地震分析會(huì)商應(yīng)用系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及展望

劉堅(jiān) 李盛樂 劉珠妹 陳曉琳

摘要：對(duì)當(dāng)前各地震分析會(huì)商系統(tǒng)、異常識(shí)別方法、綜合分析方法研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析和綜述，總結(jié)了各軟件系統(tǒng)在運(yùn)行模式效率、資源利用、更新方式、規(guī)范性、智能化等方面存在的突出問題；針對(duì)這些問題，結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)、新方法、新要求，提出了地震分析會(huì)商系統(tǒng)未來頂層設(shè)計(jì)方案：首先，通過“云-網(wǎng)-端”三位一體化方式建立“專家交互分析”和“智能自動(dòng)分析”相互兼容的發(fā)展模式；然后，對(duì)該模式從總體設(shè)計(jì)和具體實(shí)施技術(shù)路線2大方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述和可行性分析；最后，對(duì)系統(tǒng)建設(shè)注意事項(xiàng)展開討論。

關(guān)鍵詞：地震分析；震情會(huì)商；異常識(shí)別；智能會(huì)商；云計(jì)算

中圖分類號(hào)：P315.71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-0666（2018）02-0157-09

0 引言

地震分析會(huì)商系統(tǒng)是一項(xiàng)多學(xué)科交叉的綜合性系統(tǒng)工程，它涉及到計(jì)算機(jī)、信息處理和地震綜合分析預(yù)報(bào)方法等技術(shù)領(lǐng)域（李誼瑞，徐京華，1989）。我國(guó)《防震減災(zāi)十三五信息規(guī)化》中明確指出“十三五”期間初步實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)資源化、應(yīng)用云端化、業(yè)務(wù)規(guī)范化、服務(wù)智能化”總體目標(biāo)，以及《中國(guó)地震監(jiān)測(cè)發(fā)展設(shè)計(jì)綱要（2016-2035）》②中提出實(shí)現(xiàn)“會(huì)商資料智能分析”目標(biāo)。

本文從地震分析會(huì)商系統(tǒng)及相關(guān)分析方法等研究現(xiàn)狀和存在的問題人手，結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)、新方法、新要求，提出地震分析會(huì)商系統(tǒng)未來發(fā)展幾點(diǎn)建議與發(fā)展模式，并對(duì)新模式的實(shí)施進(jìn)行可行性分析。

1 研究現(xiàn)狀及存在問題

1.1 研究現(xiàn)狀

1.1.1 應(yīng)用系統(tǒng)

丁仁杰和殷世林（1985）開發(fā)了“PC-1500袖珍電子計(jì)算機(jī)地震地下水實(shí)用程序集”；國(guó)家地震局科技監(jiān)測(cè)司（1987）組織開發(fā)了“基于PC-1500機(jī)實(shí)用程序及通訊接口”，該系統(tǒng)共選入98個(gè)程序，主要包括：通用數(shù)字計(jì)算程序、地震專業(yè)程序、事務(wù)管理程序及通訊接口。其中通用數(shù)值計(jì)算程序包括相關(guān)分析計(jì)算、回歸分析計(jì)算、譜分析、簡(jiǎn)單濾波等26個(gè)程序；地震專業(yè)程序包括地震臺(tái)站與地震預(yù)報(bào)部門最常用的各種數(shù)據(jù)處理、報(bào)表編制等63個(gè)程序。莊昆元和王煒（1989）使用Fortran語言開發(fā)了“地震數(shù)據(jù)處理常用方法程序集”，包括地震活動(dòng)性方法和地震前兆數(shù)據(jù)處理方法（Nakai方法擬合、氣壓潮汐改正、地磁幅相法、距平、固體潮理論值計(jì)算），地震數(shù)據(jù)處理通用方法（一元回歸、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、距離計(jì)算）。國(guó)家地震局科技監(jiān)測(cè)司推出與《地震學(xué)分析預(yù)報(bào)方法程式指南》（國(guó)家地震局科技監(jiān)測(cè)司，1990）相配套的大型應(yīng)用軟件系統(tǒng)“中國(guó)地震分析預(yù)報(bào)軟件系統(tǒng)SSEPC”（國(guó)家地震局軟件技術(shù)組，1994）。這是一款集數(shù)據(jù)處理、地震預(yù)報(bào)、文件管理等功能為一體的集成軟件系統(tǒng)，主要功能模塊有地震學(xué)和綜合預(yù)報(bào)，定點(diǎn)形變、大地測(cè)量、跨斷層測(cè)量、應(yīng)力-應(yīng)變、重力學(xué)、地磁學(xué)、地電學(xué)、地下水物理、地下水化學(xué)等。劉耀煒（1997）推出“水化、水位地震預(yù)報(bào)綜合判定方法軟件SHEP”，包括平滑濾波、曲線回歸、趨勢(shì)分析、逐步回歸、相關(guān)距平、相對(duì)方差、異常提取（原始數(shù)據(jù)、一階差分、自適應(yīng)值、短期預(yù)測(cè)、短臨預(yù)測(cè)分析）。1997年，國(guó)家地震局科技監(jiān)測(cè)司推出“地震前兆數(shù)據(jù)常規(guī)處理通用軟件”。1998-1999年，又相繼推出“CAPOmen地震前兆分析處理軟件”和“EIS2000地震前兆信息處理與軟件系統(tǒng)”（蔣駿等，2000）。隨后，中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司引入GIS技術(shù)，提出了研制新一代地震預(yù)報(bào)軟件系統(tǒng)的設(shè)想，2001年推出商業(yè)軟件“測(cè)震學(xué)數(shù)據(jù)處理與分析通用軟件（SuperSeis）”，側(cè)重于測(cè)震學(xué)地震活動(dòng)參數(shù)的計(jì)算和圖像生成（李閩峰等，2001）。2001年6月，中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司推出“基于GIS的地震分析預(yù)報(bào)軟件（MapSIS）”1.0版（陸遠(yuǎn)忠，2006），可實(shí)現(xiàn)地震活動(dòng)、地震前兆資料、地質(zhì)構(gòu)造條件、地球物理環(huán)境及其它空間信息的綜合分析。

蔣海昆（2010）組織研制了“基于GIS的華東南及首都圈震后會(huì)商的軟件系統(tǒng)”，按照地震構(gòu)造環(huán)境和歷史地震活動(dòng)特征，在全國(guó)范圍劃分區(qū)域快速研判震情，能夠在震后5～10min內(nèi)迅速形成初步的震后會(huì)商意見。平建軍等（2013）在全國(guó)分區(qū)基礎(chǔ)上，重點(diǎn)針對(duì)首都圈地區(qū)進(jìn)行了更細(xì)致的分區(qū)資料整理，并組織研制了“華北震后快速響應(yīng)預(yù)案及計(jì)算機(jī)查詢系統(tǒng)”，震后可快速產(chǎn)出預(yù)會(huì)商意見、分區(qū)歷史地震活動(dòng)特征、統(tǒng)一的震情回答口徑內(nèi)容等，以上功能模塊也被全部集成于MapSIS之中。

此外，還有一些優(yōu)秀軟件或?qū)Ｗ⒂谇罢踪Y料處理與分析，如前兆異常識(shí)別軟件（王建國(guó)等，2007）、地震前兆信息量計(jì)算軟件（平建軍等，2013）、前兆數(shù)據(jù)在線處理系統(tǒng)（尹晶飛，2013）、地震前兆數(shù)據(jù)處理與加工系統(tǒng)（蘇融，2014）等；或?qū)Ｗ⒂跁?huì)商技術(shù)的發(fā)展，如虛擬地震會(huì)商系統(tǒng)（黃靜，2004）、三維可視化會(huì)商平臺(tái)（陳石等，2011）、交互式會(huì)商廣播系統(tǒng)（劉堅(jiān)等，2014）等。這些軟件解決了在資料分析和會(huì)商過程中的部分問題。

MapSIS系統(tǒng)在長(zhǎng)達(dá)16年的時(shí)間里，一直免費(fèi)使用、義務(wù)維護(hù)并不斷升級(jí)，且實(shí)現(xiàn)了一定程度的異常自動(dòng)識(shí)別和會(huì)商報(bào)告智能化生成。2015年底，隨著MapSIS開發(fā)所依賴的涉及第三方商業(yè)平臺(tái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題的出現(xiàn)，中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司開始了新一代地震分析預(yù)報(bào)軟件的推動(dòng)工作，并鼓勵(lì)下屬各單位推陳出新，百花齊放。

2016年，防災(zāi)科技學(xué)院推出基于開源平臺(tái)的OpenSIS軟件，實(shí)現(xiàn)了部分地震活動(dòng)參數(shù)計(jì)算和震后趨勢(shì)計(jì)算功能，但由于起步較晚，尚未達(dá)到使用階段。2017年，中國(guó)地震局地球物理研究所陳石聯(lián)合西安數(shù)源軟件有限公司，基于軟件工具Datist（多源數(shù)據(jù)融合專家應(yīng)用軟件，簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)專家）開發(fā)了一套地震分析預(yù)報(bào)會(huì)商平臺(tái)，將一系列數(shù)據(jù)導(dǎo)人、篩選和處理的動(dòng)作，以一個(gè)個(gè)零件的形式串聯(lián)起來，形成一套規(guī)定動(dòng)作的數(shù)據(jù)流模型，實(shí)現(xiàn)了地震目錄查詢、報(bào)告生成等批量化處理。

基于Datist流程化的建模思路對(duì)于地震會(huì)商中的特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和特定規(guī)定動(dòng)作實(shí)現(xiàn)了批量化處理流程，但同時(shí)也有它的局限之處：第一，建模需要專業(yè)知識(shí)和編程基礎(chǔ)，由于Datist只是針對(duì)數(shù)據(jù)整理的建模工具，要進(jìn)行專業(yè)的資料分析和制圖需要引入Matlab、Surfer、GMT等第三方工具編寫算法并打包為動(dòng)態(tài)鏈接庫再行調(diào)用。專家發(fā)布好的模型，如果需要針對(duì)實(shí)際場(chǎng)景進(jìn)行算法的重組或輸入輸出的特定修改，則需要掌握專業(yè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)和算法編程相關(guān)知識(shí)，否則容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)銜接錯(cuò)誤。第二，只能針對(duì)一些固定數(shù)據(jù)和固定操作進(jìn)行批量處理，不易進(jìn)行機(jī)器輔助下的人工交互分析。Datist的優(yōu)勢(shì)在于規(guī)定動(dòng)作的批量化操作，適合一次建模、多次重復(fù)的工作。但在地震分析會(huì)商領(lǐng)域，主要依托于預(yù)報(bào)專家豐富的專家知識(shí)和專業(yè)分析，需要大量的人機(jī)交互工作，僅僅依靠批量處理是不夠的。

1.1.2 異常識(shí)別方法

1966年邢臺(tái)地震以來，經(jīng)過幾代入幾十年的不懈努力，中國(guó)的地震預(yù)報(bào)研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步（梅世蓉，1994；張國(guó)民等，1997；陳棋福，石耀霖，1997），地震預(yù)報(bào)理論和方法的研究取得了顯著進(jìn)展。我國(guó)的地震預(yù)報(bào)科學(xué)研究已積累了包括地殼形變、地球化學(xué)、地下流體、地電阻率、地磁、重力、地應(yīng)力等多學(xué)科大量連續(xù)的觀測(cè)資料，震前各單學(xué)科異常地有效識(shí)別與提取是作出正確地震綜合預(yù)報(bào)的關(guān)鍵。老一輩地震研究者探索了多種有物理意義的前兆異常識(shí)別方法，如地應(yīng)變的擴(kuò)容效應(yīng)因子、剪切應(yīng)變強(qiáng)度因子計(jì)算，地磁的轉(zhuǎn)換函數(shù)、最大似然譜估計(jì)方法以及形變、應(yīng)變信息流的提取及合成方法，這些數(shù)據(jù)分析處理方法具有較強(qiáng)的實(shí)用性，有望對(duì)我國(guó)的前兆數(shù)據(jù)分析處理水平的提高起到推動(dòng)作用。

目前制約前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)在地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中有效應(yīng)用的最突出問題是海量高采樣率觀測(cè)數(shù)據(jù)和與之不匹配的分析人員逐天逐臺(tái)的處理和分析模式，傳統(tǒng)的人工分析方法已經(jīng)很難快速在海量觀測(cè)數(shù)據(jù)中有效發(fā)現(xiàn)異常，因此，如何利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和異常自動(dòng)識(shí)別技術(shù)從地震前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)異常，并有效排除由環(huán)境因素和儀器自身因素造成的異常，是一項(xiàng)非常有意義的工作。

隨著地震前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大、觀測(cè)數(shù)據(jù)種類和時(shí)間跨度不斷增加，海量數(shù)據(jù)相應(yīng)分析處理需要具備盡可能高的實(shí)時(shí)性，以便能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)地震前兆異常模式和現(xiàn)象，并進(jìn)行有效應(yīng)對(duì)。針對(duì)上述問題，王建國(guó)等（2007）研制了前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)視和異常自動(dòng)識(shí)別軟件，通過一階差分法、日變幅度法、均方差法可以對(duì)前兆異常進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和報(bào)警。劉子維（2016）提出一種利用多孔小波算法自動(dòng)識(shí)別前兆異常的方法，該方法能夠準(zhǔn)確地在帶有噪聲的模擬數(shù)據(jù)中識(shí)別人為添加的異常模式，同時(shí)也能發(fā)現(xiàn)一些平時(shí)難以感知的微小異常。王秀英等（2015a，b）提出一種前兆觀測(cè)時(shí)序特征量的數(shù)據(jù)檢測(cè)方法和一種基于大數(shù)據(jù)的前兆異常識(shí)別方法。

1.1.3 綜合分析方法

大量震例表明在較大地震發(fā)生前，一定區(qū)域內(nèi)多種觀測(cè)手段會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的異常變化。梅世蓉和姚家榴（1993）指出依靠任何單一手段解決地震預(yù)報(bào)問題都是不可能的，必須走綜合預(yù)報(bào)的道路。因此，如何在單項(xiàng)異常分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合預(yù)報(bào)判定一直是地震預(yù)報(bào)研究與實(shí)踐中極為重要的、也是極為困難的問題。多年來，我國(guó)地震預(yù)報(bào)學(xué)者在地震綜合預(yù)報(bào)研究領(lǐng)域開展了大量有益的研究與探索，取得了許多富有成效的地震綜合預(yù)報(bào)研究成果，如地震綜合計(jì)算預(yù)報(bào)方法（羅蘭格等， 1989）、模式識(shí)別方法（張郢珍等，1991）、積分法（李廣鑫，吳曉芝，1991）、模糊綜合預(yù)報(bào)方法（馮德益等，1989；朱令人，1989）、信息合成方法（周碩愚等，1991；王海濤等，1998，2002）、遺傳算法（陳棋福等，1997）、PP綜合預(yù)報(bào)方法（朱令人等，1994）、地震活動(dòng)綜合效應(yīng)場(chǎng)函數(shù)預(yù)報(bào)方法以及地震綜合函數(shù)場(chǎng)方法（羅蘭格，孫佩卿，1994）。這些方法從不同方面進(jìn)行嘗試，探索可能實(shí)現(xiàn)地震綜合分析預(yù)報(bào)的途徑。

人工智能方面也有諸多學(xué)者做了深入研究，如早期應(yīng)用模式識(shí)別方法綜合分析多項(xiàng)震兆和模式識(shí)別研究及其在地震學(xué)中的應(yīng)用（王碧泉等，1986，1990，1992）：1986年5月，國(guó)家地震局地球物理研究所著手研制第一代“地震預(yù)報(bào)專家系統(tǒng)”，與此同時(shí)進(jìn)行研制的還有安徽省地震局研制的ESEP/PC（Expert System for Earthquake Predic-tion，簡(jiǎn)稱ESEP）系統(tǒng)和國(guó)家地震局分析預(yù)報(bào)中心研制的“地震綜合預(yù)報(bào)專家系統(tǒng)”；2004年，上海地震局研制“地震預(yù)報(bào)專家系統(tǒng)ESEP3.0”（王煒等，2004）將模糊系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，引入了駕馭式的推理機(jī)制，除具有第一代專家系統(tǒng)的符號(hào)推理與解釋功能、以及第二代專家系統(tǒng)的學(xué)習(xí)功能外，還具有較強(qiáng)的人機(jī)交互能力。

1.2 存在問題

目前地震分析會(huì)商系統(tǒng)主要集中體現(xiàn)以下4個(gè)方面的問題：

（1）軟件各自封閉，重復(fù)建設(shè)：當(dāng)前模式中，不同應(yīng)用系統(tǒng)各自獨(dú)成一體，代碼非開源，導(dǎo)致相同的功能重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象明顯。

（2）數(shù)據(jù)資源獨(dú)享，效率低下：目前數(shù)據(jù)資源或數(shù)據(jù)庫是專為某個(gè)應(yīng)用而建，沒有系統(tǒng)化的統(tǒng)管共建，相對(duì)比較獨(dú)立，因而沒有真正意義上形成數(shù)據(jù)資源池和共享，致使數(shù)據(jù)資源利用率和使用效率比較低。

（3）軟件模式單一，智能化弱：用戶操作體驗(yàn)等原因，目前大多系統(tǒng)是C/S（Client/Server）模式的桌面版，又因地震應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)條件限制，分析系統(tǒng)不得不自帶知識(shí)庫和數(shù)據(jù)，功能和支撐知識(shí)庫需不斷迭代更新，軟件更新和操作的智能化程度較低。

（4）業(yè)務(wù)規(guī)范度低，小數(shù)據(jù)思維：對(duì)于規(guī)定會(huì)商動(dòng)作（如周會(huì)商、月會(huì)商、年會(huì)商等）流程化、自動(dòng)化、規(guī)范化程度有待提高；早期的模式識(shí)別和專家系統(tǒng)皆是基于小數(shù)據(jù)找因果思維模式，大數(shù)據(jù)找相關(guān)思維欠缺。

2 發(fā)展建議

為實(shí)現(xiàn)交互式的現(xiàn)代地震預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)，完成《防震減災(zāi)十三五信息規(guī)化》中提出初步實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)資源化、應(yīng)用云端化、業(yè)務(wù)規(guī)范化、服務(wù)智能化”總體目標(biāo)，以及《中國(guó)地震監(jiān)測(cè)發(fā)展設(shè)計(jì)綱要（2016-2035）》②中提出的“會(huì)商資料智能分析”目標(biāo)，針對(duì)上述存在的突出問題，就地震分析會(huì)商系統(tǒng)未來發(fā)展，提出幾點(diǎn)建議：

（1）頂層設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)、科研、觀測(cè)、服務(wù)的互動(dòng)，以云平臺(tái)資源池為基礎(chǔ)，打通資料處理、異常分析、跟蹤評(píng)價(jià)、規(guī)范產(chǎn)品、數(shù)據(jù)共享多業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)“縱向貫通、橫向融合”。以往的數(shù)據(jù)產(chǎn)出與存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)交換與共享、成果服務(wù)等管理軟件分別由各自的專業(yè)人員研發(fā)而成，各個(gè)軟件之間版本不一、中間件各異、各具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，存在著大量的格式?jīng)_突、難以兼容、數(shù)據(jù)冗余等問題。利用成熟的云平臺(tái)資源池技術(shù)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，打通數(shù)據(jù)流動(dòng)通道，統(tǒng)管共建、靈活復(fù)用是現(xiàn)代化會(huì)商平臺(tái)大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)服務(wù)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)從各自為政向協(xié)同發(fā)展的轉(zhuǎn)變和從單純建設(shè)到建管并重的轉(zhuǎn)變。

（2）采用“大數(shù)據(jù)”和“人工智能”技術(shù)，加強(qiáng)不同構(gòu)造區(qū)不同技術(shù)方法的映震能力和適用性分析，優(yōu)化完善地震分析會(huì)商技術(shù)方法庫和每種方法相對(duì)應(yīng)的異常判定標(biāo)準(zhǔn)。近半個(gè)世紀(jì)以來，我國(guó)已經(jīng)積累了豐富的地震震例、異常報(bào)告和序列總結(jié)，如何通過信息挖掘技術(shù)，將這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于如今的地震預(yù)報(bào)實(shí)踐，從而指導(dǎo)優(yōu)化分析方法庫以及異常判定標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)驅(qū)動(dòng)向需求驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)變。是新一代地震分析會(huì)商技術(shù)平臺(tái)應(yīng)該承擔(dān)的責(zé)任。

（3）構(gòu)建“云-網(wǎng)-端”三位一體化方案?！霸啤睘樵破脚_(tái)，“網(wǎng)”是網(wǎng)站，“端”是桌面客戶端和手機(jī)端APP；云端是核心，用戶通過網(wǎng)站或手機(jī)APP定制會(huì)商自動(dòng)化流程，云端將計(jì)算的結(jié)果返回網(wǎng)站或手機(jī)端；桌面客戶端既可在本地交互操作，也可將定制的操作流程在云端運(yùn)行，然后將計(jì)算結(jié)果返回。

（4）建立“專家交互分析”和“智能自動(dòng)分析”相互兼容的發(fā)展模式。針對(duì)成熟的、規(guī)定的會(huì)商動(dòng)作實(shí)行智能化、自動(dòng)處理模式，針對(duì)綜合性的分析研判采用專家交互式模式。既減輕不必要的重復(fù)性勞動(dòng)，提高會(huì)商效率，又解放預(yù)報(bào)專家繁重工作，使他們有充分的精力投入到需要專業(yè)智力支撐的“會(huì)”和“商”工作中。

3 可行性分析

要達(dá)成既定目標(biāo)，關(guān)鍵要有一套行之有效且清晰的方案和實(shí)施路線作基礎(chǔ)，針對(duì)當(dāng)前和未來地震分析會(huì)商的現(xiàn)實(shí)需求，結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)、新方法、新要求，對(duì)上述提出的建議分別從總體設(shè)計(jì)方案和具體實(shí)施技術(shù)路線2方面進(jìn)行可行性分析。

3.1 總體設(shè)計(jì)

地震分析會(huì)商系統(tǒng)是地震業(yè)務(wù)應(yīng)用體系中的重要組成部分，因此有必要先從全貌看清它在未來整個(gè)地震信息化頂層設(shè)計(jì)中所處的位置，理清它與底層支撐的數(shù)據(jù)資源、平臺(tái)，與兄弟層級(jí)其他應(yīng)用，與上層服務(wù)之間的聯(lián)系。如圖1所示，分別從數(shù)據(jù)資源、平臺(tái)接口、云端應(yīng)用、智能服務(wù)4個(gè)維度層級(jí)進(jìn)行總體闡述分析。

（1）數(shù)據(jù)資源層：該層為預(yù)報(bào)分析會(huì)商打通數(shù)據(jù)壁壘通道，形成統(tǒng)一地震數(shù)據(jù)資源池，提供全局、全量、可信、高效的數(shù)據(jù)資源；池中數(shù)據(jù)包括觀測(cè)數(shù)據(jù)、探測(cè)數(shù)據(jù)、調(diào)查（考察）數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、防震減災(zāi)綜合數(shù)據(jù)、其他地震數(shù)據(jù)；以及所需的其他大數(shù)據(jù)，包括氣象、水文、測(cè)繪、地理信息數(shù)據(jù)等。

（2）平臺(tái)接口層：它是連接數(shù)據(jù)資源與云端應(yīng)用的中間層，通過平臺(tái)接口層讀取數(shù)據(jù)給云端應(yīng)用層使用，該層提供開放、共享、靈活、復(fù)用的各類數(shù)據(jù)接口，大致分2類：平臺(tái)服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)接口，平臺(tái)服務(wù)接口主要包括公共接口、消息接口、緩存接口、中間件接口、集成接口、大數(shù)據(jù)接口；數(shù)據(jù)服務(wù)接口主要包括主數(shù)據(jù)接口、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)接口、應(yīng)用數(shù)據(jù)接口、基于場(chǎng)景數(shù)據(jù)接口等。

（3）云端應(yīng)用層：地震業(yè)務(wù)上云端，即應(yīng)用云端化，各應(yīng)用間形成高效協(xié)同，該層是研究的核心，地震分析會(huì)商系統(tǒng)就處在分析會(huì)商云中，核心業(yè)務(wù)包括常規(guī)會(huì)商（周、月、年度會(huì)商等）、緊急會(huì)商、加密會(huì)商、震情會(huì)商、趨勢(shì)研判、決策支持，當(dāng)然還包括其他應(yīng)用云：如監(jiān)測(cè)預(yù)警、震害防御、應(yīng)急救援、科技創(chuàng)新云等。

（4）智能服務(wù)層：該層利用云端應(yīng)用層生產(chǎn)的產(chǎn)品，通過智能化方式向社會(huì)、行業(yè)、決策、科研、創(chuàng)新提供服務(wù)，以提升社會(huì)感知為終極目標(biāo)。

以上4個(gè)層級(jí)以松耦合方式獨(dú)立存在；云端應(yīng)用層中的分析會(huì)商云是新一代地震分析會(huì)商系統(tǒng)的基石，因此，它的實(shí)施技術(shù)路線是我們關(guān)注的重點(diǎn)。

3.2 技術(shù)路線

新一代地震分析會(huì)商系統(tǒng)是要構(gòu)建1套基于大數(shù)據(jù)云平臺(tái)的集自動(dòng)化、智能化為一體的會(huì)商系統(tǒng)，以提高會(huì)商效率。系統(tǒng)的實(shí)施建設(shè)由以下幾個(gè)階段組成（圖2）：第一階段建立數(shù)據(jù)資源池平臺(tái)，第二階段在數(shù)據(jù)池基礎(chǔ)上開發(fā)統(tǒng)一的平臺(tái)接口，第三階段建立支撐分析會(huì)商的基礎(chǔ)模型算法信息庫，第四階段封裝功能模塊為積木式獨(dú)立單元，第五階段研發(fā)專家交互模式和自動(dòng)流程定制模式的智能會(huì)商子系統(tǒng)。第一階段數(shù)據(jù)資源池的建立因已在初步建設(shè)和實(shí)施，在此不作贅述，重點(diǎn)闡述第二至第五階段。

3.2.1 平臺(tái)接口

接口是互訪雙方之間數(shù)據(jù)交互的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其實(shí)現(xiàn)包括2個(gè)步驟：接口定義和接口實(shí)現(xiàn)。

接口定義分3步：①交互機(jī)制設(shè)計(jì)（同步請(qǐng)求/應(yīng)答方式、異步請(qǐng)求/應(yīng)答方式、會(huì)話方式、廣播通知方式、事件訂閱方式、可靠消息傳輸方式、文件傳輸）：②接口技術(shù)選擇（WebSerⅥce、Scoket、消息中間件、文件方式、共享數(shù)據(jù)庫等）：③接口定義格式（根據(jù)所選技術(shù)，實(shí)際情況用XML來定義即可）

接口實(shí)現(xiàn)，除實(shí)現(xiàn)總體設(shè)計(jì)上述平臺(tái)服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)2大類接口功能外，還應(yīng)考慮接口的非功能性因素：高性能，支持高并發(fā)，大容量，速度快；②健壯性，防止因大量數(shù)據(jù)，或大量占用資源導(dǎo)致系統(tǒng)不可用；③可監(jiān)控，隨時(shí)看到接口的運(yùn)行情況，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并排除故障；④可擴(kuò)展，包含2個(gè)方面：一是可支持?jǐn)U展新功能，二是并發(fā)增加時(shí)支持?jǐn)U展新硬件。如讀取數(shù)據(jù)庫或大數(shù)據(jù)的接口，通用、專用計(jì)算接口、各種繪圖接口，PPT、Excel、Word自動(dòng)生成接口，這些接口既可被代碼調(diào)用，也可生成程序獨(dú)立運(yùn)行。

3.2.2 基礎(chǔ)支撐模型信息庫建立

基礎(chǔ)支撐模型信息庫包括異常信息庫、前兆、測(cè)震方法庫和人工智能模型庫。

異常信息庫包括測(cè)震異常信息庫和前兆異常信息庫。一方面需要從歷年地震趨勢(shì)會(huì)商報(bào)告中找到測(cè)震、前兆異常信息；另一方面需要使用異常自動(dòng)識(shí)別方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再分析，補(bǔ)充地震趨勢(shì)會(huì)商報(bào)告中沒有提到的異常。

前兆、測(cè)震識(shí)別方法庫可以讀取數(shù)據(jù)資源池?cái)?shù)據(jù)，通過后臺(tái)異常計(jì)算程序，將數(shù)據(jù)異常按測(cè)項(xiàng)分量存入異常指標(biāo)庫。

人工智能模型庫可以剔除不適用的傳統(tǒng)分析方法、繼承優(yōu)化最新研究成果；建設(shè)完備適用的數(shù)據(jù)分析方法資源庫。其中，傳統(tǒng)前兆類數(shù)據(jù)分析方法包括小波分析、周期分析、去趨勢(shì)分析、擬合分析、回歸分析、濾波分析等；地震活動(dòng)性分析方法包括波速比、條帶空區(qū)、b值、視應(yīng)力、H值等；數(shù)據(jù)異常分析方法包括差分、臺(tái)階檢測(cè)、第四統(tǒng)計(jì)力學(xué)等；機(jī)器學(xué)習(xí)分析方法包括決策樹、隨機(jī)森林、邏輯回歸、支持向量機(jī)、樸素貝葉斯、K最近鄰算法、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

3.2.3 封裝功能模塊為積木式獨(dú)立單元

通過平臺(tái)接口可獲得資源池?cái)?shù)據(jù)，通過分析模型算法信息庫可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析操作，有了數(shù)據(jù)和分析操作，便可按需求進(jìn)行功能劃分，對(duì)數(shù)據(jù)和操作進(jìn)行任意邏輯組合功能封裝，功能模塊化封裝組合成一個(gè)個(gè)的小程序，諸多小程序可以組合成一個(gè)大程序，小程序和大程序皆可批量處理；也可通過可視化程序界面類似工具箱進(jìn)行拖拽，按人機(jī)交互方式步驟一步步運(yùn)行；最終使其能形成像積木一樣可被調(diào)用的獨(dú)立運(yùn)行單元，如圖3所示，要完成某項(xiàng)功能時(shí)，直接通過指令按以下格式：“功能模塊單元名+參數(shù)1+參數(shù)2+參數(shù)3+…+參數(shù)N”調(diào)用即可完成。

3.2.4 構(gòu)建智能自動(dòng)分析和專家交互分析相互兼容模式

（1）“云-網(wǎng)-端”一體化

要同時(shí)滿足智能自動(dòng)分析和專家交互分析模式相互兼容，可通過構(gòu)建“云-網(wǎng)-端”一體化的方案解決，如圖4所示，“云”為分析會(huì)商云端，是整個(gè)系統(tǒng)的核心；“網(wǎng)”為網(wǎng)站，是連接用戶和云端的中間界面，可發(fā)布信息和傳遞結(jié)果；“端”為桌面客戶端和手機(jī)端APP；用戶可通過手機(jī)或網(wǎng)站給云端發(fā)送操作指令，云端收到操作指令完成相應(yīng)操作后，將結(jié)果返回手機(jī)或網(wǎng)站；桌面客戶端可在本地操作運(yùn)行，也可將指令推送到云端執(zhí)行，完成后返回計(jì)算結(jié)果。

（2）智能自動(dòng)分析模式

有了功能齊全獨(dú)立可運(yùn)行的模塊單元，要定制會(huì)商自動(dòng)化流程，就更為簡(jiǎn)單，因每個(gè)功能模塊對(duì)應(yīng)一條指令就可完成，比如要完成日常周會(huì)商需調(diào)用8個(gè)功能模塊單元，則在手機(jī)端APP或網(wǎng)站撰寫8條指令的批處理文件，然后上傳至云端，云端收到文件解譯、執(zhí)行便即可替用戶完成該工作，并將結(jié)果返回。

（3）專家交互分析模式

專家交互模式主要通過研發(fā)桌面客戶端實(shí)現(xiàn)，將平臺(tái)接口和基礎(chǔ)模型算法庫集成至桌面客戶端軟件，并研發(fā)人機(jī)交互界面，供專家進(jìn)行交互操作；桌面客戶端也可通過功能單元與云端定制自動(dòng)化流程，在云端執(zhí)行，并返回結(jié)果。

分析智能化主要通過深度學(xué)習(xí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，深度網(wǎng)絡(luò)模型是該技術(shù)的核心，循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Re-current Neural Network，簡(jiǎn)稱RNN）是一種節(jié)點(diǎn)定向連接成環(huán)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，非常適合地震時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析的場(chǎng)景。

（4）算法與涉密數(shù)據(jù)處理

新一代地震分析會(huì)商系統(tǒng)在云端開源共享，以促進(jìn)分析預(yù)報(bào)方法共同向前發(fā)展。涉密數(shù)據(jù)，僅允許用戶在服務(wù)器云端進(jìn)行分析處理，即數(shù)據(jù)可用不可取走，最后用戶只能取走分析結(jié)果；非涉密數(shù)據(jù)，可通過桌面客戶端將其自動(dòng)下載到本地。

4 結(jié)論與討論

通過剖析目前地震分析會(huì)商系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及存在的問題，提出了其未來發(fā)展的幾點(diǎn)建議，并就建議的可行性，從總體設(shè)計(jì)到實(shí)施技術(shù)路線2方面進(jìn)行分析闡述。

（1）頂層設(shè)計(jì)新一代地震分析會(huì)商系統(tǒng)，利用成熟的云平臺(tái)資源池技術(shù)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)接口，打通數(shù)據(jù)流動(dòng)通道，實(shí)現(xiàn)地震“數(shù)據(jù)資源化”的縱向貫通、橫向融合，也為“大數(shù)據(jù)”思維提供了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。

（2）構(gòu)建靈活系統(tǒng)、分析方法、數(shù)據(jù)區(qū)域等自定義的全新用戶體驗(yàn)?zāi)Ｊ?，促進(jìn)分析預(yù)報(bào)方法開源、共享、開放，為實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)規(guī)范化打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（3）提出“云-網(wǎng)-端”一體化方案，為應(yīng)用云端化，解決系統(tǒng)更新繁瑣、模塊固化、復(fù)用困難等問題提供新思路。

（4）采用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)技術(shù)，優(yōu)化完善分析會(huì)商技術(shù)方法，剔除預(yù)測(cè)效能低、適用性差的舊有算法；建立“專家交互分析”和“智能自動(dòng)分析”兼容系統(tǒng)模式，從而既可實(shí)現(xiàn)會(huì)商服務(wù)智能化又可提高會(huì)商效率。

地震分析會(huì)商系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)體系中的一個(gè)重要上層應(yīng)用，技術(shù)上，其下層是以數(shù)據(jù)資源池、統(tǒng)一數(shù)據(jù)與中間件接口作支撐，中間層涉及與各類優(yōu)化傳統(tǒng)分析算法庫以及人工智能算法庫的對(duì)接；功能上，既要滿足分析人員規(guī)定會(huì)商動(dòng)作的自動(dòng)化、流程化定制，以減少用戶大量重復(fù)工作強(qiáng)度；又要兼顧符合專家參與的交互人工智能模式，以借力增強(qiáng)系統(tǒng)的“智力”。為此，在未來該系統(tǒng)的建設(shè)過程中，要處理好與之相關(guān)層級(jí)的邊界關(guān)系，還應(yīng)考慮與地震信息標(biāo)準(zhǔn)化體系、安全體系結(jié)合來提高系統(tǒng)的規(guī)范和安全性，以便使其融人整個(gè)地震信息化的頂層設(shè)計(jì)中，這樣才能更好地發(fā)揮新一代地震分析會(huì)商系統(tǒng)的重要作用，為我國(guó)地震預(yù)報(bào)事業(yè)向前發(fā)展注人新動(dòng)力。

本文撰寫過程中，得到中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心王方建研究員、彭克銀研究員的熱心解答和幫助，同時(shí)也得到中國(guó)地震局信息化工作組專家的支持；技術(shù)方案獲得了南京云創(chuàng)公司地震事業(yè)部成員的幫助，向他們表示忠心的感謝！

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