甘肅省強震動觀測數據處理軟件設計＊

王維歡，蒲 舉，陳曉龍

（甘肅省地震局，甘肅 蘭州 730000）

1 概述

甘肅省是一個多地震省份[1]，布設有較多的強震動臺站，對于產出數據的人工處理效率低、誤差大，無法滿足地震應急工作的需求[2-4]。為了解決這些問題，研發了一套自動產出強震動觀測數據產品的軟件。在地震發生后，快速處理185 個非實時強震動臺站的記錄數據，在地震記錄獲取后，向國家強震臺網中心自動提交記錄獲取表單。向局所應急指揮部門提供校核后的強震動觀測數據目錄，并快速繪制強震動PGA 和儀器烈度分布圖，自動產出強震動觀測簡報，為震區震害調查及評估提供參考數據，以提高本省強震動數據的應用、區域內應急能力和臺網工作人員的工作效率[5]。

2 軟件的設計功能

該軟件功能能夠滿足甘肅省強震動臺網185個非實時臺的數據處理工作需求，包括強震動圖件（PGA 和儀器烈度分布圖）、強震動記錄報告表單和強震動觀測簡報的自動生成，有效提高臺網工作人員的工作效率。提供交互界面設計，可以有效提高區域地震應急能力，減少目前強震動數據處理過程中的人為誤差，運行結果可以用于科研人員初步分析，同時增強強震動數據產品多樣產出、推廣其在地震應急及震后震情判識中的應用。具體實現系統功能如圖1 所示。

圖1 系統實現功能

3 軟件架構和流程設計

本軟件使用三層架構設計，它的工作原理如圖2 所示。用戶界面層通過統一的接口向業務層發送請求，業務層按自己的邏輯規則在請求處理后進行圖形生成操作，然后將圖形返回給用戶界面層。軟件流程在圖3 中給出。

圖2 三層架構的工作原理圖

圖3 軟件流程設計

利用現有的collectors 強震采集軟件[6]和人工調用兩種方式結合獲取強震動記錄數據。針對開源SMAP 和Adatareport 數據處理軟件接口，進行導入系統軟件前的格式轉換并進行前期參數配置。利用MATLAB 強大的算法功能設計儀器烈度算法模塊（采用中國地震局頒布的中國儀器烈度計算暫行規程，該規程即日開始試行（中國地震局，2015）[7]，在強震記錄獲取后，向國家強震臺網中心自動提交記錄獲取表單。利用MATLAB 在數據可視化方面的多種圖件處理函數（plot、scatter、contour 等）編寫如圖3 所示的各個模塊，主函數調用。快速繪制所需PGA和儀器烈度分布圖圖件產品。充分使用所生成的強震觀測產品清單，使用C++和QT 界面語言，自動生成簡報產品。

4 主要功能模塊實現

主要功能模塊包括：以2013 年7 月22 日甘肅岷漳Ms6.6 級地震為例。

4.1 強震動記錄報告單模塊

用戶通過運行baogao.m 文件進入該模塊操作界面，提取記錄參數，計算PGA、PGV、烈度值。編寫成交互式Matlab 可視化程序，產出界面化顯示結果，并產出強震動記錄.xls 格式報告單一份。

1）觸發臺站參數信息，包括觸發記錄臺站名稱、緯度、經度、場地類型四個部分的信息。緯度經度以度為單位，臺站名稱、場地類型以字符形式存儲。提取信息存入Excel 表格，用戶可自行設置存儲名稱及存儲路徑。目前軟件默認存儲為1.xls,文件存儲在根目錄下。

2）PGA（峰值加速度）計算，包括三峰向（EWPGA、NS-PGA、UD-PGA）數據，水平向加速度峰值采用公式(1)計算合成水平向加速度記錄，采用公式(2)計算水平向PGA。烈度計算PGA 為三方向（EW、NS、UD）合成記錄加速度最大值。計算結果存入目標文件和路徑。

3）PGV（峰值速度）計算，包括三峰向（EWPGV、NS-PGV、UD-PGV）數據，水平向速度峰值采用公式(3)計算合成水平向速度記錄，采用公式(4)計算水平向PGV。烈度計算PGV 為三方向（EW、NS、UD）合成記錄速度最大值。計算結果存入目標文件和路徑。

4）地震儀器烈度計算，計算方法依據中國地震局監測預報司發布的 《儀器地震烈度計算暫行規程》。計算PGA、PGV 分別為三方向（EW、NS、UD）合成記錄加速度、速度最大值，利用處理后強震記錄的PGA 及積分后的PGV，計算出每個臺站所對應的儀器地震烈度。計算結果存入目標文件和路徑。

5）產生記錄表單，該表是強震動臺網工作人員震后提交的重要表格，把相關參量進行算法編程，并編寫成交互式MATLAB 可視化程序，為今后人員工作匯報提供方便如圖4 所示。

圖4 強震動記錄報告單部分截圖

4.2 強震動圖件模塊

用戶通過運行chutu.m 文件進入該模塊操作界面，共自動產出四類圖件,加載地理信息（如斷層、行政邊界、臺站點位）。友好的圖形可視化界面，可滿足用戶對研究結果進行圖形展示。左側展示欄會產出如圖5 所示圖件，可以直觀的展示觸發臺站點位的分布情況。

圖5 烈度和PGA 分布圖

臺站分布圖以station.jpg 格式存儲為目標路徑。

觸發臺站加速度峰值（PGA）分布圖以各觀測點的峰值加速度值為依據，可真實反映地震發生時各觀測點的地面運動強度，能夠為研究強地面運動的特性和工程結構抗震設計方法與技術提供基礎資料，以pga.jpg 格式存儲為目標路徑。

觸發臺站烈度分布圖以各觀測點的烈度值為依據，可為快速震害評估和制定大震應急方案提供重要依據，以lie.jpg 格式存儲為目標路徑。

加速度時程波形為強震記錄的直觀顯示，以臺站為單位存儲在目標路徑wave 文件夾中，存儲名稱為XX.DAT.jpg。

4.3 強震動自動簡報模塊

強震動觀測簡報是震后向抗震指揮部提交的重要觀測信息，可以直接明了的了解強震動臺站記錄信息，快速有效的進行觀測簡報的生成可以提高地震應急效率。

為節省震后響應時間，通過MATLAB 與Word良好的接口語言，編輯程序自動導入分布圖片等信息。文件默認以‘簡報.doc’存儲在目標路徑。結果部分截圖如圖6 所示。

圖6 分布圖自動導入WORD 結果部分截圖

5 軟件的特點

1）具體軟件的運行模塊組合為程序多窗口的運行環境，各個模塊在軟件運行過程中能較好的交換信息，處理數據。

2）軟件運行時有較友好的界面，基本能夠實現用戶的數據處理要求。

3）在用戶使用錯誤的數據或操作后，系統給出提示對話界面。