福建震情会商技术系统的设计与实现

洪明泉，康兰池，陈 光，王紫燕，陈超贤

（福建省地震局，福州 350002）

震情会商是我国地震主管部门50多年来形成的工作机制，是地震预报意见产出的关键环节。地震会商业务作为重要的震情研判手段，在地震监测预报业务体系内具有重要意义。地震会商是一项涉及多部门、多学科、多源数据、多种软件、多维呈现的综合性研究工作[1]。根据《中华人民共和国防震减灾法》，地震部门需要通过分级地震会商机制，给出长、中、短和临地震预报意见。长期以来，传统的会商模式效率出现诸多弊端，主要表现为各级会商结论意见的产出多缺乏定量模型依据，对国际上发展的模型方法缺少深入研究和实践应用。此类问题产生的主要原因是，每种模型方法的吸收、学习需投入大量人力物力，模型参数的训练和优化需要专业化技术团队支撑，导致娴熟应用一套程序成本较高[2]。福建省地震局从“九五”时期数字化改革后，建设了数字化地震台网、流动地震台网、前兆观测台网和高精度的GPS台网等各类地震观测台网，同时也采集了大量的观测数据，信息化程度也逐步完善[3-6]。然而省局现有的会商技术系统都比较老旧，无法满足目前现阶段信息化飞速发展的要求，同时地震预报的专家们对分析日益增加的海量数据也提出了更高的需求。因此在当前形势下，有必要开发一套满足各级、各类会商业务需求的软件平台系统，规范数据来源、技术方法使用和自动评价机制。

福建省地震局预报中心根据自身数据及应用体系情况与中国地震局地震预测研究室关于印发《震情会商技术方法业务应用推荐清单（2020年）》的函的要求，福建省地震局震情会商系统存在对震情会商技术方法集成应用不足、日常会商功能自动化程度不足和应急会商功能不成熟等问题。

1.1 地震会商中存在的问题

1.1 震情会商技术方法集成应用不全面

《震情会商技术方法业务应用推荐清单（2020年）》中地震学方法包括b值，前兆震群，地震空区，地震条带，地震窗，地震显著增强，地震显著平静，固体潮调制比，震源机制一致性参数；定点形变/跨断层方法包括速率变化分析法，趋势转折分析法，破年变分析法；跨断层方法包括阈值类方法，区域综合法；电磁方法包括地磁加卸载相应比、逐日比及综合预测法，地磁低点位移法，地磁垂直强度极化法，大地电场优势方位角法，直流视电阻率形态法；流体方法包括阈值（原始曲线）方法，速率变化方法，趋势转折分析方法，破年变方法。综上，该23种震情会商技术方法由中国地震局地震预测研究所组织测试评价并确定推荐，但在现行的震情会商系统中尚未实现集成应用，从而使得各学科图件生成过程无法使用方法，降低了生成图件的对比性与准确性，从而限制系统在数据分析和地震会商中快速协调、处理的能力。

1.2 日常会商功能自动化程度不足

会商资料生成的整体流程还需大量人工参与，其中各测站各测项的图件需逐一生成并下载后再上传保存，该过程费时费力，与真实意义上的日常会商自动化要求存在较大差异。为了系统能够更好地服务于日常会商需要，进一步加强日常会商自动化程度是必要的。

1.3 应急会商功能可用性不强

原有的应急会商系统的建设实现了应急会商资料上传并使用系统开展应急会商的功能，但会商的图件、资料无法通过系统按要求进行自动生成，分析预报人员仍需要利用各类分析预报软件，对观测数据进行处理，调用处理后数据，进行绘制成图，在进行应急会商资料制作时，工作量大，较难满足应急会商效率要求。为了系统能够服务于应急会商需要，进一步实现应急会商模块是必需的。

综上，为了将福建省地震局震情会商系统建成系统一体化、数据集成化、信息综合化、成果可视化和应用自动化与智能化的会商系统，亟待开发一套满足各级、各类会商业务需求的软件平台系统，从而进一步实现震情会商技术方法应用，完善日常会商功能自动化程度。

2 设计方案

福建震情会商技术系统是一套利用云计算技术，基于地震行业大数据开展业务融合应用的信息技术系统，它将基础硬件设施、网络设施、数据资源和业务系统等进行有机聚合，以资源虚拟化、应用专业化、按需定制、自由搭建的服务模式，为业务工作人员提供高效能、一站式的辅助决策和业务应用支撑。系统架构图如图1所示。

图1 系统架构

结合福建震情会商技术系统总体功能建设任务要求，进行分期分阶段实现，重点工作内容安排如下：①会商平台的功能优化与智能化实现；②二次开发模块；③根据收集算法模型情况实现质量监控功能的集成；④根据收集算法模型情况实现预测分析功能的集成，见表1。

表1 模块功能

3 系统实现

3.1 系统功能集成

系统集成需要实现数据整合与科室使用系统功能的集成，即整合数据资源及现有业务系统，将数据汇集、处理、分析和评估等模块进行整合，形成处理标准化、自动化、可视化和智能化的技术系统。系统功能集成包括二次开发模块V1.0实现MATLAB Production Server的集成，质量监控模型集成和预测分析模型集成。

利用微服务技术重构现有业务系统是—种深度整合方式，微服务是一种以业务功能为主的服务设计概念，每一个服务都具有自主运行的业务功能，对外开放不受语言限制，应用程序则是由一个或多个微服务组成，可搭建任意的业务流程，最终可实现地震预测业务的标准化、信息化和智能化，灵活构建功能完善、集约高效和技术先进的地震预测业务一体化体系，但微服务技术方案工作量大，需要实现完整具体的业务逻辑。通过调研，地震预报中心通常采用MATLAB实现数据分析，在数据汇集的基础上拟采用MATLAB Production Server作为分析引擎实现相关业务服务。

MATLAB的集成通过微服务将单机程序升级改造为Web应用。MATLAB生产服务器由服务器软件（MATLAB Production Server）和轻量级客户机库组成。服务器软件可以安装在MATLAB支持的所有硬件平台和操作系统上。客户机库可以与任何受支持的应用环境集成，并作为应用程序的一部分分发给任意数量的最终用户。如果使用的是RESTful JSON接口，则不需要分发任何客户机库。现有的业务系统深度集成建议采用此微服务解决方案，微服务解决方案需要专业算法开发人员和Web开发人员配合完成，如图2所示，专业模型开发人员在MATLAB Production Server测试环境中通过Web工程完成模型的调试、验证，正确模型编译后部署到生产环境中的MATLAB Production Server服务器中，Web开发人员的角色负责测试环境中的调试和验证，然后在生产环境中通过调用已部署的模型搭建各类业务系统并形成无须安装任何MATLAB客户机就能使用的业务系统。

图2 将模型部署到MATLAB生产服务器的工作流程图

MATLAB生产服务器允许自定义分析模型集成到Web应用服务器、数据库和专用服务器上运行，用户可以自动访问模型的最新版本，最终形成支撑地震预报业务的专业模型库，在此模型库上可搭建更高层次的应用分析场景，利用多核和多处理器服务器处理大量并发工作请求，在大数据环境中解决以往单机硬件带来的处理瓶颈，最终实现地震预测业务智能化分析。

3.2 基础设施建设

基于总体框架，采用VMWare技术搭建虚拟化环境，网络、计算和存储构成基础设施层，建立了支撑福建省地震会商一体化平台的运行环境，包括服务器、存储系统和安全系统等设施，满足了福建地震会商一体化平台的系统部署运行、信息共享协同和数据安全可靠等需求。

3.3 数据集成整合

3.3.1 集成方法

整合集成前兆、测震等学科在开展地震业务过程中产生的原始数据、中间数据、成果数据和管理数据等，实现数据的集群化管理。建立福建地震预报数据中心，为测震应急、共享服务等提供数据服务。系统建立关系型数据库以及非结构化数据库两，前兆、历史地震信息、运维日志、GNSS台站、会商用户信息、产品元数据和系统配置信息等数据存储在关系型数据库中，会商所需的文件、PPT以及脚本等数据存储在非结构化数据库中。其中前兆数据包括数字化原始前兆数据、数字化预处理前兆数据、流动观测数据、产品数据等。运维日志包括仪器信息（仪器名称、生产厂家、生产日期）；仪器运行信息（仪器号、仪器安装日期、安装地点、仪器的运行参数信息（如仪器网络地址、端口号等））；仪器校准信息；仪器维修与维护记录信息（如维修维护时间、维修内容、维修人、维修的主要事项等）。

3.4 会商平台建设

震情会商系统主要包含系统登录、首页、基础资料模块、图件生成模块、分析算法模块、会商平台模块、产品服务和系统管理等功能模块。

系统登录页面包括用户输入账号密码及验证码框，验证码加强了系统的安全性，如图3所示。

图3 系统登录页面截图

系统首页主要包括了最近地震统计信息、GNSS台网数据质量、地震前兆事件统计、前兆日志统计、历史地震显示、前兆台网及GNSS台网运行情况统计的界面展示。

基础资料模块包含了台网运行的详细信息，左边选择框选择地震监测台站，右侧显示测项的详细信息，中部地图显示各个测项的分布及运行情况。

图件生成模块包含了绘制前兆及测震资料的功能，选择台站名称、测项名称、类型、观测时间、记录周期、测项测点和分析方法等，可以自动生成会商所需要的图件。

会商平台模块包含了个人网盘及共享材料2大功能。个人网盘模块可以存储会商资料及个人的数据文件，在个人网盘中实现了上传、新建文件夹、下载、复制、粘贴、运行GMT脚本及生成PPT等功能。共享材料模块里可以查看所有人共享的会商资料，并且实现PPT的在线播放。

分析算法模块包括算法模型及模型计算2大功能。在算法模型模块中可以查看所有可以执行的算法介绍。在模型计算中可以自定义对算法进行编辑并执行。

产品服务模块主要是对数据产品、台湾强震和信息产品等社会服务产品进行展示。

4 结束语

本项目完成了业务需求调研、技术架构设计、关键技术研究、系统功能研发与测试及系统部署与试运行等几项工作，实现了地震基础资料整合、标准化图件生成、算法模型管理与在线集成运算、会商平台、产品服务和震情会商小程序等业务应用，提升了地震数据监测、分析、处理和标准化成图能力，系统试运行取得初步成效，为震情会商与辅助决策提供了一定的平台支撑。由于地震数据的多源异构特征、会商图件、报告的多样性以及业务数据分析算法的专业性，会商图件与报告生成的自动化仍需要人工进行干预，将在后期的建设中引入人工智能算法，自动识别和判断异常干扰事件，实现会商技术系统的全自动化。