0 引言

定点形变观测能够监测近断层和地壳局部区域内变形的微动态信息(张国安等，2002)，我国用于震情监视跟踪的定点形变站网始于1966年邢台地震后。2000年以来，随着数字化技术、信息网络技术的发展，定点形变监测站网经历了“模拟和人工”观测、“九五”数字化、“十五”网络化等3个阶段，建设了一批台站和相应的观测、技术系统(蔡惟鑫，1988；蔡惟鑫等，1997；周克昌等，2013；张燕等，2022)，积累了大量不同采样率的观测数据(唐磊等，2023)，为监测局部区域地壳变形动态特征，服务地震中短期和短临预测方面等科研工作提供了重要观测资料(Tang et al，2023a)。

目前，中国大陆定点形变站网共有210个地倾斜和214个地应变观测站。地倾斜观测的是地壳形变垂直的相对运动和固体潮汐的动态变化，地倾斜观测方法有洞体摆式倾斜观测、洞体水管倾斜观测和钻孔倾斜观测；地应变观测的是地壳岩石的弹性变化，是对地壳地应力变化的一种反映，地应变观测方法有洞体应变观测和钻孔应变观测(Tang et al，2022)。

为不断深化定点形变站网运行管理与产出服务能力，充分发挥数据资源集中、融合优势，紧盯服务需求，实现定点形变站网数据处理、在线质量评估、产品发布及对外服务，依据地震行业标准DB/T 88-2022《地震台网运行规范地倾斜和地应变观测》(中国地震局，2022)，中国地震台网中心联合湖北省地震局研制了定点形变站网运行管理与产品服务平台(以下简称：定点形变站网平台)。定点形变站网平台可更好地保障定点形变站网的稳定运行与科学产出，提升定点形变站网运行管理规范化、信息化水平及产出服务能力，更好地服务于地震预测预报及震情跟踪分析工作，助推防震减灾事业现代化进程。

1 平台技术构成 1.1 总体技术路线

定点形变站网平台采用前端后分离技术架构(叶小艳等，2018)，采用多线程方式，以提高处理效率。前端引入专用大数据绘图技术，与SpringBoot框架整合Mybatis持久层框架和Shiro权限安全框架技术体系为技术服务整体框架。采用HTML5、Less、Bootstrap、Echarts对定点形变海量原始数据、预处理数据进行可视化展示，采用CSS、VUE、JavaScript、Element-Ui以及axios技术实现业务逻辑和页面呈现，并调用平台服务接口进行业务处理。

后端数据源在数据库共享方面主要采用Oracle、Mysql、SqlServer等主流数据数据库框架结构；在非管理数据源方面，支持图片(png、jpg、gif)、Word、Excel、PDF等常用文件格式；通过共享接口及pilsar消息中间件进行获取其他各子系统的数据。为保证单节点出现故障时系统仍可正常运行，系统以大数据存储为基本技术架构支撑，采用MyCat管控下的Mysql、Redis、Elasticsearch搜索引擎。该平台维护和升级方式简单、成本低，将其用于定点形变数据库的数据检索和数据统计，时效性好。

1.2 平台总体架构

平台总体架构由接入层、存储层、应用服务层、展现层四部分构成，如图 1所示。

接入层主要包括两部分，分别为地倾斜数据(水平摆倾斜观测数据、垂直摆摆倾斜观测数据、水管倾斜观测数据、钻孔倾斜观测数据)和地应变数据(洞体应变观测数据、体应变观测数据、分量钻孔应变观测数据)，其是整个平台的基础。数据层主要是以平台的数据库系统实现平台数据的存储和管理。系统提供的数据获取服务接口，方便平台应用层对数据的抽取、检查、过滤、计算等。平台应用设计切合实际应用，主要包括站网运行管理与产品系统相关功能模块。展示层为整个平台业务应用的终端设备，主要包括大屏、图形工作站和移动图形工作站等，直接为用户提供服务，用户可以在操作终端上直观地进行操作，实时查看数据处理情况。

1.3 功能架构

定点形变站网平台主要功能需要在线支持中心站、省级中心和国家中心完成地倾斜和地应变的业务工作，包括基础信息查询、日月年评价、监测效能管理和故障管理等技术管理工作；还需要为台站工作人员提供运维工作视频，介绍仪器标定、调零等工作技巧；同时需要提供定点形变的原始预处理数据服务、产品数据服务等产出服务功能。因此平台的架构设计包括：台站管理、日常监控、效能评估管理、产品服务、系统管理、数据可视化等几大部分。软件功能结构见图 2。

2 数据库设计

平台通过Redis数据库实现数据的存储和管理，包括实时数据的存储与订阅、利用Mysql进行业务数据的存储、通过Elasticsearch进行历史数据的存储。支持对各种格式文档进行辅助加工和标引，并完成自动入库，包括Word、Excel、PDF等格式的文档。

2.1 数据库设计原则

为有效支撑定点形变站网业务的运行，数据库设计需要支持地震地球物理台网数据库中字典表、日志类型等业务表的结构设计(周克昌等，2010)。同时数据源应考虑定点形变学科数据库和中国地震局国家中心数据库两个来源，并保持一致性。如定点形变基础信息目前存储在国家中心数据库和定点形变学科中心数据库，需要考虑两个库中表结构和一致性比对设计的结构，此外，还需要考虑到采用多种数据库工具配合业务管理情况。

因此，定点形变站网平台在数据源数据库选择方面主要采用Oracle、Mysql、SqlServer等主流数据数据库框架结构；在非管理数据源方面，支持图片(PNG、JPEG、GIF)、Word、Excel、PDF等常用文件格式；并通过共享接口及pilsar消息中间件进行获取其他各子系统的数据(图 3)。

平台配置了两个数据来源，其具有数据类型多样性、数据量大、数据统计分析任务多的特点，系统数据架构设计上采取多模块分层的设计方案，主要分为数据采集服务、数据存储服务、统计分析服务等几大模块，业务数据实时备份，保证系统数据安全。

2.2 物理结构设计 2.2.1 系统基础设计

系统基础设计包括用户管理、菜单管理、角色管理等。其中用户的菜单根据用户的角色和部门有所不同，具体表结构设计见表 1。

2.2.2 站网运行业务工作表设计

站网运行业务工作包括基础信息、站点运行报告和仪器管理。业务工作中，仪器故障信息需要及时获取掌握并发布，设计表结构时，将月报中的故障信息与仪器管理联动，设计调零、校准，格值资料和仪器故障等信息结构化管理，为后续智能化自动产出奠定基础。仪器格值检查表、校准资料和仪器故障表按照表 2、表 3、表 4的结构进行设计。

2.3 软件架构选型

为保证单节点出现故障情况时系统仍可正常运行，系统以大数据存储为基本技术架构支撑，采用MyCat管控下的Mysql、Redis、Elasticsearch搜索引擎。数据展示以SpringBoot架构体系为技术服务整体框架，实现通过VUE、Brootstrap、Node.js、CSS3、HTML5、Echarts、地图等技术进行数据可视化展示。系统技术架构图见图 4。

3 业务功能设计

平台建设主要目的是为进一步提升地球物理站网产品产出自动化水平和定点形变数据及产品在地震行业中的应用，强化对震情跟踪和会商研判的支撑。同时平台需要兼顾定点形变学科常规业务工作，尽可能集成化办公，应对目前中心站改革带来的业务变化。因此，平台主要功能包括站网介绍模块，基础信息管理模块以及集成的日、月、年的常规业务工作监控模块，效能评估模块和产出服务模块。

3.1 站网介绍

站网介绍模块主要是为了服务推广定点形变站网，因此设计了站网构成概况、观测仪器详情、产出产品、科技前沿、基础操作多媒体服务、行业标准等模块。以文字介绍及表格、图片、视频等多种展示方式，详细展示站网主页的具体内容，便于用户了解和获取定点形变观测信息、仪器信息、维修技术、产品信息及国内外行业动态等信息。

其中，站网概况通过文字、地图、图片的展示方式，对定点形变站网的构成、业务、站点分布、观测仪器等进行介绍(图 5)。为更好地展示查看业务信息，根据业务类型分类进行展示。为更直观地展示形变站点分布，通过电子地图，根据测项进行分类统计展示站点信息，点击链接可以直接跳转各功能模块的详细内容。

3.2 基础信息库管理

平台完成了定点形变台站基础信息库信息核实比对的工作。分别从国家中心数据库和定点形变学科中心数据库中抽取台站基础信息，将其填入平台基础信息库；同时对国家中心库和学科中心库中的台站基础信息自动比对，提示存在的差异点。台站人员校核现有信息，及时更正，并实时更新并提供服务。平台设计中，增加钻孔信息，与流体井信息进行区分。基础信息库中包括台站信息、测点信息、仪器信息、断层信息、洞体信息、钻孔信息、台站平面分布图、测点分布图、测点图、地形地质构造图、仪器布设图等(图 6)。

平台通过列表样式对数据和图片进行展示，并可以通过台站树状图对数据进行筛选，在对应页面对基础信息进行详情查看、编辑、删除、新增操作。

3.3 常规业务工作管理

常规业务工作中，实现智能化填报功能。具备对“数据采集、报送和预处理情况”、“仪器格值检查和校准调零”、“仪器故障情况”、“数据异常情况”、“地震事件简要描述”等报告的在线填写、修改、删除、上传附件、下载。其中，数据采集、报送和预处理可以根据用户选择的站点信息，平台自动筛选出需要填写的测项，并根据需求，对部分数据进行自动填写。如可以根据国家库原始数据采集情况，将仪器断数信息解析保存为仪器故障信息，平台每日定时自动监测保存记录，并在用户填写时，自动对数据进行保存。

进行仪器格值检查和校准调零、仪器故障、数据异常等日常数据处理时，用户在平台上点击“新增记录”，内容会自动进行保存，并根据重要指标数据自动进行去重处理。平台实现了自动提取地震信息，并填报地震事件的功能，同时平台还可以根据填报月份自动筛选出当月的国内及国外地震，优先展示国内地震，并支持地震事件简报的多附件上传和预览。此外，实现了对月报模块数据进行月报分析功能，具备在线预览和下载功能。

月报分析功能实现以数据异常、仪器故障为数据源，对台站、测点、仪器进行统计，并通过饼状图的样式，对异常故障占比进行展示。其中，单月报查看功能是以“月形月报”中所有数据类型进行单项月报分析，统计已填写和未填写数量，通过饼状图的样式，对仪器填报占比进行展示；总体月报分析是根据台站、测点对所有台站进行总体月报查看，可进行在线预览和下载数据。

3.4 仪器满意度评价

仪器满意度评价功能可实现对测项评价、仪器稳定性、厂家维修及时性等信息进行在线评价，并对填写结果进行统计展示和导出。针对目前定点形变仪器设备运维困难，将仪器满意度评价结果应用于完善维修运维体系，为仪器厂家提升仪器质量和服务质量提供参考，减轻台站仪器维护压力，提升观测数据质量。

3.5 效能评估

在线效能评估模块实现了根据年份、台站测点信息，对观测环境、观测系统、数据质量、应用效能等信息进行在线评估，实现按照评估标准对单个指标进行自动计算分数，并计算出综合总分，也可以导出评估信息，如图 7所示。

3.6 综合服务

综合服务模块主要包括数据产品、图像产品、应急产品、地震查看、文献查阅、标准查阅、基础操作多媒体服务等功能。其中，数据产品根据测项大类、测项小类、开始时间、结束时间、采用率、台站树状图等选择参数对原始数据、预处理数据、产品数据进行曲线查看，并对曲线实现数据、曲线图片下载的功能。测项小类根据测项大类筛选，数据类型根据测项小类对四分量钻孔应变解算数据、年变数据进行处理曲线查看。测项的每条曲线的下方，对应观测日志、工作日志的列表查看。

平台可提供全国范围内的地倾斜潮汐因子月空间分布图、地应变潮汐因子月空间分布图、最大剪应变月变化空间分布图、最小主应变月变化空间分布图、钻孔最大主应变月变化空间分布图，并具备良好的扩展性。目前正在借助GMT绘图软件优化该功能，拟实现通过修改参数可生成不同格式的图件、通过修改数据参数可生成不同时间范围的产品图件等功能。

平台支持提供根据年份、文献类型、文献名称、标准类型、标准名称和视频名称等对数据进行筛选，还可以进行分页列表展示、文件视频下载、文件视频预览。平台为一线台站人员和省级中心监测人员提供便捷查询最新的学科研究和地震行业标准要求的内容，方便更多的监测工作人员参与定点形变研究，为地震预测预报及震后应急工作提供坚实基础。

3.7 应用实效

2023年5月，该平台在全国地震系统正式部署启用，用于定点形变学科常规业务工作，如月报、故障报告及校准记录表等资料报送等。截至2023年12月，共计注册用户352位，访问量超过25000次，用户反馈结果表明，平台界面友好，各项工作填报查询便利，各类资料信息齐全，可以明显提高中心站、省级中心和国家中心的工作效率，有助于提高定点形变资料进监控和管理水平。

2023年10月，中国地震局定点形变学科技术管理组利用该平台方便、高效地完成了全国定点形变监测站网效能评估工作。中心站、省级中心和国家中心三级监控同时在网页填报、审核，网页界面简洁，操作方便，可实时统计填报情况，并可在空间图中实时展示评估结果，清晰、简明地展示了整个定点形变站网的实时状态。

4 平台的技术特点 4.1 定点形变数据库灾备机制设计

为保证数据安全，形变平台采用了灾备机制，将数据库同时在中国地震台网中心与湖北省地震局部署，互相备份，且保证数据一致性。核心实现原理为：中国地震台网中心将数据更改记录到二进制日志中，定点形变学科库读取这些日志并将其应用于自己的数据库中。二进制日志使用复制线程将数据从中国地震台网中心平台库复制到定点形变学科库，复制线程分为I/O线程和SQL线程。I/O线程从主库读取二进制日志，并将其写入从库的日志中，SQL线程从从库日志中读取数据，并将其应用于定点形变学科库的数据库中。

4.2 定点形变数据可视化展示

平台采用Echarts(基于JavaScript的开源可视化库)对定点形变原始数据、预处理数据进行可视化展示。平台从库中查询到数据后，将其发送至浏览器，Echarts接收到数据后，根据实际的场景需要选择最优渲染方式，将数据转换为图形元素，然后将这些图形元素绘制到画布上，从而达到高性能展示的目的。

4.3 方位解算和应力变化的判定

平台拟实现提供统一的方位解算结果，由于目前数据库中四分量钻孔应变不同台站的相同编号元件的方位各不相同，需要经过解算后才能对比分析，以便在平台中提供统一解算的结果，保障监测预报人员数据使用的正确性，如图 8所示。

平台还提供了钻孔区域不同应力状态分析，包括不同观测时段钻孔变形与受力情况分析结果(唐磊等，2022)，特别是大地震后钻孔应变台站应力变化判定，以方便台站人员和预报人员应急使用。以门源观测站为例，根据四分量钻孔应变观测数据计算的主应变(图 9(a))、替代观测值(图 9(b))和主方向(图 9(c))等曲线，可知ε₁>0、ε₂>0，S₁₃＜0、S₂₄>0，该台站的钻孔区域在研究时段均符合张应力作用下的钻孔受力状态，结合门源台四分量钻孔应变仪4个元件的方位，得到4个不同时段的实际受力状态(图 9(d))(唐磊等，2023)。

4.4 系统兼容性

在平台设计中，考虑到后续需要既可以包容现有的应用又能满足未来新的应用需求，实现各个系统信息的高度集成，因此平台建立了一个灵活的快速响应的应用系统架构，在保证各个系统之间数据一致性的前提下，平台可以与不同平台、不同语言实现的应用系统的信息交互，使整个平台变得更有弹性，能更快地响应业务需求。

5 问题与平台发展

(1) 与地球物理一体化监控平台和产品平台对接

地球物理台网现有GNSS、地下流体、定点形变、重力、地电5个学科的运行管理与产品服务平台，均已在全国部署应用。目前正在实现将各学科平台连接到地球物理观测一体化监控平台，提升地球物理学科运行监控管理和产品服务的一体化水平。

(2) 加强对异常台站的监测运维

目前，平台实现了将中心站每月跟踪分析的异常站点重点突出展示，目的是加强国家中心、省级中心和中心站监测人员对异常仪器的运行维护。定点形变平台后续接入一体化平台，将支持零异常信息自动获取，届时将扩大异常站点的重点跟踪维护，为地震预测和震情跟踪分析提供连续稳定的观测数据，发挥其基础保障作用。

(3) 提升产出服务的标准化、规范化水平

为实现定点形变产品标准化、规范化和信息化的目标，提升监测预报人员应用定点形变观测数据产品的便捷程度，后续将在平台实现定点形变数据产品发布，实现全网定点形变数据全自动、准实时在线处理、质量评估与产品发布，服务一线监测人员和预报分析人员，并可为用户提供定制化产品服务。