陶志剛 劉春國 樊春燕 葉 青 劉 穎

1）中國北京100045 中國地震臺網中心

2）中國北京101121 北京華盛旭升科技有限公司

0 引言

我國地下流體觀測始于1966 年邢臺地震以后，經20 世紀80 年代的調整，2000 年以來的數字化升級改造，現已初步建成覆蓋中國大陸多個主要地震構造帶的地下流體站網。目前，納入國家地下流體站網管理的臺站約491 個，儀器約1 200 多套，監(jiān)控測項主要包括水位、水溫及氡、汞、氫氣、氦氣和水質離子等，觀測方式主要為人工觀測、模擬觀測和數字化觀測，采樣率為日、小時和分鐘，其中水位觀測儀器主要有SWY-2、LN-3A、ZKGD3000 等，水溫觀測儀器主要有SZW 系列、ZKGD3000NT 等，氡、汞、氦氣、氫氣濃度測項觀測儀器主要有FD-125、SD-3A、RG-BS、ATG-6138M、WGK-1、ATG-6118H 等（陶志剛等，2021）?？傊?，國家地下流體站網規(guī)模大，觀測手段多，儀器種類復雜，但信息化程度較低，且從事站網運行管理的人員較少，為日常管理帶來巨大挑戰(zhàn)。

隨著地下流體監(jiān)測業(yè)務的發(fā)展，站網的產出能力備受關注，要求地下流體站網能夠快速加工并產出高質量的地下流體專業(yè)產品，以滿足震情監(jiān)測、地震科研以及其他防震減災工作的迫切需要，現有軟件系統(tǒng)已無法滿足上述需求（劉春國等，2014）。在此背景下，國家地下流體臺網中心于2021 年設計并實現了地下流體站網運行管理與產品服務平臺（以下簡稱平臺）。該平臺基于B/S 架構設計、Spring Cloud 微服務架構思路，采用一級部署、三級應用的管理模式，實現全國地下流體站網運行管理的在線綜合業(yè)務，為我國地下流體監(jiān)測業(yè)務的開展提供技術支撐和保障，同時為全國監(jiān)測、預報人員以及科研院所等科研人員提供產品產出服務，顯著提高了國家地下流體站網運行管理和產品產出工作效率。

1 平臺框架設計

詳細梳理國家地下流體站網常規(guī)工作業(yè)務流程，根據各項工作特征及邏輯關系，設計平臺應用框架。該框架主要包括5 層：①數據層：將與地下流體相關的數據源整合到一個平臺上，包括觀測數據、觀測日志、工作日志、跟蹤分析事件、地震目錄、地圖信息、基礎信息等。數據層為平臺運行提供數據支持，是整個平臺的基礎；②管理層：用戶統(tǒng)一對臺站基礎信息、臺網變更（儀器變更、儀器停測、測點變更）、觀測條件（數據變化背景信息、環(huán)境干擾、觀測裝置）、臺項清單等進行管理；③監(jiān)控層：國家級用戶從全國層面對所有站點進行日常質量監(jiān)控、月尺度評價和年尺度評估；④產出層：數據產品、報告產品、圖件產品、跟蹤分析事件、大震應急等產品；⑤應用層：主要服務于站網運行管理、地震預測預報應用、地震科學研究、大震應急應用等方面。此外，平臺增加了系統(tǒng)管理模塊，包括用戶管理、角色管理、系統(tǒng)菜單、通知公告、標準規(guī)范、數據字典、用戶統(tǒng)計，主要方便用戶對平臺進行多維管理和權限設置。平臺設計框架見圖1。

圖1 地下流體站網運行管理與產品服務平臺設計框架Fig.1 The design framework of underground fluid station network operation management and product service platform

2 系統(tǒng)架構

為滿足平臺資源按需使用及可擴展性要求，平臺基于java 語言開發(fā)、B/S 架構設計，系統(tǒng)開發(fā)及運行基于Spring Cloud 微服務架構并結合海量數據實時、離線處理的業(yè)務場景，采用容器管理，支持集群組件，具備負載自動均衡、實時存儲、大數據量存儲、實時計算、離線計算等功能。平臺通過redis 數據庫進行實時數據的存儲與訂閱、Oracle 進行業(yè)務數據的存儲、Elasticsearch 進行全文檢索，支持對Word、Excel、PDF 等格式文檔進行輔助加工和標引，并完成自動入庫。平臺整體系統(tǒng)架構見圖2。

圖2 平臺整體系統(tǒng)架構Fig.2 The overall architecture framework of the platform

平臺部署在地震行業(yè)專業(yè)網內，簡化了客戶端工作，用戶可以使用瀏覽器登錄訪問，無需安裝軟件，操作便捷。

3 功能實現

國家地下流體站網所有常規(guī)業(yè)務均集成在同一個平臺上進行統(tǒng)一管理，業(yè)務鏈條更加清晰。平臺采用一級部署、三級應用的管理模式，建立了國家級、省局級和中心站級三級管理用戶，支持多人協(xié)同在線管理辦公，臺網管理更加動態(tài)高效。平臺包含6 大業(yè)務模塊，24 項功能，主要功能包括站網監(jiān)控、臺網管理、質量評估、產品服務、學科綜合、系統(tǒng)管理，見圖3。

圖3 地下流體站網運行管理與產品服務平臺功能框架Fig.3 Functional framework of underground fluid station network operation management and product service platform

平臺設置了登錄前后2 個界面，用戶登錄前只能瀏覽臺網簡介、產品服務、通知公告、標準規(guī)范等文件（不能下載），只有注冊賬號才能訪問平臺的各個功能。

3.1 站網監(jiān)控功能

平臺首頁：用戶登錄平臺后，在首頁可以查看全國所有臺站分布、斷層分布以及當月發(fā)生的地震分布情況。首頁增加了模糊查詢功能，可以快速搜索任意臺站的基本信息。背景地圖提供了中國行政區(qū)劃圖和中國地形圖2 種模式。從全國臺站分布圖上可以隨時查看儀器運行狀態(tài)（黃色圓點代表儀器故障，綠色代表儀器正常），點擊任意臺站，即可查看具體測點、測項的基本信息。

3.2 臺網管理功能

（1）基礎信息：作為一切數據的基礎，決定了觀測數據的完整性、準確性和可用性。用戶可以查看轄區(qū)內所有臺站信息、測點信息、井信息、泉信息、井泉測項、儀器信息、斷層信息，見圖4。

圖4 臺站基礎信息展示Fig.4 Display of basic station information

（2）臺網變更：用于統(tǒng)計全國所有流體觀測儀器的變更信息、停測信息和測點變更信息。

（3）觀測條件：包含觀測數據的背景信息、觀測裝置和環(huán)境干擾信息。其中：①背景信息：平臺自動計算觀測數據的年度最大值、最小值、均值、變化速率等信息；②觀測裝置：包含所有觀測裝置出現問題的臺項清單；③環(huán)境干擾：包含了所有受環(huán)境干擾的臺項信息。

（4）臺項清單：用戶可以查看轄區(qū)內臺網所有臺項清單信息，包括臺站代碼、測點、測項代碼、測項名稱、儀器型號、開始觀測時間、采樣率、井泉觀測場地等信息。

（5）上報管理：國家中心級用戶、省地震局用戶、中心站級用戶可以在平臺上傳相關文件及產品。

3.3 質量評估功能

質量評估功能涵蓋日常監(jiān)控、月度評價和年度評估3 部分。

（1）日常監(jiān)控：對全國地下流體臺網產出的觀測數據、預處理和觀測日志的質量情況進行監(jiān)控（劉春國，2017）。平臺在借鑒原監(jiān)控軟件的基礎上，從數據有效性、動態(tài)穩(wěn)定性、數據突跳等6 個方面優(yōu)化模型算法，根據不同測項數據的變化特征，設置不同的篩選閾值，篩選條件靈活可控，可以更加準確地篩選問題臺項，快速進行問題核實，并且每周定時自動掃描問題臺項，人工核實后自動產出監(jiān)控報告，監(jiān)控時效得到顯著提升。

（2）月度評價：國家級用戶每月對臺網觀測資料進行評價。從數據內在質量、儀器運行評價（儀器運行和故障統(tǒng)計）、數據完整性（連續(xù)率和完整率）3 個方面給出單項評價結果以及綜合月度評價結果。省級和臺站用戶可從宏觀層面了解臺網整體質量，也可查看省地震局、臺站的數據質量評價結果，見圖5。

圖5 全國月度評價結果展示圖Fig.5 Display of national monthly evaluation results

（3）年度評估：平臺增加了年度評估資料申報和上傳功能，評比資料全部電子化，優(yōu)化了申報流程，具有自動填寫參評臺項基本信息、一鍵生成全國參評信息表的功能。國家地下流體臺網中心從數據質量和觀測運維2 個方面進行評估，并給出綜合評估結果。評比打分采用人工與平臺自動判定相結合的方式，評價效率顯著提升。

3.4 產品服務功能

產品服務功能是平臺開發(fā)的核心功能之一。平臺產出包含數據、圖像、臺站和臺網報告、跟蹤分析事件、大震應急等產品。

（1）數據產品：包含原始數據、預處理數據、整點值數據以及日均值、五日均值、十日均值和月均值數據，平臺可以一鍵繪制臺站所有測項觀測數據，同時可以查看觀測日志和數據跟蹤分析事件記錄，見圖6。觀測日志和數據跟蹤分析事件是對數據異常變化的原因說明，二者配套使用，可以減少“盲數據”的比例，提高觀測數據的實用性。此外，在觀測曲線上可以標注地震信息（地震三要素），加強了觀測數據與地震信息的綜合使用。

圖6 觀測數據曲線產品展示圖Fig.6 Product display of monitoring data curve

（2）多年對比：平臺具有一鍵繪制5 年觀測數據曲線對比功能，可以進行不同年度同時期的數據變化差異對比，識別年度數據變化異常，見圖7。多年對比曲線與臺站基礎信息配套使用，方便用戶查詢所有與數據相關的前端信息。

圖7 多年對比觀測曲線展示Fig.7 Multi-year comparative monitoring curves display

（3）臺站報告：包括臺站的觀測運行年報、觀測數據月報表、儀器校測標定記錄、觀測數據原始記錄等文件，方便用戶查看儀器的運行維護情況、臺站周邊環(huán)境干擾情況，了解每個臺站、每套儀器的產出數據的可靠性。

（4）臺網報告：包括全國地下流體臺網月度運行報告、年度運行報告和分研究報告，從宏觀層面了解國家地下流體臺網規(guī)模、臺網運行、數據質量和產品產出等內容。

（5）圖像產品：用戶可以查看全國各個測項（水溫、水位、氡、汞、氫氣、氦氣）的日尺度和月尺度的空間變化分布圖。

（6）應急查詢：地震發(fā)生后，輸入地震信息（經緯度坐標）可以快速查詢震中幾百公里范圍內的臺項清單，篩選記錄同震響應的臺項清單以及數據異常變化的臺項清單。

（7）事件產品：平臺可以查詢數據跟蹤分析產出的各類事件產品（觀測系統(tǒng)事件、自然環(huán)境干擾、場地環(huán)境干擾、地球物理事件、人為干擾事件和不明原因事件）。

3.5 學科綜合功能

地下流體臺網中心除完成流體常規(guī)業(yè)務工作外，還承擔牽頭形變、重力、地電、地磁、流體、GNSS 學科產品匯總任務，主要包括臺網質量監(jiān)控日報、數據內在質量評價、區(qū)域質量評價3 部分。該平臺開發(fā)前，各學科完成相關產品后，通過郵件發(fā)送到中國地震臺網中心，由專人匯總并形成地球物理臺網產品，發(fā)送至各省地震局和臺站，臺站修改后通過郵件進行逐級反饋，流程復雜，時效性差（圖8）。

圖8 平臺開發(fā)前評價結果反饋流程Fig.8 The past evaluation result feedback process

該平臺開發(fā)后，各學科完成相關產品后直接上傳平臺進行自動匯總，一鍵生成相關產品，各省局、中心站登錄平臺即可查看權限范圍內問題臺項清單，并進行在線反饋，顯著提高了問題反饋的時效性，建立了學科與中心站之間業(yè)務溝通的橋梁（圖9）。

圖9 平臺開發(fā)后評價結果反饋流程Fig.9 The current evaluation result feedback process

4 平臺特點

相比過去地下流體各項業(yè)務工作，該平臺具有以下特點：①提高自動化水平。利用信息化手段，提高了臺網運行管理與產品產出的自動化水平，臺網管理的便捷性及產出產品的時效性得以提高；②一級部署、三級應用。平臺涵蓋了地下流體臺網所有常規(guī)業(yè)務，采用一級部署三級應用管理模式，建立了國家中心級、省級、中心站級三級管理，不同層級用戶登錄平臺即可管理轄區(qū)范圍內所有站點；③產品豐富化。產品類別豐富，包含了數據、圖像、臺站報告、臺網報告、應急查詢等產品；④觀測資料透明化。用戶不僅可以獲取原始數據、預處理數據、均值類數據，查詢觀測日志和跟蹤分析事件記錄，還可以了解前端臺站基本情況、觀測環(huán)境、儀器運行狀況，從而判斷數據的可靠性；⑤臺網管理無紙化。臺網運行管理與產品產出電子化，方便用戶在線瀏覽和下載。

5 結束語

該平臺是國家地下流體臺網首個綜合性業(yè)務在線管理平臺，功能全面，產品豐富，自動化水平高，面向地震系統(tǒng)開放使用。希望各級用戶在使用的同時，多向國家地下流體臺網中心提出寶貴意見，共同完善平臺各個業(yè)務模塊功能。此外，隨著信息化技術的不斷發(fā)展，大數據分析應用在地震行業(yè)的深入，平臺將會開發(fā)新的功能和產品，更好地服務于防震減災事業(yè)。