基于地震数据专家的子午链台站地磁自动化产品系统设计与实现

陈洪凯 陈传华 张 明 赵 帝 洒荣利

（中国山东 271000 山东省地震局泰安基准地震台）

0 引言

地磁活动是一个复杂的时变过程，不仅有形态异、种类繁、频谱宽、分量多的特点，还具有在空间上分布广和形成原因复杂等特性（徐文耀，1994；张敏，2012）。地磁活动指数的发展由少到多、由简单单组到复杂组合，多种形式逐步出现，从最早出现的C指数，到K指数、Dst指数以及极光电集流指数等，目前C-K-A系列指数仍是认识空间天气预报和空间环境描述的主要指数（徐文耀，2009）。我国针对地表20—30 km 以上到几百千米的中高层大气、电离层和磁层以及行星空间环境中的相关参数等进行连续监测，故而沿120°E 子午线附近、30°N 附近布设监测台站，组成一个以链为主、链网结合的东半球空间环境地基综合监测子午链（简称子午工程），作为我国“十一五”期间部署的国家重大科技基础设施建设项目，于2008 年1 月开工建设，历经4 年多，圆满完成建设任务。

地球上存在的地磁场对带电粒子、等离子体运动、电流体系、磁层、电离层结构等具有重要的调控作用，加之太阳电磁辐射的天顶角效应，导致空间环境的重要变化多沿地球子午线方向变化，因此子午圈位置具有特殊性。从全球角度来看，中低纬度地区以海洋为主，陆基地磁台站数量较少，而我国地跨低中高纬度，对子午圈监测优势明显。子午工程的建立可以为各类用户提供完整、连续、可靠的多学科、多层次空间环境地基综合监测数据（刘瑞丰等，2007），而地磁指数报告自动化产出系统的数据来源是子午线附近的地磁观测台站，特别是磁暴期间，剧烈变化的磁场会对航空、航天、电网、通讯等地面技术产生影响，因此，对子午链地磁脉动和磁暴特征的研究，不仅在了解地球空间环境以及灾害性空间天气变化规律上有重要意义，同时也将在有效识别地震地磁异常信息中发挥重要作用。

1 系统设计与构建

子午链台站地磁观测系统原有软件主要是为满足台站仪器监测、数据存储等构建，在满足多行业用户需求、产品多样化及移动互联网适配方面存在短板。因此，为了进一步提高子午链台站地磁观测数据产品的服务能力，基于地震会商技术系统（张贝等，2020）的低代码开发技术和地震数据专家（DatistEQ）可视化业务流程编辑软件，结合地磁报告产品用户需求，设计一套自动化业务流程，实现云端部署、自动化运行，并适用于手机等移动端浏览和访问的子午链台站地磁自动化产品系统。

根据应用需求，产品数据来源于国家地磁台网中心前兆管理系统数据库，选择位于子午链附近的14 个台站，分别为内蒙古满洲里台、浙江杭州地磁台、山东马陵山地震台、湖北应城台、湖南邵阳台、广东肇庆台、海南琼中地震台、四川成都台、西藏拉萨地磁台、西藏察隅地震台、河北红山地震台、内蒙古锡林浩特台、重庆武隆仙女山台和四川马边台，通过对14 个台站磁通门数据的读取，获取台站磁通门D、H、Z三分量数据、K指数数据和最小值时间数据，并运用地震数据专家（DatistEQ）中Python 节点等进行自定义绘制或二次开发，最终形成5 个图件，分别为子午链台站D、H、Z三分量日最大变幅3 图、子午链台站极小值时间图和子午链台站K指数图。子午链台站指数报告技术路线示意图见图1。

图1 子午链台站指数报告技术路线示意图Fig.1 Technical route diagram of the meridian station index report

2 系统功能与实现

在传统工作模式下查看台站各项指数时，需要在数据处理系统中手动输入时间等参数，读取地磁前兆数据库数据，生成所需图件，深加工成报告，操作步骤繁琐，耗时长，效率较低。通过数据专家软件，编写报告流程，运行子午链台站地磁指数报告自动产出系统，定时自动读取地磁前兆数据库中14 个台站的数据，数据流经清洗、转换、组合、制图等流程，产生所需数据与图形，最终保存为报告文件进行推送，提高了工作效率与准确率。利用子午链台站地磁指数报告自动产出系统，结合地震数据专家（DatistEQ）功能，从K指数图、D、H、Z分量最大日变幅图、极小值时间图3 个流程来实现数据处理与绘图。

2.1 K 指数图

读取地磁前兆数据库数据，获取全部台站K指数，按照选择的14 个台站进行过滤，通过列序、拆分、过滤、组合等一系列流程，生成数据文件，经由软件中的Python 节点，绘制生成子午链台站K指数图（图2）。

图2 子午链台站K 指数Fig.2 K index diagram of Meridional stations

图3 子午链台站D、H、Z 三分量最大日变幅分布Fig.3 Maximum amplitude distribution of D,H,Z components of Meridional stations

2.2 D、H、Z 分量最大日变幅图

地磁扰动幅度在地磁仪D、H、Z三分量记录上表现显著，尤其在磁暴时段内，水平分量H表现更为明显。因此，按照编辑流程，将子午链台站D、H、Z分量日变幅值，以不同值域、不同颜色的方式标注在地图上，直观展示子午链台站日变幅变化。

2.3 极小值时间图

地磁前兆数据库中选择的台站通过排列、筛选流程，按垂直分量Z低点时间进行顺序排列，经时间换算、替换、过滤等流程节点，生成固定格式数据，使用JsChart 模块对数据进行编程设计，将筛选排列完成的数据按时间比例绘制成饼状图，在中国地图所示台站位置上予以标注，由此更加直观地显示子午链上不同台站垂直分量Z的低点位移情况（图4）。

图4 子午链台站极小值时间Fig.4 The minimum time diagram of Meridional chain stations

3 结论与展望

地磁指数报告产出系统的构建，通过地震数据专家软件，对前兆台网备份中心数据源进行读取、清洗、统计、绘图、整合等操作，实现报告产出的一键自动化，并可经由微信端接口进行报告产品推送。该系统的优点在于，数据处理、参数计算等业务逻辑由用户定义，自动生成XML 格式的流程代码，不但可以提高工作效率及数据准确性，还可为地震行业数据业务自动化、流程化、智能化模式打下基础。本研究结果和经验，可为其他行业产品数据的自动化产出提供设计思路，为应用人员提供便捷数据来源和可视化数据图形，便于快速研判以及精准决策，提高行业服务能力和办事效率。

文中所述流程目前仅针对子午链台站地磁相关指数的汇总与绘图，后续仍需对台站数据产品的产出深入挖掘，为地震事业及其他行业的深入研究提供便利服务。