基于MapSIS的地震地球物理台网事件可视化平台建设

陈晓琳　李盛乐　樊俊屹

摘要： 地球物理台网观测数据是反映前兆台网数据变化信息的重要部分，可为监测数据质量评估、地震分析预报会商、地震科学研究等工作提供科学依据。为充分利用这些保存在数据库中的事件数据记录，研制了基于MapSIS的地球物理台网事件可视化平台。该平台实现了事件记录的人工交互分析、自动统计分析，基于震情自动触发的专题报告自动生成等功能，具有功能全面、运行稳定的优点。该平台现已在全国地震前兆台网、地震分析预报会商中部署使用，可为地震分析预报提供科学可靠的信息服务。

关键词： 前兆台网; 事件记录; 自动产出; MapSIS

中图分类号： P315;P208文献标志码：A 文章编号： 1000－0844（2023）04-0983-08

DOI：10.20000/j.1000－0844.20220208004

Construction of a visualization platform for seismicgeophysical network events based on MapSIS

CHEN Xiaolin LI Shengle FAN Junyi2

Abstract：  Observation events of the geophysical network are important data reflecting the change information of precursor network observation data， which can provide a scientific basis for the quality evaluation of monitoring data， earthquake analysis and prediction consultation， and earthquake science research. A visualization platform for seismic geophysical network events based on MapSIS is developed in this paper to maximize the event record data stored in the database. The platform realizes several functions （i.e.， manual interactive and automatic statistical analyses of event records; generation of special reports after earthquakes）. This platform also has the advantages of comprehensive functions and stable operations. The proposed platform has been deployed and used in the national earthquake precursor network and earthquake analysis and prediction consultation， and the daily thematic atlas and reports can provide scientific and reliable information services for earthquake analysis and prediction consultation.

Keywords： seismic precursor network; event recording; automatic output; MapSIS

0 引言

全国地球物理台网观测数据跟踪分析工作是一项重要日常业务工作。其记录的事件数据能准确详细地反映前兆台网观据变化信息，主要包括六类观测事件（观测系统故障事件、自然环境干扰事件、人为干扰事件、地球物理事件、场地环境干扰事件、不明原因事件）。刘高川等［1］研发的地震前兆台网数据跟踪分析平台实现了观测事件分析提取与录入等功能，极大地提高了数据跟踪分析工作效率，并在一线台网数据处理工作中得到了较好的应用。此后，该平台不断产出各类台网观测数据跟踪事件记录，并形成了地球物理事件数据库。数据库中汇集了2013年以来全国台网的六类观测事件描述、核实报告等信息。

记录观测事件数据是为了分析这些事件信息，从而排除观测数据的正常变化、干扰影响等，找到真正与地震相关的异常变化［2］。但是，目前分析预报人员对这些数据跟踪记录的利用率不高。主要原因有两个方面：一是：目前没有相关平台对这些数据跟踪记录进行自动统计分析，形成直观的专题报告（图集）和专题报表［3］。二是：原数据跟踪分析平台提供了周期分析、拟合分析、一阶差分等数据分析方法，但这些方法远不能满足预报工作需求。

鉴于此，为充分利用这些保存在数据库中的事件记录，使其更好地服务于地震预报人员的日常工作，研制了基于MapSIS的地球物理台网事件可视化平台（以下简称平台）。平台实现了日常汇交事件数据的自动统计分析，基于震情自动触发的专题图集报告制作等功能，可显著提高地震预报日常会商及震后应急会商数据处理效率;此外，基于GIS的地震分析预报系统从建设至今已持续运行20年，融合近百种分析预报方法和手段，是全国地震系统分析预报人员重要的资料处理工具［4］。本平台集成于MapSIS系统中，破除了常用分析预报方法与台网观测跟踪数据之间的壁垒，可以使得分析预报人员高效、便捷地使用这些反映前兆台网观测数据变化信息的事件数據。

1 平台总体设计

为了和MapSIS系统较好融合，本平台采用C/S架构，分为数据资源层、核心交互层、用户表现层［5］。

数据资源层包括地震地球物理台网事件数据库、全国统一地震编目数据库、台站基础信息数据库及一些矢量数据。其中地震地球物理台网事件数据库、全国统一地震编目数据库、台站基础信息数据库通过Oracle数据库接口调用［6］，矢量数据（断层、行政区划等）通过文件形式提供服务。

核心交互层包括地震事件统计展示过程中涉及到数据清洗、资料时空统计等，如地球物理台网事件类型判定、行政区域判定、震中距计算等。通过SQL联合查询功能与底层Oracle数据库进行交互，通过EQLM接口高速拉取地震速报信息包括发震时间、震中经纬度、震级、深度、震中地名到本地RabbitMQ消息队列，通过Office接口、GMT绘图模板生成事件图集及统计报表、报告［7］。

最后，平台分别以人机交互和自动推送两种形式提供产品服务。可自主绘制或自动生成全国、分省、分区域的事件总体情况空间分布图、事件持续时间空间图、事件数量变化曲线图、事件数量时空演化云图等。可在震后自动统计生成影响区域的地球物理观测台网事件图集，并推送到台网中心值班服务器［8］。

日志模板、日志文件作为一个记录应用系统一切操作的载体，不论是在事前预防故障发生，还是事后追溯故障原因，都有着举足轻重的作用。本平台集成在MapSIS中，MapSIS在地震系统内外拥有大量用户群体，软件故障会严重影响用户满意度。另外，平台自动产出地震应急产品图集，部分功能接口需要保障7×24 h的无间断服务，具有高可用性和高可靠性需求，为此，本平台对每一步关键节点，均通过日志模板生成日志文件保存，以期能监控平台运行状况、追溯平台故障原因。此外，还研制了日志自动监控模块，模块能自动识别写入日志模板的信息是否出现了相关的告警关键词。如果满足警报触发阈值，就会自动向用户发送提示信息。

2 关键技术方案设计与实现

2.1 事件统计分析

每日监测数据跟踪分析信息以表的形式存储在Oracle数据库中（表1），主要包括臺站信息、测点信息、测项信息及事件类型等信息［9］。这些表信息条目繁多，没有进行归类、整理，无法直接用于预报工作。因此这里根据地震预报数据处理工作规范，将其统计分类，主要分为新增事件、持续事件、取消事件三类性质事件。对于每月的月报告中，新增事件定义为本月新出现的地震事件，即表1中开始时间位于当月开始时间a，和当月结束时间b之间。持续事件定义为上个月已有的地震事件，这个月还在持续，且没有取消，即开始时间b。取消事件定义为上个月已有的地震事件，这个月取消了，即开始时间

2.2 事件跟踪分析

（1） 基于震情的事件跟踪分析

以2021年05月21日云南大理州漾濞县6.4级地震的震后数据分析为例，利用本平台可以快速得到震前3个月内，震中周边300 km圈的地震地球物理观测台网事件数据，分别按照震中距、大测项类型、事件类型、开始时间、结束时间等排序，也可查看事件图件及事件核实报告等，如图2所示。

以选择其中永胜地震台进行具体分析为例，对该台2021年4月1日到2021年6月8日的钻孔应变观测北东分量前兆观测数据进行分析时，可发现应变NS、EW、NE、NW四个分量数据5月8日至6月6日出现同步的大幅趋势转折变化（图3）。此时，查询事件数据库中记录显示该处上报为不明原因事件，没有其他干扰事件发生［11］。测点距漾濞地震震中约145 km，且地震发生在各分量快速上升或下降后的恢复期。为了进一步判断该变化是否为地震前兆异常变化，可利用MapSIS对该时间段的原始观测数据开展更进一步的处理，如滤波、周期分析等操作。这样便可以在震后数据分析处理中充分考虑观测数据的正常背景与非正常变化情况，增加了数据处理的可靠性与准确性［12］。

（2） 台网日常观测数据跟踪分析

针对地震分析预报人员日常数据处理的个性化需求，平台提供了用户定制接口，可根据用户定制参数，自动产出台网观测事件数据统计分析报告。以平台产生的云南省区域范围2022年3月10日至2022年3月16日观测资料动态跟踪与分析周报为例，周报提示本周本区域范围新增事件16项、持续事件33项、取消事件8项（本周新增事件和取消事件可能存在重叠情况，即某一观测事件在本周新增也在本周取消）。其中自然环境类事件5项、人为干扰类事件2项、观测系统类事件21项、场地环境类事件16项、不明原因类事件5项、地球物理事件8项。

随后，利用MapSIS中地震预报的通用数据处理方法对该时间段云南区域的台网数据进行分析处理，可以识别到流体观测数据，泸州川13井的净水位观测数据自3月14日以来持续震荡。此时查询本平台的上述周报数据，可以看到该处是场地环境干扰事件，平台中已上报附近桥梁施工进行水井抽排水操作，可能对该处水位数据产生了影响。相反，对于腾冲地震台的井水水温观测点，通过年尺度跟踪分析发现，腾冲台水温动态自2021年10月起未像往年一样转折下降，而是持续上升至今，上升幅度达0.03 ℃，表现出破年变异常动态变化。此时查询本平台的事件数据，可以看到平台中已上报该处为不明原因事件，台站核实观测数据连续可靠，观测系统运行正常，无其他明显影响因素。通过台站异常现场核实，破年变异常变化初步排除了观测系统和观测环境的影响因素，变化真实可靠，初步判定属于地下构造活动增强引起的前兆异常，后续需加强震情跟踪，对此持续关注。

观测事件记录信息是台站一线人员对观测数据的分析认识成果，也是数据观测质量的体现。通过本平台的集成使用，能将反映前兆台网观测数据变化信息的事件数据与国家、省局分析预报中心的数据处理结果相互佐证。便于排除观测数据的正常变化、干扰影响等，找到真正与地震相关的异常信息。

2.3 平台产品产出

平台相关产品分为自动产品产出和自定义产品产出两种方式。

自动产品产出主要为：一是，日常自动产出全国及分省事件空间分布图、事件持续时间图、事件数量变化曲线图、仪器数量变化曲线图;二是，震后自动产出震中周边事件空间分布图［13］。震后自动产出是通过监听EQLM服务器的地震信息，按震级自动触发程序，来分级、分类产出地震影响范围内的观测事件统计分析结果图集（图4）。

自定义产品产出主要为按照用户按选择的参数进行事件报表及图件定制产出。可按学科（“形变、流体、电磁”）、事件性质（“新增事件、持续事件＼，取消事件”）、事件类型（“观测系统、自然环境、场地环境、人为干扰、地球物理事件、不明原因”）、经纬度范围、时间范围、片区（“分省、多省片区”）设定用户参数（图7）。程序自动进行统计分析，形成专题报告（图集、PPT）和专题报表（Excel），以便快速用于分析预报工作。

2.4 平台自动配置

目前分析预报软件MapSIS融合近百种分析预报方法和手段，在全国地震数据处理和地震分析预报会商中得到了广泛的使用。为了使相关用户不用卸载原电脑安装的MapSIS软件，并方便快捷的使用本平台。本平台集成到MapSIS中时，专门开发了一键安装升级功能。通过现有MapSIS软件中的更新程序功能，可自动下载、安装好本平台，过程如图5、图6所示。

当启动MapSIS软件的自动更新程序时，首先根据日志文件判断当前计算机是否安装了本平台，如果没有安装，将进行安装操作。如果已经安装，将根据安装、更新版本日期，判断当前版本是否需要升级，包括编译程序的升级、DLL文件升级、相关配置文件等的升级［14］。

3 平台测试

3.1 平台功能测试

基于MapSIS的地球物理台网事件可视化平台主要实现了全国及分省、分区域事件记录的统计分析、图件自动产出;基于震情的事件记录统计分析、图件产出;用户自定义人机交互模式的统计分析、图件产出。

圖7为平台人机交互制图参数选择界面。可按照用户选择的参数进行事件记录的数据统计、图件产出。以选择2022年2月24日到2022年3月24日期间，95°～115°E，23°～38°N，不明原因事件数

据为例，绘制出事件持续时间分布图（图8）。从图中可以清晰地看出所选范围内各测项的不明原因事件持续时间长短及位置分布，以便于对台网数据进行跟踪分析。

平台其他可产出的图件类型如表2所列。所有产品产出均可通过人机交互方式进行数据范围选择，以及绘图参数调整。产出图件的类型充分结合地震监测预报人员的日常业务需求。

3.2 平台性能测试

平台在满足功能齐全的同时，需要具备良好的性能以满足日常工作的稳定性及震后应急会商的时效性需求。

（1） 稳定性测试：

平台随分析预报MapSIS软件一起安装在台站、区域中心、学科中心、国家中心等前兆台网或分析预报中心，用户运行环境差异较大。采用Spire.Presentation for.NET组件来解决用户不同版本PowerPoint的生成、写入操作。采用高版本GMT6来兼容用户系统中已存在的低版本GMT。采用加密XML保存各区域中心，学科中心数据库IP地址、账号密码，使得软件能方便、安全链接到各区域中心数据库。在国家前兆台网中心和各区域中心进行联调测试时，平台在不同用户软件环境下各项功能符合需求，能无故障稳定运行来保证震后图件的及时产出。

（2） 时效性测试：

平台震后产出图件效率，关系着震后应急会商的时效性。测试时平台部署在Windows10主机上，配置Intel i7 CPU及16 G内存、2 TB硬盘，安装Office2016及GMT6.0制图软件。自检测到RabbitMQ消息队列有推送过来的震例开始，至完成震后产品图件生成，并推送到指定服务器，计算震后产品产出时间。该时间与用户部署平台的环境、震例震级等有关，但对消耗时间的影响较小。在平台试运行阶段，87个震例的产品产出都在两分钟以内，说明平台能高效完成资料准备、分析、绘图、产品推送整个流程，满足震后应急会商的时效性需求。

4 结语

基于MapSIS的地球物理台网事件可视化平台，结合GMT制图技术、RabbitMQ消息队列技术，与Oracle数据库、EQLM服务器进行数据交互，来完成应用定制。平台实现了地球物理台网观测事件记录的人工交互分析、自动统计分析;基于震情自动触发的专题报告生成等功能。平台能将反映前兆台网观测数据变化信息的事件分析记录充分运用于地震数据分析处理日常业务中，便于地震数据处理分析人员排除观测数据的正常变化、干扰影响等，找到真正与地震相关的异常信息。功能与性能测试充分证明了基于MapSIS的地球物理台网事件可视化平台在地震数据分析、震后应急会商中的可用性与可靠性。下一步，我们还将升级相关功能，为数据处理或分析预报工作提供更为有效的定制化操作，进一步提升平台的专业性、实用性。

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（本文编辑：任 栋）

收稿日期：2022-02-08

基金项目：中国地震台网中心专项“全国地球物理台网数据跟踪分析与产出”

第一作者简介：陈晓琳（1988-），女，助理研究员，主要从事地震信息技术研究、地震数据分析处理工作。E－mail：cxlcug@126.com。