0 引言

中国地震局地磁固定台网由基准网、基本网和区域网3级构成。现有开展绝对观测的基准台46个、相对记录的基准台97个、台阵测网4个（含28个台站)）以及多个因项目研究需求而开展的短周期地磁台阵。随着地磁台站建设、设备运行、数据分析、产品产出等各项工作的逐渐成熟，目前已制定了一套完整的地磁台站建设、运行、数据产出标准规范（中国地震局，2004）。随着大量观测数据的分析处理与应用，针对中国地震地磁台网已研发了集数据管理、数据绘图、数据分析、数据处理、数据查询等功能于一体的运行管理及数据处理软件系统（以下简称为现运行系统），并上线使用多年，有效地管理了在运行地磁观测数据。但台站建设期间场地勘选电磁环境测试中涉及的数据处理、数据绘图、数据产品加工、数据管理等仍由各测试单位自行操作。由于处理方法、使用的软件各不相同，数据处理时效性、数据准确性、数据质量优略性等一系列问题逐渐显露，且本地化的测试报告存储丢失现象严重。能否实现固定地磁台站勘选数据加工、处理与现运行系统的有效衔接，从而提高工作时效性和数据质量是一个亟需解决的问题。

地磁台站电磁环境测试是决定是否在该场地建设地磁台站的主要技术环节之一（李德前等，2015），其主要是对新建地磁观测室周边区域进行磁场梯度测试和周围环境电磁干扰源测试。其中，梯度测试用于识别磁房建设区域磁场分布以及是否存在局部隐伏干扰体，如铁磁性矿山、地下隐藏的金属管线等；台站周围电磁环境干扰源测试用于探明测试场地周边电磁干扰源，为进一步开展地磁台站建设提供技术参考，如工厂大型生产设备漏电、公路行驶车辆、不明电磁干扰源等（王莉森等，2017）。具体测试流程与技术要求参见GB/T19531.2—2004《地震台站观测环境技术要求，第2部分：电磁观测》（中国地震局，2004）附录C、附录D。

地磁台站勘选数据处理系统具备勘选数据的格式转换、测量数据计算与筛选、数据处理、数据写入Oracle数据库、数据查询、报告查询等功能，可实现对地磁台站电磁环境测试中产出数据的加工与处理，实现了与现运行系统的衔接，在提高工作效率的同时，减小了人工操作的错误率，从而为快速产出勘选报告、图件等结果提供技术支持。

1 系统研发过程

2012年，河北涉县地磁基准台建设期间，为高效、准确地从日变站连续记录观测数据中筛选所需数据，开发了具有日变站观测数据筛选与处理功能模块的应用程序。随着实际工作的需要，2013年黄壁庄地磁房建设期间，开发新增子夜数据提取功能模块，并对之前的功能bug逐渐完善。2019年，河北省地震局技术人员赴蒙古国开展地磁台站场地环境测试工作，在数据处理过程中，为提高工作效率，减少人工计算的错误情况，在系统原2个功能模块基础上新增了磁通门观测数据格式转换模块、背景噪声之子夜值均方差计算模块、数据信息及结果入库模块，完成了地磁台站勘选数据处理系统的开发。通过该平台的数据计算和处理实现了与现运行系统中地磁数据处理软件的对接，提高了固定地磁台站勘选测试数据处理的效率。该系统最大的特点是将台站勘选频繁产生的临时测试数据与各类零散数据统一到1个操作平台上，以方便数据处理人员与复核人员共享1个平台进行操作与复核，提高了后期数据处理与结果分析的准确性。

2 系统设计思路

地磁台站勘选数据处理系统是基于C/S架构模式进行开发的，系统功能主要集中在客户端，软件运行的基础是中国地震台网前兆数据处理系统平台。客户端可完成2方面的功能，一方面是对野外磁测数据的规范处理；另一方面是与现运行中国地震台网前兆数据处理系统后台Oracle数据库的交互式数据交换，以实现在该数据库平台对数据的增、删、改、查。同时，通过中国地震台网前兆数据处理系统可实现野外测点与附近台站或同经度链地磁观测数据的对比分析。系统开发在不影响台网现运行系统的基础上进行，这可在地磁台网/台站野外勘选后的数据处理工作中起到事半功倍的作用。

系统开发重点是前期数据规范与数据处理，也就是为更好地应用现运行地磁数据处理系统的处理、分析、绘图、查看等功能，将野外不规则数据、零散数据和最终的分析报告按照规范格式入现运行数据库，以便于进一步的工作。

3 系统主要功能

地磁台站勘选数据处理系统主要功能包括：固定地磁日变站观测数据筛选与数据处理、流动磁通门观测数据格式转换、子夜数据提取、流动地磁数据写入数据库、野外测点信息写入数据库、勘选结果（图片、报告等）写入数据库等。以上功能实现后，便可用现运行地磁固定台站软件系统实现临时观测数据的在线处理、查询、计算、对比、绘图等，同时系统可提供本地结果计算，以方便资料保存及无网络条件下固定台站勘选结果的计算。该系统已用于蒙古国地磁台站勘选数据的计算与处理中。系统主要功能如图 1所示。

3.1 日变站观测数据筛选与处理

密跨度测试主要是对观测场地地磁场总强度磁场梯度ΔF_h进行测量，需在被测场地旁架设连续数据记录设备（日变站）并配合场地上人工测量以获取该被测场地2项测量数据。地磁场去日变就是依据人工测量数据时刻筛选日变数据中对应时刻的地磁观测数据去日变化，人工筛选数据为勘选数据处理方式之一。视场地大小而言，100 m×100 m的场地，等间距1 m时，需筛选约10 000个点；等间距5 m时，需筛选441个点。工作效率与筛选准确性是影响最终结果的2个关键因素。地磁台站勘选数据处理系统的日变站观测数据筛选与处理模块是对日变站观测数据（仅以GSM仪器导出格式文件为例）的自动筛选。根据人工网格测量数据时刻在日变数据文件中筛选对应时刻所对应的数据，以文本（txt）和Excel文件格式打印人工测量时间、日变筛选时间、日变筛选数据。文本（txt）格式为数据入库使用，Excel格式为数据计算与处理使用。具体操作界面和数据结果如图 2、图 3所示。

3.2 磁通门观测数据格式转换

系统将磁通门磁力仪产出的观测数据偏角D、水平H、垂直Z、温度T_c等4个分量有序存放在1个文件（以sec为扩展名）中，而对数据动态曲线特征分析、通过子夜数据计算背景噪声、各分量数据变化特征分析等则进行单个分量数据文件分析。磁通门磁力仪观测数据格式转换模块通过一键式操作完成对sec格式文件的格式转换与数据剥离，将4个分量分别单独保存为文本格式（txt），通过日期段设置完成批量数据格式转换，并可将各分量以文本格式写入现运行Oracle数据库（clob格式），之后可使用现运行地磁数据处理系统进行数据处理、绘图、分析、数据管理与保存等。同时，提供数据查询下载接口，便于查询与下载。图 4为河北省地震局开展的蒙古国固定地磁台站磁通门磁力仪数据入库图形及与我国内蒙古乌加河地震台观测数据的对比。

3.3 子夜数据提取

磁场观测背景噪声是评价地磁观测场地优劣的重要技术指标之一。计算1个测点的地磁场背景噪声需在磁场平静时段选取10段连续的10 s观测数据，计算其峰峰值和均方根（RMS）进行评价。该模块一键式完成对磁通门磁力仪观测数据各分量子夜（北京时2—3时之间）时段观测数据的筛选，并以Excel格式（计算峰峰值与均方根模板）进行存放，可实现子夜观测数据峰峰值与均方根的自动计算。为充分考虑系统的实用性，该模块提供2种数据筛选方式，一种是通过读取数据库（已入库数据）实现筛选；另一种是充分考虑勘选工作无网络的条件，进行本地数据筛选。对2种筛选均进行了校验，结果一致。图 5、图 6为系统功能操作界面及结果提取。

3.4 背景噪声子夜值均方差（RMS）

背景噪声子夜值均方差模块是将磁通门磁力仪3个分量（偏角、垂直、水平）作一阶差分获得数据样本序列x_i（i=1, 2, 3, 4, …），然后再对样本进行均方差计算，以反映数据偏离均值的离散度。均方差计算公式如下

$ \delta = \sqrt {\frac{{\sum\limits_{i = 1}^n {\left| {{x_i} - \overline x } \right|} }}{n}} $

(1)

其中，n为样本数。该模块提供2种子夜均值均方差的计算方式，一种是直接读取数据库数据进行计算；另一种是提供本地数据提取与计算功能，以方便在无网络条件下测量操作的准实时数据处理。系统同时提供了结果判断功能，可将计算结果与台站建设规范标准（数据小于0.1 nT即为合格）进行比对，并对不合格观测结果采用标注颜色差的方式进行提醒显示，详细计算结果如表 1所示。

3.5 数据、信息、勘选结果入数据库

录入数据库模块主要完成2方面的工作：①按照现运行的前兆数据管理系统Orcle数据库基础数据格式规范要求录入测点基础信息，如台站名称、仪器ID等，该功能运行后可在数据库中建立新的临时测点，并实现观测数据入库，使所有数据信息均在地磁数据处理系统平台上操作使用；②将勘选结果（数据、报告等）以clob、blob等格式存入现运行的前兆Oracle数据库中，并提供数据查询与下载接口。图 7为将蒙古国野外磁测数据录入河北省地震局现运行实验数据库后，在现运行管理系统中查看到的测试基础信息数据及台站入库仪器信息等。

4 系统软件主要技术特点

地磁台站勘选数据处理系统解决了固定台站勘选后数据处理规范化、人工数据计算错误率高、勘选报告丢失较多等问题，实现了与现运行数据处理管理系统的有效衔接。通过该系统的前期数据处理，方便了后期的数据处理与分析，在台站勘选的繁重数据处理、数据分析工作中起到了事半功倍的作用。

4.1 数据筛选自动校验

日变观测数据量较大，采样率为3 s，累计采样4 h，约4 800个样本。在提取日变数据时对获取的数据与源文件数据进行2次对比校准，2次提取数据采用与日变提取数据不一致的方式，当比对不一致时，自动弹出报警框，并写入日志，方便数据筛选查询。测试样本100个文件，筛选正确率100%。

4.2 实现本地与网络环境的双重数据处理功能

地磁台站勘选数据处理系统主要为固定台站勘选后期数据处理提供服务，综合考虑部分勘选区域无网络环境，需现场评估场地测试结果，因此增加了本地数据处理功能。该系统已用于河北地震局地磁台建设，同时应用到河北地震局承担的蒙古国地磁台野外勘选数据处理工作。

4.3 可移植性较强，推广空间大

系统的可移植性较强不是针对跨平台的移植性，而是在windows平台下，软件不需要修改任何代码和参数，只需将数据连接到数据库的地址就能完成对该区域中心的数据处理，因此，该系统软件在相同的操作平台下可移植性较强，只要修改数据库连接地址就可以使用。

5 结论

地磁台站勘选数据处理系统解决了过去人工提取日变数据工作量大、错误率高的问题，同时，系统可将临时磁通门磁力仪观测数据手动写入数据库，方便了数据处理与数据分析；其次，本地完成子夜数据的提取与观测背景噪声的计算对随时掌握观测数据质量提供了判断依据，便于勘选的进一步决策；最后，对勘选结果的入库，也为数据结果的长期保存、台站查询提供了帮助，对地磁台勘选工作的顺利开展提供了技术支持，有效地提高了台网运行的技术指标。