甘肅省強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計(jì)＊

王維歡，蒲 舉，陳曉龍

（甘肅省地震局，甘肅 蘭州 730000）

1 概述

甘肅省是一個(gè)多地震省份[1]，布設(shè)有較多的強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站，對(duì)于產(chǎn)出數(shù)據(jù)的人工處理效率低、誤差大，無(wú)法滿足地震應(yīng)急工作的需求[2-4]。為了解決這些問(wèn)題，研發(fā)了一套自動(dòng)產(chǎn)出強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的軟件。在地震發(fā)生后，快速處理185 個(gè)非實(shí)時(shí)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站的記錄數(shù)據(jù)，在地震記錄獲取后，向國(guó)家強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)中心自動(dòng)提交記錄獲取表單。向局所應(yīng)急指揮部門(mén)提供校核后的強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)目錄，并快速繪制強(qiáng)震動(dòng)PGA 和儀器烈度分布圖，自動(dòng)產(chǎn)出強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)簡(jiǎn)報(bào)，為震區(qū)震害調(diào)查及評(píng)估提供參考數(shù)據(jù)，以提高本省強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用、區(qū)域內(nèi)應(yīng)急能力和臺(tái)網(wǎng)工作人員的工作效率[5]。

2 軟件的設(shè)計(jì)功能

該軟件功能能夠滿足甘肅省強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)185個(gè)非實(shí)時(shí)臺(tái)的數(shù)據(jù)處理工作需求，包括強(qiáng)震動(dòng)圖件（PGA 和儀器烈度分布圖）、強(qiáng)震動(dòng)記錄報(bào)告表單和強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)簡(jiǎn)報(bào)的自動(dòng)生成，有效提高臺(tái)網(wǎng)工作人員的工作效率。提供交互界面設(shè)計(jì)，可以有效提高區(qū)域地震應(yīng)急能力，減少目前強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的人為誤差，運(yùn)行結(jié)果可以用于科研人員初步分析，同時(shí)增強(qiáng)強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)產(chǎn)品多樣產(chǎn)出、推廣其在地震應(yīng)急及震后震情判識(shí)中的應(yīng)用。具體實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

3 軟件架構(gòu)和流程設(shè)計(jì)

本軟件使用三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，它的工作原理如圖2 所示。用戶界面層通過(guò)統(tǒng)一的接口向業(yè)務(wù)層發(fā)送請(qǐng)求，業(yè)務(wù)層按自己的邏輯規(guī)則在請(qǐng)求處理后進(jìn)行圖形生成操作，然后將圖形返回給用戶界面層。軟件流程在圖3 中給出。

圖2 三層架構(gòu)的工作原理圖

圖3 軟件流程設(shè)計(jì)

利用現(xiàn)有的collectors 強(qiáng)震采集軟件[6]和人工調(diào)用兩種方式結(jié)合獲取強(qiáng)震動(dòng)記錄數(shù)據(jù)。針對(duì)開(kāi)源SMAP 和Adatareport 數(shù)據(jù)處理軟件接口，進(jìn)行導(dǎo)入系統(tǒng)軟件前的格式轉(zhuǎn)換并進(jìn)行前期參數(shù)配置。利用MATLAB 強(qiáng)大的算法功能設(shè)計(jì)儀器烈度算法模塊（采用中國(guó)地震局頒布的中國(guó)儀器烈度計(jì)算暫行規(guī)程，該規(guī)程即日開(kāi)始試行（中國(guó)地震局，2015）[7]，在強(qiáng)震記錄獲取后，向國(guó)家強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)中心自動(dòng)提交記錄獲取表單。利用MATLAB 在數(shù)據(jù)可視化方面的多種圖件處理函數(shù)（plot、scatter、contour 等）編寫(xiě)如圖3 所示的各個(gè)模塊，主函數(shù)調(diào)用。快速繪制所需PGA和儀器烈度分布圖圖件產(chǎn)品。充分使用所生成的強(qiáng)震觀測(cè)產(chǎn)品清單，使用C++和QT 界面語(yǔ)言，自動(dòng)生成簡(jiǎn)報(bào)產(chǎn)品。

4 主要功能模塊實(shí)現(xiàn)

主要功能模塊包括：以2013 年7 月22 日甘肅岷漳Ms6.6 級(jí)地震為例。

4.1 強(qiáng)震動(dòng)記錄報(bào)告單模塊

用戶通過(guò)運(yùn)行baogao.m 文件進(jìn)入該模塊操作界面，提取記錄參數(shù)，計(jì)算PGA、PGV、烈度值。編寫(xiě)成交互式Matlab 可視化程序，產(chǎn)出界面化顯示結(jié)果，并產(chǎn)出強(qiáng)震動(dòng)記錄.xls 格式報(bào)告單一份。

1）觸發(fā)臺(tái)站參數(shù)信息，包括觸發(fā)記錄臺(tái)站名稱、緯度、經(jīng)度、場(chǎng)地類(lèi)型四個(gè)部分的信息。緯度經(jīng)度以度為單位，臺(tái)站名稱、場(chǎng)地類(lèi)型以字符形式存儲(chǔ)。提取信息存入Excel 表格，用戶可自行設(shè)置存儲(chǔ)名稱及存儲(chǔ)路徑。目前軟件默認(rèn)存儲(chǔ)為1.xls,文件存儲(chǔ)在根目錄下。

2）PGA（峰值加速度）計(jì)算，包括三峰向（EWPGA、NS-PGA、UD-PGA）數(shù)據(jù)，水平向加速度峰值采用公式(1)計(jì)算合成水平向加速度記錄，采用公式(2)計(jì)算水平向PGA。烈度計(jì)算PGA 為三方向（EW、NS、UD）合成記錄加速度最大值。計(jì)算結(jié)果存入目標(biāo)文件和路徑。

3）PGV（峰值速度）計(jì)算，包括三峰向（EWPGV、NS-PGV、UD-PGV）數(shù)據(jù)，水平向速度峰值采用公式(3)計(jì)算合成水平向速度記錄，采用公式(4)計(jì)算水平向PGV。烈度計(jì)算PGV 為三方向（EW、NS、UD）合成記錄速度最大值。計(jì)算結(jié)果存入目標(biāo)文件和路徑。

4）地震儀器烈度計(jì)算，計(jì)算方法依據(jù)中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司發(fā)布的 《儀器地震烈度計(jì)算暫行規(guī)程》。計(jì)算PGA、PGV 分別為三方向（EW、NS、UD）合成記錄加速度、速度最大值，利用處理后強(qiáng)震記錄的PGA 及積分后的PGV，計(jì)算出每個(gè)臺(tái)站所對(duì)應(yīng)的儀器地震烈度。計(jì)算結(jié)果存入目標(biāo)文件和路徑。

5）產(chǎn)生記錄表單，該表是強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)工作人員震后提交的重要表格，把相關(guān)參量進(jìn)行算法編程，并編寫(xiě)成交互式MATLAB 可視化程序，為今后人員工作匯報(bào)提供方便如圖4 所示。

圖4 強(qiáng)震動(dòng)記錄報(bào)告單部分截圖

4.2 強(qiáng)震動(dòng)圖件模塊

用戶通過(guò)運(yùn)行chutu.m 文件進(jìn)入該模塊操作界面，共自動(dòng)產(chǎn)出四類(lèi)圖件,加載地理信息（如斷層、行政邊界、臺(tái)站點(diǎn)位）。友好的圖形可視化界面，可滿足用戶對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行圖形展示。左側(cè)展示欄會(huì)產(chǎn)出如圖5 所示圖件，可以直觀的展示觸發(fā)臺(tái)站點(diǎn)位的分布情況。

圖5 烈度和PGA 分布圖

臺(tái)站分布圖以station.jpg 格式存儲(chǔ)為目標(biāo)路徑。

觸發(fā)臺(tái)站加速度峰值（PGA）分布圖以各觀測(cè)點(diǎn)的峰值加速度值為依據(jù)，可真實(shí)反映地震發(fā)生時(shí)各觀測(cè)點(diǎn)的地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，能夠?yàn)檠芯繌?qiáng)地面運(yùn)動(dòng)的特性和工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法與技術(shù)提供基礎(chǔ)資料，以pga.jpg 格式存儲(chǔ)為目標(biāo)路徑。

觸發(fā)臺(tái)站烈度分布圖以各觀測(cè)點(diǎn)的烈度值為依據(jù)，可為快速震害評(píng)估和制定大震應(yīng)急方案提供重要依據(jù)，以lie.jpg 格式存儲(chǔ)為目標(biāo)路徑。

加速度時(shí)程波形為強(qiáng)震記錄的直觀顯示，以臺(tái)站為單位存儲(chǔ)在目標(biāo)路徑wave 文件夾中，存儲(chǔ)名稱為XX.DAT.jpg。

4.3 強(qiáng)震動(dòng)自動(dòng)簡(jiǎn)報(bào)模塊

強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)簡(jiǎn)報(bào)是震后向抗震指揮部提交的重要觀測(cè)信息，可以直接明了的了解強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站記錄信息，快速有效的進(jìn)行觀測(cè)簡(jiǎn)報(bào)的生成可以提高地震應(yīng)急效率。

為節(jié)省震后響應(yīng)時(shí)間，通過(guò)MATLAB 與Word良好的接口語(yǔ)言，編輯程序自動(dòng)導(dǎo)入分布圖片等信息。文件默認(rèn)以‘簡(jiǎn)報(bào).doc’存儲(chǔ)在目標(biāo)路徑。結(jié)果部分截圖如圖6 所示。

圖6 分布圖自動(dòng)導(dǎo)入WORD 結(jié)果部分截圖

5 軟件的特點(diǎn)

1）具體軟件的運(yùn)行模塊組合為程序多窗口的運(yùn)行環(huán)境，各個(gè)模塊在軟件運(yùn)行過(guò)程中能較好的交換信息，處理數(shù)據(jù)。

2）軟件運(yùn)行時(shí)有較友好的界面，基本能夠?qū)崿F(xiàn)用戶的數(shù)據(jù)處理要求。

3）在用戶使用錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)或操作后，系統(tǒng)給出提示對(duì)話界面。