崇明地震台新井水位干扰处理软件的开发与应用

潘国勇，魏 薇，朱佳苗，朱培育，赵俊香，施俊杰，戴乐翔，张 艺，龚 耀

(上海市地震局崇明地震台，上海 202164)

0 引言

上海崇明地震台新井水位(以下简称“崇明台新井水位”)自2016年11月26日投入观测以来，受同井抽水活动的影响[1-2]，每天会出现固定的台阶干扰，直接影响了水位数据的利用率和前兆数据的分析工作。运用“中国地震前兆台网数据处理系统2011版”或者“中国地震前兆台网数据处理系统 2018集成版”软件对台阶进行处理时，需要手动输入台阶的起止时间和修正参数，效率低下。为提高前兆数据预处理的效率，崇明台研制出了水位干扰自动处理软件。该软件基于Visual Studio 2015开发环境，使用VB.NET语言开发，可在Windows XP、Windows 7及以上操作系统下运行[3-4]，能够自动计算干扰幅度、干扰的起止时间，并可以将这些信息以文字的形式直观地显示出来，最重要的是能够实现台阶的自动处理。该软件的运用提高了崇明水位数据的利用率和前兆数据异常的判识度。

1 设计目的及思路

基于提高水位数据利用率，使其能够清晰地记录固体潮和水震波等重要信息动态变化的目的,对程序进行设计。基本思路是利用关系式：

(y(i+1)+y(i+2)+y(i+3))/3-
(y(i-1)+y(i-2)+y(i-3))/3⟩=x，

式中的x值通过正常的水位数据寻找，然后采用循环方法使程序自动寻找干扰的起止点，记录相应的时间和幅度，进行相关计算。剔除水位下降和恢复过程中的干扰数据，通过插值，拟合出水位变化曲线。

2 软件功能设计

根据研究目的，对系统功能模块进行了具体设计。整个系统主要由三大功能模块和其他一些辅助项组成(如图1所示)。数据读取模块方式有两种：一种是根据需要从已下载的本地文件中选择读取，另一种是根据操作人员给出的时间参数自动从市局服务器中读取；绘图模块根据操作员给定的时间参数等要求自动绘制原始数据的分钟值曲线；预处理模块自动处理台阶，以图形的结果显示出来，干扰的起止时间和幅度也在右上角以文字形式显示；辅助功能模块是为了便于分析图形，设计图形的缩放、还原、标记、显示数值、数据导出和保存图形等功能。

图1 功能模块设计Fig.1 Function module design

3 系统设计

整个程序的功能在一个类frmSW中实现，包含Button1_Click()、ItoTime()和btnChuli_Click()、btnFile_Click()、btnCurve1_Click()方法(见表1)。btnFile_Click(sender As Object, e As EventArgs)方法用于点击文件选择按钮时，弹出选择文件对话框，将已选择的文件路径显示在对应的文本框内；btnCurve1_Click(sender As Object, e As EventArgs)方法用于点击通过读取数据文件进行绘图的按钮时，根据选取文件里的水位数据绘制曲线；Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs)方法用于点击通过读取数据库里的数据进行绘图的按钮时，根据所选日期，绘制当天的水位曲线；btnChuli_Click(sender As Object, e As EventArgs)方法用于点击预处理按钮时，通过设定好的算法，剔除水位下降和恢复过程中的干扰数据，拟合出水位变化曲线；ItoTime(i As Integer)方法通过参数传递，将给定的整型数值转化为“小时：分钟”格式的时间显示形式。

表1 类图Table 1 Category diagram

frmSWButton1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs)btnChuli_Click(sender As Object, e As EventArgs)ItoTime(i As Integer)

4 程序界面设计

程序界面设计时秉承简洁、实用的原则，力求实现最简单、高效的操作。为便于对比分析，整个程序设计一个窗体，设有实现不同功能的按钮，无需登录即可实现处理操作。崇明台新井水位处理系统主界面如图2所示，上部左侧两个文本框可实现数据文件的读取。由于崇明台新井水位数据已接入市局前兆服务器，所以为了方便，设计两种不同的读取方式。从本地文件读取，直接选择已经下载的本地文件(.xlsx、.xls格式)(见图3)；根据操作员给定的时间参数，从市局前兆服务器中直接读取(见图4)。绘图按钮实现了绘制原始数据分钟值曲线，在图上右击还可以实现一些辅助功能(见第8页图5)。预处理按钮是按照设定的算法对台阶的起止时间、幅度等进行计算，同时对台阶进行处理。去除台阶后，通过插值拟合，拟合曲线在绘图区下方区域显示。从处理结果看，达到了预期目标，能够清晰记录固体潮(见第8页图6)。干扰信息显示是将预处理中的干扰信息以文字形式在此直观的显示出来。

图2 程序主界面Fig.2 Program main interface

图3 从本地文件读取数据界面Fig.3 Reading data interface from local files

图4 从市局服务器读取数据界面Fig.4 Reading data interface from servers of municipal Bureaus

5 程序应用结果分析

图5 绘制原始分钟值图Fig.5 Drawing original minute map

图6 预处理界面图Fig.6 Preprocessing interface diagram

图7 程序处理前后水位曲线对比图Fig.7 Contrast chart of water-level curve before and after processing

对比图7的运用水位干扰处理软件对台站水位进行预处理前后的曲线发现，原始曲线每天的固定台阶变幅较大，且由于台阶的存在使得整条曲线受到了明显压制，数据无法正常使用与分析，导致很多前兆信息不能充分体现；软件预处理后的曲线更清晰、直观地反映固体潮、水震波等重要信息的动态变化，为震情的判定工作提供参考依据。

6 结论

崇明台新井水位干扰处理软件已于2018年5月在崇明地震台投入使用，运行期间程序工作正常，无卡顿和意外终止等故障发生。从处理结果看，解决了抽水干扰导致数据出现台阶的问题，达到了预期开发目

的。从运行情况看，程序实现了各项设计功能，且具备较高的可靠性。