基于MapSIS的地震地球物理臺網事件可視化平臺建設

陳曉琳　李盛樂　樊俊屹

摘要： 地球物理臺網觀測數據是反映前兆臺網數據變化信息的重要部分，可為監測數據質量評估、地震分析預報會商、地震科學研究等工作提供科學依據。為充分利用這些保存在數據庫中的事件數據記錄，研制了基于MapSIS的地球物理臺網事件可視化平臺。該平臺實現了事件記錄的人工交互分析、自動統計分析，基于震情自動觸發的專題報告自動生成等功能，具有功能全面、運行穩定的優點。該平臺現已在全國地震前兆臺網、地震分析預報會商中部署使用，可為地震分析預報提供科學可靠的信息服務。

關鍵詞： 前兆臺網; 事件記錄; 自動產出; MapSIS

中圖分類號： P315;P208文獻標志碼：A 文章編號： 1000－0844（2023）04-0983-08

DOI：10.20000/j.1000－0844.20220208004

Construction of a visualization platform for seismicgeophysical network events based on MapSIS

CHEN Xiaolin LI Shengle FAN Junyi2

Abstract：? Observation events of the geophysical network are important data reflecting the change information of precursor network observation data， which can provide a scientific basis for the quality evaluation of monitoring data， earthquake analysis and prediction consultation， and earthquake science research. A visualization platform for seismic geophysical network events based on MapSIS is developed in this paper to maximize the event record data stored in the database. The platform realizes several functions （i.e.， manual interactive and automatic statistical analyses of event records; generation of special reports after earthquakes）. This platform also has the advantages of comprehensive functions and stable operations. The proposed platform has been deployed and used in the national earthquake precursor network and earthquake analysis and prediction consultation， and the daily thematic atlas and reports can provide scientific and reliable information services for earthquake analysis and prediction consultation.

Keywords： seismic precursor network; event recording; automatic output; MapSIS

0 引言

全國地球物理臺網觀測數據跟蹤分析工作是一項重要日常業務工作。其記錄的事件數據能準確詳細地反映前兆臺網觀據變化信息，主要包括六類觀測事件（觀測系統故障事件、自然環境干擾事件、人為干擾事件、地球物理事件、場地環境干擾事件、不明原因事件）。劉高川等［1］研發的地震前兆臺網數據跟蹤分析平臺實現了觀測事件分析提取與錄入等功能，極大地提高了數據跟蹤分析工作效率，并在一線臺網數據處理工作中得到了較好的應用。此后，該平臺不斷產出各類臺網觀測數據跟蹤事件記錄，并形成了地球物理事件數據庫。數據庫中匯集了2013年以來全國臺網的六類觀測事件描述、核實報告等信息。

記錄觀測事件數據是為了分析這些事件信息，從而排除觀測數據的正常變化、干擾影響等，找到真正與地震相關的異常變化［2］。但是，目前分析預報人員對這些數據跟蹤記錄的利用率不高。主要原因有兩個方面：一是：目前沒有相關平臺對這些數據跟蹤記錄進行自動統計分析，形成直觀的專題報告（圖集）和專題報表［3］。二是：原數據跟蹤分析平臺提供了周期分析、擬合分析、一階差分等數據分析方法，但這些方法遠不能滿足預報工作需求。

鑒于此，為充分利用這些保存在數據庫中的事件記錄，使其更好地服務于地震預報人員的日常工作，研制了基于MapSIS的地球物理臺網事件可視化平臺（以下簡稱平臺）。平臺實現了日常匯交事件數據的自動統計分析，基于震情自動觸發的專題圖集報告制作等功能，可顯著提高地震預報日常會商及震后應急會商數據處理效率;此外，基于GIS的地震分析預報系統從建設至今已持續運行20年，融合近百種分析預報方法和手段，是全國地震系統分析預報人員重要的資料處理工具［4］。本平臺集成于MapSIS系統中，破除了常用分析預報方法與臺網觀測跟蹤數據之間的壁壘，可以使得分析預報人員高效、便捷地使用這些反映前兆臺網觀測數據變化信息的事件數據。

1 平臺總體設計

為了和MapSIS系統較好融合，本平臺采用C/S架構，分為數據資源層、核心交互層、用戶表現層［5］。

數據資源層包括地震地球物理臺網事件數據庫、全國統一地震編目數據庫、臺站基礎信息數據庫及一些矢量數據。其中地震地球物理臺網事件數據庫、全國統一地震編目數據庫、臺站基礎信息數據庫通過Oracle數據庫接口調用［6］，矢量數據（斷層、行政區劃等）通過文件形式提供服務。

核心交互層包括地震事件統計展示過程中涉及到數據清洗、資料時空統計等，如地球物理臺網事件類型判定、行政區域判定、震中距計算等。通過SQL聯合查詢功能與底層Oracle數據庫進行交互，通過EQLM接口高速拉取地震速報信息包括發震時間、震中經緯度、震級、深度、震中地名到本地RabbitMQ消息隊列，通過Office接口、GMT繪圖模板生成事件圖集及統計報表、報告［7］。

最后，平臺分別以人機交互和自動推送兩種形式提供產品服務。可自主繪制或自動生成全國、分省、分區域的事件總體情況空間分布圖、事件持續時間空間圖、事件數量變化曲線圖、事件數量時空演化云圖等。可在震后自動統計生成影響區域的地球物理觀測臺網事件圖集，并推送到臺網中心值班服務器［8］。

日志模板、日志文件作為一個記錄應用系統一切操作的載體，不論是在事前預防故障發生，還是事后追溯故障原因，都有著舉足輕重的作用。本平臺集成在MapSIS中，MapSIS在地震系統內外擁有大量用戶群體，軟件故障會嚴重影響用戶滿意度。另外，平臺自動產出地震應急產品圖集，部分功能接口需要保障7×24 h的無間斷服務，具有高可用性和高可靠性需求，為此，本平臺對每一步關鍵節點，均通過日志模板生成日志文件保存，以期能監控平臺運行狀況、追溯平臺故障原因。此外，還研制了日志自動監控模塊，模塊能自動識別寫入日志模板的信息是否出現了相關的告警關鍵詞。如果滿足警報觸發閾值，就會自動向用戶發送提示信息。

2 關鍵技術方案設計與實現

2.1 事件統計分析

每日監測數據跟蹤分析信息以表的形式存儲在Oracle數據庫中（表1），主要包括臺站信息、測點信息、測項信息及事件類型等信息［9］。這些表信息條目繁多，沒有進行歸類、整理，無法直接用于預報工作。因此這里根據地震預報數據處理工作規范，將其統計分類，主要分為新增事件、持續事件、取消事件三類性質事件。對于每月的月報告中，新增事件定義為本月新出現的地震事件，即表1中開始時間位于當月開始時間a，和當月結束時間b之間。持續事件定義為上個月已有的地震事件，這個月還在持續，且沒有取消，即開始時間b。取消事件定義為上個月已有的地震事件，這個月取消了，即開始時間

2.2 事件跟蹤分析

（1） 基于震情的事件跟蹤分析

以2021年05月21日云南大理州漾濞縣6.4級地震的震后數據分析為例，利用本平臺可以快速得到震前3個月內，震中周邊300 km圈的地震地球物理觀測臺網事件數據，分別按照震中距、大測項類型、事件類型、開始時間、結束時間等排序，也可查看事件圖件及事件核實報告等，如圖2所示。

以選擇其中永勝地震臺進行具體分析為例，對該臺2021年4月1日到2021年6月8日的鉆孔應變觀測北東分量前兆觀測數據進行分析時，可發現應變NS、EW、NE、NW四個分量數據5月8日至6月6日出現同步的大幅趨勢轉折變化（圖3）。此時，查詢事件數據庫中記錄顯示該處上報為不明原因事件，沒有其他干擾事件發生［11］。測點距漾濞地震震中約145 km，且地震發生在各分量快速上升或下降后的恢復期。為了進一步判斷該變化是否為地震前兆異常變化，可利用MapSIS對該時間段的原始觀測數據開展更進一步的處理，如濾波、周期分析等操作。這樣便可以在震后數據分析處理中充分考慮觀測數據的正常背景與非正常變化情況，增加了數據處理的可靠性與準確性［12］。

（2） 臺網日常觀測數據跟蹤分析

針對地震分析預報人員日常數據處理的個性化需求，平臺提供了用戶定制接口，可根據用戶定制參數，自動產出臺網觀測事件數據統計分析報告。以平臺產生的云南省區域范圍2022年3月10日至2022年3月16日觀測資料動態跟蹤與分析周報為例，周報提示本周本區域范圍新增事件16項、持續事件33項、取消事件8項（本周新增事件和取消事件可能存在重疊情況，即某一觀測事件在本周新增也在本周取消）。其中自然環境類事件5項、人為干擾類事件2項、觀測系統類事件21項、場地環境類事件16項、不明原因類事件5項、地球物理事件8項。

隨后，利用MapSIS中地震預報的通用數據處理方法對該時間段云南區域的臺網數據進行分析處理，可以識別到流體觀測數據，瀘州川13井的凈水位觀測數據自3月14日以來持續震蕩。此時查詢本平臺的上述周報數據，可以看到該處是場地環境干擾事件，平臺中已上報附近橋梁施工進行水井抽排水操作，可能對該處水位數據產生了影響。相反，對于騰沖地震臺的井水水溫觀測點，通過年尺度跟蹤分析發現，騰沖臺水溫動態自2021年10月起未像往年一樣轉折下降，而是持續上升至今，上升幅度達0.03 ℃，表現出破年變異常動態變化。此時查詢本平臺的事件數據，可以看到平臺中已上報該處為不明原因事件，臺站核實觀測數據連續可靠，觀測系統運行正常，無其他明顯影響因素。通過臺站異常現場核實，破年變異常變化初步排除了觀測系統和觀測環境的影響因素，變化真實可靠，初步判定屬于地下構造活動增強引起的前兆異常，后續需加強震情跟蹤，對此持續關注。

觀測事件記錄信息是臺站一線人員對觀測數據的分析認識成果，也是數據觀測質量的體現。通過本平臺的集成使用，能將反映前兆臺網觀測數據變化信息的事件數據與國家、省局分析預報中心的數據處理結果相互佐證。便于排除觀測數據的正常變化、干擾影響等，找到真正與地震相關的異常信息。

2.3 平臺產品產出

平臺相關產品分為自動產品產出和自定義產品產出兩種方式。

自動產品產出主要為：一是，日常自動產出全國及分省事件空間分布圖、事件持續時間圖、事件數量變化曲線圖、儀器數量變化曲線圖;二是，震后自動產出震中周邊事件空間分布圖［13］。震后自動產出是通過監聽EQLM服務器的地震信息，按震級自動觸發程序，來分級、分類產出地震影響范圍內的觀測事件統計分析結果圖集（圖4）。

自定義產品產出主要為按照用戶按選擇的參數進行事件報表及圖件定制產出。可按學科（“形變、流體、電磁”）、事件性質（“新增事件、持續事件＼，取消事件”）、事件類型（“觀測系統、自然環境、場地環境、人為干擾、地球物理事件、不明原因”）、經緯度范圍、時間范圍、片區（“分省、多省片區”）設定用戶參數（圖7）。程序自動進行統計分析，形成專題報告（圖集、PPT）和專題報表（Excel），以便快速用于分析預報工作。

2.4 平臺自動配置

目前分析預報軟件MapSIS融合近百種分析預報方法和手段，在全國地震數據處理和地震分析預報會商中得到了廣泛的使用。為了使相關用戶不用卸載原電腦安裝的MapSIS軟件，并方便快捷的使用本平臺。本平臺集成到MapSIS中時，專門開發了一鍵安裝升級功能。通過現有MapSIS軟件中的更新程序功能，可自動下載、安裝好本平臺，過程如圖5、圖6所示。

當啟動MapSIS軟件的自動更新程序時，首先根據日志文件判斷當前計算機是否安裝了本平臺，如果沒有安裝，將進行安裝操作。如果已經安裝，將根據安裝、更新版本日期，判斷當前版本是否需要升級，包括編譯程序的升級、DLL文件升級、相關配置文件等的升級［14］。

3 平臺測試

3.1 平臺功能測試

基于MapSIS的地球物理臺網事件可視化平臺主要實現了全國及分省、分區域事件記錄的統計分析、圖件自動產出;基于震情的事件記錄統計分析、圖件產出;用戶自定義人機交互模式的統計分析、圖件產出。

圖7為平臺人機交互制圖參數選擇界面。可按照用戶選擇的參數進行事件記錄的數據統計、圖件產出。以選擇2022年2月24日到2022年3月24日期間，95°～115°E，23°～38°N，不明原因事件數

據為例，繪制出事件持續時間分布圖（圖8）。從圖中可以清晰地看出所選范圍內各測項的不明原因事件持續時間長短及位置分布，以便于對臺網數據進行跟蹤分析。

平臺其他可產出的圖件類型如表2所列。所有產品產出均可通過人機交互方式進行數據范圍選擇，以及繪圖參數調整。產出圖件的類型充分結合地震監測預報人員的日常業務需求。

3.2 平臺性能測試

平臺在滿足功能齊全的同時，需要具備良好的性能以滿足日常工作的穩定性及震后應急會商的時效性需求。

（1） 穩定性測試：

平臺隨分析預報MapSIS軟件一起安裝在臺站、區域中心、學科中心、國家中心等前兆臺網或分析預報中心，用戶運行環境差異較大。采用Spire.Presentation for.NET組件來解決用戶不同版本PowerPoint的生成、寫入操作。采用高版本GMT6來兼容用戶系統中已存在的低版本GMT。采用加密XML保存各區域中心，學科中心數據庫IP地址、賬號密碼，使得軟件能方便、安全鏈接到各區域中心數據庫。在國家前兆臺網中心和各區域中心進行聯調測試時，平臺在不同用戶軟件環境下各項功能符合需求，能無故障穩定運行來保證震后圖件的及時產出。

（2） 時效性測試：

平臺震后產出圖件效率，關系著震后應急會商的時效性。測試時平臺部署在Windows10主機上，配置Intel i7 CPU及16 G內存、2 TB硬盤，安裝Office2016及GMT6.0制圖軟件。自檢測到RabbitMQ消息隊列有推送過來的震例開始，至完成震后產品圖件生成，并推送到指定服務器，計算震后產品產出時間。該時間與用戶部署平臺的環境、震例震級等有關，但對消耗時間的影響較小。在平臺試運行階段，87個震例的產品產出都在兩分鐘以內，說明平臺能高效完成資料準備、分析、繪圖、產品推送整個流程，滿足震后應急會商的時效性需求。

4 結語

基于MapSIS的地球物理臺網事件可視化平臺，結合GMT制圖技術、RabbitMQ消息隊列技術，與Oracle數據庫、EQLM服務器進行數據交互，來完成應用定制。平臺實現了地球物理臺網觀測事件記錄的人工交互分析、自動統計分析;基于震情自動觸發的專題報告生成等功能。平臺能將反映前兆臺網觀測數據變化信息的事件分析記錄充分運用于地震數據分析處理日常業務中，便于地震數據處理分析人員排除觀測數據的正常變化、干擾影響等，找到真正與地震相關的異常信息。功能與性能測試充分證明了基于MapSIS的地球物理臺網事件可視化平臺在地震數據分析、震后應急會商中的可用性與可靠性。下一步，我們還將升級相關功能，為數據處理或分析預報工作提供更為有效的定制化操作，進一步提升平臺的專業性、實用性。

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（本文編輯：任 棟）

收稿日期：2022-02-08

基金項目：中國地震臺網中心專項“全國地球物理臺網數據跟蹤分析與產出”

第一作者簡介：陳曉琳（1988-），女，助理研究員，主要從事地震信息技術研究、地震數據分析處理工作。E－mail：cxlcug@126.com。