洪旭瑜

(福建省地震局,福建 福州350003)

1 概述

地震前兆是地震预报的基础,地震前存在前兆异常现象已被大量地震实例所证实[1]。以福建地球物理台网为例,获取地震前兆信息包括形变(重力、应变)、地下流体(水物理、水化学)、地球物理(地磁、地电)、地震生物(动物)等手段,地震前兆异常判断需要正常的背景,并排除干扰因素的影响[2],这需要对地球物理台网观测数据质量进行严格的校核,确保准确排除异常干扰信息。本文探讨设计一套系统实现对地球物理台网观测数据进行质量监控并以此提供综合信息服务,以期提高地球物理台网观测数据质量,更好为地震监测预报服务。

2 系统总体概况

2.1 地球物理台网概况

福建地球物理台网自“十五”实施以来,平台建设更趋规模化、系统化、科学化以及集成化,数据使用效率将得到极大提高。目前,福建地球物理台网共下属12个省级专业台站和23个市县地方台站(如图1所示),主要由形变、重力、电磁和地下流体四大学科专业台网构成,观测采样记录方式包括数字化自动观测、人工观测、模拟观测等技术观测手段。

图1 福建地球物理台网台站空间分布图

2.2 监控服务系统总体概况

系统以福建地球物理台网大量历史观测数据为基础,设计福建地球物理台网观测数据质量监控服务系统,对福建地球物理台网观测数据质量进行监控跟踪分析服务,保证观测数据质量,对影响观测数据质量因素进行分析总结。系统的建立可以为地震观测一线和分析预报人员以及地震相关用户提供服务,减少因信息不对称造成的人力、物力和财力的浪费,为地震预报及其效能评估提供可靠、科学、准确的科学依据。

系统是基于oracle数据库,采用JAVA语言编写,以C/S模式进行模块设计,基于JVM实现平台无关性,系统由用户信息、综合信息服务、数据库配置、质量监控、质量反馈、统计计算模块六大独立的模块组成,具有较强的独立性和扩展性,系统模块的总体设计思路如图2所示。

图2 系统模块设计图

3 系统设计

3.1 数据库设计

系统运行平台主要是基于Linux操作系统,数据库采用Oracle10g。依据《地震前兆数据库结构规范》规范创建数据库实例,建立相应数据库文件qzxt.dbf,数据库文件主要包括数据表、日志表、基础信息表,如图3所示。对于如何创建数据库实例以及建立数据库文件和表信息,国内外许多专家已经做了许多详细介绍,本文在这里就不做讨论[4-5]。

图3 数据库文件表信息

3.2 系统模块设计

本章节主要讨论福建地球物理台网观测数据质量监控服务系统的展示层,其结构见图2。其展示层主要是有质量监控、综合信息服务、质量反馈、观测数据统计组成。用户信息、台网运行维护、帮助与支持系统模块本文不做具体的论述。

3.2.1 系统首页

质量监控是该系统的关键核心部分。质量监控主要是指观测台站运行监控日志与观测数据质量监控记录两大模块部分,如图4所示。

图4 质量监控模块

观测台站运行监控日志由福建区域、闽南地区、闽东地区、闽西地区、闽北地区组成。其主要记录各地区区域台网所属观测台站在日常运行中的一个情况记载,主要是记录台站观测仪器的运行情况、系统软硬件运行情况、数据收集情况、数据预处理情况、数据入库情况以及台站重大情况记载等事件记录。

观测数据质量监控记录主要是对观测仪器数据质量进行事件分析记录。事件影响因素主要归纳为观测系统事件、自然环境因素事件、人为干扰事件、地球物理事件、场地环境干扰事件以及不明原因事件等六大影响因素。通过对事件因素的分析,能够快速对影响观测数据质量进行定位。

3.2.2 观测数据统计

观测数据统计功能实现对福建区域台网秒采样、分钟采样、时值采样以及日值采样的在运行观测仪器的测项分量信息进行统计。统计信息包含仪器所属的台站名称、台站代码、仪器名称、仪器ID号、测点编码、测项分量代码、仪器数据起始日期以及仪器数据最新日期。通过对观测数据统计,可以更好的掌握仪器的运行服务时间,了解仪器的数据产出情况。

3.2.3 综合信息服务

综合信息服务由六大子信息模块组成,分别是观测台站信息、水库信息、宏观观测信息、仪器信息、学科信息以及地震信息,主要是以观测台站信息和仪器信息为主,如图5所示。

图5

观测台站信息包括节点台站信息、台站经纬度高程信息、台站历史基础信息、台站台站堪选情况、台站周围地震活动性背景、台站气候特征、台站历史沿革以及台站基本情况概述。通过观测台站信息可以较好了解台站观测背景和台站的基本信息,以台站周围地震活动性背景可以了解台站所处的地震地质条件以及周围地震活动性背景,如南平台台址地质年代为前震旦代,基岩出露完整,且比较坚硬,地处政和-海丰断裂带中断西侧。

仪器信息对前兆台网与陆态网络所有进行过观测记录的仪器进行分类统计,包含九五仪器、十五仪器、人工或模拟观测仪器、模拟仪器、非在线仪器、陆态网络仪器以及其他类型仪器。统计结果显示该套所属台站名称、仪器名称、仪器ID号、仪器型号、仪器代码、仪器出厂日期、仪器启用日期、仪器停测日期以及仪器生产厂家。

3.2.4 反馈信息

反馈信息是一个互动模块,是对影响整个观测台网运行情况及观测数据产品产出质量的因素问题反馈过程。反馈信息主要记录反馈的内容及反馈人,台网维护相关人员必须对反馈内容进行及时处理并提出解决办法,处理结果一般不超过24小时。

3.3 系统应用

目前,福建地球物理台网观测数据质量监控系统已经处于试运行阶段,并对日常观测数据提供质量监控服务。由于系统采用的是C/S模式进行设计,因此最终以安装包的形式安装到用户的操作系统终端,用户只需通过地震行业内网登录系统客户端就能够实现对基于oracle数据库的前兆观测数据质量监控信息的共享,登录界面如图6所示。

图6 登录界面

4 结论

福建地球物理台网观测数据质量监控系统已试运行了一段时间,系统运行稳定,基本能够满足日常对观测数据质量监控需求,但系统功能还不够完善,还不能完全满足地震监测预报人员对观测数据信息的需求,需要进一步的更新改进,同时考虑到地震应急会商的紧迫性,后续系统考虑自动生成长期、中期以及短期的各学科观测数据的事件图集,并增加对观测数据的深加工,提升系统的使用价值和可应用性。