地球物理臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控的設(shè)計與應(yīng)用

洪旭瑜

(福建省地震局,福建 福州350003)

1 概述

地震前兆是地震預(yù)報的基礎(chǔ),地震前存在前兆異?，F(xiàn)象已被大量地震實例所證實[1]。以福建地球物理臺網(wǎng)為例,獲取地震前兆信息包括形變(重力、應(yīng)變)、地下流體(水物理、水化學(xué))、地球物理(地磁、地電)、地震生物(動物)等手段,地震前兆異常判斷需要正常的背景,并排除干擾因素的影響[2],這需要對地球物理臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量進行嚴格的校核,確保準確排除異常干擾信息。本文探討設(shè)計一套系統(tǒng)實現(xiàn)對地球物理臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)進行質(zhì)量監(jiān)控并以此提供綜合信息服務(wù),以期提高地球物理臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量,更好為地震監(jiān)測預(yù)報服務(wù)。

2 系統(tǒng)總體概況

2.1 地球物理臺網(wǎng)概況

福建地球物理臺網(wǎng)自“十五”實施以來,平臺建設(shè)更趨規(guī)?；?、系統(tǒng)化、科學(xué)化以及集成化,數(shù)據(jù)使用效率將得到極大提高。目前,福建地球物理臺網(wǎng)共下屬12個省級專業(yè)臺站和23個市縣地方臺站(如圖1所示),主要由形變、重力、電磁和地下流體四大學(xué)科專業(yè)臺網(wǎng)構(gòu)成,觀測采樣記錄方式包括數(shù)字化自動觀測、人工觀測、模擬觀測等技術(shù)觀測手段。

圖1 福建地球物理臺網(wǎng)臺站空間分布圖

2.2 監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)總體概況

系統(tǒng)以福建地球物理臺網(wǎng)大量歷史觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),設(shè)計福建地球物理臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng),對福建地球物理臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量進行監(jiān)控跟蹤分析服務(wù),保證觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量,對影響觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量因素進行分析總結(jié)。系統(tǒng)的建立可以為地震觀測一線和分析預(yù)報人員以及地震相關(guān)用戶提供服務(wù),減少因信息不對稱造成的人力、物力和財力的浪費,為地震預(yù)報及其效能評估提供可靠、科學(xué)、準確的科學(xué)依據(jù)。

系統(tǒng)是基于oracle數(shù)據(jù)庫,采用JAVA語言編寫,以C/S模式進行模塊設(shè)計,基于JVM實現(xiàn)平臺無關(guān)性,系統(tǒng)由用戶信息、綜合信息服務(wù)、數(shù)據(jù)庫配置、質(zhì)量監(jiān)控、質(zhì)量反饋、統(tǒng)計計算模塊六大獨立的模塊組成,具有較強的獨立性和擴展性,系統(tǒng)模塊的總體設(shè)計思路如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)模塊設(shè)計圖

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)運行平臺主要是基于Linux操作系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫采用Oracle10g。依據(jù)《地震前兆數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)規(guī)范》規(guī)范創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫實例,建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫文件qzxt.dbf,數(shù)據(jù)庫文件主要包括數(shù)據(jù)表、日志表、基礎(chǔ)信息表,如圖3所示。對于如何創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫實例以及建立數(shù)據(jù)庫文件和表信息,國內(nèi)外許多專家已經(jīng)做了許多詳細介紹,本文在這里就不做討論[4-5]。

圖3 數(shù)據(jù)庫文件表信息

3.2 系統(tǒng)模塊設(shè)計

本章節(jié)主要討論福建地球物理臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)的展示層,其結(jié)構(gòu)見圖2。其展示層主要是有質(zhì)量監(jiān)控、綜合信息服務(wù)、質(zhì)量反饋、觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計組成。用戶信息、臺網(wǎng)運行維護、幫助與支持系統(tǒng)模塊本文不做具體的論述。

3.2.1 系統(tǒng)首頁

質(zhì)量監(jiān)控是該系統(tǒng)的關(guān)鍵核心部分。質(zhì)量監(jiān)控主要是指觀測臺站運行監(jiān)控日志與觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控記錄兩大模塊部分,如圖4所示。

圖4 質(zhì)量監(jiān)控模塊

觀測臺站運行監(jiān)控日志由福建區(qū)域、閩南地區(qū)、閩東地區(qū)、閩西地區(qū)、閩北地區(qū)組成。其主要記錄各地區(qū)區(qū)域臺網(wǎng)所屬觀測臺站在日常運行中的一個情況記載,主要是記錄臺站觀測儀器的運行情況、系統(tǒng)軟硬件運行情況、數(shù)據(jù)收集情況、數(shù)據(jù)預(yù)處理情況、數(shù)據(jù)入庫情況以及臺站重大情況記載等事件記錄。

觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控記錄主要是對觀測儀器數(shù)據(jù)質(zhì)量進行事件分析記錄。事件影響因素主要歸納為觀測系統(tǒng)事件、自然環(huán)境因素事件、人為干擾事件、地球物理事件、場地環(huán)境干擾事件以及不明原因事件等六大影響因素。通過對事件因素的分析,能夠快速對影響觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量進行定位。

3.2.2 觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計

觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能實現(xiàn)對福建區(qū)域臺網(wǎng)秒采樣、分鐘采樣、時值采樣以及日值采樣的在運行觀測儀器的測項分量信息進行統(tǒng)計。統(tǒng)計信息包含儀器所屬的臺站名稱、臺站代碼、儀器名稱、儀器ID號、測點編碼、測項分量代碼、儀器數(shù)據(jù)起始日期以及儀器數(shù)據(jù)最新日期。通過對觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計,可以更好的掌握儀器的運行服務(wù)時間,了解儀器的數(shù)據(jù)產(chǎn)出情況。

3.2.3 綜合信息服務(wù)

綜合信息服務(wù)由六大子信息模塊組成,分別是觀測臺站信息、水庫信息、宏觀觀測信息、儀器信息、學(xué)科信息以及地震信息,主要是以觀測臺站信息和儀器信息為主,如圖5所示。

圖5

觀測臺站信息包括節(jié)點臺站信息、臺站經(jīng)緯度高程信息、臺站歷史基礎(chǔ)信息、臺站臺站堪選情況、臺站周圍地震活動性背景、臺站氣候特征、臺站歷史沿革以及臺站基本情況概述。通過觀測臺站信息可以較好了解臺站觀測背景和臺站的基本信息,以臺站周圍地震活動性背景可以了解臺站所處的地震地質(zhì)條件以及周圍地震活動性背景,如南平臺臺址地質(zhì)年代為前震旦代,基巖出露完整,且比較堅硬,地處政和-海豐斷裂帶中斷西側(cè)。

儀器信息對前兆臺網(wǎng)與陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)所有進行過觀測記錄的儀器進行分類統(tǒng)計,包含九五儀器、十五儀器、人工或模擬觀測儀器、模擬儀器、非在線儀器、陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)儀器以及其他類型儀器。統(tǒng)計結(jié)果顯示該套所屬臺站名稱、儀器名稱、儀器ID號、儀器型號、儀器代碼、儀器出廠日期、儀器啟用日期、儀器停測日期以及儀器生產(chǎn)廠家。

3.2.4 反饋信息

反饋信息是一個互動模塊,是對影響整個觀測臺網(wǎng)運行情況及觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品產(chǎn)出質(zhì)量的因素問題反饋過程。反饋信息主要記錄反饋的內(nèi)容及反饋人,臺網(wǎng)維護相關(guān)人員必須對反饋內(nèi)容進行及時處理并提出解決辦法,處理結(jié)果一般不超過24小時。

3.3 系統(tǒng)應(yīng)用

目前,福建地球物理臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)處于試運行階段,并對日常觀測數(shù)據(jù)提供質(zhì)量監(jiān)控服務(wù)。由于系統(tǒng)采用的是C/S模式進行設(shè)計,因此最終以安裝包的形式安裝到用戶的操作系統(tǒng)終端,用戶只需通過地震行業(yè)內(nèi)網(wǎng)登錄系統(tǒng)客戶端就能夠?qū)崿F(xiàn)對基于oracle數(shù)據(jù)庫的前兆觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控信息的共享,登錄界面如圖6所示。

圖6 登錄界面

4 結(jié)論

福建地球物理臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)已試運行了一段時間,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,基本能夠滿足日常對觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控需求,但系統(tǒng)功能還不夠完善,還不能完全滿足地震監(jiān)測預(yù)報人員對觀測數(shù)據(jù)信息的需求,需要進一步的更新改進,同時考慮到地震應(yīng)急會商的緊迫性,后續(xù)系統(tǒng)考慮自動生成長期、中期以及短期的各學(xué)科觀測數(shù)據(jù)的事件圖集,并增加對觀測數(shù)據(jù)的深加工,提升系統(tǒng)的使用價值和可應(yīng)用性。