地磁觀測數(shù)據(jù)系統(tǒng)的分析和實現(xiàn)

張帆，丁廣，付琦吉林省地震局

地磁觀測數(shù)據(jù)系統(tǒng)的分析和實現(xiàn)

張帆，丁廣，付琦
吉林省地震局

研究表明地磁與大震之間有著緊密的聯(lián)系，在地震預測分析中，超低頻(ULF)地磁的方法也被公認為是最有前途的方法之一。本文以子午工程為背景，設計并實現(xiàn)了地磁觀測數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，為日常觀測人員對超低頻地磁觀測情況的分析和研究提供重要的信息化平臺。

地磁；超低頻(ULF)；數(shù)據(jù)分析處理；信息化系統(tǒng)

引言

子午工程是我國建設的第一個系統(tǒng)的、全方位的空間環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其監(jiān)測核心是空間電磁環(huán)境。傳統(tǒng)的雙軸地磁傳感器測量必須配合加速度傳感器補償傾斜改變的方位角，提供的精確度不夠[1]。而LEMI-30型衛(wèi)星同步超低頻感應磁力儀由三根感應式磁探頭和一個通訊單元組成，記錄數(shù)據(jù)更為精確。因此在地基臺站中配置了烏克蘭生產(chǎn)的Lemi-30感應式磁力儀，用于南北、東西和垂直向磁場變化觀測。

1 軟件組成

地磁觀測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)采用java語言開發(fā)，由5大層次組成，各個層次之間相互依托形成功能完備的獨立平臺[2]，圖1為系統(tǒng)組成。

圖1 軟件組成

2 軟件設計

LEMI-30感應儀每天產(chǎn)生2764800條記錄。系統(tǒng)要實現(xiàn)百萬級數(shù)據(jù)過濾及存儲處理[3]。對觀測原始數(shù)據(jù)[4]的處理參考地磁場模型[5]、IGRF全球地磁位模型[6]和地磁理論，利用高斯定理、遞歸算法相結(jié)合。

高斯公式[7]：高斯定理也稱為高斯公式(如式1所示)。磁場的高斯定理指出，無論對于穩(wěn)恒磁場還是時變磁場。如果對于一個閉合曲面，定義向外為正法線的指向，則進入曲面的磁通量為負，出來的磁通量為正，那么就可以得到通過一個閉合曲面的總磁通量為0。

遞歸算法[8]：遞歸算法是一種直接或者間接地調(diào)用自身算法的過程（如式2所示）。在編寫程序中，遞歸算法對解決這類問題十分有效，它往往使算法的描述簡潔而且易于理解。

整個數(shù)據(jù)挖掘計算過程中采用四層過濾的方式，每層的過濾都由隊列和堆棧算法來實現(xiàn)過度。數(shù)據(jù)處理主要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲處理、分析處理以及結(jié)果呈現(xiàn)。數(shù)據(jù)存儲和呈現(xiàn)采用AJAX異步交互和HighChart處理機制。

3 系統(tǒng)實例

圖1 分數(shù)據(jù)圖

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)開發(fā)過程中完全遵循軟件工程流程，確保軟件開發(fā)的規(guī)范性，若有其他需求，可將系統(tǒng)算法進一步優(yōu)化和二次開發(fā)。

[1]納拉帕納尼·納拉亞納·勞.電磁場基礎[M].北京：電子工業(yè)出版社,2006:20-198.

[2]高洪巖.Java EE核心框架實戰(zhàn)[M].北京：人民郵電出版社, 2014.

[3]朱顯嬌,劉勝益.地磁模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的集成開發(fā)[J].湖北：船海工程,2008.37(5).

[4]龍生海,鄒時林,王勝平等.基于數(shù)字信號處理技術的地磁日變數(shù)據(jù)處理方法研究[J].哈爾濱：測繪工程,2013.02.

[5]王亶文.地磁場模型研究[J].北京：國際地震動態(tài),2001.04.

[6]田晉.電磁測量參考計算軟件的設計與實現(xiàn)[J].天津：海洋測繪,2008.28(1).

[7]趙凱華,陳熙謀.新概念物理教程電磁學[M].北京：高等教育出版社,2006:151-298.

[8]拉弗.java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法[M].北京：中國電力出版社,2007: 50-310.

張帆（1982-），男，漢族，吉林長春人，長春大學，學士學位，助理工程師，從事地震與火山檢測信息化。