孫一男

（中國(guó)鄭州450003 中國(guó)地震局地球物理勘探中心）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)的普及，使得各類研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)工作者希望對(duì)各自的科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，以獲得更多有價(jià)值的資源。這種需求催生了科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)（劉瑞豐等，2007；劉潤(rùn)達(dá)等，2007；王丹寧等，2010；曹蓓蓓，2012）?？茖W(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)為各行業(yè)科研工作提供了數(shù)據(jù)服務(wù)環(huán)境，提高科學(xué)數(shù)據(jù)的共享與服務(wù)水平是一個(gè)國(guó)家邁向信息社會(huì)與服務(wù)型社會(huì)的重要舉措。

地震科學(xué)數(shù)據(jù)是地震科學(xué)研究中賴以持續(xù)發(fā)展和深入研究的資源基礎(chǔ)，其來(lái)源于對(duì)地震活動(dòng)的觀測(cè)、監(jiān)測(cè)、調(diào)查、試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)及研究分析。在當(dāng)前信息技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，地震科學(xué)數(shù)據(jù)面臨著海量數(shù)據(jù)的管理、利用、展示等多種問(wèn)題，因此，如何對(duì)地震科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shù)據(jù)共享平臺(tái)（詹小艷等，2012）主要用到數(shù)據(jù)庫(kù)、Web 開(kāi)發(fā)、GIS（Vera et al，2009；Mahdi et al，2011；俞超等，2011）等。

美國(guó)、日本等地震多發(fā)國(guó)家有關(guān)政府機(jī)構(gòu)和研究部門頗為重視地震數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)，如：美國(guó)國(guó)家地球物理數(shù)據(jù)中心（NGDC），美國(guó)強(qiáng)震計(jì)劃三方聯(lián)合地震臺(tái)網(wǎng)Trinet（SCSN、CSMIP、NSMP），日本有線遙測(cè)強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)（K-Net），由美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）、加州地質(zhì)調(diào)查局CGS、美軍工程師協(xié)會(huì)（USACE）、美國(guó)開(kāi)墾局（USBR）發(fā)起成立的世界強(qiáng)震組織虛擬數(shù)據(jù)中心（COSMOS）等，均建立了地震數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)站，通過(guò)Internet，向用戶提供便捷的數(shù)據(jù)服務(wù)。

中國(guó)國(guó)家地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心網(wǎng)站始建于2002 年11 月，整合了地震系統(tǒng)所有共享資源，向用戶提供地震觀測(cè)、探測(cè)、調(diào)查（考察）、實(shí)驗(yàn)與試驗(yàn)、專題和防震減災(zāi)綜合數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2006 年7 月推出系統(tǒng)的目前版本，系統(tǒng)的主要作用是，梳理地震數(shù)據(jù)分類體系，完善元數(shù)據(jù)搜索和導(dǎo)航功能，增強(qiáng)用戶反饋功能，增加服務(wù)統(tǒng)計(jì)。國(guó)內(nèi)關(guān)于地震數(shù)據(jù)中心建設(shè)，典型機(jī)構(gòu)有中國(guó)地震局地球物理研究所的中國(guó)地震科學(xué)探測(cè)臺(tái)陣數(shù)據(jù)中心、中國(guó)地震局地質(zhì)研究所的國(guó)家地震活斷層研究中心，其線上平臺(tái)均實(shí)現(xiàn)了所轄數(shù)據(jù)的在線瀏覽和對(duì)部分用戶的共享下載服務(wù)。

通過(guò)幾代地震科技工作者的不斷努力和辛勤勞動(dòng)，中國(guó)地震局地球物理勘探中心（下文簡(jiǎn)稱“物探中心”）多年來(lái)收集了大量人工地震探測(cè)數(shù)據(jù)。為加強(qiáng)和規(guī)范人工地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享管理，促進(jìn)地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享，為科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展和國(guó)家安全服務(wù)，搭建人工地震數(shù)據(jù)管理平臺(tái)具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

20 世紀(jì)70 年代以來(lái)，人工地震探測(cè)先后獲得110 余條人工地震剖面、6 條地學(xué)大斷面共計(jì)3 萬(wàn)余千米長(zhǎng)，由近6 萬(wàn)個(gè)觀測(cè)點(diǎn)組成深部地球物理探測(cè)數(shù)據(jù)，為地殼分層、區(qū)域性速度界面和上地幔速度結(jié)構(gòu)等研究提供數(shù)據(jù)支撐。

2 平臺(tái)體系架構(gòu)

人工地震數(shù)據(jù)中心需要管理的信息量龐大，且地震數(shù)據(jù)需要在網(wǎng)絡(luò)中由用戶從各地在線瀏覽、下載。采用B/S 架構(gòu)，有表示層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層、硬件層4 個(gè)層次（圖1）。

圖1 平臺(tái)體系架構(gòu)Fig.1 Platform architecture

（1）表示層。通過(guò)友好界面，展示平臺(tái)所能提供的業(yè)務(wù)活動(dòng)，并將用戶操作結(jié)果反饋到界面上。在本平臺(tái)中，用戶分為普通用戶、中級(jí)用戶和高級(jí)用戶，表示層對(duì)3類用戶按照信息安全規(guī)范中所限制的數(shù)據(jù)使用級(jí)別進(jìn)行管理。在達(dá)到用戶數(shù)據(jù)使用權(quán)限前提下保證數(shù)據(jù)的安全性。

（2）服務(wù)層。是資源查詢、管理、發(fā)布等操作的基礎(chǔ)和保障，根據(jù)用戶提交的業(yè)務(wù)需求，進(jìn)行業(yè)務(wù)規(guī)則和邏輯處理。服務(wù)層封裝了實(shí)際業(yè)務(wù)邏輯，是整個(gè)應(yīng)用平臺(tái)的系統(tǒng)核心，包括接收來(lái)自表示層的用戶服務(wù)需求、向數(shù)據(jù)層發(fā)布數(shù)據(jù)資源定位條件、系統(tǒng)的檢索機(jī)制和對(duì)用戶權(quán)限的控制等。

（3）數(shù)據(jù)層。該層用于存儲(chǔ)人工地震資源的多種描述信息，如寬角反射/折射數(shù)據(jù)、近垂直反射數(shù)據(jù)等。具有不同權(quán)限的用戶通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)保存各種格式數(shù)據(jù)以及各種數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（4）硬件層。該層內(nèi)容為數(shù)據(jù)平臺(tái)需要的服務(wù)器、存儲(chǔ)器以及地震數(shù)據(jù)采集的地震儀、檢波器等。

2.1 表示層——用戶的分類與分級(jí)

信息服務(wù)的出發(fā)點(diǎn)是根據(jù)社會(huì)結(jié)構(gòu)的變化，解決信息用戶需求服務(wù)中的新問(wèn)題，也是不斷滿足信息用戶需求的基礎(chǔ)。根據(jù)用戶身份和對(duì)數(shù)據(jù)使用需求的差別（圖2），將人工地震數(shù)據(jù)管理平臺(tái)用戶分為普通大眾、開(kāi)發(fā)用戶和管理用戶3 類，即：①對(duì)人工地震感興趣的普通大眾；②地震觀測(cè)及分析處理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)用戶。從事地震行業(yè)數(shù)字化觀測(cè)、測(cè)量、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的多家軟硬件開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)單位；③地震工作管理研究層用戶。此類用戶主要是各級(jí)地震局，由國(guó)家地震局、省級(jí)地震局和市、縣地震局以及國(guó)家地震局直屬事業(yè)單位組成。

圖2 用戶用例Fig.2 Use case diagram

按數(shù)據(jù)的使用需求，將以上3 類用戶在平臺(tái)中劃分為以下3 級(jí)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(wù)，其特點(diǎn)是向單純獲取信息的用戶提供共享資源，如地震實(shí)時(shí)信息瀏覽、災(zāi)害常識(shí)、人工地震探測(cè)目錄等。這些資料基本不涉及地震數(shù)據(jù)分析等資源；②中級(jí)用戶。相對(duì)普通用戶而言，需要注冊(cè)并通過(guò)管理員審核，除享有普通用戶的權(quán)限外，還可以瀏覽人工地震探測(cè)剖面的基本信息，如測(cè)線分布、炮點(diǎn)分布及觀測(cè)點(diǎn)分布等信息；③高級(jí)用戶。用戶級(jí)別最高，可稱之為保密型信息需求用戶，可以使用原始探測(cè)數(shù)據(jù)。但對(duì)此類用戶也有較多限制，如需簽訂使用協(xié)議或資料使用范圍等。

2.2 服務(wù)層——系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能架構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)查詢子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)功能不同（圖3）。

圖3 系統(tǒng)功能架構(gòu)Fig.3 System function architecture

2.3 數(shù)據(jù)層

按照數(shù)據(jù)存儲(chǔ)形式可將人工地震數(shù)據(jù)源分為2 大類，即結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)即行數(shù)據(jù)，可以存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)里，用二維數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)來(lái)邏輯表達(dá)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)，主要用于存儲(chǔ)工程基本信息、測(cè)線信息、炮點(diǎn)信息和觀測(cè)點(diǎn)信息。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是指不方便使用數(shù)據(jù)庫(kù)二維邏輯表來(lái)表現(xiàn)的數(shù)據(jù)，通常來(lái)自于Word 文檔、報(bào)表、幻燈片、聲音、圖像等文件，這些文件具有獨(dú)特的存儲(chǔ)格式。平臺(tái)中存在大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如項(xiàng)目結(jié)項(xiàng)書(shū)、觀測(cè)數(shù)據(jù)、記錄截面圖、平均速度剖面圖、地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)圖、發(fā)震構(gòu)造圖等圖形文件。

按照人工地震探測(cè)方法的不同，數(shù)據(jù)又可分為寬角反射/折射數(shù)據(jù)、深地震反射數(shù)據(jù)和淺層反射地震探看數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)種類和不同權(quán)限用戶對(duì)數(shù)據(jù)的需求，可將數(shù)據(jù)分為以下3 個(gè)級(jí)別：①0 級(jí)數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)在網(wǎng)站公開(kāi)發(fā)布，無(wú)條件共享，用戶可以無(wú)償獲取、無(wú)限制條件使用。所有用戶均能訪問(wèn)；②1 級(jí)數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)在網(wǎng)站發(fā)布，開(kāi)放，實(shí)行有條件共享，用戶可以無(wú)償獲取、有限制條件使用。公眾通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在線方式申請(qǐng)，均可成為人工地震數(shù)據(jù)中心注冊(cè)用戶，獲得管理員批準(zhǔn)后成為中級(jí)用戶；③2 級(jí)數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)在網(wǎng)站發(fā)布，離線注冊(cè)。該類數(shù)據(jù)包含涉密原始探測(cè)數(shù)據(jù)，用戶需簽署相關(guān)協(xié)議才能獲取。

根據(jù)人工地震探測(cè)數(shù)據(jù)特征，工程信息、測(cè)線信息、炮點(diǎn)信息、觀測(cè)點(diǎn)信息屬于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，可存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)二維表。根據(jù)參數(shù)的數(shù)據(jù)特征和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)模式要求，建立7 張系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)表（圖4）。

圖4 數(shù)據(jù)庫(kù)表Fig.4 Database Table

3 平臺(tái)展示

人工地震數(shù)據(jù)管理與展示平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)人工地震數(shù)據(jù)的管理和展示，平臺(tái)界面見(jiàn)圖5，成果展示見(jiàn)圖6。

圖5 平臺(tái)首頁(yè)Fig.5 Homepage of the Platform

圖6 成果展示Fig.6 Achievement display

4 結(jié)論

人工地震數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的建立實(shí)現(xiàn)了人工地震數(shù)據(jù)的管理、展示功能。平臺(tái)在保障信息安全性和可靠性的同時(shí)，普及人工地震知識(shí)，分享人工地震探測(cè)數(shù)據(jù)成果，提供人工地震數(shù)據(jù)目錄信息，向公眾、政府、科研人員提供不同級(jí)別和內(nèi)容的深地震測(cè)深的最新進(jìn)展及研究成果，從而提高數(shù)據(jù)使用價(jià)值。

綜上，研究目標(biāo)可概括為：①匯總已有數(shù)據(jù)并加以妥善保護(hù)，使其存儲(chǔ)更加安全可靠；②使數(shù)據(jù)活起來(lái)，得到更加充分的利用，通過(guò)圖、表多種形式，直觀、形象地展示人工地震數(shù)據(jù)成果，為地震科研工作者提供更加便利的服務(wù)；③以此平臺(tái)推廣人工地震的最新研究成果，推進(jìn)地震愛(ài)好者之間的廣泛交流。

人工地震數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的建立離不開(kāi)項(xiàng)目組全體科技人員的努力，感謝中國(guó)地震局地球物理勘探中心對(duì)項(xiàng)目的資助，感謝深地震測(cè)深數(shù)據(jù)共享與運(yùn)維分中心提供人工地震數(shù)據(jù)。