地磁观测数据系统的分析和实现

张帆，丁广，付琦吉林省地震局

地磁观测数据系统的分析和实现

张帆，丁广，付琦
吉林省地震局

研究表明地磁与大震之间有着紧密的联系，在地震预测分析中，超低频(ULF)地磁的方法也被公认为是最有前途的方法之一。本文以子午工程为背景，设计并实现了地磁观测数据分析处理系统，为日常观测人员对超低频地磁观测情况的分析和研究提供重要的信息化平台。

地磁；超低频(ULF)；数据分析处理；信息化系统

引言

子午工程是我国建设的第一个系统的、全方位的空间环境监测系统，其监测核心是空间电磁环境。传统的双轴地磁传感器测量必须配合加速度传感器补偿倾斜改变的方位角，提供的精确度不够[1]。而LEMI-30型卫星同步超低频感应磁力仪由三根感应式磁探头和一个通讯单元组成，记录数据更为精确。因此在地基台站中配置了乌克兰生产的Lemi-30感应式磁力仪，用于南北、东西和垂直向磁场变化观测。

1 软件组成

地磁观测数据分析系统采用java语言开发，由5大层次组成，各个层次之间相互依托形成功能完备的独立平台[2]，图1为系统组成。

图1 软件组成

2 软件设计

LEMI-30感应仪每天产生2764800条记录。系统要实现百万级数据过滤及存储处理[3]。对观测原始数据[4]的处理参考地磁场模型[5]、IGRF全球地磁位模型[6]和地磁理论，利用高斯定理、递归算法相结合。

高斯公式[7]：高斯定理也称为高斯公式(如式1所示)。磁场的高斯定理指出，无论对于稳恒磁场还是时变磁场。如果对于一个闭合曲面，定义向外为正法线的指向，则进入曲面的磁通量为负，出来的磁通量为正，那么就可以得到通过一个闭合曲面的总磁通量为0。

递归算法[8]：递归算法是一种直接或者间接地调用自身算法的过程（如式2所示）。在编写程序中，递归算法对解决这类问题十分有效，它往往使算法的描述简洁而且易于理解。

整个数据挖掘计算过程中采用四层过滤的方式，每层的过滤都由队列和堆栈算法来实现过度。数据处理主要实现对数据的存储处理、分析处理以及结果呈现。数据存储和呈现采用AJAX异步交互和HighChart处理机制。

3 系统实例

图1 分数据图

4 结束语

本系统开发过程中完全遵循软件工程流程，确保软件开发的规范性，若有其他需求，可将系统算法进一步优化和二次开发。

[1]纳拉帕纳尼·纳拉亚纳·劳.电磁场基础[M].北京：电子工业出版社,2006:20-198.

[2]高洪岩.Java EE核心框架实战[M].北京：人民邮电出版社, 2014.

[3]朱显娇,刘胜益.地磁模拟数据采集系统的集成开发[J].湖北：船海工程,2008.37(5).

[4]龙生海,邹时林,王胜平等.基于数字信号处理技术的地磁日变数据处理方法研究[J].哈尔滨：测绘工程,2013.02.

[5]王亶文.地磁场模型研究[J].北京：国际地震动态,2001.04.

[6]田晋.电磁测量参考计算软件的设计与实现[J].天津：海洋测绘,2008.28(1).

[7]赵凯华,陈熙谋.新概念物理教程电磁学[M].北京：高等教育出版社,2006:151-298.

[8]拉弗.java数据结构和算法[M].北京：中国电力出版社,2007: 50-310.

张帆（1982-），男，汉族，吉林长春人，长春大学，学士学位，助理工程师，从事地震与火山检测信息化。