郭啟倩 周 輝 楊 勤 馬 亮 王隨隨

（中國(guó)西安 710054 中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心）

0 引言

中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心（以下簡(jiǎn)稱二測(cè)中心）作為大地形變學(xué)科骨干單位，監(jiān)測(cè)區(qū)域基本跨越川滇、陜西、甘肅蘭天武—河西走廊、寧夏西海固、青藏高原和新疆等全國(guó)主要地震區(qū)，覆蓋汾渭、河套—銀川、喜馬拉雅山、可可西里—金沙江、柴達(dá)木、阿爾金—祁連山、西昆侖等地震帶。監(jiān)測(cè)手段包括區(qū)域精密水準(zhǔn)測(cè)量、三角測(cè)量、基線測(cè)量、激光與紅外激光測(cè)量、流動(dòng)跨斷層場(chǎng)地觀測(cè)、流動(dòng)GNSS 觀測(cè)、流動(dòng)重力觀測(cè)、流動(dòng)地磁觀測(cè)、流動(dòng)測(cè)震觀測(cè)、工程測(cè)震等?？蒲蓄I(lǐng)域遍及大地測(cè)量學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、工程測(cè)震學(xué)等。

二測(cè)中心產(chǎn)出的大地形變流動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)通過質(zhì)量管控、標(biāo)準(zhǔn)化處理、結(jié)構(gòu)化入庫的規(guī)范流程，形成了以區(qū)域精密水準(zhǔn)、流動(dòng)GNSS、流動(dòng)重力、跨斷層場(chǎng)地測(cè)距數(shù)據(jù)為主的大地形變流動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)庫（下文簡(jiǎn)稱形變數(shù)據(jù)庫），由國(guó)家地震數(shù)據(jù)共享中心西部形變數(shù)據(jù)分中心（以下簡(jiǎn)稱西部形變分中心）管理。該數(shù)據(jù)庫將大地形變流動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)，從而有效提高數(shù)據(jù)的管理效率。本文從流動(dòng)形變數(shù)據(jù)收集和入庫、數(shù)據(jù)樣本描述、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評(píng)估、數(shù)據(jù)價(jià)值等方面，介紹大地形變流動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)庫。

1 數(shù)據(jù)收集和入庫

1.1 數(shù)據(jù)收集

二測(cè)中心承擔(dān)中國(guó)大陸地區(qū)地震形變監(jiān)測(cè)和地震預(yù)測(cè)研究任務(wù)，先后參與實(shí)施了地震預(yù)報(bào)科技攻關(guān)、“中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)”、“中國(guó)數(shù)字地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)”、“中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)”、“中國(guó)地震背景場(chǎng)探測(cè)”、“華北地區(qū)強(qiáng)震強(qiáng)化監(jiān)視跟蹤”及“中國(guó)綜合地球物理場(chǎng)觀測(cè)”等重大科學(xué)工程，產(chǎn)出中國(guó)大陸三維地殼運(yùn)動(dòng)背景速度場(chǎng)圖像等產(chǎn)品。完成約1.6×105km 的精密水準(zhǔn)測(cè)量、近5 000 處次跨斷層綜合形變（基線丈量、紅外測(cè)距）測(cè)量、5 000 余點(diǎn)段流動(dòng)重力測(cè)量、500 多個(gè)GNSS 觀測(cè)點(diǎn)選建以及8 000 余點(diǎn)次GNSS 觀測(cè)等。與此同時(shí)，二測(cè)中心組織開展了1986 年青海門源6.4 級(jí)地震、1990 年青海共和MS6.9 地震、1990 年古浪MS6.2 地震、2001 年昆侖山西口MS8.1 地震、2008 年四川汶川MS8.0 地震、2010 年青海玉樹MS7.1 地震、2013 年蘆山MS7.0 地震、2016 年新疆呼圖壁MS6.2 地震、2017年新疆精河MS6.6及四川九寨溝MS7.0地震等10多次地震的應(yīng)急監(jiān)測(cè)與科學(xué)考察。歷經(jīng)幾十年觀測(cè)，積累了大量流動(dòng)形變觀測(cè)資料。截至2019 年，西部形變分中心歸檔并提供服務(wù)的流動(dòng)形變數(shù)據(jù)集見表1。

表1 流動(dòng)形變數(shù)據(jù)集Table 1 The data set of mobile geodetic deformation

1.2 數(shù)據(jù)入庫

西部形變分中心基于形變數(shù)據(jù)庫管理流動(dòng)形變觀測(cè)資料，實(shí)現(xiàn)了流動(dòng)形變觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化和關(guān)系型的數(shù)據(jù)管理（楊勤等，2016）。作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，形變數(shù)據(jù)庫的目標(biāo)是將大地形變流動(dòng)觀測(cè)過程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)（包含觀測(cè)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)）進(jìn)行存儲(chǔ)管理。

基于上述理念，將形變數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為多個(gè)子庫的集合，包含共通基礎(chǔ)信息子庫、監(jiān)測(cè)任務(wù)管理信息子庫、流動(dòng)水準(zhǔn)觀測(cè)信息子庫、流動(dòng)GNSS 觀測(cè)子庫、跨斷層測(cè)距觀測(cè)子庫以及數(shù)據(jù)產(chǎn)品子庫，內(nèi)容包括所有觀測(cè)手段的觀測(cè)點(diǎn)位或觀測(cè)場(chǎng)地基礎(chǔ)信息、觀測(cè)儀器基本信息、觀測(cè)手簿和觀測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)以及觀測(cè)任務(wù)的管理過程信息等。數(shù)據(jù)庫表設(shè)計(jì)見表2，其中，區(qū)域精密水準(zhǔn)數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1，流動(dòng)GNSS 數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖2，跨斷層測(cè)距數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)見圖3。

表2 流動(dòng)形變數(shù)據(jù)庫表設(shè)計(jì)Table 2 The database table design of mobile geodetic deformation

圖1 區(qū)域精密水準(zhǔn)數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)Fig.1 The logical structure of regional precise leveling data

圖2 流動(dòng)GNSS 數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)Fig.2 The logical structure of mobile GNSS data

圖3 跨斷層測(cè)距數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)Fig.3 The logical structure of cross fault ranging data

2 數(shù)據(jù)樣本描述

（1）共通基礎(chǔ)信息子庫。該子庫包含定義地點(diǎn)地址的全國(guó)行政區(qū)劃信息表、定義全國(guó)業(yè)務(wù)單位的機(jī)關(guān)單位信息表、定義業(yè)務(wù)人員的人員信息表，以及全局檔案文件資源信息表，全局代碼分類信息表等。

（2）監(jiān)測(cè)管理信息子庫。該子庫包含監(jiān)測(cè)管理中對(duì)項(xiàng)目、任務(wù)、子任務(wù)以及觀測(cè)小組的信息定義，以及子任務(wù)詳情信息表和項(xiàng)目任務(wù)完成狀態(tài)表等。監(jiān)測(cè)管理信息子庫數(shù)據(jù)示例見圖4。

圖4 監(jiān)測(cè)管理信息子庫數(shù)據(jù)示例Fig.4 The example of subbase of monitoring management information

項(xiàng)目信息表主要定義監(jiān)測(cè)任務(wù)的項(xiàng)目或課題信息，表中存放項(xiàng)目來源、起止年月、完成狀況以及項(xiàng)目任務(wù)書和驗(yàn)收?qǐng)?bào)告等檔案文件。任務(wù)信息表定義了從項(xiàng)目分解到某一觀測(cè)年度、以某種觀測(cè)方法的可執(zhí)行任務(wù)。例如，大華北項(xiàng)目是跨多年度、具有多種觀測(cè)手段的重大行業(yè)專項(xiàng)，該項(xiàng)目的2015年水準(zhǔn)觀測(cè)就是一個(gè)任務(wù)。任務(wù)信息表中存放該任務(wù)的父級(jí)項(xiàng)目、起止時(shí)間、觀測(cè)手段、完成狀況等信息，以及技術(shù)設(shè)計(jì)書、實(shí)施方案、部門技術(shù)總結(jié)等檔案文件。子任務(wù)是指將任務(wù)繼續(xù)分解，由某個(gè)觀測(cè)小組實(shí)施其中的一部分任務(wù)，表中存放該子任務(wù)的父級(jí)任務(wù)、起止時(shí)間、完成狀況、實(shí)施觀測(cè)小組等信息，以及小組技術(shù)總結(jié)報(bào)告等檔案文件。觀測(cè)小組信息表定義觀測(cè)小組管理單位、小組成員、觀測(cè)手段等信息。

（3）流動(dòng)水準(zhǔn)觀測(cè)信息子庫。該子庫包括水準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)之記、水準(zhǔn)區(qū)域信息、水準(zhǔn)觀測(cè)儀器信息等基礎(chǔ)信息表和表示觀測(cè)數(shù)據(jù)的觀測(cè)手簿信息表、表示觀測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)的水準(zhǔn)高差表和表示水準(zhǔn)觀測(cè)儀器檢驗(yàn)結(jié)果的觀測(cè)儀器檢驗(yàn)表等。將觀測(cè)手簿和高差表完整導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，是該數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)之一。流動(dòng)水準(zhǔn)觀測(cè)信息子庫數(shù)據(jù)示例見圖5。

圖5 流動(dòng)水準(zhǔn)觀測(cè)信息子庫數(shù)據(jù)示例(a)水準(zhǔn)高差成果表原始數(shù)據(jù)；(b)水準(zhǔn)高差成果表數(shù)據(jù)庫列表Fig.5 The example of subbase of flowing leveling data

（4）流動(dòng)GNSS 觀測(cè)信息子庫。流動(dòng)GNSS 觀測(cè)子庫包括GNSS 觀測(cè)點(diǎn)之記、GNSS觀測(cè)網(wǎng)信息、GNSS 觀測(cè)儀器信息等基礎(chǔ)信息表，和表示觀測(cè)數(shù)據(jù)的觀測(cè)手簿信息表、表示 GNSS 觀測(cè)儀器檢驗(yàn)結(jié)果的儀器檢驗(yàn)表等。

（5）跨斷層場(chǎng)地測(cè)距觀測(cè)信息子庫。跨斷層場(chǎng)地測(cè)距觀測(cè)子庫包括測(cè)距觀測(cè)場(chǎng)地、測(cè)點(diǎn)及測(cè)邊信息、測(cè)距觀測(cè)儀器信息等基礎(chǔ)信息表，和表示觀測(cè)數(shù)據(jù)的觀測(cè)手簿信息表、觀測(cè)成果表以及表示測(cè)距觀測(cè)儀器檢驗(yàn)結(jié)果的儀器檢驗(yàn)表等。跨斷層場(chǎng)地測(cè)距觀測(cè)信息子庫數(shù)據(jù)示例見圖6。

圖6 跨斷層場(chǎng)地測(cè)距觀測(cè)信息子庫數(shù)據(jù)示例（跨斷層測(cè)距成果列表）Fig.6 The example of subbase of cross fault site ranging observational data

（6）數(shù)據(jù)產(chǎn)品管理子庫。將各種大地形變流動(dòng)觀測(cè)產(chǎn)出的研究報(bào)告、數(shù)據(jù)圖形、論文等數(shù)據(jù)產(chǎn)品和引用的原始數(shù)據(jù)文件等信息進(jìn)行分類并歸類管理，便于其他研究者快速查詢。

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評(píng)估

3.1 觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量管理

2005 年，二測(cè)中心引入ISO 國(guó)際質(zhì)量管理體系，數(shù)據(jù)質(zhì)量管理和風(fēng)險(xiǎn)防控均符合ISO9001 的要求。測(cè)量過程嚴(yán)格按照《跨斷層測(cè)量規(guī)范》和《DI2002 測(cè)距儀距離測(cè)量技術(shù)規(guī)定》的要求，觀測(cè)成果均為優(yōu)良。質(zhì)量管理辦公室負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集、整理、加工、保存及信息化等工作。所有觀測(cè)資料均實(shí)行“小組自查、隊(duì)級(jí)檢查、中心級(jí)檢查”三級(jí)檢查、二級(jí)驗(yàn)收制度，確保對(duì)資料進(jìn)行200%的檢查。

3.2 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)質(zhì)量約束

數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)質(zhì)量約束條件如下：①大地形變流動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)在入庫時(shí)依賴數(shù)據(jù)庫本身的字段校驗(yàn)機(jī)制，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)格式入庫，避免數(shù)據(jù)出現(xiàn)類型錯(cuò)誤、超限等錯(cuò)誤；②關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，有范式要求。形變數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)庫性能方面，嚴(yán)格按照第三范式3NF 原則設(shè)計(jì)，即每個(gè)非關(guān)鍵字段都獨(dú)立于其他非關(guān)鍵字段，并依賴于關(guān)鍵字，通俗地講，滿足第三范式的同一信息不能有2 種以上的表示；③對(duì)相關(guān)關(guān)系數(shù)據(jù)建立嚴(yán)格的約束和索引，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、一致性。因此，形變數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)滿負(fù)荷的時(shí)候，亦能達(dá)到整體效果最優(yōu)。

4 數(shù)據(jù)價(jià)值

流動(dòng)形變觀測(cè)數(shù)據(jù)形成的中國(guó)大陸三維地殼運(yùn)動(dòng)背景速度場(chǎng)圖像等產(chǎn)品，可為地球物理場(chǎng)基礎(chǔ)研究、強(qiáng)震長(zhǎng)期危險(xiǎn)地點(diǎn)預(yù)測(cè)提供依據(jù)（王雙緒，1992；王慶良等，2008；秦姍蘭等，2012；郝明等，2020；張希等，2020）。區(qū)域精密水準(zhǔn)、流動(dòng)GNSS、跨斷層形變、流動(dòng)重力等觀測(cè)成果為年度地震危險(xiǎn)區(qū)判定提供數(shù)據(jù)依據(jù)。綜合利用三維地殼運(yùn)動(dòng)、地震活動(dòng)性、活斷層地質(zhì)調(diào)查等資料，提高了強(qiáng)震長(zhǎng)期危險(xiǎn)性和地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性的科學(xué)認(rèn)識(shí)，促進(jìn)了上述活動(dòng)斷裂帶地震監(jiān)測(cè)能力的提升。將形變場(chǎng)與地震的研究進(jìn)一步深入為應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化與地震關(guān)系的研究，盡可能從應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)動(dòng)態(tài)演化與地震孕育發(fā)生的物理機(jī)理研究出發(fā)，提高強(qiáng)震中短期危險(xiǎn)區(qū)判定的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

5 結(jié)論

大地形變流動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)庫將流動(dòng)形變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、規(guī)范化存儲(chǔ)，有利于數(shù)據(jù)的提取、應(yīng)用、管理。數(shù)據(jù)庫集合了區(qū)域精密水準(zhǔn)、流動(dòng)跨斷層場(chǎng)地、流動(dòng)GNSS、流動(dòng)重力等觀測(cè)手段的作業(yè)數(shù)據(jù)，包含觀測(cè)數(shù)據(jù)、成果數(shù)據(jù)和觀測(cè)背景技術(shù)資料。該數(shù)據(jù)集覆蓋時(shí)空范圍為：1970 年至今，川滇地區(qū)、陜西地區(qū)、甘肅蘭天武—河西走廊地區(qū)、寧夏西海固地區(qū)、青藏高原地區(qū)和新疆地區(qū)等全國(guó)主要地震區(qū)。形變數(shù)據(jù)庫管理的數(shù)據(jù)符合ISO9001 質(zhì)量管理和風(fēng)險(xiǎn)防控要求。綜合利用大地形變流動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，從應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)動(dòng)態(tài)演化與地震孕育發(fā)生的物理機(jī)理研究出發(fā)，將提高強(qiáng)震中短期危險(xiǎn)區(qū)判定的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

感謝中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心地震監(jiān)測(cè)研究院從流動(dòng)形變觀測(cè)伊始幾十年的辛苦工作，感謝地殼運(yùn)動(dòng)與災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究所對(duì)形變?cè)姓饳C(jī)理研究的不懈付出，感謝科技監(jiān)測(cè)處、質(zhì)量管理辦公室對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的嚴(yán)格把關(guān)，感謝中國(guó)地震局第一監(jiān)測(cè)中心等單位對(duì)數(shù)據(jù)觀測(cè)、處理和管理提供的經(jīng)驗(yàn)與建議。