人工地震數據管理平臺

孫一男

（中國鄭州450003 中國地震局地球物理勘探中心）

0 引言

隨著科學技術的不斷發展，計算機、網絡的普及，使得各類研究機構的科學工作者希望對各自的科學數據進行交換，以獲得更多有價值的資源。這種需求催生了科學數據共享平臺（劉瑞豐等，2007；劉潤達等，2007；王丹寧等，2010；曹蓓蓓，2012）。科學數據共享平臺為各行業科研工作提供了數據服務環境，提高科學數據的共享與服務水平是一個國家邁向信息社會與服務型社會的重要舉措。

地震科學數據是地震科學研究中賴以持續發展和深入研究的資源基礎，其來源于對地震活動的觀測、監測、調查、試驗、實驗及研究分析。在當前信息技術飛速發展的背景下，地震科學數據面臨著海量數據的管理、利用、展示等多種問題，因此，如何對地震科學數據進行管理、共享和分析成為具有重要意義的研究方向。目前，建立地震數據共享平臺（詹小艷等，2012）主要用到數據庫、Web 開發、GIS（Vera et al，2009；Mahdi et al，2011；俞超等，2011）等。

美國、日本等地震多發國家有關政府機構和研究部門頗為重視地震數據庫建設，如：美國國家地球物理數據中心（NGDC），美國強震計劃三方聯合地震臺網Trinet（SCSN、CSMIP、NSMP），日本有線遙測強震臺網（K-Net），由美國地質調查局（USGS）、加州地質調查局CGS、美軍工程師協會（USACE）、美國開墾局（USBR）發起成立的世界強震組織虛擬數據中心（COSMOS）等，均建立了地震數據庫網站，通過Internet，向用戶提供便捷的數據服務。

中國國家地震科學數據共享中心網站始建于2002 年11 月，整合了地震系統所有共享資源，向用戶提供地震觀測、探測、調查（考察）、實驗與試驗、專題和防震減災綜合數據等基礎數據。2006 年7 月推出系統的目前版本，系統的主要作用是，梳理地震數據分類體系，完善元數據搜索和導航功能，增強用戶反饋功能，增加服務統計。國內關于地震數據中心建設，典型機構有中國地震局地球物理研究所的中國地震科學探測臺陣數據中心、中國地震局地質研究所的國家地震活斷層研究中心，其線上平臺均實現了所轄數據的在線瀏覽和對部分用戶的共享下載服務。

通過幾代地震科技工作者的不斷努力和辛勤勞動，中國地震局地球物理勘探中心（下文簡稱“物探中心”）多年來收集了大量人工地震探測數據。為加強和規范人工地震科學數據共享管理，促進地震科學數據共享，為科學研究、經濟建設、社會發展和國家安全服務，搭建人工地震數據管理平臺具有重要意義。

1 數據基礎

20 世紀70 年代以來，人工地震探測先后獲得110 余條人工地震剖面、6 條地學大斷面共計3 萬余千米長，由近6 萬個觀測點組成深部地球物理探測數據，為地殼分層、區域性速度界面和上地幔速度結構等研究提供數據支撐。

2 平臺體系架構

人工地震數據中心需要管理的信息量龐大，且地震數據需要在網絡中由用戶從各地在線瀏覽、下載。采用B/S 架構，有表示層、服務層、數據層、硬件層4 個層次（圖1）。

圖1 平臺體系架構Fig.1 Platform architecture

（1）表示層。通過友好界面，展示平臺所能提供的業務活動，并將用戶操作結果反饋到界面上。在本平臺中，用戶分為普通用戶、中級用戶和高級用戶，表示層對3類用戶按照信息安全規范中所限制的數據使用級別進行管理。在達到用戶數據使用權限前提下保證數據的安全性。

（2）服務層。是資源查詢、管理、發布等操作的基礎和保障，根據用戶提交的業務需求，進行業務規則和邏輯處理。服務層封裝了實際業務邏輯，是整個應用平臺的系統核心，包括接收來自表示層的用戶服務需求、向數據層發布數據資源定位條件、系統的檢索機制和對用戶權限的控制等。

（3）數據層。該層用于存儲人工地震資源的多種描述信息，如寬角反射/折射數據、近垂直反射數據等。具有不同權限的用戶通過數據庫進行存儲和管理，使用關系數據庫保存各種格式數據以及各種數據之間的對應關系。

（4）硬件層。該層內容為數據平臺需要的服務器、存儲器以及地震數據采集的地震儀、檢波器等。

2.1 表示層——用戶的分類與分級

信息服務的出發點是根據社會結構的變化，解決信息用戶需求服務中的新問題，也是不斷滿足信息用戶需求的基礎。根據用戶身份和對數據使用需求的差別（圖2），將人工地震數據管理平臺用戶分為普通大眾、開發用戶和管理用戶3 類，即：①對人工地震感興趣的普通大眾；②地震觀測及分析處理系統開發用戶。從事地震行業數字化觀測、測量、數據分析系統的多家軟硬件開發、生產單位；③地震工作管理研究層用戶。此類用戶主要是各級地震局，由國家地震局、省級地震局和市、縣地震局以及國家地震局直屬事業單位組成。

圖2 用戶用例Fig.2 Use case diagram

按數據的使用需求，將以上3 類用戶在平臺中劃分為以下3 級用戶：①普通用戶。主要為上述用戶類型中的第3 類，提供信息服務，其特點是向單純獲取信息的用戶提供共享資源，如地震實時信息瀏覽、災害常識、人工地震探測目錄等。這些資料基本不涉及地震數據分析等資源；②中級用戶。相對普通用戶而言，需要注冊并通過管理員審核，除享有普通用戶的權限外，還可以瀏覽人工地震探測剖面的基本信息，如測線分布、炮點分布及觀測點分布等信息；③高級用戶。用戶級別最高，可稱之為保密型信息需求用戶，可以使用原始探測數據。但對此類用戶也有較多限制，如需簽訂使用協議或資料使用范圍等。

2.2 服務層——系統功能設計

系統功能架構主要包括數據管理子系統與數據查詢子系統，每個子系統功能不同（圖3）。

圖3 系統功能架構Fig.3 System function architecture

2.3 數據層

按照數據存儲形式可將人工地震數據源分為2 大類，即結構化數據和非結構化數據。結構化數據即行數據，可以存儲在數據庫里，用二維數據庫表結構來邏輯表達實現的數據，主要用于存儲工程基本信息、測線信息、炮點信息和觀測點信息。非結構化數據是指不方便使用數據庫二維邏輯表來表現的數據，通常來自于Word 文檔、報表、幻燈片、聲音、圖像等文件，這些文件具有獨特的存儲格式。平臺中存在大量非結構化數據，如項目結項書、觀測數據、記錄截面圖、平均速度剖面圖、地殼精細結構圖、發震構造圖等圖形文件。

按照人工地震探測方法的不同，數據又可分為寬角反射/折射數據、深地震反射數據和淺層反射地震探看數據。根據數據種類和不同權限用戶對數據的需求，可將數據分為以下3 個級別：①0 級數據：數據在網站公開發布，無條件共享，用戶可以無償獲取、無限制條件使用。所有用戶均能訪問；②1 級數據：數據在網站發布，開放，實行有條件共享，用戶可以無償獲取、有限制條件使用。公眾通過網絡在線方式申請，均可成為人工地震數據中心注冊用戶，獲得管理員批準后成為中級用戶；③2 級數據：數據在網站發布，離線注冊。該類數據包含涉密原始探測數據，用戶需簽署相關協議才能獲取。

根據人工地震探測數據特征，工程信息、測線信息、炮點信息、觀測點信息屬于結構化數據，可存儲于數據庫二維表。根據參數的數據特征和數據庫設計模式要求，建立7 張系統數據庫表（圖4）。

圖4 數據庫表Fig.4 Database Table

3 平臺展示

人工地震數據管理與展示平臺實現了對人工地震數據的管理和展示，平臺界面見圖5，成果展示見圖6。

圖5 平臺首頁Fig.5 Homepage of the Platform

圖6 成果展示Fig.6 Achievement display

4 結論

人工地震數據管理平臺的建立實現了人工地震數據的管理、展示功能。平臺在保障信息安全性和可靠性的同時，普及人工地震知識，分享人工地震探測數據成果，提供人工地震數據目錄信息，向公眾、政府、科研人員提供不同級別和內容的深地震測深的最新進展及研究成果，從而提高數據使用價值。

綜上，研究目標可概括為：①匯總已有數據并加以妥善保護，使其存儲更加安全可靠；②使數據活起來，得到更加充分的利用，通過圖、表多種形式，直觀、形象地展示人工地震數據成果，為地震科研工作者提供更加便利的服務；③以此平臺推廣人工地震的最新研究成果，推進地震愛好者之間的廣泛交流。

人工地震數據管理平臺的建立離不開項目組全體科技人員的努力，感謝中國地震局地球物理勘探中心對項目的資助，感謝深地震測深數據共享與運維分中心提供人工地震數據。