動(dòng)態(tài)地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)優(yōu)化

摘 要：Client/Server作為一種分布式網(wǎng)絡(luò)協(xié)作處理模式，是當(dāng)前計(jì)算機(jī)領(lǐng)域內(nèi)比較熱門(mén)的處理技術(shù)，應(yīng)用范圍也更加寬廣。尤其是在圖像處理應(yīng)用方面，通過(guò)對(duì)Client/Server模式的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)地震圖像的有效處理，將圖像畫(huà)面更加清晰地表現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)圖像完成地震現(xiàn)場(chǎng)處理工作?；诖?，本文主要對(duì)Client/Server模式下的動(dòng)態(tài)地震圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行分析研究。該系統(tǒng)從應(yīng)用效果來(lái)看，充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，采用模塊化設(shè)計(jì)方式，為動(dòng)態(tài)地震圖像處理提供一種很好的解決方法，從而發(fā)揮出地震儀器設(shè)備作用，對(duì)地震出現(xiàn)展開(kāi)正確預(yù)判，提升通信處理效果，提前做好相關(guān)的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：Client/Server模式；動(dòng)態(tài)地震圖像處理系統(tǒng)；分析研究

中圖分類號(hào)：TP317.4；O32"""""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"""" """""""""""""""""文章編號(hào)：1001-5922（2024）07-0125-03

Design of dynamic seismic monitoring system and optimization of data processing technology

ZHOU Xuanchao， ZHANG Hui， LIU Ying， LIU Xiaoxia

（Seismological Bureau of Inner Mongolia Autonomous Region， Huhehaote 010010，China）

Abstract：Client/Server， as a distributed network cooperative processing mode， is a popular processing technology in the current computer field， and its application scope is broader. Especially in the application of image processing， through the application of Client/Server mode， the dynamic seismic image can be effectively processed， the image can be more clearly displayed， and the earthquake scene processing can be completed through the image. Based on this， this paper mainly analyzed and studied the dynamic seismic image processing system in Client/Server mode. From the perspective of application effect， the system made full use of modern computer technology and adopted modular design to provide a good solution for dynamic seismic image processing， so as to play the role of seismic instruments and equipment， correctly predicted the occurrence of earthquakes， improved the communication processing effect， and took relevant preventive measures in advance.

Key words： client/server mode；dynamic seismic image processing system；analysis and study

在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展下，傳統(tǒng)信息資源管理方式發(fā)生了很大改變，人們對(duì)于信息資源處理的要求逐步提高。而Client/Server結(jié)構(gòu)模式作為一種常見(jiàn)的分布式結(jié)構(gòu)模式，無(wú)論是數(shù)據(jù)儲(chǔ)存以及數(shù)據(jù)處理方面都有著很大提升。在該模式影響下，當(dāng)計(jì)算機(jī)設(shè)備產(chǎn)生地震圖像資源后，可利用比較先進(jìn)的光盤(pán)軟件，將圖像信息資源作為存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行存儲(chǔ)，之后再通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綀D像處理部門(mén)，幫助專家對(duì)地震源進(jìn)行快速判斷，提前做好相關(guān)的預(yù)防工作。

1"" 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)分析

該系統(tǒng)主要由工作站、處理設(shè)備以及通信網(wǎng)絡(luò)等幾個(gè)部分組成，其中工作站主要功能是對(duì)地震圖像資料進(jìn)行收集，收集完成后利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)后直接存入到數(shù)據(jù)庫(kù)中［1］。產(chǎn)生的圖像既可以從醫(yī)療設(shè)備直接獲取，也可以將設(shè)備產(chǎn)生的圖像通過(guò)掃描以及攝影設(shè)備直接進(jìn)行輸入［2］，其目的是要求提高信息處理效率，快速完成對(duì)數(shù)據(jù)圖像的收集。處理器設(shè)備主要目的是對(duì)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)以及網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行直接管理，將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)庫(kù)后，對(duì)其傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢驗(yàn)，保證數(shù)據(jù)傳輸更加具有效率，快速保證數(shù)據(jù)信息的處理。通信網(wǎng)絡(luò)一般是對(duì)圖像處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，作為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵渠道，通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從中發(fā)揮著重要的作用［3］，對(duì)數(shù)據(jù)圖像處理效率有著絕對(duì)保障，能夠使Client/Server模式功能效果得到充分發(fā)揮。

2"" 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)Client/Server模式，可將系統(tǒng)功能進(jìn)行具體分工，比如服務(wù)器包含信息數(shù)據(jù)處理功能，同時(shí)對(duì)已經(jīng)處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息資源的快速傳播［4］。而客戶端目前主要執(zhí)行前臺(tái)功能，除了發(fā)揮計(jì)算機(jī)的處理功能與作用外，同時(shí)還可在一定程度上不斷減低服務(wù)器壓力，建設(shè)阻礙程度，提高處理效率。通過(guò)無(wú)線基站對(duì)圖像資源壓縮處理后，可對(duì)模塊進(jìn)行解壓，并設(shè)置在查詢功能處，完成最后處理執(zhí)行，最終使系統(tǒng)性能得到極大緩解［5］。而在配置系統(tǒng)的過(guò)程中，結(jié)合我國(guó)現(xiàn)代信息處理技術(shù)以及計(jì)算機(jī)市場(chǎng)現(xiàn)狀，在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)系統(tǒng)操作進(jìn)行快速處理，系統(tǒng)功能更加突出［6］。

3"" Client/Server模式下動(dòng)態(tài)地震圖像處理系

統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

3.1"" 硬件及軟件配置

通過(guò)對(duì)各種環(huán)境因素的分析，其硬件配置要求比較高端，能夠支持完成對(duì)圖像的快速處理。例如工作站CPU選擇在Pentium-100之上，內(nèi)存容量在32 M之上，硬盤(pán)存儲(chǔ)量在720 M以上，操作系統(tǒng)以Windows95操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，整個(gè)處理過(guò)程應(yīng)用到的語(yǔ)言以中文為主。同時(shí)對(duì)于地震掃描儀應(yīng)用也要特別加強(qiáng)，硬盤(pán)儲(chǔ)存要求較高［7］。處理設(shè)備方面也以Windows95操作系統(tǒng)為主，CPU選擇與工作站相一致。而通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，使得通信網(wǎng)絡(luò)選擇更加豐富，通常以交換式快速以太網(wǎng)和ATM網(wǎng)絡(luò)為主，為圖像處理效率的提升創(chuàng)造良好環(huán)境［8］。

而在軟件設(shè)計(jì)方面，具體可分為多種不同的模塊，包括地震數(shù)據(jù)信息輸入模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)模塊、圖像轉(zhuǎn)換模塊、算法模塊以及控制模塊等等，這些模塊的組成使得系統(tǒng)運(yùn)行更加便捷，且具有效率性，整個(gè)系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系也更加緊密，具體邏輯關(guān)系如圖1所示。

由圖1可以看出，數(shù)據(jù)庫(kù)處理模式在整個(gè)模塊中起到絕對(duì)核心作用，并且是每個(gè)模塊的中轉(zhuǎn)站，在數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊的影響下，不同模塊功能性得到充分發(fā)揮［9］。本文主要從軟件系統(tǒng)角度出發(fā)，對(duì)Client/Server模式下動(dòng)態(tài)地震圖像處理系統(tǒng)內(nèi)容進(jìn)行闡述［10］。

3.2"" 系統(tǒng)功能分析

該系統(tǒng)結(jié)合Client/Server模式特點(diǎn)，所展示的功能內(nèi)容存在著較大不同，系統(tǒng)內(nèi)功能效果也比較突出，不同功能所表現(xiàn)出來(lái)的效果也存在較大差距。

（1）在數(shù)據(jù)庫(kù)管理方面，作為整個(gè)動(dòng)態(tài)地震圖像處理模塊的核心部分，通常是由系統(tǒng)管理員直接進(jìn)行操作，操作內(nèi)容主要完成對(duì)圖像的輸入與管理，對(duì)于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)也需要進(jìn)一步加強(qiáng)，使系統(tǒng)處理效率有著更加充足的保障［11］。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)于地震圖像收集完成后，會(huì)提前儲(chǔ)存到系統(tǒng)硬盤(pán)處，對(duì)收集到的內(nèi)容進(jìn)行篩選，最終直接存儲(chǔ)到光盤(pán)中，如果操作人員需要查詢已經(jīng)處理完成后的地震圖像，需要提前對(duì)光盤(pán)進(jìn)行加載。

（2）在安全管理方面，要求設(shè)置只由系統(tǒng)管理員進(jìn)行使用，具體包括用戶管理以及權(quán)限管理等等。在系統(tǒng)質(zhì)量管理責(zé)任分配方面，管理人員職責(zé)范圍需要有著不同的表現(xiàn)，具體表現(xiàn)內(nèi)容如表1所示。

（3）在查詢功能方面主要包括4種查詢模式，分別為檔案查詢、代碼查詢、關(guān)鍵詞查詢以及分類查詢等等。第四在圖像處理方面，主要包括圖像放大、開(kāi)窗以及轉(zhuǎn)換等，對(duì)于圖像顏色、大小進(jìn)行隨意更換［12］。

3.3"" 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)分析

3.3.1"" 地震數(shù)據(jù)信息輸入模塊

在Client/Server模式下，動(dòng)態(tài)地震圖經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期收集與處理，形成了多種不同的地震圖文件格式，包括SAC-binary、SAC-ascii等。在該模塊的影響下，系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)越多，則地震數(shù)據(jù)輸入功能效果會(huì)更加突出，雖然便捷程度有提升，但是會(huì)導(dǎo)致后續(xù)工作量會(huì)逐步增加，導(dǎo)致模塊功能效果程度會(huì)降低。在后續(xù)處理當(dāng)中，盡可能設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)格式相互轉(zhuǎn)換的程序，將程序內(nèi)容以數(shù)字格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時(shí)完成對(duì)軟件系統(tǒng)的運(yùn)行后，對(duì)其中一種功能進(jìn)行更換即可。經(jīng)過(guò)不斷篩選后，發(fā)現(xiàn)比較適合的文件格式有CSS（2.8/3.1）、SAC-ascii等［13］。

3.3.2"" 數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)模塊

數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)模塊是動(dòng)態(tài)地震圖像處理軟件系統(tǒng)必不可少的一種模塊，在對(duì)地震進(jìn)行分析的過(guò)程中，需要提前完成對(duì)數(shù)據(jù)資源的收集，收集完成后將數(shù)據(jù)保存起來(lái)。整個(gè)過(guò)程看起來(lái)比較復(fù)雜，使工作人員工作壓力增大。而通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立后，可幫助工作人員減緩工作壓力，提升效率。在Client/Server模式影響下，動(dòng)態(tài)地震圖像處理功能會(huì)進(jìn)一步完善，包含的存儲(chǔ)、查詢等功能效果得到提升。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存模式接口性能完善，可對(duì)原始波形數(shù)據(jù)進(jìn)一步提高改變，信息輸入輸出效果提升，此時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)模塊與數(shù)據(jù)管理模塊之間會(huì)形成有效的連接，將地震產(chǎn)生的信息源進(jìn)行雙向傳輸，提供更多相關(guān)的數(shù)據(jù)對(duì)話框，數(shù)據(jù)庫(kù)管理效果充分發(fā)揮出來(lái)［14］。

3.3.3"" 圖像轉(zhuǎn)換模塊

圖像轉(zhuǎn)換模塊是將收集到的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將各種參數(shù)數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成圖像內(nèi)容，根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)對(duì)地震源的判斷，具有非常明顯的動(dòng)態(tài)效果。在該模塊影響下，動(dòng)態(tài)地震圖像處理系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了多種功能，比如通過(guò)圖形類的基類，對(duì)圖形類共有特性進(jìn)行判斷，將波形數(shù)據(jù)內(nèi)容更好地體現(xiàn)出來(lái)?；蛘邔?duì)二維連續(xù)圖形內(nèi)容和離散圖形進(jìn)行連接，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像后，地震圖像會(huì)進(jìn)一步顯示出來(lái)，將地震源位置以及顯示方式表現(xiàn)出來(lái)。

3.3.4"" 算法模塊

動(dòng)態(tài)地震圖像處理系統(tǒng)算法模塊共分成2個(gè)部分，分別為普通信號(hào)處理算法以及地震學(xué)緊密相關(guān)算法。普通信號(hào)算法通常會(huì)應(yīng)用到傅利業(yè)變換算法，該算法是將信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成小波的形式，完成對(duì)數(shù)據(jù)平均誤差的衡量，對(duì)于信號(hào)數(shù)據(jù)的變化情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，將處理后的圖像與原圖像之間進(jìn)行對(duì)比。具體表示過(guò)程：

[MSE=1Mk=1n（f（x，y）-g（x，y））]""""""" （1）

式中：MSE表示對(duì)圖像數(shù)據(jù)平均誤差的衡量；M表示數(shù)據(jù)變化情況；f（x，y）表示原始圖像；g（x，y）表示重新衡量后的圖像。

為保證信號(hào)振動(dòng)幅度能夠進(jìn)一步加強(qiáng)，噪聲與信號(hào)之間振動(dòng)幅度更加清晰明顯，需要對(duì)地震信號(hào)實(shí)現(xiàn)歸一化處理，具體處理公式：

[χnorm=χ-μσ]""""""""""""""""""""""""""" （2）

式中：[χ]為原始信號(hào)值；[μ]為信號(hào)的均值；[σ]為信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差。通過(guò)此公式將所有信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為1的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。這種處理方法不僅可增強(qiáng)信號(hào)的振動(dòng)幅度，還能有效減少環(huán)境噪聲的影響，使地震信號(hào)的特征更加明顯，有助于后續(xù)的分析和處理。

3.3.5"" 數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理模塊在動(dòng)態(tài)地震圖象處理系統(tǒng)中主要起到樞紐效果，不僅負(fù)責(zé)內(nèi)部數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)安全維護(hù)也加強(qiáng)其保障，與軟件系統(tǒng)維護(hù)性以及擴(kuò)展性直接產(chǎn)生聯(lián)系。目前該模塊主要功能是對(duì)內(nèi)存數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括地震波的記錄數(shù)據(jù)，對(duì)地震波形內(nèi)容的儲(chǔ)存，以及對(duì)原始數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換等［15］。

3.3.6"" 控制模塊

在應(yīng)用動(dòng)態(tài)地震圖象處理系統(tǒng)中，為充分體現(xiàn)出Client/Server模式效果，需要利用到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的控制模塊，將信息數(shù)據(jù)應(yīng)用到控制模塊處后，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)源的接收，控制模塊啟動(dòng)效果就會(huì)表現(xiàn)出來(lái)，完成對(duì)各個(gè)接口的啟動(dòng)。動(dòng)態(tài)地震圖像處理系統(tǒng)，主要由3種類別所組成，同時(shí)提供一組菜單來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)功能的完善與實(shí)現(xiàn)，從而提高其控制效果。

4"" 結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)Client/Server模式下的動(dòng)態(tài)地震圖象處理系統(tǒng)內(nèi)容進(jìn)行分析研究。該系統(tǒng)從應(yīng)用效果來(lái)看，充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，采用模塊化設(shè)計(jì)方式，為動(dòng)態(tài)地震圖像處理提供一種很好的解決方法，從而發(fā)揮出地震儀器設(shè)備作用，對(duì)地震出現(xiàn)展開(kāi)正確預(yù)判，提升通信處理效果，提前做好相關(guān)的預(yù)防措施。

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