0 引言

震情会商是我国地震主管部门50多年来形成的工作机制，是地震预报意见产出的关键环节。地震会商业务作为重要的震情研判手段，在地震监测预报业务体系内具有重要意义。在国际上，对于震前阶段，以地震预警(Earthquake Early Warning，下文简称EEW)为目标的自动化数据处理和决策生成机制已从理论方法走向实际应用。由于EEW对数据产品的生成效率要求高，从监测到地震发生，到地震报警的生成，整个数据处理和决策过程必需近实时完成，不能由人工干预，因此，近年来诸多技术手段和决策模型方案取得了巨大的研究进展(Yamazaki et al，1998；Porter，2003；Grasso et al，2007；Iervolino et al，2007)。

在震后阶段，以美国USGS为代表的ShakeCast系统已全面实现无人工干预震后产品的自动生成，类似于ShakeMap、DYFI、PAGER等产品，已做到从灾情判断到应急救援等的全面覆盖，科技产品种类丰富，受众人群广，相关产品从科学研究范畴，扩展至实际业务应用，防灾、减灾、救灾实际效益显著(Wald et al，1999, 2003；Kanamori，2005；Fraser et al，2007)。

地震会商是一项涉及多部门、多学科、多源数据、多种软件、多维呈现的综合性研究工作(陈石等，2011)。在我国，根据防震减灾法，地震部门需要通过分级地震会商机制，给出长、中、短、临地震预报意见。长期以来，传统的会商模式效率出现诸多弊端，主要表现在，各级会商结论意见的产出多缺乏定量模型依据，对国际上发展的模型方法缺少深入研究和实践应用。此类问题产生的主要原因是，每种模型方法的吸收、学习需投入大量人力物力，模型参数的训练和优化需要专业化技术团队支撑，导致娴熟应用一套程序成本较高。

在当前形势下，有必要开发一套满足各级、各类会商业务需求的软件平台系统，规范数据来源、技术方法使用和自动评价机制。为此，文章从需求分析角度，介绍在地震会商技术系统设计过程中，思考技术和需求之间相互融合的问题，并介绍该系统的七层设计和技术实现。通过近3年的开发和实践经验，我们认为，应用该系统不但可以减少会商资料准备的工作量，还可最大限度地解放生产力，改善震情会商工作效率，形成现代化地震监测预报业务新型生态模式。

1 地震会商需求分析 1.1 地震会商需求

地震会商主要遵循“长、中、短、临”渐近式预报思路，通过对测震资料、地球物理场资料宏、微观异常的系统分析，得出地震趋势预测意见。地震会商业务按照会商类型可分为4大类8小类，其中4大类会商分别是周月会商(含周震情监视例会、月会商、紧急会商、加密监视会商)、年度地震趋势会商(含年度地震趋势会商、年中地震趋势跟踪会商)、震后趋势会商和专题震情会商。地震会商业务开展的根本目的是，通过各种地震监测手段和相关指标的动态变化，研判某一地区、时间范围内的震情形势。图 1给出从地震孕育到发生全周期过程的地震科学知识图谱。必须承认，随着科学技术的进步，对图 1中许多自然现象的认识仍在不断演化。因此，从研究对象特点看，地震会商业务具有较强的科研属性。

地震预测预报科学需要依据观测数据来认识地球系统的动力学过程，具有开放复杂巨系统(戴汝为等，2004)的特点。地震会商是依据观测资料和预报员经验，从定性到定量地认识地震孕育、复发和震后趋势的过程，最终通过研讨、综合集成给出会商意见。若将地震预报业务定义为一种典型的科研型业务，则地震分析会商技术系统即为服务于科研型业务的专有工具，目标是实现地震预报人员获取信息不再受空间、时间的限制。为适应地震会商业务信息化需求，支撑地震业务数据加工、处理、统计分析和模型计算等工作，2017年开始设计地震会商技术系统软件平台。系统将分散数据有组织地收集起来，在完成信息生成的同时，为预报员提供震情发展的定量化决策参考。地震会商技术系统是根据地震会商对数据资料分析和处理的要求，支撑各种观测资料自动化处理、信息自动汇集和推送的一体化业务平台。

1.2 系统设计理念

如果依据传统的软件设计方法进行地震分析会商技术系统设计，在开始阶段就可能陷入困境。这是因为，当前地震预报水平仍以经验预报为主，会商结论的得出多依赖预报人员的经验认识，而会商数据来源、分析方法、结论得出和效果评价尚无明确的技术规程。在这种既无明确物理方程描述震情，且各学科观测资料又高度不确定情况下，仅依赖经验和简单曲线推演震情发展显然不合适。为此，选择以综合集成方法为理论指导，设计该研究系统(顾基发等，2010)。

20世纪90年代初，钱学森结合现代信息技术的发展，基于系统学思维，提出“从定性到定量的综合集成方法”，并指出“从定性到定量综合集成研讨厅体系”的实践形式，经多年发展，在多个领域得到广泛应用(戴汝为等，2002)。综合集成方法的实质是，把专家体系、数据和信息、知识体系以及计算机体系有机结合起来，构成一个高度智能化的人—机结合与融合体系，具有综合、整体、智能和智慧优势，能把人的思维、思维的成果、人的经验、知识、智慧以及各种情报、资料和信息继承起来，从多方面的定性认识上升到定量认知。

现阶段人类对地震地球物理的认识大多停留在定性的经验性假设，正确与否、能否成立，尚无严谨的科学方式加以证明。在自然科学和数学科学中，此类经验性假设是用严密逻辑推理和各种实验手段来证明的，体现了从定性到定量的研究特点。从地震会商来解决震情预测如果要走“精密科学”之路，出路在哪里？这个出路就是人—机结合以人为主的思维方式和研究方式。采用“机帮人、人帮机”的合作方式，机器能做的尽量由机器去完成，扩展人脑逻辑思维处理信息的能力。通过人—机结合，以人为主，实现信息、知识和智慧的综合集成，可以包括不同学科、不同领域的科学理论和经验知识、定性和定量知识、理性和感性知识，通过人—机交互，反复比较，逐次逼近，实现从定性到定量的认识，从而对经验性假设正确与否做出科学结论。无论是肯定还是否定了经验性假设，均是认识上的进步，在此基础上提出新的经验性假设，继续进行定量研究，构成一个交互式、循环往复、不断深化的研究过程。

地震会商工作涉及业务众多，相互交织，数据处理和分析流程繁琐。传统意义的软件或系统通常仅为解决某一个具体问题而设计，对于开放复杂巨系统问题没有合适的解决方案。地震监测预报业务离不开科研，暂时抛开具体业务内容，从数据处理流程看，科研型业务一般具有收集数据、处理数据和可视化数据3个步骤。这些过程依赖于多种数据系统、数据格式转换和各种交互式操作，经常需要重复进行和需求变更，给预报人员带来大量工作量，学习各种软件操作也将耗费大量的人力物力。

因此，针对地震预报的科研型业务特点，以综合集成研讨厅系统科学理论为依据(胡晓惠等，2002；李耀东等2004)，指导设计地震会商技术系统，解决开放复杂巨系统问题是合适和恰当的。通过这样一个信息化系统，既可体现预报员和专家们“心智”的关键作用，也可全面利用信息时代不断强大的计算机“高性能”特长。

2 地震会商系统设计 2.1 体系结构

现代科学技术的发展一方面呈现出高度分化的趋势，另一方面呈现出高度综合的趋势。地震分析会商技术系统基于综合集成方法构建平台，使得地震预报人员可从监测数据中快速获取信息，并使用综合集成方法，对某次复杂的震情问题进行群体思考，或寻求解决方案，或探索问题规律，或产生新的知识。在系统设计目标上，我们期望尝试通过现代化信息技术来构建一套新型交互式会商技术系统，搭建一套从定性的知识到定量的模型之间相互沟通的桥梁。依托该系统，可以完成对地震的定性知识，经过分析可以转化为定量模型，而在专家们的思维下，定量模型又可转换为定性知识，彼此相互促进，实现认识震情发生规律机理的循环反复同时螺旋上升的过程。

地震会商技术系统(Intelligent Services for Prompt Earthquake Consultation，ISPEC)以综合集成方法为指导，利用自适应和柔性的软件框架技术，以敏捷式软件开发理念，实现技术需求变更、数据来源多样、多系统兼容等要求，采用大数据+人工智能模式，全方位满足地震会商业务需求。该平台系统的组成框架分为7层，从下至上分别为：外部资源层、专有数据层、服务资源层、业务流程层、维护开发层、成果表现层、智能决策层(图 2)。

(1) 外部资源层。文中的外部资源泛指一切数据源，包括各学科数据库、专题网站、实时数据源、数据文件等，平台通过定义和配置，可以访问各种外部资源，并提取所需数据缓存至地震分析预报基础数据库。对需要身份认证的网站，系统可以提供模拟用户登录过程，类似于搜索引擎使用的网络爬虫技术，可以定时、自动下载授权数据至本地数据库，形成地震会商需要的数据格式产品，如定期登录地震编目系统下载地震观测报告，通过数据拼接、筛选、排序得到各种特定格式的地震目录产品。

(2) 专有数据层。该层重点是构建一套专用于地震会商的地震分析预报基础数据库。该数据库采用分布式数据库技术，内容上可以认为是其他数据源特定组合的一种映射或子集。在不改变其他外部数据源基础上，通过平台自动化机制，定向抓取数据至该数据库，按照需求分类、分级、分批、分时管理数据资源，为地震分析预报和地震会商用户群提供高速、快捷和专有的数据库服务。

(3) 服务资源层。该层服务资源为平台提供基础服务能力，仅专注实现IT技术，为用户提供各种数据库访问、数据源读取、数据基础处理节点、绘图、格式数据输出制定等功能。服务资源层分为2部分：前端基础软件框架、后端云服务软件框架。前端基础软件框架实现一套可视化流程服务机制，提供可视化界面，用户可以自由定义各种数据处理业务流程，构建特定业务的服务流程。后端云服务软件框架是服务流程的自动化部分，在本地测试完成的流程可以提交至平台，部署在服务器集群上，通过自动化设置完成用户需求，当多个用户提出需求时，服务软件框架将进行排序和负载分配，实现多用户自动化服务。

(4) 业务流程层。作为系统的核心部分，业务流程层需要实现各种专业的业务流程，分为私有和公共2部分业务流层。通过平台提供的基础软件功能，用户可以为完成某一项数据处理业务而新建一项流程，如：地震目录分析，用户需做的工作包括数据源连接、数据筛选、基于地震目录的模型计算、结果画图和分析报告自动生成，此流程通过用户定制和专业处理即可完成。业务逻辑实现均需在该层定义。私有流程用户可在本地使用，而通过管理部门认证的流程可提交到云环境为各个授权用户使用，提供公共性的专业技术服务。

(5) 维护开发层。该层分为对平台非业务部分的软件框架、与业务相关的服务流程2部分，分别交给不同群体完成，其中：①聘请软件服务机构运维软件环境；②由地震分析预报专业用户群体的科研人员完成服务流程，计划采用流程负责人制度，若一个流程通过认证接入公共运行环境，负责人将进行终身维护，管理层可通过后台统计流程使用情况报告(使用次数、用户评价)等方式，对其进行考核与奖惩。

(6) 成果表现层。本层为在前5层基础上实现的软件功能，综合业务系统是一套B/S结构的网站系统，在该系统内，可监控、部署上网运行的全部公共流程，并调整各流程的运行环境，管理各流程产出结果，维护各流程运行参数，调用各流程功能等。在个人移动终端构建与移动设备的交互接口，通过HTML标准形式，实现跨平台、跨终端通信，重点实现微信通信接口，无需安装其他软件，可直接推送研究报告至终端设备。平台具备自动将结果上传至FTP、Web、邮件等功能。

(7) 智能决策层。具备以上6层功能，将全面实现平台系统的自动化运行，而智能化需在智能决策层实现。此处智能化分为语义分析和辅助决策2部分。地震会商业务涉及流程众多，方法、参数各不相同，让系统具备自然语言的语义识别功能是智能化的第一个任务。平台的智能化部分需按照用户问题，智能匹配并提供特定流程服务，且反馈结果至最终用户。进一步的智能化含义是辅助决策，通过学习各级会商业务流程和结果，计算机可利用神经网络深度学习算法，通过回溯性分析给出最大概率结论的会商意见。

以上7层构成地震会商技术系统的逻辑框架，依托该系统可将原有地震会商前需要汇总和统计的各学科业务类数据任务，编制成可在云平台自主运行的可视化业务流程，大幅节约业务人员的时间和精力。会商系统还可针对周、月会商自定义业务流程，按时在地震会商前，自动跟踪、统计各学科会商基础素材和信息，并予以汇总，生成相关多媒体材料，全面提高会商工作效率。在地震发生后，该系统按照预设流程自动触发响应机制，震后几分钟内即可完成震后趋势会商报告涉及的数据下载、处理、模型计算、成图和统计任务，并将信息发送至系统和业务人员的移动客户端。

2.2 技术框架

地震会商技术系统依据7层结构进行设计，可分为人机接口、流程体系和云平台3大部分内容。其中，流程体系需要业务人员参与建设。系统核心是地震数据专家流程编辑工具，可适应用户需求变更，打造业务人员方便参与的业务流程编制方法和技术(第4层设计)，使得用户通过可视化界面，完成各种业务流程编制。

采用可视化编程方法，结合4大学科和各单位实际情况，业务人员可定制编写业务流程，经测试可直接部署到地震数据备份中心的云计算平台，实现流程即服务(FaaS)的工作模式，开展自助式流程编写、流程测试、流程部署和运维。系统技术框架设计见图 3。

3 结论与展望

地震会商技术系统开发的目的是，解决各级会商过程中人机协同工作问题，为预报员提供震情发展的定量化决策参考。在此框架下，为了实现“能用、能建、能改”的目标，地震监测预报相关业务人员必须全面参与开发。在预报员体系外，将需要一支会商业务流开发技术人员队伍，在统一的平台框架下，全面融入迭代式开发过程。通过3年多的系统建设与业务实践，基本实现该系统1.0版本的标准流程模板库编写和制作，通过2019年在地震系统内10家业务单位的试点应用，证明该系统设计模式和使用方法符合地震会商业务特点，行业内现有用户已突破2 000人。

基于以上系统设计和应用实践，主要得到以下结论：①该系统通过可视化的流程设计和低代码开发方式，降低了业务人员参与系统建设的门槛；②该系统通过开放式的平台技术层和私有云环境的高度集成化的IT资源，实现了用户需求和IT资源的有机结合；③该系统通过流程自动化运行，高效地应用大数据资源和一些智能化的技术，让实时数据获取更加便捷；④该系统通过智能手机实时获取自定义流程的运行报告，实现了用户一对一的精细化服务，支撑了移动互联网时代的实时响应与快速决策指挥。

建立现代化与智能化地震会商技术平台系统，既是解决现有问题的需要，也是发挥现代科技优势，提高地震预测预报服务能力的关键所在。该系统通过3年来的业务实践，我们初步实现了“云+端”模式的会商业务升级，通过开放自助式的“可视化流程设计”推进了传统会商业务向集约化、服务化的云平台集成方向发展与智能化转型。