辽宁省地震会商技术系统的设计和实现

张 博，杨士超，张 琪，王喜龙，钱 蕊

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

0 引言

地震会商是我国开展地震监测预报工作的一项基本业务。当前，我国地震会商主要遵循“长、中、短、临”渐近式预报思路，通过测震资料和前兆资料宏、微观异常的系统分析，得出地震趋势预测意见[1]。在我国，根据会商目的不同，可将地震会商分为4大类8小类，即年度趋势会商（包含年度趋势会商、年中趋势会商）、周月震情会商（包含周震情监视例会、月震情会商、紧急震情会商、加密会商和临时会商）、专题震情会商和震后趋势会商。各级地震部门都要按行业规定完成会商任务，上报会商意见。当前地震预报水平仍然以经验预报为主，很多震情会商结论的得出主要依赖特定专家的意见和认识；震情会商数据来源、分析方法、结论得出和效果的评价还没有明确的技术规程；在过去的地震预报管理体系中，专业的会商技术软件和网站支持对于会商业务来说，数据过于分散、技术方法不规范、缺乏客观评价机制、自动化程度不高，特别是还没有针对会商这一重要业务而设计的平台系统。因此，开发一套可以满足各级会商业务需求的软件平台系统来规范数据来源、技术方法和自动评价机制十分必要。

此外，目前地震预报行业领域已开发出多种行业软件，如基于GIS二次开发的MapSIS[2-3]、基于Matlab地震会商资料自动产出系统[4]和自主开发的SuperSeis[5]等。传统服务地震会商的软件以单机模式为主[6]，不满足地震会商多源数据处理和多软件融合的需求，随着地震云计算平台的广泛使用，在开放式的研发平台上以“微服务”的架构理念进行会商系统开发，已形成潮流[7-10]。

辽宁地震台作为辽宁省地震局信息化建设的主体力量积极参与全国地震会商技术平台建设，并主持研发了适用于辽宁地区的地震会商技术系统，开发了多个多功能、多场景、高度可嵌套的技术模块，实现了不同学科的周月震情会商、紧急震情会商、震后趋势会商和各类查询功能，初步建立了辽宁地震会商技术系统，现就平台搭建、技术研发等方面进行介绍。

1 研发平台—数据专家系统介绍

Datist数据专家以管道的模式进行数据处理，让不同功能的程序可以互相连通通讯，从而可以让软件开发、程序开发更加的“高内聚，低耦合”，增强业务逻辑灵活度，将复杂的逻辑链条化和可视化，将代码变得不那么耦合，像搭积木一样方便地组合。此外，数据专家发展到今，已拥有160多个功能节点，600多个处理函数，真正实现了数据处理过程的零编程。系统采用热插拔式应用构架，实现功能的无限扩展。主要基础功能如下:

1.1 多源异构数据融合技术

系统可对不同格式、不同结构的数据进行同步处理，支持Oracle、MySQL、SQL Server等数据库，Excel、Word、TXT等常见文件以及shp、dwg、kml等空间数据，同时支持磁盘目录、FTP服务器、网页数据抓取等数据采集的方式。

1.2 数据清洗处理功能

系统共有37个数据清洗处理相关节点，能够提供关系型数据库中的各类数据筛选（Select）、连接（Join）能力外，通过扩展的500+个数据处理函数实现各类数据清洗或加工。这些节点只需设置简单参数就能工作，可以在不写代码或SQL语句的情况下轻松完成数据处理工作。

1.3 空间数据分析

系统共有18个空间数据处理相关节点，能够提供点线面图元构建、投影变换、空间叠加运算等一系列节点工具及扩展函数，从而实现点、线、面之间关系进行的空间查询与空间统计分析。这些节点只需设置简单参数就能工作，达到了专业GIS处理软件的功能。

1.4 数据挖掘算法

系统集成回归分析、聚类分析、神经网络、贝叶斯、SVM、决策树等大量的数据挖掘算法。除系统提供的一组常用的数据分析处理算法外，Datist还提供强大的算法集成能力，通过简单易用开放接口可以和R、Python、Matlab、DLL算法库等常用的算法库和用户编写的算法库无缝集成，可以借助这些成熟的算法大大扩展Datist的专业数据处理能力。比如分析地震目录数据常用“ssEDA”、“ssBase”等。

1.5 可扩展图形绘制技术

系统除提供了常用的饼图、柱状图、折线图等标准图形外，还通过图形模板提供用户自定义图件，通过提供二次开发接口提供Surfer和Grapher等支持二次开发的图形软件，通过脚本接口技术提供GMT绘图功能。

1.6 报告自动生成技术

系统提供报告自动生成技术将这些比较零散的成果进行聚合，将各个零碎的分析图表，汇集成完整的报告。这些报告的呈现形式有Office文档和HTML网页等格式。

1.7 专业软件集成技术

系统提供数据清洗、变换、质量控制等功能，将数据模型化后，一键式推送到目标数据库中；系统集成了ArcGIS、Skyline、Google Earth、Suffer等多款专业软件，实现了数据专家与专业软件的无缝集成应用；系统提供集成应用接口，可通过数据专家整合已有信息系统。

1.8 数据发布和云服务技术

系统提供一组节点可以把数据分析成果重新入库或者以邮件、短信、FTP、Web页面、微信等方式直接推送给用户。数据专家制作的流程（DMS）可以发布到Datist后台云服务中，用户可以通过传入参数来调用这些已经发布的服务，第三方系统更可以调用这些服务把复杂的数据处理功能快速集成到软件中。

上述数据专家所包含的技术基本能满足现阶段我省各类会商的不同需求:多源异构数据融合技术可将地震目录数据和地球物理观测数据库接入地震会商技术系统，满足多学科、多数据同时自动处理的需求；数据清洗功能能够解放生产力，极大减少数据处理的成本；空间数据分析可将我省特定关注的地区切割出来进行高时效跟踪，如海城老震区地震活动性跟踪；数据挖掘算法目前阶段尚无可用，但人工智能和大数据分析是地震预报的一个方向，而且该方面强大的算法集成能力将现有的测震和前兆各学科算法无缝接入到平台中来；可扩展图形绘制技术不仅提供基础的可视化手段，而且高度可扩展，将地震系统中熟悉的绘图软件嵌入进来；报告的自动生成技术可应对时效性需求高的各类会商如震后趋势会商和紧急震情会商，也可应对不同查询的即时需求；专业软件集成技术可将现有的技术方法和可视化方法继承到系统中来，实现更灵活、方便地流程开发；数据发布和云服务技术，能够将数据分析成果重新入库或者以邮件、短信、FTP、Web页面、微信等方式直接推送给用户，实现全过程的自动化。

2 辽宁省地震会商技术系统介绍

辽宁地震会商技术系统包含地球物理观测资料管理、日常震情会商和显著震情分析三大模块，流程编制过程中涉及到Matlab、R语言，Python等程序脚本以及GMT，JS脚本定义的EChart图件技术，每一类包含适用于日常震情会商的各种功能，现作简要介绍。

图1 地震会商技术系统日常会商模块Fig.1 Earthquake Consultation System daily earthquake consultation module

2.1 地球物理观测资料管理——以流体学科为例

该模块实现了自动触发形成和发送流体学科前兆仪器七天数据的汇总报告，如图2所示。该模块的流程包含如下功能:①连接省局地球物理观测数据库；②从省局地球物理观测数据库中提取流体学科各仪器近7天的数据和变化情况说明；③对接入的数据进行初步“清洗”，包括格式变换、异常数据处理等；④再次进行数据处理，包含去趋势、缺数处理、简单数据分析处理等，此外还有整理各仪器的变化说明；

图2 地震会商技术系统地球物理观测资料管理Fig.2 Earthquake Consultation System geophysical observation data monitoring module

⑤对数据进行可视化处理，形成图片、文字和表格；⑥汇总形成完成报告；⑦对响应用户进行发送。

2.2 扫描查询

该模块主要实现了针对特定台站、测项的信息查询功能。流程开发组将地球物理观测台站及测项信息生成二维码，该模块扫描二维码信息并得到响应，返回该台站及测项最近7天、3个月、3年和历年的分析图，适用于临时查询特定台站的短临、中期和长期观测数据。

2.3 测震学科——以月震情会商为例

该模块主要实现了自动形成和发送测震学科每月震情的汇总报告。该模块包含如下功能:①连接准实时的地震目录数据库；②利用数据库节点初步截取全流程所使用的地震目录；③进一步对地震目录数据进行“清洗”，包括异常数据处理、震级格式统一等等；④再次进行数据处理，包含最小完整性震级筛选，去重等等；⑤对数据进行可视化处理，形成图片、文字和表格；⑥汇总形成完整震情报告；⑦对响应用户推送震情报告。

月震情会商模块最终推送给指定用户的月震情会商分析报告包含以下内容:

（1）本月地震活动概况。以当前时间为截止时间，汇总最近1个月地震活动概况，包含发生地震总数，各震级档地震总数，最大地震的三要素等信息，而且给出本月地震活动震中分布图。

（2）地震活动韵律分析。包含各震级档的M-t图和N-t图，分别为本省1级以上M-t图和近1年的月尺度N-t图、本省ML2.0以上地震的M-t图和近一年的周尺度N-t图、ML2.0以上地震的M-t图和震中分布图。

（3）地震活动性参数分析。包含最近10年的b值时序曲线和地震震中空间分布图，缺震时序图，AMR空间分布图。

（4）显著序列跟踪。针对辽宁地区特色，对营海岫老震区、盖州各个震群的地震活动性进行月尺度震情跟踪。

（5）年度异常跟踪。对辽宁地区的测震学科年度异常进行跟踪分析。

2.4 显著震情

该模块的主要功能是显著地震发生后，依据有关规定生成省局的震后趋势会商报告。此外，为了满足震后趋势会商过程中出现的类比震例查询以及地震现场获取台站信息的查询需求，添加了地球物理观测台站查询、震情查询和周边台站查询功能。

（1）震后趋势模块。该模块主要包含11项功能分别为:震情信息，地震发生三要素和震中分布图；断层信息，震中周边的断层分布图并给出周边断层与本次地震的距离，给出最近断层；震中周边的地理信息，最近的市、县及、分布图及汇总表格、人口信息，乡镇分布信息；余震信息；历史地震，周边历史地震统计，历史地震震中分布图、M-t图、历史地震的震级档统计表和地震目录；现代地震统计（统计项与历史地震类似）；地震序列类型，周边已有震例的历史地震序列统计和分布图；震源机制，已有震例的历史地震震源机制统计和分布图；测震学异常统计；前兆异常及测项分布图、表。

（2）震情查询。为了满足显著震情分析会商过程中出现的类比震例查询需求，编制该模块。输入“@p经度-纬度”就可以查询指定经纬度附近的震情信息。包含断层信息、周边历史地震信息、震源机制信息、历史地震序列类型信息、周边现代地震信息等。

（3）周边台站。为了满足震后趋势会商过程中出现的地震现场获取台站信息的查询需求，编制该模块。按特定模板发送地震信息，即可汇总地震周边地球物理观测台站概况并对指定用户推送，后续将观测台站的详细信息汇总报告进行推送，包含台站位置分布图，台站历史、台站基本情况介绍、地理环境、气候特征、地震地质条件、台站仪器信息。

3 结论和展望

适用于场景开发的地震会商技术系统是地震会商业务标准化、自动化的重要体现，是地震行业信息化建设的主要内容。辽宁省地震会商技术系统是适用于辽宁地区地震会商的多功能、多场景、高度可嵌套的技术模块集成，实现了不同学科的日常会商、紧急会商、震后趋势会商和各类查询功能。目前，辽宁省地震会商系统V1.0版本已通过试点应用，极大的减少了地震预报人员的会商准备时间，节约出更多的时间进行震情深入分析和研判，提高了地震应急会商的时效性，减轻了地震预报人员的工作量，受到了一致好评。

辽宁地震会商技术系统是以数据专家为平台搭建的，具有多源异构数据融合技术、数据清洗处理功能、空间数据分析、数据挖掘算法、可扩展图形绘制、报告自动生成、专业软件集成、数据发布和云服务技术9大基本功能，基本满足现阶段我省各类会商的不同需求，随着会商技术系统的不断研发、完善，数据专家相应的功能也会不断的完善或添加，使会商人员更方便的进行业务流程研发。

目前，我省地震会商技术系统仍不完整，自动评价体系仍未嵌套，初步的日常会商模块基本满足各类大小会商需求，但形成完善的会商技术系统仍有很长的路要走。“乐高式”流程开发降低了研发门槛，使更多的地震业务人员投入进来，不断的完善，形成可持续的生态链；数据专家的不断完善，更多的扩展节点的研发或API接口的使用必将大大降低业务流程的开发成本。