數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺在天津洞體形變觀測異常核實(shí)中的運(yùn)用

◆李穎楠 胡雪琪 徐誠 姜海 雷生學(xué)

數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺在天津洞體形變觀測異常核實(shí)中的運(yùn)用

◆李穎楠 胡雪琪 徐誠 姜海 雷生學(xué)

（天津市地震局 天津 300201）

本文結(jié)合實(shí)例對數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺在天津洞體形變觀測異常核實(shí)工作中的運(yùn)用情況進(jìn)行闡述和分析，并介紹數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺各項(xiàng)功能以及用戶群體情況，同時反映出現(xiàn)階段數(shù)據(jù)跟蹤分析工作的不足，建議數(shù)據(jù)分析人員加大對平臺利用率，將平臺提供的功能充分運(yùn)用到干擾識別中，提高異常核實(shí)工作中干擾排除的精準(zhǔn)度，保障前兆觀測與分析預(yù)報的緊密連接。

數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺；洞體形變；異常核實(shí)

數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺是由中國地震臺網(wǎng)中心牽頭，總體采用C/S架構(gòu)設(shè)計和B/S架構(gòu)設(shè)計相結(jié)合而研發(fā)的行業(yè)應(yīng)用軟件，該平臺是以地震前兆臺站工作為基礎(chǔ)，定期對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析、落實(shí)，形成事件分析記錄，保存到事件庫中[1]。根據(jù)事件包含的信息內(nèi)容，將事件分為觀測系統(tǒng)故障事件、場地環(huán)境干擾事件、自然環(huán)境干擾事件、人為干擾事件、地球物理事件和不明原因事件共6個大類，目前數(shù)據(jù)跟蹤分析工作方法應(yīng)用單一，盡管數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺提供了多種分析方法，但實(shí)踐中還主要是對原始或預(yù)處理曲線作直觀的分析，尺度把握不精準(zhǔn)，缺乏規(guī)范化[2]。在觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常需要進(jìn)行異常核實(shí)的時候，預(yù)報部門對事件分析記錄利用率低，前兆觀測與分析預(yù)報存在脫節(jié)現(xiàn)象。對數(shù)據(jù)跟蹤分析的研究工作開展不足，對各種分析方法在各類異常識別中的應(yīng)用以及數(shù)據(jù)跟蹤分析規(guī)范化方面的研究很欠缺，不利于異常核實(shí)工作的高效開展。

對記錄事件的梳理和研究，是推進(jìn)數(shù)據(jù)跟蹤分析工作的基礎(chǔ)和保障，對各類事件跟蹤分析的規(guī)范化要素進(jìn)行統(tǒng)計、分析、歸納研究，結(jié)合以往的異常核實(shí)工作實(shí)例，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺的應(yīng)用精細(xì)化、流程化，將數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺中各種常用分析方法充分運(yùn)用到干擾識別，提高異常核實(shí)工作中干擾排除的精準(zhǔn)度，也更有利于應(yīng)用于異常核實(shí)及地震預(yù)報。

1 天津洞體形變觀測概述

地形變觀測的任務(wù)是精準(zhǔn)測定和提供地殼運(yùn)動、變形、重力和深部介質(zhì)物質(zhì)性空間分布及其隨時間變化的信息，而洞體形變觀測是將觀測設(shè)備安裝在山洞或地下室內(nèi)進(jìn)行測定研究地殼形變的相對運(yùn)動和固體潮汐的動態(tài)變化，是地形變學(xué)科不可缺少的一個重要組成部分[3]。天津洞體形變觀測有三個觀測山洞，目前正式運(yùn)行9套觀測儀器共30個測項(xiàng)（表1），其中相對重力觀測儀兩套、地傾斜觀測儀5套、洞體應(yīng)變觀測儀2套，并有氣象三要素觀測儀等進(jìn)行輔助觀測。三個觀測山洞均歸屬于天津市地震局薊縣地震臺，位于天津市薊州區(qū)，是天津市唯一坐落在基巖上的地震臺站。

表1 天津洞體形變觀測統(tǒng)計

臺站代碼觀測山洞觀測類型儀器型號 12006薊縣臺老山洞相對重力GS-15相對重力儀 12006薊縣臺新山洞相對重力DZW相對重力儀 12006薊縣臺新山洞地傾斜SSQ-2I水平擺傾斜儀 12006薊縣臺新山洞地傾斜DSQ水管傾斜儀 12006薊縣臺新山洞地傾斜VP寬屏帶傾斜儀 12006薊縣臺新山洞洞體應(yīng)變SS-Y洞體應(yīng)變伸縮儀 12007小辛莊山洞地傾斜DSQ水管傾斜儀 12007小辛莊山洞地傾斜VP寬屏帶傾斜儀 12007小辛莊山洞洞體應(yīng)變SS-Y洞體應(yīng)變伸縮儀

2 數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺運(yùn)用實(shí)例

天津洞體形變觀測自2014年開始開展數(shù)據(jù)跟蹤分析工作，截止至2021年6月，共產(chǎn)出了3000余條分析記錄（圖1），隨著數(shù)據(jù)跟蹤分析工作不斷展開，各類事件記錄在所有記錄中所占比例也在逐漸發(fā)生改變，特別是以前數(shù)據(jù)跟蹤分析工作偏重于地球物理事件、人為干擾等類型事件的分析記錄，而這些事件記錄往往與日常前兆觀測預(yù)處理工作重疊，自2021年開始，數(shù)據(jù)跟蹤分析工作更加偏向于自然環(huán)境、場地環(huán)境等類型事件記錄分析。

2.1 數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺日常分析

數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺提供了移動斜率曲線、周期分析殘差曲線、一階差分曲線、擬合分析曲線、擬合分析殘差曲線等分析方法，在洞體形變數(shù)據(jù)日常分析工作中，數(shù)據(jù)跟蹤分析軟件提供強(qiáng)大的畫圖功能，尤其是其他測項(xiàng)曲線對比、同期曲線對比等功能，能夠快速地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，例如：2019年09月20日天津小辛莊山洞SS-Y伸縮儀NS向同期對比趨勢異常（圖2）。

圖1 天津洞體形變數(shù)據(jù)跟蹤分析記錄統(tǒng)計

圖2 同期曲線對比分析發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常

在異常排查工作中，一般會從觀測系統(tǒng)、自然環(huán)境、場地環(huán)境、人為干擾等方面逐一排查，我們發(fā)現(xiàn)很多方法對于觀測系統(tǒng)事件、人為干擾等事件分析應(yīng)用效果不佳，但是對自然環(huán)境、場地環(huán)境事件有一定的呈現(xiàn)效果，例如，一階差分曲線對場地環(huán)境大類中的爆破干擾有明顯效果（圖3）。

圖3 一階差分方法在爆破干擾事件中的應(yīng)用

2.2 異常事件信息錄入與檢索

數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺基于Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計事件數(shù)據(jù)庫與區(qū)域臺網(wǎng)前兆觀測數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接，能夠?qū)τ^測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時繪制和分析，平臺除了提供數(shù)據(jù)分析以及繪圖功能外，軟件強(qiáng)大的檢索功能能夠快速地檢索觀測日志、干擾類型等相關(guān)信息。地震臺站工作人員在日常維護(hù)中，可以將發(fā)現(xiàn)的干擾源信息錄入到平臺中，其中包括干擾源的經(jīng)緯度、起始時間、持續(xù)時間和干擾程度等重要信息，并將異常調(diào)查報告進(jìn)行上傳，例如：薊縣地震臺洞體形變觀測受周邊村莊水井抽水干擾相關(guān)信息（圖4）。數(shù)據(jù)分析人員則可通過數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺的檢索功能，快速準(zhǔn)確地提取到異常干擾信息，從而提高異常核實(shí)工作中的排查效率，而這些功能是以往傳統(tǒng)的分析軟件（如：MapSIS）所不具備的。

2.3 數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺其他功能

除了以上介紹的功能之外，數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺提供的功能還有很多（圖5），不同類型用戶群體所應(yīng)用的各項(xiàng)功能也有所不同。目前大部分用戶都是地震臺站觀測人員，主要應(yīng)用數(shù)據(jù)檢查、繪圖、信息錄入和修改等基礎(chǔ)功能，將觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析、落實(shí)，并定期同步至區(qū)域中心、學(xué)科中心和國家臺網(wǎng)中心，區(qū)域中心和學(xué)科中心用戶則主要應(yīng)用審核、統(tǒng)計及產(chǎn)品產(chǎn)出等功能，對上傳的事件記錄進(jìn)行質(zhì)量審核、反饋，并定期產(chǎn)出本臺網(wǎng)的月報、年報等；國家臺網(wǎng)中心負(fù)責(zé)跟蹤分析系統(tǒng)架構(gòu)與推進(jìn)協(xié)調(diào)工作，優(yōu)化應(yīng)用模型、完善軟件[4]。經(jīng)過多年來數(shù)據(jù)跟蹤分析工作不斷摸索和推進(jìn)，數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺更適應(yīng)于分析預(yù)報人員的日常工作，特別是在異常發(fā)現(xiàn)與排查的異常核實(shí)工作初期，將平臺中各種常用分析方法充分運(yùn)用到干擾識別，提高異常核實(shí)工作中各類干擾排除的精準(zhǔn)度，同時也能促使地震臺站用戶將事件記錄更完整、更規(guī)范。

圖4 數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺干擾檢索

圖5 數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺功能示意圖

3 結(jié)束語

數(shù)據(jù)跟蹤分析工作已步入常態(tài)化、規(guī)范化工作階段[5]，產(chǎn)出了大量的分析記錄，有利于夯實(shí)數(shù)字化地球物理臺網(wǎng)的基礎(chǔ)處理能力，發(fā)揮地球物理臺網(wǎng)的監(jiān)測效能，為更好服務(wù)于地震預(yù)測工作奠定了基礎(chǔ)。但還必須清楚地認(rèn)識到，目前數(shù)據(jù)跟蹤分析工作還有很多不足，特別是分析預(yù)報人員對平臺的利用率不高，應(yīng)加大推廣運(yùn)用，保障前兆觀測與分析預(yù)報的緊密連接，防止脫節(jié)。

[1]劉高川，李正媛，王建國，等．地震前兆臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺設(shè)計[J]．大地測量與地球動力學(xué)，2016，36（9）：841-846．

[2]任俊峰，郭亞亞，焦成麗，等.承德地震前兆臺網(wǎng)數(shù)據(jù)跟蹤分析[J]．地震地磁觀測與研究，2019，40（1）：79-84．

[3]中國地震局監(jiān)測預(yù)報司.地形變測量[M].地震出版社，2008.

[4]董曉娜，張玲，李希亮，等．山東地震前兆觀測數(shù)據(jù)跟蹤分析[J]．地震地磁觀測與研究，2018，39（5）：87-95．

[5]李正媛，熊道慧，劉高川，等．基于大數(shù)據(jù)挖掘的地震前兆臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)跟蹤分析[J]．地震地磁觀測與研究，2016，37（3）：1-6．

中國地震局地震監(jiān)測、預(yù)報、科研三結(jié)合課題“天津洞體形變數(shù)據(jù)跟蹤分析在異常核實(shí)中的應(yīng)用及規(guī)范化研究”（3JH-2021003）