智能地震數(shù)據(jù)綜合分析平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱 婷 李 忠* 蘇玉 任曉龍

（防災(zāi)科技學(xué)院 應(yīng)急管理學(xué)院，河北 燕郊101601）

在數(shù)據(jù)快速發(fā)展的時(shí)代背景下，人類(lèi)可以隨時(shí)隨地獲取到各種災(zāi)害事件，了解災(zāi)情的新聞報(bào)道。經(jīng)過(guò)近十幾年的數(shù)字地震快速發(fā)展，地震監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、地震事件信息、地震災(zāi)情新聞等，都可以方便地獲取，這個(gè)廣大人民群眾帶來(lái)了便利。但是，受制于部門(mén)權(quán)限因素和時(shí)間因素，地震領(lǐng)域一直缺少一個(gè)綜合性的地震數(shù)據(jù)分析和展示平臺(tái)。因此，本文提出了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)基于瀏覽器和服務(wù)器架構(gòu)模式（Browser/Server framework，B/S 框架）的智能地震數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的思路。

系統(tǒng)平臺(tái)整合地震監(jiān)測(cè)前兆數(shù)據(jù)、爬蟲(chóng)獲取的地震資料、可信的第三方地震信息數(shù)據(jù)和圖片等，利用WebJSP 技術(shù)、大型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、云服務(wù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)等，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)一個(gè)具有地震數(shù)據(jù)分析、災(zāi)情可視化、地震監(jiān)測(cè)與預(yù)警等功能的地震數(shù)據(jù)綜合分析平臺(tái)，為我國(guó)的應(yīng)急管理事業(yè)提供技術(shù)支持。

1 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

互利網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用普及，直接推動(dòng)了Browser/Server結(jié)構(gòu)(B/S 結(jié)構(gòu))在軟件開(kāi)發(fā)中的廣泛應(yīng)用，這種體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為目前主流的開(kāi)發(fā)框架。與Client/Server 結(jié)構(gòu)(C/S 結(jié)構(gòu))相比，B/S 結(jié)構(gòu)具有安裝方便、跨平臺(tái)、客戶端負(fù)擔(dān)低、便于維護(hù)、易于開(kāi)發(fā)和推廣等優(yōu)勢(shì)[1]。所以智能地震數(shù)據(jù)分析平臺(tái)采用B/S 框架進(jìn)行開(kāi)發(fā)，有利于系統(tǒng)維護(hù)和用戶使用。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)平臺(tái)包括五大功能模塊：地震數(shù)據(jù)多角度展示模塊、數(shù)據(jù)報(bào)表模塊、用戶留言功能模塊、日志記錄與分析模塊、用戶登錄管理模塊、系統(tǒng)管理與維護(hù)模塊，每個(gè)大的功能模塊中由若干小功能模塊組成。整體系統(tǒng)功能圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

平臺(tái)開(kāi)發(fā)采用穩(wěn)定的eclipse，數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL5.5。為實(shí)現(xiàn)智能地震數(shù)據(jù)分析平臺(tái)和各用戶使用操作的統(tǒng)一管理，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了5 個(gè)數(shù)據(jù)表：地震信息表、用戶信息表、用戶訪問(wèn)信息表、用戶留言信息表、圖片文件信息表。他們之間的邏輯關(guān)系如圖2 所示。

3 平臺(tái)主要功能模塊實(shí)現(xiàn)

3.1 地震數(shù)據(jù)多角度展示

該模塊主要以地震前兆數(shù)據(jù)和爬取的其他地震信息為基礎(chǔ)，分別利用Web 中的Echarts 和機(jī)器學(xué)習(xí)中的數(shù)學(xué)模型及算法，得到多種類(lèi)型的圖表。

3.1.1 Echarts 動(dòng)態(tài)可視化

Echarts 是一個(gè)基于瀏覽器渲染技術(shù)的開(kāi)源可視化的JavaScript 庫(kù)，兼容所有主流瀏覽器和設(shè)備如電腦、手機(jī)、平板等，可以提供直觀、交互豐富、高度個(gè)性化定制的數(shù)據(jù)可視化圖表，滿足各行業(yè)的圖表需求，3D 效果也很出彩[2]，是許多企業(yè)開(kāi)發(fā)中首選的圖表展示工具。

系統(tǒng)平臺(tái)里有Echarts 進(jìn)行地震數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)可視化展現(xiàn)，如全國(guó)地震地理散點(diǎn)圖、震源深度散點(diǎn)圖、年度震級(jí)統(tǒng)計(jì)圖、震級(jí)與震源深度折線圖、地區(qū)地震次數(shù)餅狀圖，等。用戶查看時(shí)，可以根據(jù)圖表類(lèi)型，選擇起始時(shí)間、地理位置、震源深度等查詢條件，多角度、動(dòng)態(tài)化、對(duì)比化、直觀化展現(xiàn)出來(lái)，大大提升體驗(yàn)感。

例如，全國(guó)地震地理散點(diǎn)圖如圖3 所示。

用戶選擇時(shí)間范圍后，系統(tǒng)平臺(tái)利用地震發(fā)生的位置、震級(jí)、深度、時(shí)間四要素，與中國(guó)地圖結(jié)合，形成地理散點(diǎn)圖展示出來(lái)。當(dāng)光標(biāo)移動(dòng)到某一點(diǎn)上時(shí)，會(huì)顯示該點(diǎn)所發(fā)生的地震參數(shù)，如圖3 所示。

3.1.2 機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析圖

平臺(tái)還具有數(shù)據(jù)深度分析功能，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行地震數(shù)據(jù)的分類(lèi)、聚類(lèi)等分析。如利用Kmeans 聚類(lèi)分析算法和邏輯回歸分析算法對(duì)地震前兆數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，結(jié)果如圖4 所示。

可以看出，數(shù)據(jù)被聚成4個(gè)類(lèi)，基本按照條帶狀聚類(lèi)，符合地震斷裂帶狀分布的實(shí)際情況。再結(jié)合邏輯回歸模型分析，獲得地震數(shù)據(jù)的二值分類(lèi)結(jié)果，如圖5 所示。

從圖中可以看出，離群點(diǎn)是明顯的。

3.2 數(shù)據(jù)報(bào)表功能

通過(guò)表格形式將地震數(shù)據(jù)信息、用戶留言信息等展示出來(lái)，如圖6 所示。

4 結(jié)論

在信息時(shí)代的大背景下，數(shù)據(jù)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，成為重要的生產(chǎn)要素。文中以地震前兆數(shù)據(jù)和爬取的其他地震信息，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于B/S 架構(gòu)的智能地震數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了地震前兆信息實(shí)時(shí)變化、統(tǒng)計(jì)結(jié)果即時(shí)展示、地震數(shù)據(jù)知識(shí)發(fā)現(xiàn)及可視化等，為防震減災(zāi)事業(yè)提供技術(shù)支持，為社會(huì)公眾了解和理解地震工作提供服務(wù)。

圖2 數(shù)據(jù)表的E-R 圖

圖3 全國(guó)地震地理散點(diǎn)圖

圖4 K-means 聚類(lèi)分析圖

圖5 地磁垂直分量成都數(shù)據(jù)邏輯回歸圖

圖6 地震數(shù)據(jù)報(bào)表界面