崇明地震臺(tái)新井水位干擾處理軟件的開發(fā)與應(yīng)用

潘國勇，魏 薇，朱佳苗，朱培育，趙俊香，施俊杰，戴樂翔，張 藝，龔 耀

(上海市地震局崇明地震臺(tái)，上海 202164)

0 引言

上海崇明地震臺(tái)新井水位(以下簡稱“崇明臺(tái)新井水位”)自2016年11月26日投入觀測(cè)以來，受同井抽水活動(dòng)的影響[1-2]，每天會(huì)出現(xiàn)固定的臺(tái)階干擾，直接影響了水位數(shù)據(jù)的利用率和前兆數(shù)據(jù)的分析工作。運(yùn)用“中國地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2011版”或者“中國地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 2018集成版”軟件對(duì)臺(tái)階進(jìn)行處理時(shí)，需要手動(dòng)輸入臺(tái)階的起止時(shí)間和修正參數(shù)，效率低下。為提高前兆數(shù)據(jù)預(yù)處理的效率，崇明臺(tái)研制出了水位干擾自動(dòng)處理軟件。該軟件基于Visual Studio 2015開發(fā)環(huán)境，使用VB.NET語言開發(fā)，可在Windows XP、Windows 7及以上操作系統(tǒng)下運(yùn)行[3-4]，能夠自動(dòng)計(jì)算干擾幅度、干擾的起止時(shí)間，并可以將這些信息以文字的形式直觀地顯示出來，最重要的是能夠?qū)崿F(xiàn)臺(tái)階的自動(dòng)處理。該軟件的運(yùn)用提高了崇明水位數(shù)據(jù)的利用率和前兆數(shù)據(jù)異常的判識(shí)度。

1 設(shè)計(jì)目的及思路

基于提高水位數(shù)據(jù)利用率，使其能夠清晰地記錄固體潮和水震波等重要信息動(dòng)態(tài)變化的目的,對(duì)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)?；舅悸肥抢藐P(guān)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值通過正常的水位數(shù)據(jù)尋找，然后采用循環(huán)方法使程序自動(dòng)尋找干擾的起止點(diǎn)，記錄相應(yīng)的時(shí)間和幅度，進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。剔除水位下降和恢復(fù)過程中的干擾數(shù)據(jù)，通過插值，擬合出水位變化曲線。

2 軟件功能設(shè)計(jì)

根據(jù)研究目的，對(duì)系統(tǒng)功能模塊進(jìn)行了具體設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)主要由三大功能模塊和其他一些輔助項(xiàng)組成(如圖1所示)。數(shù)據(jù)讀取模塊方式有兩種：一種是根據(jù)需要從已下載的本地文件中選擇讀取，另一種是根據(jù)操作人員給出的時(shí)間參數(shù)自動(dòng)從市局服務(wù)器中讀取；繪圖模塊根據(jù)操作員給定的時(shí)間參數(shù)等要求自動(dòng)繪制原始數(shù)據(jù)的分鐘值曲線；預(yù)處理模塊自動(dòng)處理臺(tái)階，以圖形的結(jié)果顯示出來，干擾的起止時(shí)間和幅度也在右上角以文字形式顯示；輔助功能模塊是為了便于分析圖形，設(shè)計(jì)圖形的縮放、還原、標(biāo)記、顯示數(shù)值、數(shù)據(jù)導(dǎo)出和保存圖形等功能。

圖1 功能模塊設(shè)計(jì)Fig.1 Function module design

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)程序的功能在一個(gè)類frmSW中實(shí)現(xiàn)，包含Button1_Click()、ItoTime()和btnChuli_Click()、btnFile_Click()、btnCurve1_Click()方法(見表1)。btnFile_Click(sender As Object, e As EventArgs)方法用于點(diǎn)擊文件選擇按鈕時(shí)，彈出選擇文件對(duì)話框，將已選擇的文件路徑顯示在對(duì)應(yīng)的文本框內(nèi)；btnCurve1_Click(sender As Object, e As EventArgs)方法用于點(diǎn)擊通過讀取數(shù)據(jù)文件進(jìn)行繪圖的按鈕時(shí)，根據(jù)選取文件里的水位數(shù)據(jù)繪制曲線；Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs)方法用于點(diǎn)擊通過讀取數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖的按鈕時(shí)，根據(jù)所選日期，繪制當(dāng)天的水位曲線；btnChuli_Click(sender As Object, e As EventArgs)方法用于點(diǎn)擊預(yù)處理按鈕時(shí)，通過設(shè)定好的算法，剔除水位下降和恢復(fù)過程中的干擾數(shù)據(jù)，擬合出水位變化曲線；ItoTime(i As Integer)方法通過參數(shù)傳遞，將給定的整型數(shù)值轉(zhuǎn)化為“小時(shí)：分鐘”格式的時(shí)間顯示形式。

表1 類圖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 程序界面設(shè)計(jì)

程序界面設(shè)計(jì)時(shí)秉承簡潔、實(shí)用的原則，力求實(shí)現(xiàn)最簡單、高效的操作。為便于對(duì)比分析，整個(gè)程序設(shè)計(jì)一個(gè)窗體，設(shè)有實(shí)現(xiàn)不同功能的按鈕，無需登錄即可實(shí)現(xiàn)處理操作。崇明臺(tái)新井水位處理系統(tǒng)主界面如圖2所示，上部左側(cè)兩個(gè)文本框可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)文件的讀取。由于崇明臺(tái)新井水位數(shù)據(jù)已接入市局前兆服務(wù)器，所以為了方便，設(shè)計(jì)兩種不同的讀取方式。從本地文件讀取，直接選擇已經(jīng)下載的本地文件(.xlsx、.xls格式)(見圖3)；根據(jù)操作員給定的時(shí)間參數(shù)，從市局前兆服務(wù)器中直接讀取(見圖4)。繪圖按鈕實(shí)現(xiàn)了繪制原始數(shù)據(jù)分鐘值曲線，在圖上右擊還可以實(shí)現(xiàn)一些輔助功能(見第8頁圖5)。預(yù)處理按鈕是按照設(shè)定的算法對(duì)臺(tái)階的起止時(shí)間、幅度等進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)對(duì)臺(tái)階進(jìn)行處理。去除臺(tái)階后，通過插值擬合，擬合曲線在繪圖區(qū)下方區(qū)域顯示。從處理結(jié)果看，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，能夠清晰記錄固體潮(見第8頁圖6)。干擾信息顯示是將預(yù)處理中的干擾信息以文字形式在此直觀的顯示出來。

圖2 程序主界面Fig.2 Program main interface

圖3 從本地文件讀取數(shù)據(jù)界面Fig.3 Reading data interface from local files

圖4 從市局服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)界面Fig.4 Reading data interface from servers of municipal Bureaus

5 程序應(yīng)用結(jié)果分析

圖5 繪制原始分鐘值圖Fig.5 Drawing original minute map

圖6 預(yù)處理界面圖Fig.6 Preprocessing interface diagram

圖7 程序處理前后水位曲線對(duì)比圖Fig.7 Contrast chart of water-level curve before and after processing

對(duì)比圖7的運(yùn)用水位干擾處理軟件對(duì)臺(tái)站水位進(jìn)行預(yù)處理前后的曲線發(fā)現(xiàn)，原始曲線每天的固定臺(tái)階變幅較大，且由于臺(tái)階的存在使得整條曲線受到了明顯壓制，數(shù)據(jù)無法正常使用與分析，導(dǎo)致很多前兆信息不能充分體現(xiàn)；軟件預(yù)處理后的曲線更清晰、直觀地反映固體潮、水震波等重要信息的動(dòng)態(tài)變化，為震情的判定工作提供參考依據(jù)。

6 結(jié)論

崇明臺(tái)新井水位干擾處理軟件已于2018年5月在崇明地震臺(tái)投入使用，運(yùn)行期間程序工作正常，無卡頓和意外終止等故障發(fā)生。從處理結(jié)果看，解決了抽水干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)臺(tái)階的問題，達(dá)到了預(yù)期開發(fā)目

的。從運(yùn)行情況看，程序?qū)崿F(xiàn)了各項(xiàng)設(shè)計(jì)功能，且具備較高的可靠性。