崇明地震臺新井水位干擾處理軟件的開發與應用

潘國勇，魏 薇，朱佳苗，朱培育，趙俊香，施俊杰，戴樂翔，張 藝，龔 耀

(上海市地震局崇明地震臺，上海 202164)

0 引言

上海崇明地震臺新井水位(以下簡稱“崇明臺新井水位”)自2016年11月26日投入觀測以來，受同井抽水活動的影響[1-2]，每天會出現固定的臺階干擾，直接影響了水位數據的利用率和前兆數據的分析工作。運用“中國地震前兆臺網數據處理系統2011版”或者“中國地震前兆臺網數據處理系統 2018集成版”軟件對臺階進行處理時，需要手動輸入臺階的起止時間和修正參數，效率低下。為提高前兆數據預處理的效率，崇明臺研制出了水位干擾自動處理軟件。該軟件基于Visual Studio 2015開發環境，使用VB.NET語言開發，可在Windows XP、Windows 7及以上操作系統下運行[3-4]，能夠自動計算干擾幅度、干擾的起止時間，并可以將這些信息以文字的形式直觀地顯示出來，最重要的是能夠實現臺階的自動處理。該軟件的運用提高了崇明水位數據的利用率和前兆數據異常的判識度。

1 設計目的及思路

基于提高水位數據利用率，使其能夠清晰地記錄固體潮和水震波等重要信息動態變化的目的,對程序進行設計。基本思路是利用關系式：

(y(i+1)+y(i+2)+y(i+3))/3-
(y(i-1)+y(i-2)+y(i-3))/3?=x，

式中的x值通過正常的水位數據尋找，然后采用循環方法使程序自動尋找干擾的起止點，記錄相應的時間和幅度，進行相關計算。剔除水位下降和恢復過程中的干擾數據，通過插值，擬合出水位變化曲線。

2 軟件功能設計

根據研究目的，對系統功能模塊進行了具體設計。整個系統主要由三大功能模塊和其他一些輔助項組成(如圖1所示)。數據讀取模塊方式有兩種：一種是根據需要從已下載的本地文件中選擇讀取，另一種是根據操作人員給出的時間參數自動從市局服務器中讀取；繪圖模塊根據操作員給定的時間參數等要求自動繪制原始數據的分鐘值曲線；預處理模塊自動處理臺階，以圖形的結果顯示出來，干擾的起止時間和幅度也在右上角以文字形式顯示；輔助功能模塊是為了便于分析圖形，設計圖形的縮放、還原、標記、顯示數值、數據導出和保存圖形等功能。

圖1 功能模塊設計Fig.1 Function module design

3 系統設計

整個程序的功能在一個類frmSW中實現，包含Button1_Click()、ItoTime()和btnChuli_Click()、btnFile_Click()、btnCurve1_Click()方法(見表1)。btnFile_Click(sender As Object, e As EventArgs)方法用于點擊文件選擇按鈕時，彈出選擇文件對話框，將已選擇的文件路徑顯示在對應的文本框內；btnCurve1_Click(sender As Object, e As EventArgs)方法用于點擊通過讀取數據文件進行繪圖的按鈕時，根據選取文件里的水位數據繪制曲線；Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs)方法用于點擊通過讀取數據庫里的數據進行繪圖的按鈕時，根據所選日期，繪制當天的水位曲線；btnChuli_Click(sender As Object, e As EventArgs)方法用于點擊預處理按鈕時，通過設定好的算法，剔除水位下降和恢復過程中的干擾數據，擬合出水位變化曲線；ItoTime(i As Integer)方法通過參數傳遞，將給定的整型數值轉化為“小時：分鐘”格式的時間顯示形式。

表1 類圖Table 1 Category diagram

frmSWButton1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs)btnChuli_Click(sender As Object, e As EventArgs)ItoTime(i As Integer)

4 程序界面設計

程序界面設計時秉承簡潔、實用的原則，力求實現最簡單、高效的操作。為便于對比分析，整個程序設計一個窗體，設有實現不同功能的按鈕，無需登錄即可實現處理操作。崇明臺新井水位處理系統主界面如圖2所示，上部左側兩個文本框可實現數據文件的讀取。由于崇明臺新井水位數據已接入市局前兆服務器，所以為了方便，設計兩種不同的讀取方式。從本地文件讀取，直接選擇已經下載的本地文件(.xlsx、.xls格式)(見圖3)；根據操作員給定的時間參數，從市局前兆服務器中直接讀取(見圖4)。繪圖按鈕實現了繪制原始數據分鐘值曲線，在圖上右擊還可以實現一些輔助功能(見第8頁圖5)。預處理按鈕是按照設定的算法對臺階的起止時間、幅度等進行計算，同時對臺階進行處理。去除臺階后，通過插值擬合，擬合曲線在繪圖區下方區域顯示。從處理結果看，達到了預期目標，能夠清晰記錄固體潮(見第8頁圖6)。干擾信息顯示是將預處理中的干擾信息以文字形式在此直觀的顯示出來。

圖2 程序主界面Fig.2 Program main interface

圖3 從本地文件讀取數據界面Fig.3 Reading data interface from local files

圖4 從市局服務器讀取數據界面Fig.4 Reading data interface from servers of municipal Bureaus

5 程序應用結果分析

圖5 繪制原始分鐘值圖Fig.5 Drawing original minute map

圖6 預處理界面圖Fig.6 Preprocessing interface diagram

圖7 程序處理前后水位曲線對比圖Fig.7 Contrast chart of water-level curve before and after processing

對比圖7的運用水位干擾處理軟件對臺站水位進行預處理前后的曲線發現，原始曲線每天的固定臺階變幅較大，且由于臺階的存在使得整條曲線受到了明顯壓制，數據無法正常使用與分析，導致很多前兆信息不能充分體現；軟件預處理后的曲線更清晰、直觀地反映固體潮、水震波等重要信息的動態變化，為震情的判定工作提供參考依據。

6 結論

崇明臺新井水位干擾處理軟件已于2018年5月在崇明地震臺投入使用，運行期間程序工作正常，無卡頓和意外終止等故障發生。從處理結果看，解決了抽水干擾導致數據出現臺階的問題，達到了預期開發目

的。從運行情況看，程序實現了各項設計功能，且具備較高的可靠性。