布圖。

（4）顯著序列跟蹤。針對遼寧地區特色，對營海岫老震區、蓋州各個震群的地震活動性進行月尺度震情跟蹤。

（5）年度異常跟蹤。對遼寧地區的測震學科年度異常進行跟蹤分析。

2.4 顯著震情

該模塊的主要功能是顯著地震發生后，依據有關規定生成省局的震后趨勢會商報告。此外，為了滿足震后趨勢會商過程中出現的類比震例查詢以及地震現場獲取臺站信息的查詢需求，添加了地球物理觀測臺站查詢、震情查詢和周邊臺站查詢功能。

（1）震后趨勢模塊。該模塊主要包含11項功能分別為:震情信息，地震發生三要素和震中分布圖；斷層信息，震中周邊的斷層分布圖并給出周邊斷層與本次地震的距離，給出最近斷層；震中周邊的地理信息，最近的市、縣及、分布圖及匯總表格、人口信息，鄉鎮分布信息；余震信息；歷史地震，周邊歷史地震統計，歷史地震震中分布圖、M-t圖、歷史地震的震級檔統計表和地震目錄；現代地震統計（統計項與歷史地震類似）；地震序列類型，周邊已有震例的歷史地震序列統計和分布圖；震源機制，已有震例的歷史地震震源機制統計和分布圖；測震學異常統計；前兆異常及測項分布圖、表。

（2）震情查詢。為了滿足顯著震情分析會商過程中出現的類比震例查詢需求，編制該模塊。輸入“@p經度-緯度”就可以查詢指定經緯度附近的震情信息。包含斷層信息、周邊歷史地震信息、震源機制信息、歷史地震序列類型信息、周邊現代地震信息等。

（3）周邊臺站。為了滿足震后趨勢會商過程中出現的地震現場獲取臺站信息的查詢需求，編制該模塊。按特定模板發送地震信息，即可匯總地震周邊地球物理觀測臺站概況并對指定用戶推送，后續將觀測臺站的詳細信息匯總報告進行推送，包含臺站位置分布圖，臺站歷史、臺站基本情況介紹、地理環境、氣候特征、地震地質條件、臺站儀器信息。

3 結論和展望

適用于場景開發的地震會商技術系統是地震會商業務標準化、自動化的重要體現，是地震行業信息化建設的主要內容。遼寧省地震會商技術系統是適用于遼寧地區地震會商的多功能、多場景、高度可嵌套的技術模塊集成，實現了不同學科的日常會商、緊急會商、震后趨勢會商和各類查詢功能。目前，遼寧省地震會商系統V1.0版本已通過試點應用，極大的減少了地震預報人員的會商準備時間，節約出更多的時間進行震情深入分析和研判，提高了地震應急會商的時效性，減輕了地震預報人員的工作量，受到了一致好評。

遼寧地震會商技術系統是以數據專家為平臺搭建的，具有多源異構數據融合技術、數據清洗處理功能、空間數據分析、數據挖掘算法、可擴展圖形繪制、報告自動生成、專業軟件集成、數據發布和云服務技術9大基本功能，基本滿足現階段我省各類會商的不同需求，隨著會商技術系統的不斷研發、完善，數據專家相應的功能也會不斷的完善或添加，使會商人員更方便的進行業務流程研發。

目前，我省地震會商技術系統仍不完整，自動評價體系仍未嵌套，初步的日常會商模塊基本滿足各類大小會商需求，但形成完善的會商技術系統仍有很長的路要走。“樂高式”流程開發降低了研發門檻，使更多的地震業務人員投入進來，不斷的完善，形成可持續的生態鏈；數據專家的不斷完善，更多的擴展節點的研發或API接口的使用必將大大降低業務流程的開發成本。