引言

随着地震观测和信息科技的发展，新一代的观测手段将信息化与数字化结合在一起。而地震观测初期是在纸上使用模拟地震仪记录地震波形（冯锐，2018），因此模拟地震图纸对于地震研究而言是特别珍贵和可靠的历史资料。随着时间的流逝以及季节的变换，很多历史地震图纸被虫蛀，或者由于潮湿环境导致宝贵的资料面临着腐烂无法利用的危机（孔晖，陈小平，2017）。为了便于今后的地震科研工作，地震图纸电子化、数字化存储这项任务变得迫在眉睫（林松鹤，2005）。2013年河北省地震局率先开展了对地震图纸的数字化扫描抢救工作，研发了一套地震图纸存储系统，并针对河北省的地震图纸设计了个性化的图纸信息录入软件（蒋宏毅等，2015）。由于本次模拟地震资料抢救项目是针对全国的模拟测震图纸，需要设计适用于全国各省的图纸扫描录入工作，同时又要满足有特殊情况的图纸扫描录入，例如有的地区气候潮湿，图纸保存不善，图纸发霉变烂，图章部分信息模糊缺失不清等情况。

通过对全国模拟地震图纸的分析和研究，将图纸的数字化过程分为三个阶段（蒋宏毅等，2015）：模拟地震图纸的扫描、基础信息的录入及其数字化应用与服务系统的建立。本次软件开发工作拟通过分析扫描仪器的参数，根据模拟地震资料扫描项目的相关需求对图纸文件命名，在确保图纸扫描质量的情况下尽量减少描工作量并降低存储成本，同时对模拟地震图纸基础信息录入中的各个参数设定校验规则，以减少人工失误和工作量，为录入的信息建立模拟地震资料抢救项目数据库，为地震科研工作提供数据服务。

引言

随着地震观测和信息科技的发展，新一代的观测手段将信息化与数字化结合在一起。而地震观测初期是在纸上使用模拟地震仪记录地震波形（冯锐，2018），因此模拟地震图纸对于地震研究而言是特别珍贵和可靠的历史资料。随着时间的流逝以及季节的变换，很多历史地震图纸被虫蛀，或者由于潮湿环境导致宝贵的资料面临着腐烂无法利用的危机（孔晖，陈小平，2017）。为了便于今后的地震科研工作，地震图纸电子化、数字化存储这项任务变得迫在眉睫（林松鹤，2005）。2013年河北省地震局率先开展了对地震图纸的数字化扫描抢救工作，研发了一套地震图纸存储系统，并针对河北省的地震图纸设计了个性化的图纸信息录入软件（蒋宏毅等，2015）。由于本次模拟地震资料抢救项目是针对全国的模拟测震图纸，需要设计适用于全国各省的图纸扫描录入工作，同时又要满足有特殊情况的图纸扫描录入，例如有的地区气候潮湿，图纸保存不善，图纸发霉变烂，图章部分信息模糊缺失不清等情况。

通过对全国模拟地震图纸的分析和研究，将图纸的数字化过程分为三个阶段（蒋宏毅等，2015）：模拟地震图纸的扫描、基础信息的录入及其数字化应用与服务系统的建立。本次软件开发工作拟通过分析扫描仪器的参数，根据模拟地震资料扫描项目的相关需求对图纸文件命名，在确保图纸扫描质量的情况下尽量减少描工作量并降低存储成本，同时对模拟地震图纸基础信息录入中的各个参数设定校验规则，以减少人工失误和工作量，为录入的信息建立模拟地震资料抢救项目数据库，为地震科研工作提供数据服务。

1.   模拟地震图纸简介

模拟地震图纸主要分为三类：一是笔绘图纸（图1），二是熏烟图纸（图2），三是相纸图纸（图3）。模拟地震图纸本身包含的信息包括：地震的波形，是用地震仪器在纸上记录的地震发生时的波形；图章信息（刘瑞丰，2016），是地震台工作人员填写的地震记录，包括台站名称、编号、仪器类型、日期、上下纸时间、放大倍数、钟差以及相关工作人员的签名等，如图4所示。本次工作内容是将图纸进行数字化存储，电子化的图纸文档能更方便科研人员的地震科学研究，工作要求是图纸图形化文件、图纸基础信息录入以及图纸原件三者之间一一对应，三者缺一不可，作为一组相互不可或缺的文件存在。

图  1  笔绘地震图纸

Figure  1.  Pen-drawing seismograms

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图  2  熏烟图纸

Figure  2.  Smoked tobacco seismograms

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图  3  相纸图纸

Figure  3.  Photo seismograms

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图  4  图章

Figure  4.  Stamp of a seismograms

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1.   模拟地震图纸简介

模拟地震图纸主要分为三类：一是笔绘图纸（图1），二是熏烟图纸（图2），三是相纸图纸（图3）。模拟地震图纸本身包含的信息包括：地震的波形，是用地震仪器在纸上记录的地震发生时的波形；图章信息（刘瑞丰，2016），是地震台工作人员填写的地震记录，包括台站名称、编号、仪器类型、日期、上下纸时间、放大倍数、钟差以及相关工作人员的签名等，如图4所示。本次工作内容是将图纸进行数字化存储，电子化的图纸文档能更方便科研人员的地震科学研究，工作要求是图纸图形化文件、图纸基础信息录入以及图纸原件三者之间一一对应，三者缺一不可，作为一组相互不可或缺的文件存在。

图  1  笔绘地震图纸

Figure  1.  Pen-drawing seismograms

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图  2  熏烟图纸

Figure  2.  Smoked tobacco seismograms

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图  3  相纸图纸

Figure  3.  Photo seismograms

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图  4  图章

Figure  4.  Stamp of a seismograms

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2.   模拟地震图纸电子化扫描

用于地震观测模拟图纸记录的地震仪大多采用滚筒来记录地震波形，常用的记录滚筒和记录纸参数列于表1 （蒋宏毅等，2015）。

表  1  地震观测常用记录滚筒及记录纸参数（引自蒋宏毅等，2015）

Table  1.  Commonly used recording drum and recording paper parameters of seismic observation （after Jiang et al，2015）

地震仪器型号	记录道数	滚筒长度/cm	滚筒直径/cm	记录面积/cm2	记录纸尺寸/cm2	纸张类型
DD-1	3	45	23	72×45	82×45	铜版纸
DK-1	5	50	23	72×50	82×50	铜版纸
×73	3	37	30	94×37	104×37	铜版纸
768	6	50	32	96×50	100×50	薄型记录纸
DSL-3	3	38	19.5	61×38	71×38	铜版纸
DSL-1	1	33	11.5	36×33	46×33	铜版纸
流动仪	1	19.5	24.5	77×20	87×20	铜版纸
基式	3	37	30	94×37	104×37	示波仪器感光纸
763	3	37	30	94×37	104×37	示波仪器感光纸

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从表1可以知道，不同的地震记录仪器所对应的图纸大小不一样，扫描出来的图纸图片大小也不一样。为了能最大化地保证扫描图片的质量，决定采用png格式进行图片存储。模拟地震图纸的扫描质量主要由分辨率、色彩深度和图像失真率这三个指标决定（许呈辰，2010），其中最主要的是分辨率，高分辨率主要与输入分辨率、表示分辨率和输出分辨率密切相关，但分辨率越高存储量就越大，存储成本就越高（王晶，2016）。通过分析研究最终确定的扫描分辨率为600 dpi，为了保证图片不失真，采用24位色彩深度进行扫描，具体参数列于表2。

表  2  地震图纸扫描参数

Table  2.  Seismogram scanning parameters

扫描仪器 类型	色彩	有效扫描宽度 /mm	最大扫描厚度 /mm	光学分辨率 /dpi	扫描速度 /（mm·s−1）
平板扫描仪 滚筒扫描仪	支持黑白和彩色扫描 （色深≥24位）	≥900 （A0幅面）， 长度不限	20	600	≥50.8 （彩色）， ≥ 304.8 （黑白）

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2.   模拟地震图纸电子化扫描

用于地震观测模拟图纸记录的地震仪大多采用滚筒来记录地震波形，常用的记录滚筒和记录纸参数列于表1 （蒋宏毅等，2015）。

表  1  地震观测常用记录滚筒及记录纸参数（引自蒋宏毅等，2015）

Table  1.  Commonly used recording drum and recording paper parameters of seismic observation （after Jiang et al，2015）

地震仪器型号	记录道数	滚筒长度/cm	滚筒直径/cm	记录面积/cm2	记录纸尺寸/cm2	纸张类型
DD-1	3	45	23	72×45	82×45	铜版纸
DK-1	5	50	23	72×50	82×50	铜版纸
×73	3	37	30	94×37	104×37	铜版纸
768	6	50	32	96×50	100×50	薄型记录纸
DSL-3	3	38	19.5	61×38	71×38	铜版纸
DSL-1	1	33	11.5	36×33	46×33	铜版纸
流动仪	1	19.5	24.5	77×20	87×20	铜版纸
基式	3	37	30	94×37	104×37	示波仪器感光纸
763	3	37	30	94×37	104×37	示波仪器感光纸

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从表1可以知道，不同的地震记录仪器所对应的图纸大小不一样，扫描出来的图纸图片大小也不一样。为了能最大化地保证扫描图片的质量，决定采用png格式进行图片存储。模拟地震图纸的扫描质量主要由分辨率、色彩深度和图像失真率这三个指标决定（许呈辰，2010），其中最主要的是分辨率，高分辨率主要与输入分辨率、表示分辨率和输出分辨率密切相关，但分辨率越高存储量就越大，存储成本就越高（王晶，2016）。通过分析研究最终确定的扫描分辨率为600 dpi，为了保证图片不失真，采用24位色彩深度进行扫描，具体参数列于表2。

表  2  地震图纸扫描参数

Table  2.  Seismogram scanning parameters

扫描仪器 类型	色彩	有效扫描宽度 /mm	最大扫描厚度 /mm	光学分辨率 /dpi	扫描速度 /（mm·s−1）
平板扫描仪 滚筒扫描仪	支持黑白和彩色扫描 （色深≥24位）	≥900 （A0幅面）， 长度不限	20	600	≥50.8 （彩色）， ≥ 304.8 （黑白）

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3.   模拟地震图纸基础信息录入

针对模拟地震资料抢救的工作需求，编写模拟测震图纸基础信息录入软件，该软件主要包括模拟测震台站图纸基础信息录入部分和模拟遥测台网图纸基础信息录入部分。开发框架为.Net Framework，开发语言为C#，使用的是WinForm窗体开发方式，开发环境为Visual Studio 2015 （周岚，2017），使用xml文件作为录入的数据存储方式（李由等，2002）保存至本地。通过研究分析地震图纸的图章内容确定录入软件界面主要包含的信息有台网名称、台网代码、台站名称、台站代码、仪器类型、记录方式、上纸时间、下纸时间、图纸尺寸、备注、图纸文件命名等，以其配合图纸扫描入库工作。

根据图纸扫描工作需求，配合开发图纸基础信息录入软件，软件界面设计的主要依据为地震图纸图章上所对应的内容，方便整理归档与后期的查询入库（刘正凯等，2001），数据存储方式为每天产生一个以录入当天日期命名的xml文件（王大伟等，2018）存储数据，例如20190401.xml。

本软件支持的操作系统为Windows7及以上，使用Winform开发的原因在于其便捷性及其使用的简洁性（于磊，2018），拖动控件即可完成界面的可视化，自动生成后台对应代码只需相应补充所需功能即可。软件设计的总体结构如图5所示，首先以图纸图章作为研究内容，通过WinForm窗体开发来进行界面设计，再通过.Net应用开发实现信息录入功能，通过客户端/服务器结构模式将数据写入xml文件，最终开发出模拟地震资料基础信息录入应用程序。

图  5  模拟测震图纸基础信息录入软件的总体结构图

Figure  5.  Software structure for basic information input of analog seismograms

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1） 模拟测震台站图纸基础信息录入界面（刘瑞丰等，1995）主要包括台网名称、台网代码、台站名称、台站代码、仪器类型、记录方式（主要是指图纸类型：图章、笔绘记录、烟熏记录、相纸记录，在图纸命名中分别用0，1，2，3来表示）、上纸时间、下纸时间、图纸尺寸、图纸文件命名、备注等，如图6所示。

图  6  模拟测震台站图纸基础信息录入软件界面

Figure  6.  Entry software interface of basic information about analog seismograms of a seismic station

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为了提高录入效率，减少修改次数和出错率，台网名称、台网代码、台站名称、台站代码、仪器类型、记录方式部分内容灰显，在内容不变的情况下可不用修改，直接录入下面的内容即可，如若需要修改则点击修改按钮。台网名称与台网代码、台站名称与台站代码、台网与台站都分别设计联动操作，并设有Tab快捷键、小键盘操作可以切换至下一个输入项，这样不仅能节省很多时间，而且降低了出错率。

本软件收集的台网名称及代码、台站名称及代码等信息保存在StationInfoData.xml文件中，仪器型号保存在InstrumentTypeData.xml中，这些信息作为软件界面中下拉框数据源。

图纸命名规则需囊括台网代码、台站代码、仪器类型、记录方式、上纸时间、下纸时间，每部分之间使用半角下划线 “_” 进行分割，这样可以保证图纸名称与图纸一一对应，并且图纸名称可以完全地、唯一地标志这张图纸，例如：国家台站图纸命名为国家台网代码_台站代码_仪器类型_开始时间_结束时间_记录方式，具体如CB_CD2_DD-1_198101150809_198101160709_1.png。软件中设计了统计信息包括已录入条数和今日录入条数，方便工作人员统计工作量。同样，模拟遥测台网图纸基础信息录入软件中也有统计信息。

2） 模拟遥测台网图纸基础信息录入界面信息包括：台网名称、台网代码、遥测台网名称、遥测台网代码、子台站名称、子台站代码、其它子台站名称代码、记录方式（同模拟测震台站图纸基础信息录入中的记录方式）、上纸时间、下纸时间、图纸尺寸、图纸文件命名、备注等（王淑辉等，2008），如图7所示。为了降低出错率，台网、遥测台网、子台相互之间三级联动，台网名称与台网代码之间二级联动，遥测台网名称与遥测台网代码之间二级联动。

图  7  模拟遥测台网图纸基础信息录入软件界面

Figure  7.  Entry software interface of basic information about analog seismograms of telemetry networks

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本软件收集的台网名称及代码、遥测台网名称及代码保存在DrawingDataRemote.xml中，这些信息作为软件界面中下拉框及选择框的数据源。

遥测台网图纸命名规则需囊括台网代码、遥测台网代码、子台站代码、记录方式、上纸时间、下纸时间，每部分之间使用半角下划线 “_” 进行分割，例如省级遥测台网图纸命名为省级台网代码_遥测台网代码_记录编号_开始时间_结束时间_记录方式，具体如HE_ZJK_子台1-子台2-…-子台n_1981011508_1981011607_X.png，X＝0，1，2，3。

本文针对未收集全的台站信息提供输入框进行手动添加，添加的格式为 “子台代码-子台名称” ，例如ABC-中国台；如果是流动台站，添加的格式为 “LD-子台站代码-子台站名称” ，例如LD-ABC-中国台。

3.   模拟地震图纸基础信息录入

针对模拟地震资料抢救的工作需求，编写模拟测震图纸基础信息录入软件，该软件主要包括模拟测震台站图纸基础信息录入部分和模拟遥测台网图纸基础信息录入部分。开发框架为.Net Framework，开发语言为C#，使用的是WinForm窗体开发方式，开发环境为Visual Studio 2015 （周岚，2017），使用xml文件作为录入的数据存储方式（李由等，2002）保存至本地。通过研究分析地震图纸的图章内容确定录入软件界面主要包含的信息有台网名称、台网代码、台站名称、台站代码、仪器类型、记录方式、上纸时间、下纸时间、图纸尺寸、备注、图纸文件命名等，以其配合图纸扫描入库工作。

根据图纸扫描工作需求，配合开发图纸基础信息录入软件，软件界面设计的主要依据为地震图纸图章上所对应的内容，方便整理归档与后期的查询入库（刘正凯等，2001），数据存储方式为每天产生一个以录入当天日期命名的xml文件（王大伟等，2018）存储数据，例如20190401.xml。

本软件支持的操作系统为Windows7及以上，使用Winform开发的原因在于其便捷性及其使用的简洁性（于磊，2018），拖动控件即可完成界面的可视化，自动生成后台对应代码只需相应补充所需功能即可。软件设计的总体结构如图5所示，首先以图纸图章作为研究内容，通过WinForm窗体开发来进行界面设计，再通过.Net应用开发实现信息录入功能，通过客户端/服务器结构模式将数据写入xml文件，最终开发出模拟地震资料基础信息录入应用程序。

图  5  模拟测震图纸基础信息录入软件的总体结构图

Figure  5.  Software structure for basic information input of analog seismograms

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1） 模拟测震台站图纸基础信息录入界面（刘瑞丰等，1995）主要包括台网名称、台网代码、台站名称、台站代码、仪器类型、记录方式（主要是指图纸类型：图章、笔绘记录、烟熏记录、相纸记录，在图纸命名中分别用0，1，2，3来表示）、上纸时间、下纸时间、图纸尺寸、图纸文件命名、备注等，如图6所示。

图  6  模拟测震台站图纸基础信息录入软件界面

Figure  6.  Entry software interface of basic information about analog seismograms of a seismic station

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为了提高录入效率，减少修改次数和出错率，台网名称、台网代码、台站名称、台站代码、仪器类型、记录方式部分内容灰显，在内容不变的情况下可不用修改，直接录入下面的内容即可，如若需要修改则点击修改按钮。台网名称与台网代码、台站名称与台站代码、台网与台站都分别设计联动操作，并设有Tab快捷键、小键盘操作可以切换至下一个输入项，这样不仅能节省很多时间，而且降低了出错率。

本软件收集的台网名称及代码、台站名称及代码等信息保存在StationInfoData.xml文件中，仪器型号保存在InstrumentTypeData.xml中，这些信息作为软件界面中下拉框数据源。

图纸命名规则需囊括台网代码、台站代码、仪器类型、记录方式、上纸时间、下纸时间，每部分之间使用半角下划线 “_” 进行分割，这样可以保证图纸名称与图纸一一对应，并且图纸名称可以完全地、唯一地标志这张图纸，例如：国家台站图纸命名为国家台网代码_台站代码_仪器类型_开始时间_结束时间_记录方式，具体如CB_CD2_DD-1_198101150809_198101160709_1.png。软件中设计了统计信息包括已录入条数和今日录入条数，方便工作人员统计工作量。同样，模拟遥测台网图纸基础信息录入软件中也有统计信息。

2） 模拟遥测台网图纸基础信息录入界面信息包括：台网名称、台网代码、遥测台网名称、遥测台网代码、子台站名称、子台站代码、其它子台站名称代码、记录方式（同模拟测震台站图纸基础信息录入中的记录方式）、上纸时间、下纸时间、图纸尺寸、图纸文件命名、备注等（王淑辉等，2008），如图7所示。为了降低出错率，台网、遥测台网、子台相互之间三级联动，台网名称与台网代码之间二级联动，遥测台网名称与遥测台网代码之间二级联动。

图  7  模拟遥测台网图纸基础信息录入软件界面

Figure  7.  Entry software interface of basic information about analog seismograms of telemetry networks

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本软件收集的台网名称及代码、遥测台网名称及代码保存在DrawingDataRemote.xml中，这些信息作为软件界面中下拉框及选择框的数据源。

遥测台网图纸命名规则需囊括台网代码、遥测台网代码、子台站代码、记录方式、上纸时间、下纸时间，每部分之间使用半角下划线 “_” 进行分割，例如省级遥测台网图纸命名为省级台网代码_遥测台网代码_记录编号_开始时间_结束时间_记录方式，具体如HE_ZJK_子台1-子台2-…-子台n_1981011508_1981011607_X.png，X＝0，1，2，3。

本文针对未收集全的台站信息提供输入框进行手动添加，添加的格式为 “子台代码-子台名称” ，例如ABC-中国台；如果是流动台站，添加的格式为 “LD-子台站代码-子台站名称” ，例如LD-ABC-中国台。

4.   模拟地震图纸基础信息数字化录入与校验

模拟地震图纸录入信息校验（蒋宏毅等，2015）的传统方法是多人检查并修正，根据图纸电子化的初衷，在信息录入的时候进行校验。根据经验目前使用以下几种校验规则（张伟强，2014）：对于上下纸时间的校验，首先输入的字符串应包括年月日时分，字符串长度为12，不得小于或者大于12，并且只能输入数字，通过取得时间字符串的不同长度，可以分别得到年、月、日、时、分，并对这些日期时间分别进行校验， “年” 的范围为1900—2015年之间， “月” 的范围为1—12月，当 “日” 的范围为1，3，5，7，8，10，12月时是31天，闰年2月为29天，平年2月为28天， “时” 的范围为00—23， “分” 的范围为00—59，并且上纸时间应小于下纸时间，平日里上纸时间理应小于下纸时间24小时或12小时，但是当地震多时，换纸会比较频繁，无法确定具体的时间差（王丽艳等，2016）。如果上纸时间大于等于下纸时间，会有弹框提示 “不允许上纸时间大于等于下纸时间” 。

对于图纸名称的校验，首先不能重复，如有重复的图片名称，弹框则提示 “图纸名称已存在” 。图纸名称需用半角下划线 “_” 分割，被分割的时间和记录方式部分有固定的字符串长度，如果不符合校验规则，不允许保存。

4.   模拟地震图纸基础信息数字化录入与校验

模拟地震图纸录入信息校验（蒋宏毅等，2015）的传统方法是多人检查并修正，根据图纸电子化的初衷，在信息录入的时候进行校验。根据经验目前使用以下几种校验规则（张伟强，2014）：对于上下纸时间的校验，首先输入的字符串应包括年月日时分，字符串长度为12，不得小于或者大于12，并且只能输入数字，通过取得时间字符串的不同长度，可以分别得到年、月、日、时、分，并对这些日期时间分别进行校验， “年” 的范围为1900—2015年之间， “月” 的范围为1—12月，当 “日” 的范围为1，3，5，7，8，10，12月时是31天，闰年2月为29天，平年2月为28天， “时” 的范围为00—23， “分” 的范围为00—59，并且上纸时间应小于下纸时间，平日里上纸时间理应小于下纸时间24小时或12小时，但是当地震多时，换纸会比较频繁，无法确定具体的时间差（王丽艳等，2016）。如果上纸时间大于等于下纸时间，会有弹框提示 “不允许上纸时间大于等于下纸时间” 。

对于图纸名称的校验，首先不能重复，如有重复的图片名称，弹框则提示 “图纸名称已存在” 。图纸名称需用半角下划线 “_” 分割，被分割的时间和记录方式部分有固定的字符串长度，如果不符合校验规则，不允许保存。

5.   讨论与结论

本文主要介绍了模拟地震资料抢救工作的主要工作内容及技术方案，其中模拟地震资料图纸基础信息录入软件的设计与实现是本文的主要内容，通过分析地震图纸、地震仪器的特性以及图纸图片分辨率，确定了扫描仪的工作参数、录入数据的存储方式和存储内容；并根据命名规则来设计图纸基础信息录入软件，对于扫描工作中遇到的问题，给出了初步的解决方案；通过校验规则来避免由于人为而造成的错误，提高了工作效率。

全国预计将会有950多万张测震图纸需要扫描，扫描图纸的图片和录入信息结果将会展示到模拟地震资料抢救信息公开平台上，科研人员可以去网站上查看并下载地震图纸缩略图。模拟地震资料电子化存储的成果有重大历史意义，不仅能够永久保存因环境等原因发生霉变的图纸，而且还可以将电子化存储成果用于地震分析数字化处理研究，为地震科研提供可靠的数据。