基于數(shù)據(jù)庫和GIS技術(shù)的地震會商系統(tǒng)

王 偉 王行舟 張 潔 李罡風洪德全 繆 鵬

（中國合肥 230031安徽省地震局）

0 引言

當前，多種因素制約地震監(jiān)測預報工作，其中較為突出的問題是地震監(jiān)測數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一和會商形式不靈活導致“商”的困難。目前通用的地震分析預報系統(tǒng)（MapSIS）和地震前兆信息處理與軟件系統(tǒng)（EIS2000） （蔣駿等，2000；陸遠忠等，2002），盡管功能較多、較全，但仍存在兩個缺陷：①軟件網(wǎng)絡功能尚不完善（兩套數(shù)據(jù)庫不兼容），未推廣可以滿足數(shù)據(jù)庫在線分析計算版本，基礎數(shù)據(jù)格式需要轉(zhuǎn)換；②軟件只有計算功能，沒有演示功能，需要作好各種圖件制作成PPT后在會商會上進行匯報和討論。由于地震前兆數(shù)據(jù)各手段匯總，數(shù)據(jù)量大，準備數(shù)據(jù)占用時間較多，在PPT展示過程中，不能隨時放大、縮小數(shù)據(jù)，影響分析研討。

現(xiàn)代化數(shù)字信息技術(shù)快速發(fā)展，已經(jīng)完成了從技術(shù)應用到技術(shù)服務的轉(zhuǎn)變，而地震分析預報信息化還停留在單機處理階段，迫切需要提升信息化水平來提高工作效率。因此，開發(fā)一套基于統(tǒng)一的前兆數(shù)據(jù)庫的集數(shù)據(jù)產(chǎn)品在線發(fā)布與獲取、數(shù)據(jù)在線分析和信息動態(tài)展示的會商系統(tǒng)，可以將地震分析預報人員從大量繁瑣的數(shù)據(jù)處理制圖中解放出來，將更多精力用于地震分析研究。

1 系統(tǒng)框架

1.1 數(shù)據(jù)整合及處理

目前，“九五”和“十五”地震前兆臺網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)是兩套不同系統(tǒng)（周克昌等，2009），通過對現(xiàn)有安徽“十五”前兆Oracle數(shù)據(jù)庫同步及編制數(shù)據(jù)接口軟件實現(xiàn)“九五”數(shù)據(jù)的入庫，采用人工辦法實現(xiàn)模擬前兆數(shù)據(jù)的導入，完成大量空間數(shù)據(jù)和地圖數(shù)據(jù)的矢量化工作并入庫；通過數(shù)據(jù)維護實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、歷史資料的修改、更新；建立數(shù)據(jù)產(chǎn)品表，實現(xiàn)分鐘值、整點值、日均值、月均值等的數(shù)據(jù)庫管理；對篩選的適合安徽地區(qū)前兆數(shù)據(jù)處理的方法進行算法設計，采用高級程序語言編寫動態(tài)鏈接庫（DLL）供會商系統(tǒng)調(diào)用。

圖1 系統(tǒng)總體技術(shù)構(gòu)架Fig.1 Overall system technical architecture

1.2 系統(tǒng)總體技術(shù)構(gòu)架

軟件開發(fā)的層次應用平臺采用C/S 結(jié)構(gòu)，以關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為核心層、ArcEngine和圖形控件Jfreechart組成的圖形處理層、以客戶端為表現(xiàn)層的3層體系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)總體技術(shù)構(gòu)架見圖1。

2 數(shù)據(jù)庫和開發(fā)工具

對于矢量化圖形的操作和展示借助ArcEngine實現(xiàn)；而對于具有空間屬性的數(shù)據(jù)（如區(qū)域坐標）則通過ArcSDE（Spatial Database Engine）實現(xiàn)其存儲和交互，數(shù)據(jù)庫選擇Oracle 10g，編程語言使用C#，可以提供集成的可視化的IDE界面，實現(xiàn)程序在圖形上的顯示、程序的調(diào)試和發(fā)布（邱洪鋼等，2010）。圖形控件采用JFreeChart，該控件是一組功能強大、靈活易用的Java繪圖API,可以生成多種通用性的報表，包括柱狀圖、餅圖、曲線圖等。

3 系統(tǒng)關鍵功能實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)庫的標準化和統(tǒng)一

建立會商系統(tǒng)專用Oracle數(shù)據(jù)庫，按照相關數(shù)據(jù)庫標準，對數(shù)據(jù)的名稱、代碼、分類編碼、數(shù)據(jù)類型、精度、單位、格式等按照分析預報工作的要求進行規(guī)范。按標準將安徽省地震局“九五”、“十五”前兆數(shù)據(jù)統(tǒng)一錄入該數(shù)據(jù)庫，對尚未進入數(shù)據(jù)庫管理的模擬數(shù)據(jù)和市縣地震局的臺站數(shù)據(jù)，通過人工數(shù)字化處理后錄入會商數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理。

3.2 會商分析計算和顯示

為方便分析預報人員進行篩選和分析，編制不同的計算模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的加工處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)整點值、日均值、五日均值、月均值的顯示。

3.3 會商在線演示

會商系統(tǒng)實現(xiàn)了會商資料的在線演示，能同時快速調(diào)用不同時間尺度、不同采樣率的數(shù)據(jù)用于會商中，改變以往會商匯報采用PPT固態(tài)演示模式，便于現(xiàn)場選擇異常臺站和異常測項進行演示、討論、會商，提高會商效能。

（1）會商在線演示系統(tǒng)將能夠分圖層根據(jù)匯報需要顯示臺站信息，并通過矢量化地圖展示斷層信息以及不同臺站不同測項的概況信息（比如水位觀測的井深、含水層深度、干擾情況、觀測時間等），豐富會商信息展示內(nèi)容，見圖2。

（2）在線圖形顯示：基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以迅速調(diào)用不同時段不同類型數(shù)據(jù)，圖形具有放大、縮小、坐標反轉(zhuǎn)功能，既能反映測項趨勢變化，又能顯示局部細微變化，見圖3。在測項時序曲線上可以隨時標注地震、歷史震例和數(shù)據(jù)說明（日期、儀器狀況、環(huán)境干擾、人員變動等）；還可以調(diào)用計算模塊實時對當前數(shù)據(jù)進行分析處理并顯示結(jié)果。

在線圖形顯示中還可以對進行多測項、多臺站分別對比，提供直方圖和曲線圖兩種顯示方式，并可以在曲線控件中實現(xiàn)去極值和標注事件等功能，實時標注事件數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)庫中，方便會商時及時調(diào)取和顯示。

圖2 圖層信息Fig.2 Layer information

圖3 前兆數(shù)據(jù)展示Fig.3 Precursor data show

3.4 緊急會商交互平臺

地震緊急會商對系統(tǒng)要求較高，需快速調(diào)用數(shù)據(jù)庫并生成會商所需的各類圖件和文件。主要包括：①與省地震局臺網(wǎng)中心服務器連通并下載相關地震參數(shù)，形成震中分布圖，隨時根據(jù)需要調(diào)用斷裂分布、歷史地震震中分布等圖件供分析使用，根據(jù)需要對震中附近不同范圍內(nèi)的歷史地震進行分析，包括歷史地震類型和最大震級等；②在震中分布圖上直觀顯示前兆異常臺項空間分布情況，并計算不同半徑范圍內(nèi)前兆異常臺項；根據(jù)需求從數(shù)據(jù)庫調(diào)出異常數(shù)據(jù)并生成（顯示）前兆異常的時間進程圖件；③根據(jù)預設的會商資料模板，系統(tǒng)自動更新地震的各類參數(shù)，通過人機交互的方式修改震后趨勢判定意見（圖4）。在網(wǎng)絡暢通情況下，緊急會商的準備工作可以在幾分鐘內(nèi)完成，甚至可以達到準實時的程度。

圖4 右鍵功能模塊Fig.4 Right function modules

4 結(jié)束語

目前該系統(tǒng)已經(jīng)投入地震會商日常使用，后續(xù)將根據(jù)實際應用出現(xiàn)的問題進一步完善，震情會商工作的人工智能化將加強，為防震減災的科學決策提供更大保障。由于GIS技術(shù)對地理信息及空間數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢，將GIS技術(shù)與數(shù)據(jù)庫結(jié)合應用，使空間數(shù)據(jù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)實現(xiàn)一體化的無縫集成，GIS技術(shù)在地震行業(yè)的應用將具有廣泛前景。

蔣駿，李盛樂，張雁濱等.地震前兆信息處理與軟件系統(tǒng)[M].北京：地震出版社， 2000.

陸遠忠，李盛樂，鄧志輝等.基于GIS的地震分析預報系統(tǒng)[M].北京：地震出版社，2002.

邱洪鋼，張青蓮，陸紹強. ARCGIS ENGINE開發(fā)從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社，2010.

周克昌，張崇立，紀壽文，葉青，劉春國.中國地震前兆臺網(wǎng)主要問題探討[J].地震地磁觀測與研究， 2009， 30（1）；76-80.