基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的地震監(jiān)測預(yù)報體系構(gòu)建研究

朱春露 劉璐

摘? ?要：本文在概述大數(shù)據(jù)技術(shù)的特征與技術(shù)組成的基礎(chǔ)上，分析了大數(shù)據(jù)技術(shù)在地震監(jiān)測預(yù)報中作用，提出了構(gòu)建地震監(jiān)測預(yù)報體系大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的主要內(nèi)容，最后以河南電子政務(wù)公共云平臺為例，對其服務(wù)結(jié)構(gòu)框架進行了介紹，以期為其它地震監(jiān)測預(yù)報機構(gòu)所參考。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)技術(shù)? 地震監(jiān)測預(yù)報體系? ?平臺

中圖分類號：P315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）06（a）-0142-02

地震作為地球的自然現(xiàn)象之一，長期以來一直威脅著人類社會的發(fā)展。隨著技術(shù)人員獲取數(shù)據(jù)、利用數(shù)據(jù)進行綜合判斷能力的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)技術(shù)也獲得了跨越式進步，如何通過大數(shù)據(jù)技術(shù)來實現(xiàn)對地震的監(jiān)測預(yù)報，已成為地震預(yù)防事業(yè)發(fā)展的新動向[1]。因此，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)進行地震監(jiān)測預(yù)報體系的構(gòu)建，對于預(yù)防震情，做好防震減災(zāi)工作具有很強的指導(dǎo)意義。

1? 大數(shù)據(jù)技術(shù)的特征與技術(shù)組成

大數(shù)據(jù)也被叫作巨量資料，它具備了顯著的“4V特征”，也就是高價值、大容量、快速獲取分析與多樣性。大容量的含義是，數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)聚合起來，以便于人們進行研究和分析。通常情況下有效期限內(nèi)無法有效地利用如今采取常見的各種主流軟件工具，對此類數(shù)據(jù)進行采集、梳理和分析，為做出正確決策與預(yù)測發(fā)展預(yù)測提供可靠的信息;海量數(shù)據(jù)帶來的危機，亦非數(shù)據(jù)量的迅速增加，它涉及了數(shù)據(jù)類型的變化，也就是說，出現(xiàn)了多樣化的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)多樣化的含義是，大數(shù)據(jù)涵蓋了非結(jié)構(gòu)化、結(jié)構(gòu)化的各種數(shù)據(jù)，與來源、領(lǐng)域各不相同，卻能夠用作同一目的研究的各種數(shù)據(jù)。高價值的含義是，從大數(shù)據(jù)中挖掘出的一些關(guān)系，能夠有效地預(yù)測事物的變化與發(fā)展趨勢，為正確決策提供可靠的依據(jù)。快速化的含義是，快速地開展數(shù)據(jù)的處理、應(yīng)用、分析與獲取工作，在此基礎(chǔ)上做出針對性的反應(yīng)。

大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)方興未艾，大數(shù)據(jù)技術(shù)指的是，設(shè)計用來快速及時地分析、發(fā)現(xiàn)與收集各類大規(guī)模數(shù)據(jù)，進而提取出具備了預(yù)測價值的新型機制與科技。它不但涵蓋了數(shù)據(jù)儲存、可視呈現(xiàn)、合并壓縮、格式轉(zhuǎn)換，而且涵蓋了知識發(fā)現(xiàn)、統(tǒng)計分析、決策支持，此外也包括了清洗過濾、分類聚類、關(guān)聯(lián)規(guī)則以及序列路徑等在內(nèi)的技術(shù)。整體來看，這項技術(shù)涵蓋了三個方面。首先是云技術(shù)，它主要包括感知技術(shù)、云計算、存儲技術(shù)分布式處理技術(shù)。它的主要目標是匯集、獲取、存儲相關(guān)數(shù)據(jù)，并對它們進行歸類。其次是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，主要包括了異常分析、分類分析、關(guān)聯(lián)分析、特異群組分析、演變分析，重點是做好事物間的一些相關(guān)性分析，也就是說采取充足的數(shù)據(jù)開展相關(guān)性分析。從它的本質(zhì)來看，它可以使人們轉(zhuǎn)變因為缺乏充足的數(shù)據(jù)量而產(chǎn)生的認識偏見，通過充足的數(shù)據(jù)分析來把握客觀事實。它的重心是能夠成功地預(yù)測未來。再次，它重點是可視化技術(shù)，側(cè)重分析了新數(shù)據(jù)表達方式多維坐標排列分析以及動態(tài)變化演示等方面，側(cè)重是數(shù)據(jù)分析以及結(jié)果展示[2]。

2? 大數(shù)據(jù)技術(shù)在地震監(jiān)測預(yù)報中作用

2.1 大數(shù)據(jù)屬于多樣本分析，能提升地震預(yù)測成功率

以往地震預(yù)測屬于非常具有代表性的小規(guī)模數(shù)據(jù)分析，通常情況下希望找出關(guān)于地震發(fā)生的相關(guān)樣本，以闡釋地震的形成。從大數(shù)據(jù)思維來看，應(yīng)系統(tǒng)地分析所得到的全部樣本或關(guān)于某種特別現(xiàn)象的全部數(shù)據(jù)，對它們進行論證和檢驗。不再聚焦于隨機采樣，不再將孤立的某種現(xiàn)象當作預(yù)測地震趨勢的僅有依據(jù)。毫無疑問它會增加地震預(yù)測的成功率，而且?guī)砀嗟陌l(fā)現(xiàn)。通常情況下，“大數(shù)據(jù)”采取大樣本或者全樣本數(shù)據(jù)，進行相應(yīng)的概率統(tǒng)計，找出數(shù)據(jù)、結(jié)果與相關(guān)現(xiàn)象之間的關(guān)系。它應(yīng)該闡釋開展了何種類型的數(shù)據(jù)分析，獲得了什么樣的“結(jié)論”。由于大數(shù)據(jù)立足于所獲取的全部數(shù)據(jù)，至少立足于盡可能豐富的各種數(shù)據(jù)，因此它能夠?qū)毠?jié)進行正確的驗證，開展更多分析[3]。

2.2 大數(shù)據(jù)促進地震數(shù)據(jù)融合，加速數(shù)據(jù)實時分析

地震發(fā)生呈現(xiàn)出準周期性，相同地區(qū)出現(xiàn)強震的時間間隔，通常情況下是幾年時間到幾十年時間不等，乃至于數(shù)百年時間。所以，單一地震事件缺乏足夠的樣本，研究世界震例，會豐富數(shù)據(jù)樣本。如此以來，應(yīng)該把國內(nèi)外的震例數(shù)據(jù)融合起來，更好地研究和分析全球地震的發(fā)展變化。可以肯定的是，世界范圍內(nèi)的地震數(shù)據(jù)既存在著共同點，又存在著一些差異。這就要求人們樹立大數(shù)據(jù)思維，既要融合分析各學(xué)科的相關(guān)數(shù)據(jù)與宏觀異常，對比歷史震例，又應(yīng)該比較構(gòu)造環(huán)境存存在差異背景下哪此方面的變化是關(guān)于地震發(fā)生的內(nèi)容。因此，大數(shù)據(jù)會促使地震預(yù)報監(jiān)測外部與內(nèi)部之間的數(shù)據(jù)源進行融合，持續(xù)強化該領(lǐng)域的國際合作。

2.3 大數(shù)據(jù)使地震預(yù)測不再聚焦于發(fā)現(xiàn)因果關(guān)系。

大數(shù)據(jù)以更簡潔的方法，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，而且獲得了更理想的效果，無需盡量探尋因果關(guān)系。小數(shù)據(jù)時代的地震預(yù)測涵蓋了兩個主要方向，首先是尋找其中的因果關(guān)系，其次是尋找關(guān)于地震的樣本，比如探尋異常點等。然而導(dǎo)致地震發(fā)生的原因非常復(fù)雜，體現(xiàn)出了空間、時間方面的復(fù)雜性，而且也涉及到“數(shù)據(jù)量復(fù)雜性”。然而究竟哪些現(xiàn)象與地震關(guān)系密切，迄今為止尚無明確的答案。在大數(shù)據(jù)背景下，地震預(yù)測應(yīng)該立足于密集觀測，多樣本或者全樣本分析，很可能找出地震與地震前兆之間的具體關(guān)系。所以，大數(shù)據(jù)技術(shù)的運用，可以讓人們發(fā)現(xiàn)其中的相關(guān)關(guān)系，進而提升人類地震預(yù)測的能力[4]。

2.4 大數(shù)據(jù)改變了以往的地震監(jiān)測預(yù)報手段。

大數(shù)據(jù)立足于多樣本分析，或者是特定現(xiàn)象全部樣本的各種數(shù)理統(tǒng)計，應(yīng)該深度挖掘，方可展現(xiàn)它的數(shù)據(jù)價值。從大數(shù)據(jù)時代來看，地震預(yù)測預(yù)報易于挖掘與匯總世界的各種地震觀測數(shù)據(jù)，包括但不限于我國當前的地震觀測資料和信息。它會在很大程度上充實地震預(yù)報監(jiān)測的數(shù)據(jù)量，讓人們更準確地把握震情。

3? 構(gòu)建地震監(jiān)測預(yù)報大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的主要內(nèi)容

大數(shù)據(jù)的核心價值，不是掌握更大數(shù)量的數(shù)據(jù)與信息，而是它深挖處理有價值信息的能力。從頂層設(shè)計原則來看，它要借助物聯(lián)網(wǎng)終端，從各個視角搜集地球物理方面的各類探測信息，打造“天地立體化”地震監(jiān)測預(yù)報大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，對地震進行精準定位，實施地震應(yīng)急決策管理等[5]。其中主要內(nèi)容包括以下三個方向：

（1）打造地震數(shù)據(jù)處理存儲系統(tǒng)，以分布式儲存地震的相關(guān)數(shù)據(jù)資源，安排相應(yīng)的并行計算框架，為地震管理、分析與處理地震大數(shù)據(jù)，提供必不可少的服務(wù)。與此同時，應(yīng)該切實增強地震預(yù)報監(jiān)測機制服務(wù)平臺，提升網(wǎng)絡(luò)、存儲與計算等資源的使用效率。

（2）打造以地震科學(xué)數(shù)據(jù)為核心的數(shù)據(jù)庫，健全和農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、水文、氣象等機關(guān)共享數(shù)據(jù)的相關(guān)制度，破除行業(yè)局限，以跨界共享資源，為挖掘與分析地震數(shù)據(jù)，提供必要的數(shù)據(jù)支撐。

（3）研發(fā)行業(yè)專家分析系統(tǒng)，借助大數(shù)據(jù)、云計算較強的處理能力，組建監(jiān)測地震前兆異常數(shù)據(jù)信號的相關(guān)制度，把震前數(shù)據(jù)異常變化的相關(guān)特征提取出來，分析和把握地球板塊振動規(guī)律受地球內(nèi)部化學(xué)能量、氣候變化影響的相關(guān)機理，為動態(tài)地預(yù)測地震災(zāi)害、做出科學(xué)決策，提供有力的技術(shù)支持。

4? 地震監(jiān)測預(yù)報大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺案例簡介

河南電子政務(wù)公共云平臺將標準化x86服務(wù)器為低層，設(shè)置相應(yīng)的云操作系統(tǒng)，依據(jù)相關(guān)集群，有效地整合各種大數(shù)據(jù)服務(wù)與云服務(wù)，為外界統(tǒng)一提供可靠的電子資源服務(wù)。從云操作系統(tǒng)來看，其底層運用了分布式文件系統(tǒng)，把一般化的個人電腦服務(wù)器中的磁盤資源聚合起來，屏蔽了其中的硬件差異，提供了非常系統(tǒng)化、完善化的存儲空間。分布式調(diào)度系統(tǒng)被運用在云操作系統(tǒng)中，并實施了有向無環(huán)圖的方法。彈性計算服務(wù)重點是創(chuàng)造良好的運作環(huán)境，為地震應(yīng)急系統(tǒng)正常工作提供支持。數(shù)據(jù)處理服務(wù)能力持續(xù)提升，可以對數(shù)量龐大的地震數(shù)據(jù)進行離線處理。再者，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫側(cè)重為各類關(guān)系型數(shù)據(jù)庫提供有力的支持。負載均衡主要是平衡4層-7層協(xié)議的諸多負載。云盾主要是發(fā)揮自身的安全防護作用。整合這些服務(wù)后，形成了可靠的、海量的計算以及存儲資源。從有關(guān)實驗結(jié)果可以看出，河南電子政務(wù)立足于公共云平臺為，構(gòu)建了相對完善的地震大數(shù)據(jù)支持框架，能夠為分布式、批量化地處理相關(guān)數(shù)據(jù)提供可靠的解決方案。與此同時，該平臺可以提升數(shù)據(jù)訪問的吞吐量，尤其擅長儲存大容量的文件，比如TP級別以及PB級別的大文件。

5? 結(jié)語

大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，在更好地服務(wù)于人類社會發(fā)展的同時，也引領(lǐng)了思維模式的創(chuàng)新。這就意味著，地震監(jiān)測預(yù)報的工作模式也應(yīng)當與時俱進的同大數(shù)據(jù)技術(shù)進行深度融合，從而逐步推動地震監(jiān)測預(yù)報事業(yè)的創(chuàng)新式發(fā)展。展望未來，地震監(jiān)測預(yù)報工作者應(yīng)當努力提高自身運用大數(shù)據(jù)技術(shù)的水平，爭取通過大數(shù)據(jù)技術(shù)的準確運用來進一步減少地震所帶來的危害。

參考文獻

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[2] 陳翔，馬迅飛，王學(xué)軍，等.大數(shù)據(jù)分析技術(shù)及其在地震資料處理中的應(yīng)用與效果[J].信息系統(tǒng)工程， 2018（11）：98-100.

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