数据跟踪分析平台在天津洞体形变观测异常核实中的运用

◆李颖楠 胡雪琪 徐诚 姜海 雷生学

数据跟踪分析平台在天津洞体形变观测异常核实中的运用

◆李颖楠 胡雪琪 徐诚 姜海 雷生学

（天津市地震局 天津 300201）

本文结合实例对数据跟踪分析平台在天津洞体形变观测异常核实工作中的运用情况进行阐述和分析，并介绍数据跟踪分析平台各项功能以及用户群体情况，同时反映出现阶段数据跟踪分析工作的不足，建议数据分析人员加大对平台利用率，将平台提供的功能充分运用到干扰识别中，提高异常核实工作中干扰排除的精准度，保障前兆观测与分析预报的紧密连接。

数据跟踪分析平台；洞体形变；异常核实

数据跟踪分析平台是由中国地震台网中心牵头，总体采用C/S架构设计和B/S架构设计相结合而研发的行业应用软件，该平台是以地震前兆台站工作为基础，定期对观测数据进行系统分析、落实，形成事件分析记录，保存到事件库中[1]。根据事件包含的信息内容，将事件分为观测系统故障事件、场地环境干扰事件、自然环境干扰事件、人为干扰事件、地球物理事件和不明原因事件共6个大类，目前数据跟踪分析工作方法应用单一，尽管数据跟踪分析平台提供了多种分析方法，但实践中还主要是对原始或预处理曲线作直观的分析，尺度把握不精准，缺乏规范化[2]。在观测数据出现异常需要进行异常核实的时候，预报部门对事件分析记录利用率低，前兆观测与分析预报存在脱节现象。对数据跟踪分析的研究工作开展不足，对各种分析方法在各类异常识别中的应用以及数据跟踪分析规范化方面的研究很欠缺，不利于异常核实工作的高效开展。

对记录事件的梳理和研究，是推进数据跟踪分析工作的基础和保障，对各类事件跟踪分析的规范化要素进行统计、分析、归纳研究，结合以往的异常核实工作实例，实现数据跟踪分析平台的应用精细化、流程化，将数据跟踪分析平台中各种常用分析方法充分运用到干扰识别，提高异常核实工作中干扰排除的精准度，也更有利于应用于异常核实及地震预报。

1 天津洞体形变观测概述

地形变观测的任务是精准测定和提供地壳运动、变形、重力和深部介质物质性空间分布及其随时间变化的信息，而洞体形变观测是将观测设备安装在山洞或地下室内进行测定研究地壳形变的相对运动和固体潮汐的动态变化，是地形变学科不可缺少的一个重要组成部分[3]。天津洞体形变观测有三个观测山洞，目前正式运行9套观测仪器共30个测项（表1），其中相对重力观测仪两套、地倾斜观测仪5套、洞体应变观测仪2套，并有气象三要素观测仪等进行辅助观测。三个观测山洞均归属于天津市地震局蓟县地震台，位于天津市蓟州区，是天津市唯一坐落在基岩上的地震台站。

表1 天津洞体形变观测统计

台站代码观测山洞观测类型仪器型号 12006蓟县台老山洞相对重力GS-15相对重力仪 12006蓟县台新山洞相对重力DZW相对重力仪 12006蓟县台新山洞地倾斜SSQ-2I水平摆倾斜仪 12006蓟县台新山洞地倾斜DSQ水管倾斜仪 12006蓟县台新山洞地倾斜VP宽屏带倾斜仪 12006蓟县台新山洞洞体应变SS-Y洞体应变伸缩仪 12007小辛庄山洞地倾斜DSQ水管倾斜仪 12007小辛庄山洞地倾斜VP宽屏带倾斜仪 12007小辛庄山洞洞体应变SS-Y洞体应变伸缩仪

2 数据跟踪分析平台运用实例

天津洞体形变观测自2014年开始开展数据跟踪分析工作，截止至2021年6月，共产出了3000余条分析记录（图1），随着数据跟踪分析工作不断展开，各类事件记录在所有记录中所占比例也在逐渐发生改变，特别是以前数据跟踪分析工作偏重于地球物理事件、人为干扰等类型事件的分析记录，而这些事件记录往往与日常前兆观测预处理工作重叠，自2021年开始，数据跟踪分析工作更加偏向于自然环境、场地环境等类型事件记录分析。

2.1 数据跟踪分析平台日常分析

数据跟踪分析平台提供了移动斜率曲线、周期分析残差曲线、一阶差分曲线、拟合分析曲线、拟合分析残差曲线等分析方法，在洞体形变数据日常分析工作中，数据跟踪分析软件提供强大的画图功能，尤其是其他测项曲线对比、同期曲线对比等功能，能够快速地发现数据异常，例如：2019年09月20日天津小辛庄山洞SS-Y伸缩仪NS向同期对比趋势异常（图2）。

图1 天津洞体形变数据跟踪分析记录统计

图2 同期曲线对比分析发现数据异常

在异常排查工作中，一般会从观测系统、自然环境、场地环境、人为干扰等方面逐一排查，我们发现很多方法对于观测系统事件、人为干扰等事件分析应用效果不佳，但是对自然环境、场地环境事件有一定的呈现效果，例如，一阶差分曲线对场地环境大类中的爆破干扰有明显效果（图3）。

图3 一阶差分方法在爆破干扰事件中的应用

2.2 异常事件信息录入与检索

数据跟踪分析平台基于Oracle数据库系统设计事件数据库与区域台网前兆观测数据库进行连接，能够对观测数据进行实时绘制和分析，平台除了提供数据分析以及绘图功能外，软件强大的检索功能能够快速地检索观测日志、干扰类型等相关信息。地震台站工作人员在日常维护中，可以将发现的干扰源信息录入到平台中，其中包括干扰源的经纬度、起始时间、持续时间和干扰程度等重要信息，并将异常调查报告进行上传，例如：蓟县地震台洞体形变观测受周边村庄水井抽水干扰相关信息（图4）。数据分析人员则可通过数据跟踪分析平台的检索功能，快速准确地提取到异常干扰信息，从而提高异常核实工作中的排查效率，而这些功能是以往传统的分析软件（如：MapSIS）所不具备的。

2.3 数据跟踪分析平台其他功能

除了以上介绍的功能之外，数据跟踪分析平台提供的功能还有很多（图5），不同类型用户群体所应用的各项功能也有所不同。目前大部分用户都是地震台站观测人员，主要应用数据检查、绘图、信息录入和修改等基础功能，将观测数据进行系统分析、落实，并定期同步至区域中心、学科中心和国家台网中心，区域中心和学科中心用户则主要应用审核、统计及产品产出等功能，对上传的事件记录进行质量审核、反馈，并定期产出本台网的月报、年报等；国家台网中心负责跟踪分析系统架构与推进协调工作，优化应用模型、完善软件[4]。经过多年来数据跟踪分析工作不断摸索和推进，数据跟踪分析平台更适应于分析预报人员的日常工作，特别是在异常发现与排查的异常核实工作初期，将平台中各种常用分析方法充分运用到干扰识别，提高异常核实工作中各类干扰排除的精准度，同时也能促使地震台站用户将事件记录更完整、更规范。

图4 数据跟踪分析平台干扰检索

图5 数据跟踪分析平台功能示意图

3 结束语

数据跟踪分析工作已步入常态化、规范化工作阶段[5]，产出了大量的分析记录，有利于夯实数字化地球物理台网的基础处理能力，发挥地球物理台网的监测效能，为更好服务于地震预测工作奠定了基础。但还必须清楚地认识到，目前数据跟踪分析工作还有很多不足，特别是分析预报人员对平台的利用率不高，应加大推广运用，保障前兆观测与分析预报的紧密连接，防止脱节。

[1]刘高川，李正媛，王建国，等．地震前兆台网观测数据跟踪分析平台设计[J]．大地测量与地球动力学，2016，36（9）：841-846．

[2]任俊峰，郭亚亚，焦成丽，等.承德地震前兆台网数据跟踪分析[J]．地震地磁观测与研究，2019，40（1）：79-84．

[3]中国地震局监测预报司.地形变测量[M].地震出版社，2008.

[4]董晓娜，张玲，李希亮，等．山东地震前兆观测数据跟踪分析[J]．地震地磁观测与研究，2018，39（5）：87-95．

[5]李正媛，熊道慧，刘高川，等．基于大数据挖掘的地震前兆台网观测数据跟踪分析[J]．地震地磁观测与研究，2016，37（3）：1-6．

中国地震局地震监测、预报、科研三结合课题“天津洞体形变数据跟踪分析在异常核实中的应用及规范化研究”（3JH-2021003）