基于Datist 的地震臺站會商報告自動化產出系統

張俏麗，董海龍，雷功明，張 璇，田 潔

（甘肅省地震局，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

地震會商是對地震監測、震情、災情等信息進行綜合分析和研究，以便對未來可能發生的地震及震情做出預測和判斷，為政府決策提供科學依據。中華人民共和國國務院第255號令頒布的《地震預報管理條例》明確規定，各級政府負責管理地震工作的機構應當組織召開地震震情會商會，對各種地震預測意見和與地震有關的異常現象進行綜合分析研究，形成地震預報意見[1]。地震會商是一項分析地震大數據變化的業務，由于地震孕育、發生和長期形勢變化的復雜性，決定了會商過程既有設定的業務流程，又經常需要根據實際情況而進行需求變更，因此，地震臺站建立了與省、市、縣地震局及相關企業單位的周、月、年聯合會商制度。“十二五”之后，地震臺站各觀測測項資料已實現數字化，觀測資料與信息以文件形式存儲在相應的數據服務器中，地震會商編制報告需要登錄不同服務器，手動逐一進行數據的下載，根據不同的數據格式及類型，使用多種軟件分析處理數據并繪制圖表，最后手動進行會商報告編制，整個過程工作繁雜，面對地震會商經常及快速的要求，急需要通過現代應用技術提升工作效率。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，從而可以讓軟件開發、程序開發更加“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[2]。臺站地震會商報告自動化產出系統是在Datist數據專家平臺上開發的實現地震臺站測震、電磁、形變、流體等觀測數據圖、表繪制；Word報告、PPT報告和HTML報告編制；向微信、郵件推送等功能的軟件，提供分析方法統一、及時快速、批量處理的地震觀測數據信息分析流程，自動化、統一化的會商報告格式及模板，將相對固定重復性的工作由自動化產出系統按照流程完成，提升地震會商編制報告的工作效率。

1 數據專家平臺概況

Datist數據專家平臺是流程編寫工具，本質上是XML語言，是Web上表示結構化信息的一種標準文本格式，是一個可以集合數據庫、數據分析、圖形繪制、信息發布等各種開發程序的應用平臺，通過各程序的流程化融合集成，實現需求問題的解決。將用戶需求和資源數據利用Datist數據專家平臺的“數據-業務”流程進行編寫，相應的流程對應產出用戶需求成果，最后通過成果數據庫進行整合，向用戶載體及移動端進行成果推送。基本原理就是把數據處理過程中涉及的處理方法抽象成一個個的節點，每個節點的功能就是實現一項用戶需求，節點之間的關系構建需求的聯系網絡，最終構建出解決用戶需求的系統。平臺支持自定義節點開發，方便擴展，支持微信掃描二維碼自動授權模式，具有啟動和運行速度快，集成GIS繪圖插件及地震行業常用矢量底圖數據等重要功能。Datist提供了很多接口，除了各種數據庫接口，還有文本接口如Pdf、Word、Excel等可視化接口，不需要單獨定義接口，利用數據專家提供的接口即可方便快捷地對數據進行查看和使用，實現對外提供數據服務的功能[3]。平臺系統允許用戶自定義組建自己的數據處理系統，完成特定的數據獲取、數據分析、圖表繪制及產品推送等功能。

2 系統總體架構設計

地震會商綜合預報業務系統建設是為適應新形勢下會商網絡數字化的需要，采用信息化技術，解決之前存在的工作繁瑣及效率低下的問題，提高圖表及圖件制作的速度和準確性，提升數據的自動處理水平，實現PPT報告等多種信息的一體化、自動化以及智能化[4]。臺站地震會商報告自動化產出系統采用分層結構，由上至下依次是數據層、分析處理層、圖表繪制層以及報告編制展示層，通過多個不同功能的節點組合，完成不同目的的數據處理任務。基于Datist數據專家平臺，數據層是地震會商系統的基礎，通過數據源節點將存儲在不同位置、不同格式及不同類型的觀測數據從數據庫或文件載體中導入進行資源整合，形成臺站地震會商報告自動化產出系統的資源池；在分析處理層通過行篩選、偏移值、行列計算、經典算法及空間分析等模塊節點進行數據分析處理及匯總；在圖表繪制層使用瀏覽數據、統計圖、統計表、腳本工具模塊節點完成圖、表繪制；在報告編制展示層通過文檔創作模塊節點生成Word、PPT、HTML及移動端等類型的報告將由數據發布模塊節點實現推送展示（圖1）。

圖1 地震臺站會商報告自動化產出系統架構圖

3 系統功能實現

臺站地震會商報告自動化產出系統分測震監測、電磁監測、形變監測和流體監測4個模塊框架進行設計，測震監測模塊下分地震震中分布圖、年度地震分布對比圖、地震目錄表、M-T圖、月頻度圖、時間間隔圖等流程。電磁監測模塊下分地電監測和地磁監測子模塊，地電監測模塊下有地電阻率時均值圖、日均值、年較圖，地電場年較圖、時均值流程，地磁監測模塊下有地磁低點位移圖、Z分量日變幅圖、日變幅年較圖、逐日比圖流程。形變監測模塊下分形變日值圖、長趨勢日均值圖、年較圖流程。流體監測模塊下分為水氡監測、離子色譜、水位水溫子模塊，水氡監測模塊中有水氡日測值、年較圖流程；離子色譜模塊下有日均值圖、長趨勢圖、年較圖流程；水位水溫模塊下有水溫日均值圖、水位日均值圖、降雨量日均值圖流程。系統通過數據載入、數據處理、圖表繪制和報告生成4個流程，來實現各模塊產品數據的產出，最后通過文件收集節點將產出的圖、表及文件等產品數據進行收集匯總，通過文檔創作模塊節點自動化形成各類報告，由數據發布節點完成臺站地震會商報告的自動推送服務。

3.1 數據載入

在地震會商分析和研究過程中，需要使用測震、電磁、形變、流體等多個專業的數據，通過數據訪問流程、系統設置、數據源列表數據加載、流程創建4個步驟，建立數據分析流程，從而實現數據的管理與應用。利用Datist節點流程能夠方便快捷地實現自動下載地震目錄和數據存儲功能，具有高效性和便捷性，同時以MySQL數據庫的方式保存地震目錄數據，具有一定的靈活性和安全性等，極大地提高了地震目錄資料的獲取效率，為進一步的地震數據共享應用奠定基礎。使用Datist數據專家平臺的數據源列表的接入數據庫節點連接MySQL數據庫，填寫地震目錄數據庫的地址、用戶名和密碼便能登錄進入地震目錄數據，在表與視圖中再通過SQL查詢選項可篩選出特定窗內的地震目錄，完成地震目錄的自動化獲取，為后續實現地震活動性分析提供數據支持。使用接入數據庫節點連接臺站Oracle數據庫，填入相應臺站的數據存儲服務器地址、用戶名及密碼，使用SQL查詢選項通過設定臺站代碼、測定編號、測項代碼及數據類型等篩選條件來獲取電磁、形變、流體等不同觀測測項的數據，實現地震觀測數據的載入。在電磁模塊中涉及的其他載體的觀測數據可以使用數據源模塊的Txt、Excel、Word等類型節點來獲取。

3.2 數據處理

從MySQL數據庫載入的地震目錄，應用行數據劈分、篩選、過濾、列劈分等節點，按照地震經緯度、震級值和地震日期等數據進行分類處理，再通過統計節點模塊完成M-T、月頻次、時間間隔數據的計算和匯總。從Oracle數據庫載入的電磁、形變、流體模塊下的觀測數據后，分別對電磁監測模塊下地電場、地電阻率時均值數據的時間列使用行數據劈分節點進行處理，再由新列節點創建觀測時間與觀測數據的對應關系，使用合并節點按照觀測時間列將地電場和地電阻率六道觀測數據進行匯總，得到繪制地電場和地電阻率時均值圖所需要的數據；分別對電磁模塊下的地電場、地電阻率日均值數據，流體模塊下的水氡、離子色譜、水位、水溫日均值數據應用格式轉換和行序節點進行觀測數據的過濾與排序，然后由行篩選節點對時間列進行篩選，獲得特定時間窗的日均值圖繪制觀測數據，再將日均值觀測數據按照年度匯總，獲得繪制圖件所需的觀測數據；形變模塊及電磁模塊下的監測觀測數據使用行列轉換節點將行數據轉換為列數據，再通過行數據劈分、篩選、過濾、列劈分、新列、偏移量等節點，實現數據的格式轉換、合并、計算，再由質量控制、經典算法、空間分布和擴展的函數模塊實現數據加工及分析處理，最后獲得圖表繪制所需的要求和格式。數據處理流程中相同數據處理節點可以使用超級節點，超節點是多個常規節點的集合，實現模塊化分類處理（圖2）。

圖2 數據處理流程圖

3.3 圖表繪制

Datist 數據專家統計圖表模塊提供統計圖、JsChart 圖表工具、地理圖等節點，腳本工具提供Python、R、GMT等接口技術來實現繪圖功能。系統中地震活動性分析使用瀏覽數據節點完成地震目錄表的編制；使用腳本工具GMT接口編寫繪圖程序實現震中分布圖的繪制；使用R接口編寫繪圖程序實現M-T圖的繪制；使用JsChart接口編寫繪圖程序實現月頻度和時間間隔圖的繪制。使用統計圖節點使用通過數據處理流程得到的電磁、形變、流體等觀測數據來分別繪制地電阻率年較圖、日均值圖、時均值圖；地電場年較圖、日均值圖、時均值圖；地磁低點位移圖、日幅差年較圖、逐日比對比圖；形變日均值年較圖、時均值圖、矢量年較圖和日均值一階差分圖；流體和氣溫日均值圖、年較圖等，通過編寫程序修改參數來設置圖形的坐標格式、橫、縱坐標數據源、圖表的顯示類型及特殊渲染效果，最終生成臺站地震會商報告所需的全部圖、表文件。

3.4 報告生成

經圖表繪制模塊生成的圖、表文件通過文件收集器節點收集后，再經一個文檔創作模板節點，即可生成報告內容。報告內容主要包括：文字、圖片和表格，臺站地震會商報告自動化產出系統生成的報告通過新行、新列、篩選等節點實現文字編輯與嵌入；通過文件收集器、篩選、報告瀏覽節點實現圖片載入；通過數據源節點Txt+和瀏覽數據節點實現表格嵌入。通過多列節點，給報告添加標題和摘要內容，使用流程變量Base64格式數據調用封面圖片，再應用文檔創作模板節點自動化生成Word、PPT和HTML等類型報告，最后使用數據發布模塊中微信節點，進行賬號、URL地址、用戶名、密碼、遠程路徑和HTTP地址選項參數的設置，即可通過微信節點將報告發送給用戶。一個完整的流程由不同分支的小支流組合而成，不同的小流程處理不同的需求，通過小支流的拼接按照預設的順序組合，最終產出一份完整的報告或PPT，通過數據發布中的節點推送至相應位置[5]。

4 結語

建立現代化與智能化地震會商技術平臺系統，既是解決現有問題的需要，也是發揮現代科技優勢，提高地震預測預報服務能力的關鍵所在[6]。臺站地震會商報告自動化產出系統實現了自動化地震臺站觀測數據下載，數據處理加工，數據圖、表繪制，Word報告、PPT報告、HTML報告編制和報告推送等功能，改變了以往手動處理的傳統工作模式，可以實時自動化產出會商報告，使得地震會商及時性增強，同時節點式的系統構架，可以清晰化地展現分析流程，方便對系統進行修改和優化。臺站地震會商報告自動化產出系統在最基礎的會商資料應用方面做了開發，對于相對專業和復雜算法的會商資料還需要進一步學習和設計。Datist數據專家提供的開發平臺，其流程的設計和執行淺而易懂，適合在不同編程基礎層面的用戶中推廣應用，便于實現地震觀測數據異常提取的多方法探索和深度分析，從而提高地震預測效能，也為今后預報人員開展相關自動化、流程化、定制化研究提供新的方向。