智能地震數(shù)據(jù)綜合分析平臺設(shè)計與實現(xiàn)

朱 婷 李 忠* 蘇玉 任曉龍

（防災(zāi)科技學院 應(yīng)急管理學院，河北 燕郊101601）

在數(shù)據(jù)快速發(fā)展的時代背景下，人類可以隨時隨地獲取到各種災(zāi)害事件，了解災(zāi)情的新聞報道。經(jīng)過近十幾年的數(shù)字地震快速發(fā)展，地震監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)、地震事件信息、地震災(zāi)情新聞等，都可以方便地獲取，這個廣大人民群眾帶來了便利。但是，受制于部門權(quán)限因素和時間因素，地震領(lǐng)域一直缺少一個綜合性的地震數(shù)據(jù)分析和展示平臺。因此，本文提出了設(shè)計開發(fā)基于瀏覽器和服務(wù)器架構(gòu)模式（Browser/Server framework，B/S 框架）的智能地震數(shù)據(jù)分析平臺的思路。

系統(tǒng)平臺整合地震監(jiān)測前兆數(shù)據(jù)、爬蟲獲取的地震資料、可信的第三方地震信息數(shù)據(jù)和圖片等，利用WebJSP 技術(shù)、大型數(shù)據(jù)庫技術(shù)、云服務(wù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)等，設(shè)計并開發(fā)一個具有地震數(shù)據(jù)分析、災(zāi)情可視化、地震監(jiān)測與預(yù)警等功能的地震數(shù)據(jù)綜合分析平臺，為我國的應(yīng)急管理事業(yè)提供技術(shù)支持。

1 平臺總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

互利網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用普及，直接推動了Browser/Server結(jié)構(gòu)(B/S 結(jié)構(gòu))在軟件開發(fā)中的廣泛應(yīng)用，這種體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為目前主流的開發(fā)框架。與Client/Server 結(jié)構(gòu)(C/S 結(jié)構(gòu))相比，B/S 結(jié)構(gòu)具有安裝方便、跨平臺、客戶端負擔低、便于維護、易于開發(fā)和推廣等優(yōu)勢[1]。所以智能地震數(shù)據(jù)分析平臺采用B/S 框架進行開發(fā)，有利于系統(tǒng)維護和用戶使用。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

系統(tǒng)平臺包括五大功能模塊：地震數(shù)據(jù)多角度展示模塊、數(shù)據(jù)報表模塊、用戶留言功能模塊、日志記錄與分析模塊、用戶登錄管理模塊、系統(tǒng)管理與維護模塊，每個大的功能模塊中由若干小功能模塊組成。整體系統(tǒng)功能圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

平臺開發(fā)采用穩(wěn)定的eclipse，數(shù)據(jù)庫采用MySQL5.5。為實現(xiàn)智能地震數(shù)據(jù)分析平臺和各用戶使用操作的統(tǒng)一管理，系統(tǒng)設(shè)計了5 個數(shù)據(jù)表：地震信息表、用戶信息表、用戶訪問信息表、用戶留言信息表、圖片文件信息表。他們之間的邏輯關(guān)系如圖2 所示。

3 平臺主要功能模塊實現(xiàn)

3.1 地震數(shù)據(jù)多角度展示

該模塊主要以地震前兆數(shù)據(jù)和爬取的其他地震信息為基礎(chǔ)，分別利用Web 中的Echarts 和機器學習中的數(shù)學模型及算法，得到多種類型的圖表。

3.1.1 Echarts 動態(tài)可視化

Echarts 是一個基于瀏覽器渲染技術(shù)的開源可視化的JavaScript 庫，兼容所有主流瀏覽器和設(shè)備如電腦、手機、平板等，可以提供直觀、交互豐富、高度個性化定制的數(shù)據(jù)可視化圖表，滿足各行業(yè)的圖表需求，3D 效果也很出彩[2]，是許多企業(yè)開發(fā)中首選的圖表展示工具。

系統(tǒng)平臺里有Echarts 進行地震數(shù)據(jù)的動態(tài)可視化展現(xiàn)，如全國地震地理散點圖、震源深度散點圖、年度震級統(tǒng)計圖、震級與震源深度折線圖、地區(qū)地震次數(shù)餅狀圖，等。用戶查看時，可以根據(jù)圖表類型，選擇起始時間、地理位置、震源深度等查詢條件，多角度、動態(tài)化、對比化、直觀化展現(xiàn)出來，大大提升體驗感。

例如，全國地震地理散點圖如圖3 所示。

用戶選擇時間范圍后，系統(tǒng)平臺利用地震發(fā)生的位置、震級、深度、時間四要素，與中國地圖結(jié)合，形成地理散點圖展示出來。當光標移動到某一點上時，會顯示該點所發(fā)生的地震參數(shù)，如圖3 所示。

3.1.2 機器學習算法分析圖

平臺還具有數(shù)據(jù)深度分析功能，利用機器學習算法進行地震數(shù)據(jù)的分類、聚類等分析。如利用Kmeans 聚類分析算法和邏輯回歸分析算法對地震前兆數(shù)據(jù)進行分析處理，結(jié)果如圖4 所示。

可以看出，數(shù)據(jù)被聚成4個類，基本按照條帶狀聚類，符合地震斷裂帶狀分布的實際情況。再結(jié)合邏輯回歸模型分析，獲得地震數(shù)據(jù)的二值分類結(jié)果，如圖5 所示。

從圖中可以看出，離群點是明顯的。

3.2 數(shù)據(jù)報表功能

通過表格形式將地震數(shù)據(jù)信息、用戶留言信息等展示出來，如圖6 所示。

4 結(jié)論

在信息時代的大背景下，數(shù)據(jù)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，成為重要的生產(chǎn)要素。文中以地震前兆數(shù)據(jù)和爬取的其他地震信息，設(shè)計開發(fā)了基于B/S 架構(gòu)的智能地震數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)了地震前兆信息實時變化、統(tǒng)計結(jié)果即時展示、地震數(shù)據(jù)知識發(fā)現(xiàn)及可視化等，為防震減災(zāi)事業(yè)提供技術(shù)支持，為社會公眾了解和理解地震工作提供服務(wù)。

圖2 數(shù)據(jù)表的E-R 圖

圖3 全國地震地理散點圖

圖4 K-means 聚類分析圖

圖5 地磁垂直分量成都數(shù)據(jù)邏輯回歸圖

圖6 地震數(shù)據(jù)報表界面