基于Datist 的地震臺站會商報告自動化產出系統(tǒng)

張俏麗，董海龍，雷功明，張 璇，田 潔

（甘肅省地震局，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

地震會商是對地震監(jiān)測、震情、災情等信息進行綜合分析和研究，以便對未來可能發(fā)生的地震及震情做出預測和判斷，為政府決策提供科學依據(jù)。中華人民共和國國務院第255號令頒布的《地震預報管理條例》明確規(guī)定，各級政府負責管理地震工作的機構應當組織召開地震震情會商會，對各種地震預測意見和與地震有關的異?，F(xiàn)象進行綜合分析研究，形成地震預報意見[1]。地震會商是一項分析地震大數(shù)據(jù)變化的業(yè)務，由于地震孕育、發(fā)生和長期形勢變化的復雜性，決定了會商過程既有設定的業(yè)務流程，又經常需要根據(jù)實際情況而進行需求變更，因此，地震臺站建立了與省、市、縣地震局及相關企業(yè)單位的周、月、年聯(lián)合會商制度。“十二五”之后，地震臺站各觀測測項資料已實現(xiàn)數(shù)字化，觀測資料與信息以文件形式存儲在相應的數(shù)據(jù)服務器中，地震會商編制報告需要登錄不同服務器，手動逐一進行數(shù)據(jù)的下載，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)格式及類型，使用多種軟件分析處理數(shù)據(jù)并繪制圖表，最后手動進行會商報告編制，整個過程工作繁雜，面對地震會商經常及快速的要求，急需要通過現(xiàn)代應用技術提升工作效率。Datist數(shù)據(jù)專家以管道的模式進行數(shù)據(jù)處理，讓不同功能的程序可以互相連通，從而可以讓軟件開發(fā)、程序開發(fā)更加“高內聚，低耦合”，增強業(yè)務邏輯靈活度，將復雜的邏輯鏈條化和可視化，將代碼變得不那么耦合，像搭積木一樣方便地組合[2]。臺站地震會商報告自動化產出系統(tǒng)是在Datist數(shù)據(jù)專家平臺上開發(fā)的實現(xiàn)地震臺站測震、電磁、形變、流體等觀測數(shù)據(jù)圖、表繪制；Word報告、PPT報告和HTML報告編制；向微信、郵件推送等功能的軟件，提供分析方法統(tǒng)一、及時快速、批量處理的地震觀測數(shù)據(jù)信息分析流程，自動化、統(tǒng)一化的會商報告格式及模板，將相對固定重復性的工作由自動化產出系統(tǒng)按照流程完成，提升地震會商編制報告的工作效率。

1 數(shù)據(jù)專家平臺概況

Datist數(shù)據(jù)專家平臺是流程編寫工具，本質上是XML語言，是Web上表示結構化信息的一種標準文本格式，是一個可以集合數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)分析、圖形繪制、信息發(fā)布等各種開發(fā)程序的應用平臺，通過各程序的流程化融合集成，實現(xiàn)需求問題的解決。將用戶需求和資源數(shù)據(jù)利用Datist數(shù)據(jù)專家平臺的“數(shù)據(jù)-業(yè)務”流程進行編寫，相應的流程對應產出用戶需求成果，最后通過成果數(shù)據(jù)庫進行整合，向用戶載體及移動端進行成果推送?；驹砭褪前褦?shù)據(jù)處理過程中涉及的處理方法抽象成一個個的節(jié)點，每個節(jié)點的功能就是實現(xiàn)一項用戶需求，節(jié)點之間的關系構建需求的聯(lián)系網絡，最終構建出解決用戶需求的系統(tǒng)。平臺支持自定義節(jié)點開發(fā)，方便擴展，支持微信掃描二維碼自動授權模式，具有啟動和運行速度快，集成GIS繪圖插件及地震行業(yè)常用矢量底圖數(shù)據(jù)等重要功能。Datist提供了很多接口，除了各種數(shù)據(jù)庫接口，還有文本接口如Pdf、Word、Excel等可視化接口，不需要單獨定義接口，利用數(shù)據(jù)專家提供的接口即可方便快捷地對數(shù)據(jù)進行查看和使用，實現(xiàn)對外提供數(shù)據(jù)服務的功能[3]。平臺系統(tǒng)允許用戶自定義組建自己的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，完成特定的數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)分析、圖表繪制及產品推送等功能。

2 系統(tǒng)總體架構設計

地震會商綜合預報業(yè)務系統(tǒng)建設是為適應新形勢下會商網絡數(shù)字化的需要，采用信息化技術，解決之前存在的工作繁瑣及效率低下的問題，提高圖表及圖件制作的速度和準確性，提升數(shù)據(jù)的自動處理水平，實現(xiàn)PPT報告等多種信息的一體化、自動化以及智能化[4]。臺站地震會商報告自動化產出系統(tǒng)采用分層結構，由上至下依次是數(shù)據(jù)層、分析處理層、圖表繪制層以及報告編制展示層，通過多個不同功能的節(jié)點組合，完成不同目的的數(shù)據(jù)處理任務?；贒atist數(shù)據(jù)專家平臺，數(shù)據(jù)層是地震會商系統(tǒng)的基礎，通過數(shù)據(jù)源節(jié)點將存儲在不同位置、不同格式及不同類型的觀測數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫或文件載體中導入進行資源整合，形成臺站地震會商報告自動化產出系統(tǒng)的資源池；在分析處理層通過行篩選、偏移值、行列計算、經典算法及空間分析等模塊節(jié)點進行數(shù)據(jù)分析處理及匯總；在圖表繪制層使用瀏覽數(shù)據(jù)、統(tǒng)計圖、統(tǒng)計表、腳本工具模塊節(jié)點完成圖、表繪制；在報告編制展示層通過文檔創(chuàng)作模塊節(jié)點生成Word、PPT、HTML及移動端等類型的報告將由數(shù)據(jù)發(fā)布模塊節(jié)點實現(xiàn)推送展示（圖1）。

圖1 地震臺站會商報告自動化產出系統(tǒng)架構圖

3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

臺站地震會商報告自動化產出系統(tǒng)分測震監(jiān)測、電磁監(jiān)測、形變監(jiān)測和流體監(jiān)測4個模塊框架進行設計，測震監(jiān)測模塊下分地震震中分布圖、年度地震分布對比圖、地震目錄表、M-T圖、月頻度圖、時間間隔圖等流程。電磁監(jiān)測模塊下分地電監(jiān)測和地磁監(jiān)測子模塊，地電監(jiān)測模塊下有地電阻率時均值圖、日均值、年較圖，地電場年較圖、時均值流程，地磁監(jiān)測模塊下有地磁低點位移圖、Z分量日變幅圖、日變幅年較圖、逐日比圖流程。形變監(jiān)測模塊下分形變日值圖、長趨勢日均值圖、年較圖流程。流體監(jiān)測模塊下分為水氡監(jiān)測、離子色譜、水位水溫子模塊，水氡監(jiān)測模塊中有水氡日測值、年較圖流程；離子色譜模塊下有日均值圖、長趨勢圖、年較圖流程；水位水溫模塊下有水溫日均值圖、水位日均值圖、降雨量日均值圖流程。系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)載入、數(shù)據(jù)處理、圖表繪制和報告生成4個流程，來實現(xiàn)各模塊產品數(shù)據(jù)的產出，最后通過文件收集節(jié)點將產出的圖、表及文件等產品數(shù)據(jù)進行收集匯總，通過文檔創(chuàng)作模塊節(jié)點自動化形成各類報告，由數(shù)據(jù)發(fā)布節(jié)點完成臺站地震會商報告的自動推送服務。

3.1 數(shù)據(jù)載入

在地震會商分析和研究過程中，需要使用測震、電磁、形變、流體等多個專業(yè)的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)訪問流程、系統(tǒng)設置、數(shù)據(jù)源列表數(shù)據(jù)加載、流程創(chuàng)建4個步驟，建立數(shù)據(jù)分析流程，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理與應用。利用Datist節(jié)點流程能夠方便快捷地實現(xiàn)自動下載地震目錄和數(shù)據(jù)存儲功能，具有高效性和便捷性，同時以MySQL數(shù)據(jù)庫的方式保存地震目錄數(shù)據(jù)，具有一定的靈活性和安全性等，極大地提高了地震目錄資料的獲取效率，為進一步的地震數(shù)據(jù)共享應用奠定基礎。使用Datist數(shù)據(jù)專家平臺的數(shù)據(jù)源列表的接入數(shù)據(jù)庫節(jié)點連接MySQL數(shù)據(jù)庫，填寫地震目錄數(shù)據(jù)庫的地址、用戶名和密碼便能登錄進入地震目錄數(shù)據(jù)，在表與視圖中再通過SQL查詢選項可篩選出特定窗內的地震目錄，完成地震目錄的自動化獲取，為后續(xù)實現(xiàn)地震活動性分析提供數(shù)據(jù)支持。使用接入數(shù)據(jù)庫節(jié)點連接臺站Oracle數(shù)據(jù)庫，填入相應臺站的數(shù)據(jù)存儲服務器地址、用戶名及密碼，使用SQL查詢選項通過設定臺站代碼、測定編號、測項代碼及數(shù)據(jù)類型等篩選條件來獲取電磁、形變、流體等不同觀測測項的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)地震觀測數(shù)據(jù)的載入。在電磁模塊中涉及的其他載體的觀測數(shù)據(jù)可以使用數(shù)據(jù)源模塊的Txt、Excel、Word等類型節(jié)點來獲取。

3.2 數(shù)據(jù)處理

從MySQL數(shù)據(jù)庫載入的地震目錄，應用行數(shù)據(jù)劈分、篩選、過濾、列劈分等節(jié)點，按照地震經緯度、震級值和地震日期等數(shù)據(jù)進行分類處理，再通過統(tǒng)計節(jié)點模塊完成M-T、月頻次、時間間隔數(shù)據(jù)的計算和匯總。從Oracle數(shù)據(jù)庫載入的電磁、形變、流體模塊下的觀測數(shù)據(jù)后，分別對電磁監(jiān)測模塊下地電場、地電阻率時均值數(shù)據(jù)的時間列使用行數(shù)據(jù)劈分節(jié)點進行處理，再由新列節(jié)點創(chuàng)建觀測時間與觀測數(shù)據(jù)的對應關系，使用合并節(jié)點按照觀測時間列將地電場和地電阻率六道觀測數(shù)據(jù)進行匯總，得到繪制地電場和地電阻率時均值圖所需要的數(shù)據(jù)；分別對電磁模塊下的地電場、地電阻率日均值數(shù)據(jù)，流體模塊下的水氡、離子色譜、水位、水溫日均值數(shù)據(jù)應用格式轉換和行序節(jié)點進行觀測數(shù)據(jù)的過濾與排序，然后由行篩選節(jié)點對時間列進行篩選，獲得特定時間窗的日均值圖繪制觀測數(shù)據(jù)，再將日均值觀測數(shù)據(jù)按照年度匯總，獲得繪制圖件所需的觀測數(shù)據(jù)；形變模塊及電磁模塊下的監(jiān)測觀測數(shù)據(jù)使用行列轉換節(jié)點將行數(shù)據(jù)轉換為列數(shù)據(jù)，再通過行數(shù)據(jù)劈分、篩選、過濾、列劈分、新列、偏移量等節(jié)點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的格式轉換、合并、計算，再由質量控制、經典算法、空間分布和擴展的函數(shù)模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)加工及分析處理，最后獲得圖表繪制所需的要求和格式。數(shù)據(jù)處理流程中相同數(shù)據(jù)處理節(jié)點可以使用超級節(jié)點，超節(jié)點是多個常規(guī)節(jié)點的集合，實現(xiàn)模塊化分類處理（圖2）。

圖2 數(shù)據(jù)處理流程圖

3.3 圖表繪制

Datist 數(shù)據(jù)專家統(tǒng)計圖表模塊提供統(tǒng)計圖、JsChart 圖表工具、地理圖等節(jié)點，腳本工具提供Python、R、GMT等接口技術來實現(xiàn)繪圖功能。系統(tǒng)中地震活動性分析使用瀏覽數(shù)據(jù)節(jié)點完成地震目錄表的編制；使用腳本工具GMT接口編寫繪圖程序實現(xiàn)震中分布圖的繪制；使用R接口編寫繪圖程序實現(xiàn)M-T圖的繪制；使用JsChart接口編寫繪圖程序實現(xiàn)月頻度和時間間隔圖的繪制。使用統(tǒng)計圖節(jié)點使用通過數(shù)據(jù)處理流程得到的電磁、形變、流體等觀測數(shù)據(jù)來分別繪制地電阻率年較圖、日均值圖、時均值圖；地電場年較圖、日均值圖、時均值圖；地磁低點位移圖、日幅差年較圖、逐日比對比圖；形變日均值年較圖、時均值圖、矢量年較圖和日均值一階差分圖；流體和氣溫日均值圖、年較圖等，通過編寫程序修改參數(shù)來設置圖形的坐標格式、橫、縱坐標數(shù)據(jù)源、圖表的顯示類型及特殊渲染效果，最終生成臺站地震會商報告所需的全部圖、表文件。

3.4 報告生成

經圖表繪制模塊生成的圖、表文件通過文件收集器節(jié)點收集后，再經一個文檔創(chuàng)作模板節(jié)點，即可生成報告內容。報告內容主要包括：文字、圖片和表格，臺站地震會商報告自動化產出系統(tǒng)生成的報告通過新行、新列、篩選等節(jié)點實現(xiàn)文字編輯與嵌入；通過文件收集器、篩選、報告瀏覽節(jié)點實現(xiàn)圖片載入；通過數(shù)據(jù)源節(jié)點Txt+和瀏覽數(shù)據(jù)節(jié)點實現(xiàn)表格嵌入。通過多列節(jié)點，給報告添加標題和摘要內容，使用流程變量Base64格式數(shù)據(jù)調用封面圖片，再應用文檔創(chuàng)作模板節(jié)點自動化生成Word、PPT和HTML等類型報告，最后使用數(shù)據(jù)發(fā)布模塊中微信節(jié)點，進行賬號、URL地址、用戶名、密碼、遠程路徑和HTTP地址選項參數(shù)的設置，即可通過微信節(jié)點將報告發(fā)送給用戶。一個完整的流程由不同分支的小支流組合而成，不同的小流程處理不同的需求，通過小支流的拼接按照預設的順序組合，最終產出一份完整的報告或PPT，通過數(shù)據(jù)發(fā)布中的節(jié)點推送至相應位置[5]。

4 結語

建立現(xiàn)代化與智能化地震會商技術平臺系統(tǒng)，既是解決現(xiàn)有問題的需要，也是發(fā)揮現(xiàn)代科技優(yōu)勢，提高地震預測預報服務能力的關鍵所在[6]。臺站地震會商報告自動化產出系統(tǒng)實現(xiàn)了自動化地震臺站觀測數(shù)據(jù)下載，數(shù)據(jù)處理加工，數(shù)據(jù)圖、表繪制，Word報告、PPT報告、HTML報告編制和報告推送等功能，改變了以往手動處理的傳統(tǒng)工作模式，可以實時自動化產出會商報告，使得地震會商及時性增強，同時節(jié)點式的系統(tǒng)構架，可以清晰化地展現(xiàn)分析流程，方便對系統(tǒng)進行修改和優(yōu)化。臺站地震會商報告自動化產出系統(tǒng)在最基礎的會商資料應用方面做了開發(fā)，對于相對專業(yè)和復雜算法的會商資料還需要進一步學習和設計。Datist數(shù)據(jù)專家提供的開發(fā)平臺，其流程的設計和執(zhí)行淺而易懂，適合在不同編程基礎層面的用戶中推廣應用，便于實現(xiàn)地震觀測數(shù)據(jù)異常提取的多方法探索和深度分析，從而提高地震預測效能，也為今后預報人員開展相關自動化、流程化、定制化研究提供新的方向。