人工地震數(shù)據(jù)管理平臺

孫一男

（中國鄭州450003 中國地震局地球物理勘探中心）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)的普及，使得各類研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)工作者希望對各自的科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，以獲得更多有價值的資源。這種需求催生了科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺（劉瑞豐等，2007；劉潤達(dá)等，2007；王丹寧等，2010；曹蓓蓓，2012）。科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺為各行業(yè)科研工作提供了數(shù)據(jù)服務(wù)環(huán)境，提高科學(xué)數(shù)據(jù)的共享與服務(wù)水平是一個國家邁向信息社會與服務(wù)型社會的重要舉措。

地震科學(xué)數(shù)據(jù)是地震科學(xué)研究中賴以持續(xù)發(fā)展和深入研究的資源基礎(chǔ)，其來源于對地震活動的觀測、監(jiān)測、調(diào)查、試驗、實驗及研究分析。在當(dāng)前信息技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，地震科學(xué)數(shù)據(jù)面臨著海量數(shù)據(jù)的管理、利用、展示等多種問題，因此，如何對地震科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、共享和分析成為具有重要意義的研究方向。目前，建立地震數(shù)據(jù)共享平臺（詹小艷等，2012）主要用到數(shù)據(jù)庫、Web 開發(fā)、GIS（Vera et al，2009；Mahdi et al，2011；俞超等，2011）等。

美國、日本等地震多發(fā)國家有關(guān)政府機(jī)構(gòu)和研究部門頗為重視地震數(shù)據(jù)庫建設(shè)，如：美國國家地球物理數(shù)據(jù)中心（NGDC），美國強(qiáng)震計劃三方聯(lián)合地震臺網(wǎng)Trinet（SCSN、CSMIP、NSMP），日本有線遙測強(qiáng)震臺網(wǎng)（K-Net），由美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）、加州地質(zhì)調(diào)查局CGS、美軍工程師協(xié)會（USACE）、美國開墾局（USBR）發(fā)起成立的世界強(qiáng)震組織虛擬數(shù)據(jù)中心（COSMOS）等，均建立了地震數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站，通過Internet，向用戶提供便捷的數(shù)據(jù)服務(wù)。

中國國家地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心網(wǎng)站始建于2002 年11 月，整合了地震系統(tǒng)所有共享資源，向用戶提供地震觀測、探測、調(diào)查（考察）、實驗與試驗、專題和防震減災(zāi)綜合數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2006 年7 月推出系統(tǒng)的目前版本，系統(tǒng)的主要作用是，梳理地震數(shù)據(jù)分類體系，完善元數(shù)據(jù)搜索和導(dǎo)航功能，增強(qiáng)用戶反饋功能，增加服務(wù)統(tǒng)計。國內(nèi)關(guān)于地震數(shù)據(jù)中心建設(shè)，典型機(jī)構(gòu)有中國地震局地球物理研究所的中國地震科學(xué)探測臺陣數(shù)據(jù)中心、中國地震局地質(zhì)研究所的國家地震活斷層研究中心，其線上平臺均實現(xiàn)了所轄數(shù)據(jù)的在線瀏覽和對部分用戶的共享下載服務(wù)。

通過幾代地震科技工作者的不斷努力和辛勤勞動，中國地震局地球物理勘探中心（下文簡稱“物探中心”）多年來收集了大量人工地震探測數(shù)據(jù)。為加強(qiáng)和規(guī)范人工地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享管理，促進(jìn)地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享，為科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展和國家安全服務(wù)，搭建人工地震數(shù)據(jù)管理平臺具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

20 世紀(jì)70 年代以來，人工地震探測先后獲得110 余條人工地震剖面、6 條地學(xué)大斷面共計3 萬余千米長，由近6 萬個觀測點組成深部地球物理探測數(shù)據(jù)，為地殼分層、區(qū)域性速度界面和上地幔速度結(jié)構(gòu)等研究提供數(shù)據(jù)支撐。

2 平臺體系架構(gòu)

人工地震數(shù)據(jù)中心需要管理的信息量龐大，且地震數(shù)據(jù)需要在網(wǎng)絡(luò)中由用戶從各地在線瀏覽、下載。采用B/S 架構(gòu)，有表示層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層、硬件層4 個層次（圖1）。

圖1 平臺體系架構(gòu)Fig.1 Platform architecture

（1）表示層。通過友好界面，展示平臺所能提供的業(yè)務(wù)活動，并將用戶操作結(jié)果反饋到界面上。在本平臺中，用戶分為普通用戶、中級用戶和高級用戶，表示層對3類用戶按照信息安全規(guī)范中所限制的數(shù)據(jù)使用級別進(jìn)行管理。在達(dá)到用戶數(shù)據(jù)使用權(quán)限前提下保證數(shù)據(jù)的安全性。

（2）服務(wù)層。是資源查詢、管理、發(fā)布等操作的基礎(chǔ)和保障，根據(jù)用戶提交的業(yè)務(wù)需求，進(jìn)行業(yè)務(wù)規(guī)則和邏輯處理。服務(wù)層封裝了實際業(yè)務(wù)邏輯，是整個應(yīng)用平臺的系統(tǒng)核心，包括接收來自表示層的用戶服務(wù)需求、向數(shù)據(jù)層發(fā)布數(shù)據(jù)資源定位條件、系統(tǒng)的檢索機(jī)制和對用戶權(quán)限的控制等。

（3）數(shù)據(jù)層。該層用于存儲人工地震資源的多種描述信息，如寬角反射/折射數(shù)據(jù)、近垂直反射數(shù)據(jù)等。具有不同權(quán)限的用戶通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲和管理，使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫保存各種格式數(shù)據(jù)以及各種數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系。

（4）硬件層。該層內(nèi)容為數(shù)據(jù)平臺需要的服務(wù)器、存儲器以及地震數(shù)據(jù)采集的地震儀、檢波器等。

2.1 表示層——用戶的分類與分級

信息服務(wù)的出發(fā)點是根據(jù)社會結(jié)構(gòu)的變化，解決信息用戶需求服務(wù)中的新問題，也是不斷滿足信息用戶需求的基礎(chǔ)。根據(jù)用戶身份和對數(shù)據(jù)使用需求的差別（圖2），將人工地震數(shù)據(jù)管理平臺用戶分為普通大眾、開發(fā)用戶和管理用戶3 類，即：①對人工地震感興趣的普通大眾；②地震觀測及分析處理系統(tǒng)開發(fā)用戶。從事地震行業(yè)數(shù)字化觀測、測量、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的多家軟硬件開發(fā)、生產(chǎn)單位；③地震工作管理研究層用戶。此類用戶主要是各級地震局，由國家地震局、省級地震局和市、縣地震局以及國家地震局直屬事業(yè)單位組成。

圖2 用戶用例Fig.2 Use case diagram

按數(shù)據(jù)的使用需求，將以上3 類用戶在平臺中劃分為以下3 級用戶：①普通用戶。主要為上述用戶類型中的第3 類，提供信息服務(wù)，其特點是向單純獲取信息的用戶提供共享資源，如地震實時信息瀏覽、災(zāi)害常識、人工地震探測目錄等。這些資料基本不涉及地震數(shù)據(jù)分析等資源；②中級用戶。相對普通用戶而言，需要注冊并通過管理員審核，除享有普通用戶的權(quán)限外，還可以瀏覽人工地震探測剖面的基本信息，如測線分布、炮點分布及觀測點分布等信息；③高級用戶。用戶級別最高，可稱之為保密型信息需求用戶，可以使用原始探測數(shù)據(jù)。但對此類用戶也有較多限制，如需簽訂使用協(xié)議或資料使用范圍等。

2.2 服務(wù)層——系統(tǒng)功能設(shè)計

系統(tǒng)功能架構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)查詢子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)功能不同（圖3）。

圖3 系統(tǒng)功能架構(gòu)Fig.3 System function architecture

2.3 數(shù)據(jù)層

按照數(shù)據(jù)存儲形式可將人工地震數(shù)據(jù)源分為2 大類，即結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)即行數(shù)據(jù)，可以存儲在數(shù)據(jù)庫里，用二維數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)來邏輯表達(dá)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)，主要用于存儲工程基本信息、測線信息、炮點信息和觀測點信息。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是指不方便使用數(shù)據(jù)庫二維邏輯表來表現(xiàn)的數(shù)據(jù)，通常來自于Word 文檔、報表、幻燈片、聲音、圖像等文件，這些文件具有獨特的存儲格式。平臺中存在大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如項目結(jié)項書、觀測數(shù)據(jù)、記錄截面圖、平均速度剖面圖、地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)圖、發(fā)震構(gòu)造圖等圖形文件。

按照人工地震探測方法的不同，數(shù)據(jù)又可分為寬角反射/折射數(shù)據(jù)、深地震反射數(shù)據(jù)和淺層反射地震探看數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)種類和不同權(quán)限用戶對數(shù)據(jù)的需求，可將數(shù)據(jù)分為以下3 個級別：①0 級數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)在網(wǎng)站公開發(fā)布，無條件共享，用戶可以無償獲取、無限制條件使用。所有用戶均能訪問；②1 級數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)在網(wǎng)站發(fā)布，開放，實行有條件共享，用戶可以無償獲取、有限制條件使用。公眾通過網(wǎng)絡(luò)在線方式申請，均可成為人工地震數(shù)據(jù)中心注冊用戶，獲得管理員批準(zhǔn)后成為中級用戶；③2 級數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)在網(wǎng)站發(fā)布，離線注冊。該類數(shù)據(jù)包含涉密原始探測數(shù)據(jù)，用戶需簽署相關(guān)協(xié)議才能獲取。

根據(jù)人工地震探測數(shù)據(jù)特征，工程信息、測線信息、炮點信息、觀測點信息屬于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，可存儲于數(shù)據(jù)庫二維表。根據(jù)參數(shù)的數(shù)據(jù)特征和數(shù)據(jù)庫設(shè)計模式要求，建立7 張系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表（圖4）。

圖4 數(shù)據(jù)庫表Fig.4 Database Table

3 平臺展示

人工地震數(shù)據(jù)管理與展示平臺實現(xiàn)了對人工地震數(shù)據(jù)的管理和展示，平臺界面見圖5，成果展示見圖6。

圖5 平臺首頁Fig.5 Homepage of the Platform

圖6 成果展示Fig.6 Achievement display

4 結(jié)論

人工地震數(shù)據(jù)管理平臺的建立實現(xiàn)了人工地震數(shù)據(jù)的管理、展示功能。平臺在保障信息安全性和可靠性的同時，普及人工地震知識，分享人工地震探測數(shù)據(jù)成果，提供人工地震數(shù)據(jù)目錄信息，向公眾、政府、科研人員提供不同級別和內(nèi)容的深地震測深的最新進(jìn)展及研究成果，從而提高數(shù)據(jù)使用價值。

綜上，研究目標(biāo)可概括為：①匯總已有數(shù)據(jù)并加以妥善保護(hù)，使其存儲更加安全可靠；②使數(shù)據(jù)活起來，得到更加充分的利用，通過圖、表多種形式，直觀、形象地展示人工地震數(shù)據(jù)成果，為地震科研工作者提供更加便利的服務(wù)；③以此平臺推廣人工地震的最新研究成果，推進(jìn)地震愛好者之間的廣泛交流。

人工地震數(shù)據(jù)管理平臺的建立離不開項目組全體科技人員的努力，感謝中國地震局地球物理勘探中心對項目的資助，感謝深地震測深數(shù)據(jù)共享與運維分中心提供人工地震數(shù)據(jù)。