地震在线分析会商广播系统建设

刘坚 李盛乐 刘珠妹

地震在线分析会商广播系统建设

刘坚 李盛乐 刘珠妹

刘坚，中国地震局地震研究所、减灾与遥感应用研究室副主任，工程师，主要研究方向涉及地震大数据应用研究、地质灾害风险评估、地震智能分析会商等。先后承担科技部重大科技支撑项目《地震分析预测若干实用技术研究》专题之《数字前兆资料分析处理软件》、地震行业专题基金项目《中央和省级地震信息行业服务系统》、地震科技星火计划项目《远程交互式地震会商广播系统》、中国地震局三结合《前兆数据异常自动检测报警系统研制》、测震青年骨干项目《基于ICE的测震数据库中间件开发》、地震专项基金《大数据平台下地震历史数据整理迁移》等多项科研项目；发表学术论文10余篇。2016年，参与国家“863”《重大工程地质灾害快速监测与评估》课题，运用优化随机森林模型进行地质灾害滑坡易发性评价，发表EI论文1篇。

项目立项背景

监测预报工作在防震减灾三大体系中处于重要的位置，是防震减灾工作的基石，做好监测预报工作是防震减灾工作的发展方向；新修订的《中华人民共和国防震减灾法》第十七条规定：国家加强地震监测预报工作，建立多学科地震监测系统，逐步提高地震监测预报水平。而震情会商是政府对地震监测预报、趋势分析等重要决策的主要依据来源。

1.制约监测预报地震会商的主要因素

目前制约监测预报地震会商的因素诸多，其中较为突出的因素有两个：

（1）前兆数据分析方法库没有统一开放式标准化，其原因是各分析预报软件因采用的开发环境（比如操作系统linux、Windows）、开发语言不同，皆将分析算法固化在各自程序内，没有将方法集合库形成统一开放式标准进行独立分离，致使精通专业数据分析而不懂程序开发人员无法有效利用方法库；精通程序开发但不熟悉分析预报研究人员亦无法有效丰富分析方法库，引进最新分析方法成果受阻；从而造成分析预报方法研究与应用严重脱节的局面。

（2）会商形式不灵活导致多方“会商”的困难。当前，传统的震情会商过程：①会商分析人员综合测震分析、前兆异常、数值模拟等技术方法进行数据分析，借助MAPSIS、EIS2000等基于GIS（地理信息系统）分析预报软件，事先做好各种静态图件及PPT；②参加会商分析人员集中指定在同一个地点进行会商；③结合历史地震活动、区域地质构造运动特点等背景资料信息给出会商、震后趋势会商意见。

然而，现有的震情会商系统与会商方式，难以满足分析预报人员和社会公众对提高地震预测、分析预报的现实需求，传统震情会商过程亦明显存在两大不足：①当地震危险区或地震发生在区域交界时，各区域会商分析人员在异地，会商就无法进行；②由于会商材料是事先做好的静态图件及PPT，会商现场无法随时改变参数，进行数据动态分析；上述制约监测预报地震会商的突出问题实际上是信息化和自动化程度不够的问题。

2.研发地震在线分析会商系统的必要性

众所周知，随着信息技术的快速发展，已经完成了从技术应用到技术服务的转变，而地震分析预报信息化还停留在单机处理的阶段，信息化水平明显滞后，迫切需要通过提升信息化水平来提高工作效率。因此，开发一套基于统一开放式标准分析方法库、数据在线分析和信息动态展示的远程交互式会商广播系统可以将分析预报人员从大量烦琐的数据处理中解放出来，将更多的精力用在分析研究上。

前兆数据分析预报方法库统一标准化和会商机制（形式）改革是《国务院关于进一步加强防震减灾工作的意见》和《中国地震局关于加强监测预报工作的意见》中重点关注的问题，也是“十二五”期间迫切需要解决的难题之一。该项目旨在研究和开发一套用于辅助地震专家进行地震趋势分析和会商的网络综合信息服务平台。平台基于统一数据分析预报方法标准库，提供灵活的地震数据产品在线服务和强大的在线分析工具，是对解决上述难题的探索和尝试。

项目研究目标

本项目旨在研究和开发一套用于地震分析会商的综合信息服务平台。实现前兆数据分析方法库的统一标准化和会商分析计算以及展示的信息化和自动化，建立紧急震情应对的交互式展示平台，有效地提高分析会商的质量和紧急震情应对的及时性。

项目的具体研究目标为：

1.压缩前兆数据库目标

建立统一用于分析预报的前兆数据源，为使数据读取访问迅速，数据采用压缩存储，这样不仅节省了数据库的磁盘空间，同时也提高了数据存取效率，因压缩数据体积变小，网络传输的时间变短，因此，为紧急会商系统快速读取数据，并为在线分析数据提供强劲有力数据来源赢得时间。

2.开放式会商分析方法库目标

实现基于ICE中间件的跨平台、跨语言的开放式分析计算方法库模块，该计算模块不求大而全，先开发在省级区域中心使用较好的数据分析处理方法，预留开放式标准接口，可以根据实际需要随时添加分析计算模块。

3.在线动态交互式会商目标

实现基于统一压缩前兆数据库的会商分析计算和数据显示功能，既可以导入普通PPT，亦可以快速便捷地查询显示任意时段的观测数据曲线，同时可以随时改变参数，动态调用方法库进行数据分析。

4.涉密会商数据加密传输目标

远程会商就要考虑会商材料及会商数据的涉密问题，因此数据材料在网络传输时要考虑加密安全，涉密材料数据加密传输拟采用数字签名原理实现，以保证涉密会商数据安全地在网络中传输。

项目设计与实现

针对上述研究目标，具体开展的研究内容有4项：

1.统一前兆数据库压缩存取

目前，前兆数据库分采样、秒采样等大数据是直接存入数据库的大字段，以ASCII码存储，这给数据库带来数据急剧膨胀，且保密性差、传输速度慢、存取效率低。采用高压缩比且高效的LZMA压缩算法，并自定义压缩二进制数据存储结构，把核心压缩二进制算法封装成API动态链接库，通过调用接口函数压缩大数据，再保存至数据库Blob字段；用数据时，再将保存在数据库中的数据解压缩进行还原。

2.标准化会商分析方法计算库

通过数据库的功能实现数据整点值、日均值、五日均值、月均值、年均值的显示，方便分析预报人员进行筛选和分析。对于预报效能较好的处理方法如：差分、拟合、回归、相关分析、理论固体潮计算、去趋势及滤波等，编制不同的计算模块实现数据的加工处理。该部分作为ICE中间件跨平台、跨语言开放式的模块化管理，可以根据需要以及分析预报的最新研究结果不断增加计算模块。

3.远程在线交互会商演示

会商广播系统将实现会商资料的在线演示，实现前兆数据曲线的动态演化，能同时快速调用不同时间尺度、不同采样率的数据用于会商中，改变以往会商汇报采用PPT 固态演示模式，便于现场选择异常台站异常测项演示、讨论、会商，提高会商效能。

远程交互式会商广播系统的整体架构分为3个层次，如图1所示，分别是：

（1）数据层：存储、管理会商的所有相关数据，包括统一会商前兆、测震数据库、电子地图信息数据库、会商背景知识库、基础数据、分析数据，为应用提供信息服务数据支撑；

（2）服务层：连接数据层和应用层的核心层，包括三大功能模块: ①协同管理功能模块: 具有会议控制、发言管理、用户管理等功能; ②数据分析与处理功能模块: 主要有异常计算、数据分析方法库、定制内容页等功能; ③数据共享服务模块: 包括信息自动发布、信息查询、对外服务开发接口等功能。

（3）应用层：实现创建会议、用户认证、会商资料网络推送、将普通PPT导入会商系统，可以按矩形、圆形区域、测项查看数据曲线；亦可在线进行数据动态分析；分析操作可以将实时消息广播至其他会商节点计算机，实时操作亦能接收其他会商节点的广播消息。

图1 系统总体框架示意图

4.涉密会商数据加密传输

涉密材料数据加密传输是通过数字签名原理实现，这里首先就要涉及“数字信封”的概念。“数字信封”基本原理是将原文用对称密钥加密传输，而将对称密钥用收方公钥加密发送给对方。收方收到数字信封，用自己的私钥解密信封，取出对称密钥解密得原文。未经认证和授权的人，看不见原数据，起到了在数字签名传输中对敏感数据的保密作用。

项目实施成果

按会商场景进行描述，会商会议开始时，通过远程交互式会商广播系统创建会商环境，异地参会人员如图2所示，登录系统会商环境。启动会商广播系统后，选择会商会议进行广播或接收PPT报告，便会出现如图3所示的界面，上半部分为广播窗口，下半部分为收听窗口，广播窗口中可以通过点击左边导航条的页面缩略图，定位显示该内容页；亦可随时改变参数，如图4所示，通过相关测项选择、矩形区域选择、圆形区域选择，浏览所关心的分量观测数据曲线，如图5所示，可以浏览选择分量一天、两天、一周、一个月的数据曲线，亦可以根据需要，选择任意起止时间段的分量数据观测曲线。以达到预期的动态分析会商效果。

图2 系统登录界面

图3 系统广播与接收功能界面

图4 按不同方式查询界面

图5 广播会商现场查询的观测曲线

项目产生的社会效益

1.系统推广与应用

该系统在地震系统内部分省局（河北地震局、新疆地震局、安徽地震局、湖北地震局、宁夏地震局等）试点单位进行初步应用，得到用户的好评。

2.系统培训与升级

2014年9月中旬，笔者先后在云南地震局、大理州地震局为地震分析预报人员进行系统培训。

在系统使用的过程中，用户反馈回来很多比较中肯的建议与意见，这给系统的进一步升级完善起到了至关重要的作用，也为该系统的进一步推广应用打下了坚实的基础。