地震烈度速报与预警关键技术高级研修班在我所召开 -中国地震局工程...
杨波 张炳 谢石文 韩成成
【摘 要】地震烈度速报及预警工程是利用实时监测台网获取的地震动信息对地震可能造成的破坏范围和程度进行快速评估，争取在破坏性地震波到达人口密集区和重大工程场地前的短暂时间，进行预警，为实施紧急处置措施提供依据，达到减轻地震灾害、人员伤亡与经济损失的目的，是减轻地震灾害的有效手段。本文详细介绍了安徽地区实现地震烈度速报及预警的关键性技术，以期望进一步提升安徽省防震减灾服务能力，完善地震监测及预报能力。同时，为科学地震预警提供强有力的依据以及为社会公众提供一个紧急地震信息服务窗口。
【关键词】地震烈度速报；地震预警；防震减灾；信息服务
The key technology of the Anhui region to achieve seismic intensity rapid reporting and earthqukae early warning
YANG Bo ZHANG Bing XIE Shi-Wen HAN Cheng-Cheng
（Earthquake Administration of Anhui Province，Hefei 230031，China）
【Abstract】The project of seismic intensity rapid reporting and earthquake early warning use the real-time monitoring network for ground motion which may be caused destruction to perform rapid assessments according to range and extent of damage， try to arrive a short time， densely populated areas and major construction sites before the devastating earthquake wave warning， provide the basis for the implementation of emergency measures to mitigate earthquake disasters， casualties and economic losses， and it is an effective means of earthquake prevention and disaster reduction.This paper introduces the realization of seismic intensity rapid reporting and earthquake early warning of the key technologies in the Anhui area， is expected to further enhance the Anhui Province earthquake prevention and disaster reduction service capabilities， improve the ability of earthquake monitoring and prediction. At the same time， it provides a strong basis for scientific earthquake warning and an emergency earthquake information service window for the public.
【Key words】Seismic intensity rapid reporting； Earthqukae early warning； Earthquake prevention and disaster reduction； Information service
0 引言
地震災害是群灾之首，是一种不可抗拒的自然灾害，具有瞬间发生、破坏严重、预报困难的特点。随着现代全球性经济快速发展、人口快速增长和人口向城市快速集中，地震灾害的危害性越加突出。地震烈度具体地说就是地震引起的地面震动及其影响的强弱程度，通常为宏观烈度，并且是人们了解和研究地震的最早建立并用于描述地震影响强度的标度。地震烈度的概念不仅在地震学和地震工程学领域中仍有着广泛的应用，而且在防震减灾的各个环节中继续起着重要作用[1]。破坏性地震发生后，为了实施迅速、有效的地震应急决策以及开展快速救援行动，必须首先了解地震的影响程度和范围，及时把握极震区以及不同程度破坏地区的地震破坏总体情况。地震烈度速报产出的信息可为地震应急决策、紧急救援提供科学依据，快速确定重点救灾区域，科学开展紧急救援。地震预警则是指地震发生后，基于地震发生地附近地震台站实时观测到的地震波初期信息，快速估计地震参数并预测地震对周围地区的影响程度，利用电磁波传播速度远远大于地震波传播波速以及地震初始纵波传播速度大于后继破坏性地震波（横波和面波）传播速度的特点，抢在破坏性地震波到达震中周围的预警目标区之前，发出主要震动的强度和到达时间的预警信息[2-3]。预警目标区内公众和企业可以根据预警信息启动地震应急处置措施，以达到减少地震人员伤亡及地震次生灾害损失的目的。对于一个特定的预警目标区从发出预警信息到破坏性地震波到达的时间差通常称为预警时间[4]。预警时间越长，则提供采取应急措施的时间越长。世界上多个国家和地区已经建立了各自的地震烈度速报及预警系统，日本已经建成了向公众发布预警信息的全国性地震预警系统，美国在加州地区建设的地震预警系统已经进入试运行阶段，欧洲已经批准建立地震预警系统的计划；国内也有部分省份建立了地震烈度速报及预警系统，并且都已经投入使用且取得了一定程度的减灾效果[5-6]。事实证明，有效地利用地震预警信息，公众可以及时采取必要的避震措施以减少人员伤亡。安徽省地跨华北断块区、秦岭-大别山断褶带和下扬子断块区三个一级大地构造单元，著名的郯庐断裂带纵贯全省[7]。有历史记载以来我省共发生破坏性地震（Ms
≥4.7级）34次，1970年以来我省中等以上地震较活跃，共发生Ms≥4.0级地震10次。近年来，安徽地震活动呈现增强趋势，给我省经济社会发展带来较为严重的影响。整个“十二五”期间，全省共发生2.0级以上地震65次，3.0级以上地震16次，4.0级以上地震3次，地震活动明显增强。面对如此严峻的震情形势，安徽省地震烈度速报及预警工程建设，将进一步加强地震监测预警能力，丰富震情信息服务功能，真正突出灾前预防、风险防范的重要思想。
1 监测网点硬件设备
硬件系统是实现地震烈度速报及预警的基本系统，各类硬件设备是构成完整系统的基本部件。地震烈度速报及预警的硬件系统的搭建主要为地震烈度速报与地震预警服务、软件功能实现与运行平台、传输系统等提供硬件支撑，包括数据处理中心的发布服务器、数据存储器、通讯设备以及接收终端的显示设备、声音光电报警设备和通讯设备。地震烈度速报及预警的硬件系统是整个紧急地震信息服务系统功能实现的基础条件，只有硬件系统正常运行，才能保证整个系统完成应有的功能。监测网点是实现地震烈度速报及預警的最小基本单元，是监测数据的来源，是由各类硬件设备组合在一起而构成的一个最小采集数据的硬件系统单元。只有监测网点正常运行，采集准确的监测数据，才能保证后端服务器数据处理以及终端设备信息显示和发布。监测网点能否正常运行以及能否保证采集到高质量的监测数据，取决于监测网点各类硬件设备能否有效地工作。各类硬件设备是组成监测网点的基础部件，是确保监测网点正常运行的基本保障。监测网点的硬件系统搭建如图1所示。
安徽省建成地震烈度速报及预警的监测网点体系，按照分清轻重缓急的原则，优先建设震情重点防御区和郯庐断裂带沿线地区地震监测网点。部署大别山地区和郯庐断裂带区域地震预警监测网点体系，构成大别山地区和郯庐断裂带地震预警区，实现地震烈度及预警监测网点全省各县（市、区）全面覆盖，监测网点数据实时上传至省地震烈度速报及预警中心数据处理系统，监测网点数据被用于分析并进行信息产出。因此，监测网点的硬件系统的正常运行是保证数据分析和信息产出的基本保障。
2 数据库设计
地震烈度速报及预警数据库建设是紧急地震信息服务系统的重要数据基础，数据库主要实现与地震烈度速报与预警系统软件的接口与数据交流，所有地震烈度速报与预警功能模块都依托于数据库才能实现，是地震烈度速报与预警服务系统的信息资源层。内容包括专业数据库与公共数据库两个部分，专业数据库内容应包括地震与灾害相关信息，如震区活动构造分布及特性、历史地震分布等内容，公共数据应该包括行政区划相关信息、人口数量与分布、经济、行政区重要交通、行政区地理信息、重要工程分布、企业单位概况与分布、示范中小学概况与分布等信息。建设地震烈度速报与预警监测网点数据在线存储，连续波形与事件波形归档与服务平台，包括集中存储系统、数据库服务器和软件系统等，为速报子系统和数据产出加工子系统提供在线基础波形数据服务，实现辖区内监测网点观测数据的截取、归档、处理与服务，面向科研人员提供及时、完整、可靠的地震科学数据。建设服务于地震烈度速报与预警的基础数据库，包括地理信息数据库和地震专业数据库。基础地理信息数据库包括地形地貌、水系枢纽、居住地、交通、地名等数据内容；基础地震信息数据库包括场地类别及地震动放大因子、烈度及地震动衰减模型、活动断裂分布等数据内容。
3 通信网络
烈度速报及预警工程网络通信工程将对整地震行业网络的架构进行改建和优化。新建烈度速报及预警通信网采用一套网络地址和安全策略规划，改造后的地震通信网络逻辑隔离各业务子网，优先保障预警网的数据通信，网络安全与保障系统为全网提供网络安全、网管和运维保障监控系统。此外，技术系统还要考虑新建网络和原有行业网络的互联互同，业务系统的平稳过渡，新旧应用的兼容性。新旧系统的应用可根据需要部署在不同的业务子网中。安徽省地震烈度速报及预警通信网络拓扑结构如图2所示。
安徽省地震烈度速报及预警工程项目建设监测网点数量众多，预警速报通信网主要承载了实时数据传输与处理业务，对通信带宽、丢包率、时延、抖动等网络传输质量要求较高。SDH/MSTP是目前国内电信运营商普遍使用的数字专线通信技术，采用基于物理层的全透明传输，为用户提供端到端的全透明数字信号传输服务，具有带宽独享、传输效率高、质量好、网络时延小、抗干扰能力强、保密性能好等特点[8]。SDH/MSTP数字专线应用于监测网点与省中心之间的互联。烈度及预警通信路由包括区域网和监测网点2种类型。省中心负责监测网点的数据接收，配置双核心交换设备，配置路由协议，实现原有网络路由和新建预警网络路由交换；监测网点则通过单条线路上连至省中心。
4 数据传输及处理
数据是信息的载体，是生成信息的依据，通过分析高质量的数据，进而产出有用的信息。安徽省地震烈度速报及预警数据处理中心的总体功能为：汇集、交换地震烈度速报及预警监测网点的实时波形数据，处理产出地震烈度速报信息、地震预警信息、地震基本参数、震源参数和破裂过程等应急数据产品，开展中强地震的灾情评估，同时产出地震目录、震相数据和地震事件波形等常规数据产品；对原始观测数据和各种数据产品进行存储和管理；为地震应急、地震预报和科学研究提供数据信息服务[9-10]。安徽省数据处理中心负责辖区地震烈度速报及预警监测网点实时波形数据的汇集并发送到国家数据处理中心。安徽省数据处理中心负责省内地震预警信息的处理、产出和发布，负责省内及邻区地震烈度速报信息和地震参数速报信息的产出和初报，负责省内及邻区地震目录、观测报告、震源参数等常规数据产品的初步处理、产出。安徽省数据处理中心与国家数据处理中心之间数据交换示意图如图3所示。
安徽省地震烈度速报及预警中心配备紧急地震信息发布服务器，实时接收省级中心数据处理系统产出数据，并对烈度速报数据、地震预警信息进行实时分析处理，通过地震预警专用网络向省级、地市级地震应急管理指挥成员部门提供紧急地震信息服务，并具备为企事业单位、示范中小学、省级媒体单位等用户服务终端提供紧急地震信息服务的功能与能力。相关法律健全后在条件允许下，通过媒体单位、电信运营商向公众提供地震预警信息。省级中心具有向相关科研机构和抗震设计部门提供烈度速报数据服务的能力与功能。安徽省数据处理信息服务中心如图4所示。
图4 安徽省数据处理信息服务中心示意图
5 终端显示及发布
终端显示及发布系统由服务器端和客户端组成，服务器端实时接收数据中心处理好的地震预警信息，通过应用海量数据并发处理的技术快速获取数据库中用户的推送信息，并按规定格式为每个用户封装处理好预警信息后发送到消息推送平台（如APNS：Apple Push Notification Service），通过消息推送平台再转发给用户，用户的客户端程序及时接收推送通知，进而可以根据用户的当前地理位置实现差异化的地震预警信息服务。安徽省地震烈度速报及预警中心终端系统配置的主要设备包括监控服务器、台式计算机、视频矩阵、大屏幕显示和网络KVM。匯集了连续观测数据流状态信息、各子系统运行状态信息以及环境条件信息，并经过分析产出各系统运行状态统计日志，环境分析报告以及发出各类环境报警信息。同时，在主流的桌面平台（如MS Windows和Linux）和智能终端（如Android和iOS）上开发紧急地震信息接收软件，该软件在后台运行，当收到地震紧急信息时弹出消息窗，并可根据用户所处的位置给出相应的告警信息。紧急地震信息接收终端有紧急地震信息接收、显示和预警告警功能，也可以接收服务端发送的其他多媒体信息如文字、声音和图像等，无震时作为科普宣传的窗口。主要布设于数据处理中心、抗震救灾指挥部成员部门、应急管理部门以及政府机关、企事业和中学校等示范用户单位。紧急地震信息接收终端（图5）由信息接收主机、显示屏、信息播放单元、报警器以及供电、有线/无线数据通信单元等组成。
图5 紧急地震信息服务终端构成图
建成安徽省地震烈度速报及预警中心终端显示及发布系统，该系统集成了地震数据处理中心、紧急地震信息服务发布终端、通信网络组网等，同时，与国家地震烈度速报及预警中心相接，打造面向政府和公众的地震综合信息服务窗口。
6 结束语
安徽省实现地震烈度速报及预警是服务于社会的防震减灾公益型项目，在技术上又是与防灾减灾发达国家接轨的科技项目和民生工程，具备显著的减灾效益、社会效益、经济效益和科学效益。地震烈度速报及预警的实施将明显提高我省地震快速反应能力和处置水平，增强我省防震减灾能力，使防震减灾事业进一步适应安徽省当前的地震形势和经济社会发展的要求，将有助于强化、提高安徽省大中城市和人口稠密、经济发达地区地震预警、综合防御和科学应对地震灾害的能力。对适应当前防震减灾工作面临的新形势、新要求，坚持以防为主、防抗救相结合，坚持常态减灾与非常态救灾相统一，全面提升全社会抵御地震灾害的综合防范能力具有重大意义。
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[责任编辑：朱丽娜]
