基于Datist的測震分析月報自動產(chǎn)出技術(shù)研發(fā)

王宇航,龐 瑤,宮 悅,顏利君,黃春梅

( 四川省地震局，四川 成都 610041)

省級測震臺網(wǎng)運行月報是四川省數(shù)字測震臺網(wǎng)的日常產(chǎn)出任務(wù)之一，也是數(shù)字臺網(wǎng)運行維護和數(shù)據(jù)產(chǎn)出統(tǒng)計總結(jié)的重要記錄。其中數(shù)據(jù)處理與產(chǎn)出章節(jié)包括了編目、速報等測震分析情況，需要對地震目錄按不同標準(日期、震中位置、震級大小)進行分類統(tǒng)計，繪制震中分布圖，并按照速報評比細則對速報地震事件進行初步自評。四川地區(qū)為地震多發(fā)地區(qū)，四川省測震臺網(wǎng)每月處理的編目地震事件在2 000條以上，其中：編目數(shù)據(jù)統(tǒng)計需要下載指定月份完整的地震目錄，然后按照不同條件對處理的地震事件進行分類篩選統(tǒng)計并繪制震中分布圖；速報除了對速報地震目錄的分類匯總和繪制速報地震震中分布圖外，還需對每次速報地震事件進行質(zhì)量自評。目前四川省數(shù)字測震臺網(wǎng)的上述工作內(nèi)容全部由人工完成，內(nèi)容枯燥過程繁瑣。若用自動化流程替代人工來完成這一系列程式化的工作，輔助月報生成，可顯著提高工作效率，節(jié)約人力資源。

1 Datist平臺及應(yīng)用分析

Datist(數(shù)據(jù)專家)開發(fā)平臺是長安大學(xué)數(shù)字油田研究所歷時5年時間研發(fā)的專項服務(wù)于大數(shù)據(jù)時代場景式(Context)數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘的工具軟件，以管道式的數(shù)據(jù)處理方式增強業(yè)務(wù)邏輯的靈活度(高倩，2015)。Datist最大特點就是在整體設(shè)計上遵循零代碼原則，用戶不需要了解復(fù)雜的編程技術(shù)，僅需要排列和組合各種功能節(jié)點，即可實現(xiàn)對海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的整合與應(yīng)用(圖1)。

圖1 Datist平臺工作方式示意圖

2017年初中國地震局地球物理所牽頭將Datist平臺引入地震領(lǐng)域，此后該系統(tǒng)不斷更新針對性功能，與地震監(jiān)測預(yù)報業(yè)務(wù)具有良好的兼容性，主要提供應(yīng)急會商、震情跟蹤、前兆學(xué)科數(shù)據(jù)分析、監(jiān)測臺站分布等日常會商服務(wù)。目前Datist軟件在地震監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用較少，只進行了GNSS陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)月度報告自動生成等少量研發(fā)工作。本文將利用Datist數(shù)據(jù)專家平臺，編寫相應(yīng)的流程，實現(xiàn)測震分析月報的自動化生成，從而減輕地震監(jiān)測人員的工作負擔(dān)，提高工作效率。

2 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)步驟

圖2 技術(shù)路線示意圖

本次研究設(shè)計的流程需要實現(xiàn)的功能主要有6大塊，即數(shù)據(jù)源讀取、數(shù)據(jù)清洗、目錄統(tǒng)計、繪制震中分布圖、計算速報自評結(jié)果和自動生成報告。最終目標是生成測震分析月報，包括編目和速報兩部分。系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)步驟如圖2。

3 功能實現(xiàn)

測震分析月報內(nèi)容包含編目參數(shù)計算表、編目震中分布圖、編目情況統(tǒng)計、速報情況統(tǒng)計、速報目錄、速報震中分布圖、速報質(zhì)量自評七個部分。結(jié)合Datist(數(shù)據(jù)專家)軟件的功能和用法，本文將以上七個部分，分解為5條工作線來完成流程設(shè)計。

3.1 編目情況統(tǒng)計和編目震中分布圖

編目情況統(tǒng)計是針對四川測震臺網(wǎng)提交的精細處理地震按震級范圍、日期等進行分類統(tǒng)計。運行月報中需確切統(tǒng)計由四川測震臺網(wǎng)處理上報的地震信息情況，從本地數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出目錄是最為便捷的方法。用“TXT+”節(jié)點讀入目錄，用于分震級統(tǒng)計數(shù)目、按日期統(tǒng)計數(shù)目、繪制編目震中分布圖。因此需要從中分離出符合程序格式要求的日期、震級和可用于GMT繪圖的經(jīng)緯度(圖3，圖4)。之后是對編目目錄按震級區(qū)間和日期進行統(tǒng)計：按日期的統(tǒng)計可以直接進行，加入“匯總”節(jié)點進行計數(shù)操作；對震級的匯總要先設(shè)定標識符，通過“多條件”方式創(chuàng)建新列，以“震級區(qū)間”為新列的字段名的分類項進行匯總計數(shù)。震中分布圖的繪制是利用Datist提供的GMT繪圖接口——“GMT”節(jié)點實現(xiàn)，將GMT腳本內(nèi)容放入節(jié)點中，運行節(jié)點即可。

3.2 編目統(tǒng)計表

編目統(tǒng)計表涉及編目地震、新震源參數(shù)結(jié)果和震源機制解結(jié)果在每天的個數(shù)以及當月總數(shù)，其中編目地震個數(shù)已經(jīng)從上述編目目錄中統(tǒng)計，其余兩項從本地讀取數(shù)據(jù)。通過“Excel”、“合并”、“匯總”及“追加”節(jié)點操作，將匯總結(jié)果與前面合并得到的表格整合到一起。最后經(jīng)過標題替換、調(diào)整列寬等操作后，得到可直接整個插入報告的編目統(tǒng)計表，放入文件收集器備用。

3.3 速報目錄和速報分布圖

從本地讀入速報目錄，通過“篩選”、“過濾”節(jié)點將發(fā)震時刻為空白的數(shù)據(jù)行刪去，隱藏不需要的字段，得到完整的速報目錄。進一步對初報目錄進行清洗，提取出年、月信息，以便在報告中進行日期的自動替換。速報事件震中分布圖的繪制方法和編目震中分布圖完全一樣，輸入數(shù)據(jù)為速報目錄。

3.4 速報情況統(tǒng)計

速報情況統(tǒng)計較編目統(tǒng)計內(nèi)容更復(fù)雜。在分震級區(qū)間統(tǒng)計的同時，還需加入了震中位置統(tǒng)計(省內(nèi)和省外)。對震級的統(tǒng)計首先還是先添加標識符，然后使用功能更復(fù)雜的“定制匯總”節(jié)點，同時直接完成對兩個參數(shù)的匯總，生成二維表格。再進行補充序列、匯總求和等操作，便可以獲得速報情況統(tǒng)計表中所需的所有單元格內(nèi)容。

3.5 速報質(zhì)量自評

統(tǒng)一目錄和人工初報目錄從本地讀取之后，經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗只保留參與評比的參數(shù)項，得到自評初報和自評正式報兩個表格，數(shù)據(jù)準備工作完成。速報自評是本次工作的難點和創(chuàng)新點所在，通過Matlab程序?qū)崿F(xiàn)。采用遍歷的方法，以發(fā)震時刻和震中位置兩個參數(shù)為約束條件，來實現(xiàn)兩個目錄中地震事件的自動匹配；匹配成功后，根據(jù)速報評比細則對初報目錄中的事件進行初步評分。程序編寫完成后，由于Datist并沒有提供Matlab的軟件接口，選擇用“GMT”節(jié)點來實現(xiàn)matlab程序的融合，將程序嵌入流程中。得出自評結(jié)果后，用數(shù)據(jù)源節(jié)點將其讀入，并在流程中加入“順序運行器”和“暫?！惫?jié)點，用于控制計算自評結(jié)果和讀取結(jié)果的順序。最后經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗獲可得速報自評表，同時對自評結(jié)果進行匯總，得到速報事件平均分、滿分事件數(shù)量、加分情況等概覽信息。

圖5 設(shè)置震級區(qū)間標識符

圖6 同時按震級和震中位置統(tǒng)計數(shù)目

3.6 生成報告

Datist中采用變量標識符進行變量替換，類型包括圖片、表格和字符串。測震分析月報中兩張震中分布圖用圖片的方式插入，編目統(tǒng)計表、速報自評表和速報目錄以表格的形式插入，其余的統(tǒng)計情況和年月信息以字符串形式插入。最后分別生成了編目報告和速報報告，把二者拼接到一起，產(chǎn)出 “測震分析月報”。

4 結(jié)論與討論

本文基于數(shù)據(jù)專家(Datist)完成了測震分析月報中數(shù)據(jù)源讀取、數(shù)據(jù)清洗、目錄統(tǒng)計、繪制震中分布圖、計算速報自評結(jié)果和自動生成報告六項主要功能。流程總覽如圖7所示：流程編寫完成后，對2019年6月至2019年10月5次月報編寫的產(chǎn)出情況進行了測試，均能正常運行。工作用時由原來人工處理所需的 3 h減少到30 s左右。目前此研究成果已運用到四川省測震臺網(wǎng)的日常工作中，極大提高了工作效率。今后工作中擬對月報中的其它模塊內(nèi)容，如：臺網(wǎng)運行率，臺站噪聲的計算、分類及成圖等進行自動化處理，解決編寫過程中大量規(guī)定動作的批量化、重復(fù)性操作。為今后地震監(jiān)測業(yè)務(wù)自動化、模塊化、流程化研究的開展打下基礎(chǔ)。

圖7 流程總覽