摘 要：【目的】為提高非天然地震信息專報(bào)產(chǎn)出效率、簡(jiǎn)化流程，構(gòu)建了地震事件多元自動(dòng)識(shí)別模型?！痉椒ā炕谥С窒蛄繖C(jī)OvO方法研發(fā)事件類型多元自動(dòng)識(shí)別模塊，并采用可視化編程開發(fā)非天然地震信息專報(bào)自動(dòng)產(chǎn)出系統(tǒng)?！窘Y(jié)果】該系統(tǒng)的應(yīng)用提高了非天然地震監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化、智能化水平，實(shí)現(xiàn)非天然地震信息可視化顯示及專報(bào)快速、準(zhǔn)確的自動(dòng)化產(chǎn)出。【結(jié)論】非天然地震信息專報(bào)自動(dòng)產(chǎn)出系統(tǒng)能快速識(shí)別事件類型、產(chǎn)出信息專報(bào)，為影響非天然地震的快速應(yīng)急響應(yīng)提供技術(shù)支撐，極大地提高工作效率。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)識(shí)別；自動(dòng)產(chǎn)出；信息專報(bào)

中圖分類號(hào)：P315" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號(hào)：1003-5168（2024）14-0036-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.14.007

Design and Implementation of Automatic Output System for Special Report of Non-Natural Earthquake Information

Abstract：[Purposes] In order to improve the output efficiency and simplify the process of special report of non-natural seismic information， a multivariate automatic identification model of seismic events is constructed. [Methods] Based on the support vector machine OVO method， an automatic recognition module of event types is developed， and an automatic output system of non-natural earthquake information special report is developed by visual programming. [Findings] The application of the system improves the level of automation and intelligence of on-natural earthquake monitoring， and realizes the fast and accurate automatic output of on-natural earthquake information visualization display and special report.[Conclusions] The automatic output system of special report of non-natural earthquake information can quickly identify the type of event and special report of output information.

Keywords：automatic identification; automatic output; information special report

0 引言

對(duì)工業(yè)爆破、化學(xué)品爆炸、核爆炸、塌陷及礦山地質(zhì)災(zāi)害和油氣開采誘發(fā)地震等各種類型非天然地震的監(jiān)測(cè)分析，是維護(hù)國(guó)家安全、社會(huì)秩序、安全生產(chǎn)和應(yīng)急管理的重大需求。當(dāng)前，我國(guó)工業(yè)化規(guī)模全球領(lǐng)先，但各類工業(yè)?；繁?、煤礦瓦斯爆炸和非煤礦山坍塌等安全生產(chǎn)事故頻發(fā)。2015年8月12日天津市濱海新區(qū)化學(xué)品爆炸，造成的損失慘重；2019年3月21日江蘇省鹽城市響水縣陳家港鎮(zhèn)天嘉宜化工有限公司化學(xué)儲(chǔ)罐發(fā)生爆炸事故，造成重大人員傷亡［1］。對(duì)上述事件的監(jiān)測(cè)分析、快速響應(yīng)、服務(wù)應(yīng)急和處置決策，成為防范重大風(fēng)險(xiǎn)、確保社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要挑戰(zhàn)。

中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心（2020-35號(hào)文）要求各省級(jí)臺(tái)網(wǎng)30分鐘內(nèi)產(chǎn)出非天然地震信息專報(bào)，對(duì)非天然地震自動(dòng)識(shí)別提出新的需求，要求實(shí)現(xiàn)對(duì)非天然地震類型的快速識(shí)別和事件特征信息專報(bào)的快速產(chǎn)出。目前，福建臺(tái)網(wǎng)非天然地震信息專報(bào)產(chǎn)出方式為人工識(shí)別事件類型并人工進(jìn)行編輯，這種方式產(chǎn)出速度慢、效率低。當(dāng)前數(shù)字化信息建設(shè)日益完善，依托先進(jìn)編程、WebGIS、數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)融合等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)定制需求，甚至自動(dòng)產(chǎn)出在很大程度上都能夠?qū)崿F(xiàn)［2］?？梢岳糜?jì)算機(jī)軟件等技術(shù)實(shí)現(xiàn)地震應(yīng)急和科技產(chǎn)品由人工向自動(dòng)化的轉(zhuǎn)變，提高信息化水平和工作效率，爭(zhēng)取更多的地震應(yīng)急時(shí)間。例如，崔滿豐等［3］基于地震網(wǎng)站管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)各個(gè)功能模塊應(yīng)急信息的快速發(fā)布；徐年等［4］通過(guò)截取屏幕進(jìn)行監(jiān)控對(duì)比，實(shí)現(xiàn)地震應(yīng)急平臺(tái)電子傳真報(bào)警；張博［5］基于Matlab自動(dòng)產(chǎn)出地震會(huì)商資料。因此，開展非天然地震自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的研究，研發(fā)信息專報(bào)自動(dòng)產(chǎn)出軟件，提高信息專報(bào)產(chǎn)出自動(dòng)化程度，可以為非天然地震的快速應(yīng)急響應(yīng)爭(zhēng)取更多時(shí)間。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)采用Windows操作系統(tǒng)，軟件界面開發(fā)語(yǔ)言為VB，軟件功能模塊采用Python、Matlab實(shí)現(xiàn)。以VB為可視化界面，利用Matlab繪圖和Python人工智能優(yōu)勢(shì)，基于支持向量機(jī)OvO方法，研發(fā)事件類型多元自動(dòng)識(shí)別模塊，實(shí)現(xiàn)天然地震、爆破、塌陷事件類型的自動(dòng)識(shí)別，并自動(dòng)產(chǎn)出非天然地震事件的震中分布圖、臺(tái)站分布圖、波形分析圖和事件的特征信息?；诋a(chǎn)出事件類型結(jié)果、各類圖件及定位結(jié)果參數(shù)，實(shí)現(xiàn)非天然地震信息可視化顯示并自動(dòng)生成規(guī)范要求的非天然地震信息專報(bào)，實(shí)現(xiàn)信息專報(bào)快速準(zhǔn)確的自動(dòng)化產(chǎn)出。信息專報(bào)自動(dòng)產(chǎn)出系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)由3個(gè)功能模塊組成，自動(dòng)識(shí)別模塊、圖件產(chǎn)出模塊、信息專報(bào)產(chǎn)出模塊。

①自動(dòng)識(shí)別模塊：基于支持向量機(jī)OvO方法，研發(fā)事件類型多元自動(dòng)識(shí)別模塊，實(shí)現(xiàn)天然地震、爆破、塌陷、礦震事件類型的自動(dòng)識(shí)別及結(jié)果的自動(dòng)產(chǎn)出。

②圖件產(chǎn)出模塊：非天然地震事件的震中分布圖、臺(tái)站分布圖、波形分析圖自動(dòng)產(chǎn)出，并根據(jù)事件類型結(jié)果產(chǎn)出相應(yīng)事件特征信息。

③專報(bào)產(chǎn)出模塊：根據(jù)產(chǎn)出的各類圖件、事件特征信息、結(jié)果參數(shù)，自動(dòng)產(chǎn)出符合規(guī)范要求的非天然地震專報(bào)，并將產(chǎn)出的非天然地震專報(bào)上傳至中國(guó)地震局指定的電子郵箱。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)—混合編程

混合編程可以充分利用各種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)，其關(guān)鍵問(wèn)題是參數(shù)傳遞。而VB提供了非常方便的“所見(jiàn)即所得”的界面方法，Python具有強(qiáng)大的人工智能優(yōu)勢(shì)。使用COM組件，讓VB的界面與Python的功能聯(lián)系在一起。COM組件服務(wù)是提供一種獨(dú)立于平臺(tái)與編程語(yǔ)言之外的，共享二進(jìn)制代碼的方法。COM組件可以讓不同的編程語(yǔ)言之間互相通信，直接運(yùn)行Python示例代碼即為注冊(cè)COM組件。

Matlab計(jì)算和繪圖功能強(qiáng)大，并且有良好的擴(kuò)展性，但是Matlab的界面功能較差。VB在設(shè)計(jì)開發(fā)Windows應(yīng)用程序方面界面友好、方便快捷、容易上手。在程序開發(fā)過(guò)程中如果能集成VB和Matlab各自的優(yōu)點(diǎn)，數(shù)值計(jì)算、圖形處理、顯示由Matlab來(lái)完成，而用VB語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)界面設(shè)計(jì)，并對(duì)計(jì)算結(jié)果和圖形進(jìn)行可視化處理，這樣將極大地降低編程難度，更好地實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互［6］。在本研究設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，VB與Matlab混合編程的具體實(shí)現(xiàn)是將Matlab語(yǔ)言編寫的臺(tái)站分布圖繪制M文件MainoutputSeisPic.m編譯成可獨(dú)立運(yùn)行的MainoutputSeisPic.exe文件，在VB代碼中調(diào)用執(zhí)行。調(diào)用執(zhí)行示例代碼。

Call Shell（“Path＼MainoutputSeisPic.exe”，vbNormalNoFocus）

2.2 系統(tǒng)界面

系統(tǒng)軟件的界面設(shè)計(jì)應(yīng)簡(jiǎn)潔友好、操作簡(jiǎn)單、快捷方便。功能鍵位于主界面左側(cè)，有自動(dòng)識(shí)別、圖件產(chǎn)出、專報(bào)初報(bào)、專報(bào)報(bào)告、無(wú)波形專報(bào)、專報(bào)上傳等功能。主界面右側(cè)用于顯示非天然地震事件的參數(shù)，如發(fā)震時(shí)間、經(jīng)緯度、震級(jí)、深度、震中地點(diǎn)、事件類型、信息專報(bào)期數(shù)及編輯人輸入框。界面中部為非天然地震信息可視化展示區(qū)域，顯示震中分布圖、信息專報(bào)、事件波形圖。

2.3 自動(dòng)識(shí)別模塊

事件的自動(dòng)識(shí)別算法主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)。支持向量機(jī)在解決小樣本、非線性及高維模式識(shí)別中表現(xiàn)出許多特有的優(yōu)勢(shì)，并能夠推廣應(yīng)用到函數(shù)擬合等其他機(jī)器學(xué)習(xí)的問(wèn)題中［7］。本研究在基于支持向量機(jī)事件類型自動(dòng)識(shí)別模塊的基礎(chǔ)上［8］，采用支持向量機(jī)OvO方法構(gòu)建事件類型多元自動(dòng)識(shí)別模型和研發(fā)事件類型多元自動(dòng)識(shí)別模塊，以實(shí)現(xiàn)天然地震、爆破、塌陷事件類型的多元自動(dòng)識(shí)別。

自動(dòng)識(shí)別模型訓(xùn)練集中907個(gè)為天然地震，2 346個(gè)為人工爆破，50個(gè)為塌陷；測(cè)試樣本200個(gè)為天然地震，200個(gè)為人工爆破，50個(gè)為塌陷。由于福建臺(tái)網(wǎng)對(duì)錄到塌陷特殊地震極少，訓(xùn)練及測(cè)試集100個(gè)塌陷事件，其中97個(gè)為陜西塌陷事件。自動(dòng)識(shí)別模型分類測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，三類事件測(cè)試準(zhǔn)確率均達(dá)到90 %以上，其中天然地震識(shí)別準(zhǔn)確率92.5 %；爆破識(shí)別準(zhǔn)確率93.5 %；塌陷識(shí)別準(zhǔn)確率92.0 %；平均識(shí)別率達(dá)92.7 %，說(shuō)明自動(dòng)識(shí)別模型具有事件類型多元識(shí)別的能力。

自動(dòng)識(shí)別模塊與系統(tǒng)接口實(shí)現(xiàn)：讀取事件波形并判識(shí)，調(diào)用自動(dòng)識(shí)別模塊，給出非天然地震事件類型信息及事件的特征信息，類型結(jié)果可明確給出爆破、塌陷，并根據(jù)事件類型給出相應(yīng)事件的特征信息。對(duì)事件類型識(shí)別算法和模型進(jìn)行封裝，并提供通用接口，系統(tǒng)客戶端程序?qū)ψ詣?dòng)識(shí)別模塊進(jìn)行調(diào)用。需要說(shuō)明的是：由于自動(dòng)識(shí)別模塊無(wú)法達(dá)到百分之百正確，為保證信息專報(bào)產(chǎn)出的正確性，信息專報(bào)產(chǎn)出事件類型結(jié)果最終須人工進(jìn)行確認(rèn)后，方可上傳。

2.4 圖件產(chǎn)出模塊

讀取事件波形及人工定位結(jié)果Phase震相文件，自動(dòng)生成非天然地震事件的震中分布圖、臺(tái)站分布圖、波形分析圖。震中分布圖：采用Python+Folium實(shí)現(xiàn)非天然地震事件的震中可示化顯示及震中分布圖生成。Folium是建立在Python生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整理Datawrangling能力和Leaflet.js庫(kù)的映射能力之上的開源庫(kù)。Folium相比較于國(guó)內(nèi)百度的Pyecharts靈活性更強(qiáng)，能夠自定義繪制區(qū)域，并且展現(xiàn)形式更加多樣化。利用Python處理數(shù)據(jù)后，通過(guò)Folium將處理結(jié)果在Leaflet地圖上進(jìn)行可視化顯示。生成圖例如圖2所示。

臺(tái)站分布圖：從Phase震相文件中獲取記錄臺(tái)站、震中距、最近臺(tái)站，并計(jì)算出震中至周邊城市距離、距震中50 km以內(nèi)城市等專報(bào)所需信息，繪制臺(tái)站分布圖并標(biāo)注相關(guān)信息。生成圖例如圖3所示。

2.5 專報(bào)產(chǎn)出和上傳模塊

2.5.1 專報(bào)產(chǎn)出。基于自動(dòng)產(chǎn)出的事件類型、震中分布圖、事件的特征信息及事件定位結(jié)果參數(shù)導(dǎo)入預(yù)設(shè)的非天然地震專報(bào)模板，產(chǎn)出規(guī)范要求的非天然地震信息專報(bào)并按格式要求命名文件。實(shí)現(xiàn)方法：采用VB操作Word，對(duì)預(yù)設(shè)的非天然地震專報(bào)word模板進(jìn)行自動(dòng)化操作，如字符替換、修改等。Visual Basic支持一個(gè)對(duì)象集合，該集合中的對(duì)象直接對(duì)應(yīng)于Microsoft Word中的元素。Documen對(duì)象代表了一個(gè)打開的文檔，Bookmark對(duì)象代表了一個(gè)文檔中的書簽，而Selection對(duì)象則代表了在一個(gè)文檔窗口窗格中的選定內(nèi)容［10］。Visual Basic調(diào)用Microsoft Word，可實(shí)現(xiàn)對(duì)Word中每一類元素，如文檔、表格、段落、書簽、域進(jìn)行操作。若要使Word能被另一個(gè)應(yīng)用程序所使用，需創(chuàng)建對(duì)Word類型庫(kù)的一個(gè)引用。在代碼中聲明引用Word Application對(duì)象變量，并打開專報(bào)模板，進(jìn)行相關(guān)操作。

2.5.2 專報(bào)上傳。信息專報(bào)生成后，需上傳相關(guān)部門的FTP文件。為實(shí)現(xiàn)FTP文件上傳功能，需要用到Python庫(kù)的FTPLIB模塊。FTPLIB模塊可以通過(guò)FTP協(xié)議，管理所有隱含的套接字和消息級(jí)握手。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

信息專報(bào)自動(dòng)產(chǎn)出系統(tǒng)開發(fā)完成后需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，主要測(cè)試內(nèi)容為對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)功能進(jìn)行確認(rèn)和對(duì)信息專報(bào)產(chǎn)出正確性進(jìn)行驗(yàn)證。測(cè)試結(jié)果為：專報(bào)產(chǎn)出完整正確，各項(xiàng)功能均能正常操作，達(dá)到預(yù)期功能效果。系統(tǒng)于2022年9月安裝部署使用，系統(tǒng)應(yīng)用情況良好。模擬測(cè)試示例：2022年9月2日福建龍巖發(fā)生1.3級(jí)非天然地震事件（爆破），事件類型自動(dòng)識(shí)別結(jié)果正確，自動(dòng)快速產(chǎn)出信息專報(bào)，并以規(guī)范要求的文件名命名保存。產(chǎn)出結(jié)果如圖4所示。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著地震觀測(cè)臺(tái)站數(shù)量的逐漸增加及非天然地震實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與應(yīng)急響應(yīng)等業(yè)務(wù)工作的不斷發(fā)展，通過(guò)科技創(chuàng)新，提高非天然地震監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化、智能化水平已成為必然趨勢(shì)。本研究設(shè)計(jì)開發(fā)的非天然地震信息專報(bào)自動(dòng)產(chǎn)出系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了信息專報(bào)快速、準(zhǔn)確地自動(dòng)化產(chǎn)出。該系統(tǒng)主要功能為：實(shí)現(xiàn)天然地震、爆破、塌陷等事件類型的自動(dòng)識(shí)別；自動(dòng)產(chǎn)出非天然地震事件的震中分布圖、臺(tái)站分布圖、波形分析圖和事件的特征信息；具有非天然地震信息可視化顯示功能，自動(dòng)生成規(guī)范要求的非天然地震信息專報(bào)并上傳FTP。目前，系統(tǒng)已應(yīng)用在我局日常速報(bào)值班工作，且運(yùn)行良好。該系統(tǒng)可以在非天然地震事件發(fā)生后的第一時(shí)間內(nèi)快速識(shí)別、產(chǎn)出信息專報(bào)，為影響非天然地震的快速應(yīng)急響應(yīng)提供技術(shù)支撐，極大地提高了工作效率。

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