國家地震速報備份系統的部署與運行＊

吳永權 黃文輝 康 英 沈玉松 吳叔坤 劉 軍 蘇柱金 葉繁英

（廣東省地震局監測中心，廣州510070）

國家地震速報備份系統的部署與運行＊

吳永權 黃文輝 康 英 沈玉松 吳叔坤 劉 軍 蘇柱金 葉繁英

（廣東省地震局監測中心，廣州510070）

國家地震速報備份系統是由中國地震局出資，在廣東省地震臺網中心建設的一套全自動地震速報系統。本文介紹了國家地震速報備份系統的職責、系統架構、主要功能模塊、系統工作原理、部署情況與臺網規模，分析了系統2009—2010年運行兩年來的工作情況，并對系統自動產出的地震定位結果進行初步的統計與比較，對系統運行的總體效果給予了初步評價。

國家地震速報備份系統；JOPENS系統；部署；運行效果

引言

根據中國地震局監測預報司 “關于建設國家地震速報功能備份系統的通知”（中震測函［2008］249號）要求，在廣東省地震臺網中心建立“國家地震速報備份系統”（以下簡稱：“速報備份系統”），系統安裝一套由廣東省地震局開發的全球地震自動定位軟件，負責自動測定發生在全球范圍的地震，并提供自動測定結果的速報信息服務。“速報備份系統”2008年6月開始立項，2008年12月建設完成開始試運行，2009年6月通過驗收正式運行。本文旨在介紹“速報備份系統”的職責、架構、主要功能、工作原理與部署情況，對系統產出的地震定位結果進行初步統計分析，以此作為對系統運行近兩年來的一個階段性總結，為系統以后的運行與完善提供參考。

1 國家地震速報備份系統的職責

隨著社會經濟的發展和信息化程度的提高，突發重大事件的信息傳播速度越來越快，像某地發生地震這種大量群眾能直接感受到的重大公共事件，信息傳播速度會更快。汶川大地震以后，社會各界和政府對地震信息越來越重視，這也對地震部門進行地震速報的時效性、可靠性提出了更高的要求。“速報備份系統”是中國地震局為了適應新形勢下地震速報工作的發展需要，進一步提高全國地震速報的自動化程度，從而提高地震速報的時效性與可靠性而建立的地震自動速報系統。中國地震局在中震測函［2008］249號文件里，明確規定了“速報備份系統”的職責是負責國內M≥4.0、國外M≥5.0級地震參數的自動產出并上傳至國家地震臺網中心；承擔國內M≥5.0、周邊M≥6.0、國外M≥7.0級地震自動速報信息的短信服務。

目前“速報備份系統”已經能夠在震后快

速將地震速報信息發送到國家地震臺網中心的EQIM服務器、中國地震局領導及相關機構人員的手機上。除履行中國地震局規定的職責外，我們還積極拓展系統的功能，建立了“速報備份系統”的網站，能夠在網頁上顯示系統測定的地震參數，在Google地圖上顯示地震分布圖等。系統自2009年6月正式運行以來，取得了很好的運行效果，地震速報信息發布快速而準確，滿足了社會各界在震后快速獲取地震信息的需求，為政府部門快速啟動地震應急措施爭取了時間。例如，在2009年9月30日印尼蘇門答臘南部7.7級、2010年4月14日青海玉樹7.1級、2011年3月11日日本9.0級等造成重大破壞的地震發生后，“速報備份系統”均能在震后3～5分鐘內快速準確地測定出地震參數，發出地震速報信息。

2 國家地震速報備份系統的結構

“速報備份系統”是在地震臺網數據處理系統JOPENS的基礎上開發建立的全球地震自動定位處理系統。它的系統架構與JOPENS系統的架構一致，均是采用基于中間件技術的多層分布式系統架構（圖1）。“速報備份系統”由多個軟件模塊組成，包括數據流服務SSS、震相自動檢測RTS－PICK、地震自動定位RTS－LOC、中間服務JBOSS、數據庫DB、自動EQIM速報、TraceView顯示、地震信息發送、P波S波走時模擬、自動歸檔、自動速報結果Web網頁顯示等模塊。各模塊均可以分開部署到不同的計算機上以獨立的進程運行。除少數幾個模塊由于需要傳輸大量波形數據而采用直接連接之外，其余模塊之間通過JBOSS上的ActiveMQ消息中間件傳遞消息，有效地降低了軟件模塊之間的耦合關系［1］。

雖然“速報備份系統”由眾多軟件模塊組成，但是按照軟件的功能屬性，我們可以把系統劃分為4個子系統，分別是實時數據流服務子系統、地震自動定位子系統、地震自動速報信息發布子系統、地震自動速報信息顯示子系統等［2］。下面將分別介紹這4個子系統的功能和軟件模塊構成。

2.1 實時數據流服務子系統

圖1 國家地震速報備份系統架構示意圖

實時數據服務子系統由數據流服務SSS模塊組成，負責為“速報備份系統”獲取分布于全球各地的地震臺站實時觀測數據流，形成一個虛擬的全球地震觀測臺網。由于全國

各省級地震臺網已經將各自所屬的地震臺站實時數據發送到中國地震臺網中心，系統的SSS流服務可以從中國地震臺網中心的流服務獲取全國地震臺站的實時數據。美國地震學聯合研究會（IRIS）的波形數據服務器上已經匯集了幾百個國際數據共享臺站的實時數據，這些臺站分布于全球各地，對測定發生在境外的地震參數非常有用，因此，我們開發了能從IRIS的波形數據服務器上獲取實時數據的接口程序Seedlink，讓它負責獲取國際數據共享臺站的實時數據，并發送給“速報備份系統”的流服務。另外，中國援助印尼建設了地震臺網，因此，我們可以通過Internet從印尼地震臺網的流服務器上獲取印尼臺站的實時數據。這些國際地震臺站與國內地震臺站的實時數據匯集以后，一起提供給地震自動定位子系統使用。圖2示出實時數據流服務子系統的原理。

圖2 實時數據流服務子系統的原理示意圖

2.2 地震自動定位系統

地震自動定位子系統由RTS－PICK震相檢測、RTS－LOC地震定位、DB數據庫、JBOSS服務等模塊組成。它是“速報備份系統”的核心部分，負責實時檢測系統記錄到的全球各地地震，并自動測定出地震的基本參數。RTS－PICK模塊能自動處理流服務器收集到的地震臺站實時數據，采用帶通濾波器進行濾波、利用儀器的傳遞函數進行仿真，采用STA/LTA算法進行觸發位置檢測、震相到時估計，從而拾取震相。RTSLOC模塊對RTS－PICK拾取的震相采用Beams震相組合算法進行組合與篩選，用LocSAT定位算法進行地震定位，最后自動量取最大振幅計算震級，從而完成地震參數的自動測定。RTS－LOC還具有定位管理功能，能利用自動定位的臺站數、殘差、空隙角、震相數等質量參數對定位結果進行過濾，確認定位結果可靠時發出觸發警報、發送自動處理結果。定位完成后，自動定位系統能截取地震波形和震相數據，用地震發震時刻和震級等參數做事件的ID，把地震事件自動截取存入數據庫。地震自動定位系統各模塊之間的消息通訊采用JBOSS的異步消息傳輸機制，簡化模塊之間的耦合關系［3］。該系統的工作原理見圖3。

圖3 自動定位子系統的原理示意圖

2.3 地震自動速報信息發布系統

地震自動速報信息發布系統由自動EQIM速報、地震短信發送、DB數據庫、JBOSS服務等模塊組成。它負責對系統自動測定的地震參數信息進行篩選，符合條件的信息就發送給地震速報信息交換共享系統（EQIM），由此發送給登記在冊的用戶手機。地震自動速報信息發布系統通過“MAS移動代理服務器”給用戶發送手機短信。短信發布前需要經過發送條件過濾，只給符合發送條件的用戶發送信息。發布完成后自動形成發送報告，記錄地震信息短信發送的情況，包括發送內容、發送成功名單、發送失敗名單，使得系統管理員可以手工對發送失敗名單重新發送。

地震自動速報信息發布系統具有一個智能化的策略管理模塊，能為用戶分級和分組，設置個性化的信息接收條件，能在數據庫中存儲用戶姓名、組別、優先級、手機號碼、接收條件等信息。用戶可以根據需求定制接收特定區域和特定震級大小的地震信息。可選的定制條件有震中位置范圍、震級范圍、發送優先級、用戶組別等，其中震中位置范圍能和地圖數據關聯，除可以用經緯度設定外，還可以根據行政區劃來設定。地震自動速報信息發布系統發送信息前，會先從數據庫中調入所有用戶的信息，把地震速報參數與用戶的接收條件對比，篩選出符合條件的用戶，再根據用戶的分級分組進行發送，保證用戶及時收到關心區域的地震信息，又不必被其他區域的地震信息打擾。

2.4 地震自動速報信息顯示系統

地震自動速報信息顯示系統由TraceView顯示、P波S波走時模擬、自動速報結果Web網頁、JBOSS服務、DB數據庫等模塊組成，它負責通過多種方式顯示備份系統自動測定地震參數的過程和測定結果（圖4）。TraceView顯示模塊能顯示備份系統接收到所有臺站的數據波形，并在波形上標注RTS－PICK模塊檢測到的震相位置。當有地震發生時，TraceView模塊能按照臺站震中距由近及遠地自動排列顯示臺站的順序。P波S波走時模擬模塊在地震發生后，能在地圖上動態模擬顯示出當前時間下該地震P波和S波的走時情況。自動速報結果顯示Web網頁掛載在JBOSS服務上，與備份系統的數據庫相關聯，能為用戶提供遠程Web訪問服務。該網頁能與Google Earth

服務器連接，把備份系統自動測定的地震事件顯示在Google地圖相應的位置上，并能顯示各事件的基本參數、定位質量參數、參與定位的震相數據等詳細資料。任何用戶都可以通過Internet網絡訪問備份系統的Web網頁，獲取備份系統自動測定的地震基本參數和事件列表［4］。

圖4 地震自動速報信息顯示系統原理示意圖

3 國家地震速報備份系統的部署

“速報備份系統”是模塊化分布式系統，系統的每個功能模塊都能以獨立進程運行，因此，我們根據各模塊的功能屬性把軟件模塊分為核心部分和輔助部分來分開部署（圖5）。

圖5 “速報備份系統”部署情況示意圖

核心部分有核心服務器和事件管理服務器兩臺服務器。核心服務器是一臺高性能的服務器，部署有流服務模塊（SSS）、震相拾取模塊（RTS－PICK）、地震自動定位模塊（RTS－LOC）、自動EQIM速報模塊、數據庫模塊（DB）、JBOSS模塊等軟件。核心服務器軟件模塊的功能如下：SSS負責國內及國際臺站實時數據流的匯集與傳輸，組成一個虛擬全球地震臺網；RTS－PICK和RTSLOC負責自動測定地震參數，并將結果提交到數據庫存儲；自動EQIM速報模塊負責將地震自動定位的結果發送到EQIM系統上；DB負責存儲實時波形數據、臺站參數、自動定位系統截取的地震事件數據、地震震相數據和地震定位結果信息等。地震事件目錄管理數據庫服務器負責管理地震事件目錄。由于一個地震事件的多次定位修正可能會生成同一事件的多條地震目錄，因此專拿一臺數據庫服務器進行過濾，存放唯一的事件目錄以供Web服務器顯示，避免出現由于一個地震事件顯示多條記錄而誤導公眾的情況。

輔助部分由處理結果顯示、實時波形顯

示、處理結果發布3臺工作站組成，部署有TraceView實時波形顯示模塊、MSDP模塊、自動速報短信發送模塊等軟件，負責完成地震自動速報信息顯示子系統的所有功能。

4 國家地震速報備份系統的運行

4.1 運行處理的臺站數量

“速報備份系統”從2009年7月底完成驗收正式運行以來，獲取了國內各省區大部分的測震臺站的實時數據，數量為849個，從美國IRIS的實時數據服務器上獲取了全球地震臺網214個（含10個CDSN臺）地震臺站實時數據，從印尼地震臺網獲取了112個印尼地震臺站數據進行處理。圖6、圖7分別示出“速報備份系統”的國內和國際地震臺站分布情況。

圖6 “速報備份系統”使用的國內臺站分布圖

圖7 “速報備份系統”使用的國際臺站分布圖

4.2 國家地震速報備份系統運行效果

“速報備份系統”能在震后1min開始初步定位，但不測定震級。隨著系統檢測到的震相信息越來越多，震后3min內準確測定震中位置和震級等參數，3min之后能不斷利用新檢測到的震相信息修定地震參數。“速報備份系統”自正式運行以來，能穩定地為用戶提供國內M4.0以上、國外M5.0以上的地震事件自動速報服務。截至2010年底已經自動速報了1 000個以上地震事件，我們從中隨機抽取了近600個國內M4.0以上的事件、國外近200個M6.0以上事件做樣本進行自動速報時間、震中位置誤差、震級誤差等指標的統計分析。速報速度方面，發現“速報備份系統”對國內及周邊地區的地震事件速報的平均時間為震后3.5min，國外地震事件平均速報時間為震后11min；位置誤差方面，我們發現這些事件的震中位置誤差基本在50km以內，位置誤差與臺站密度和震級有關，國外地震的位置誤差比國內地震的誤差大，震級小的地震比震級大的地震位置誤差大；震級誤差方面，大部分地震事件的震級誤差在M0.3以內，震級較小的事件震級誤差反而比較大，這可能是由于我們自動計算震級時使用的是初至P頭那一段數據，而對震級較小的事件，那段數據振幅通常比較小，容易受到背景噪聲的影響。我們還把這些事件樣本與國內外同時期官方正式發布的地震觀測目錄進行對比分析，發現“速報備份系統”對國內M5.0以上地震的觸發率達到97%以上，對國外M6.0以上地震的觸發率達到91%以上。部分事件未能觸發是由于數據通訊網絡不穩定，部分臺站信號未能正常接收，特別是通過Internet下載的國際共享臺站信號時有中斷。當地震發生時有一些區域的臺站信號中斷，導致臺站密度降低，系統未能準確觸發。“速報備份系統”詳細的誤差分析與評估，我們已有專文進行論述。

5 結論

“速報備份系統”在廣東省地震臺網中心部署運行以來，取得了良好的運行效果，在多次破壞性地震中快速準確地速報了地震信息。實踐表明系統具有數據處理能力強、自動速報速度快、自動測定結果精度高、全自動智能運行等特點，而且系統運行穩定可靠，達到了國際上地震自動速報系統的先進水平。當然，系統也還存在一些問題，例如在處理一些非常極端情況的地震時，還有可能出現誤觸發、漏觸發的情況。比如一個較大地震發生后，受大震后尾波的影響，大震后幾分鐘內發生的余震或異地地震都可能會漏觸發；又比如在很短的時間間隔內，臺網同時記錄到發生在不同地區的兩個地震，這兩個地震波互相疊加影響，可能會造成系統誤觸發等。今后我們將在這方面投入更多精力開發，提高系統處理復雜情況的能力，從而提升系統的可靠性。

（作者電子信箱，吳永權：wyq＠gddsn.org.cn）

［1］吳永權，黃文輝.數據處理軟件系統JOPENS的架構設計與實現.地震地磁觀測與研究，2010，31（6）：58－63

［2］廣東省地震監測中心.國家地震速報備份系統設計方案，2008

［3］廣東省地震監測中心.地震自動定位系統技術文檔，2008

［4］廣東省地震監測中心.數字地震臺網數據處理軟件系統JOPENS技術文檔，2007

Deployment and performance of China National Automatic Earthquake Location System

Wu Yongquan，Huang Wenhui，Kang Ying，Shen Yusong，Wu Shukun，Liu Jun，Su Zhujin，Ye Fanying
（Earthquake Administration of Guangdong Province，Guangzhou 510070，China）

China National Automatic Earthquake Location System was established in the Seismic Networks Center of Guangdong Province under the auspices of CEA.The authors describe here the responsibility，framework，main function，operating principle，deployment and network scale of the System.We also summarize its performance and analyze the earthquake location results of the System during its operation in 2009—2010.

National Automatic Earthquake Location System；JOPENS system；deployment；p erformance

P315.71；

A；

10.3969/j.issn.0235－4975.2011.12.007

2011－04－20；

2011－05－21。

廣東省科技計劃項目“地震預警與自動速報技術研發［20090308］”資助。