地震臺網速報模擬考評系統實現

賈漯昭　張亞琳　陳力剛　趙大鵬

摘 要 根據地震臺網地震速報特征，研究并解決了地震臺網速報模擬過程中遇到的系統的時間同步問題，模擬過程控制問題，地震速報評價問題，把研究結果形成算法并程序化，形成了河南省地震臺網速報模擬考評系統。

【關鍵詞】地震速報 MSDP 地震臺網 速報模擬

目前各個省級地震臺網和國家基準臺都承擔著地震速報任務，但由于國家多數地區地震事件少，地震速報員缺乏臨場實戰機會，容易導致速報工作生疏，從而影響地震速報效率和地震速報分析精度。如何對地震速報工作整體流程做一個完備而有效的評價，增加地震速報臨場工作的機會，是提高臺網工作人員工作能力重要方法。

在研究的過程中，我們發現時間的精確控制，速報流程的按環節監控以及速報整體流程的客觀評價是系統實現難點。我們通過類似軟件系統的研究，參考國內同行的實踐經驗，解決了這些難點，并把解決方法形成算法實現了河南地震臺網速報模擬考評系統。

1 系統設計

考慮速報員操作的便捷性和控制的便利性，整個系統設計為三個部分，分別為模擬速報客戶端，計算服務端和控制端。

客戶端由若干安裝有JAVA運行環境的Windows平臺計算機組成，在模擬地震速報演習時，速報員在速報工作計算機上完成地震的分析定位和速報工作。速報成績的初步評定在客戶端運行。服務端由高性能的邏輯服務器云系統組成，為整個系統提供實時計算以及存儲服務。速報成績的最終核定、對比工作以及對外狀態顯示服務在該部分實現。控制端為管理操作界面，通過WebService的方式對服務端發送指令，管理端通過WEB方式和移動APP的形式提供用戶界面。可支持平板計算機，手機以及普通計算機。

整個系統主要用到了三種主要的程序算法：時間同步算法、速報評價算法和速報過程控制算法。現將算法的研究原理和實現過程詳述如下。

2 算法實現

2.1 時間同步算法實現

要做到服務器系統與所有的參與演練的客戶端系統準確對接，需要有誤差在5秒以內的時間同步體系。直接的辦法是使用NTP（NetworkTimeProtoco）服務，但復雜的客戶機環境，并不是都可以隨時成功部署NTP服務，為提高系統整體的健壯性，做到所有的客戶機綠色部署，就必須設計一個適合于本系統的時間同步算法并無縫集成到軟件系統中來，以求得所有客戶機時間基本同步，體現速報考評的公平性。本文所設計的時間同步算法，不依賴傳統的NTP時間服務，自成體系。不需要另外的部署。具體實現如圖1。

在該算法中，客戶端和服務端同時并發執行。服務端首先獲得服務器本地時間，然后使用NTP服務從互聯網國家授時中心獲得標準時間，對比和校正服務器本地時間。以WebService函數服務方式向客戶端提供統一的時間服務。

客戶端首先獲得本地時間后，調用服務端時間服務函數服務器端獲得時間，與本地時間對比，如果時間誤差超過5秒，則使用服務器時間同步本地時間。在此時間傳輸中，可能因為網絡延遲產生誤差，但考慮到系統主要部署于局域網以及本系統所要求的誤差范圍，所以時間誤差可以忽略。在算法中直接使用靜態Win32 API時間函數可減少網絡傳輸等因素帶來的時間誤差。

2.2 速報評價算法實現

對速報整體流程及速報最終結果準確度的評價需要一個客觀，公平，量化，程序資源消耗少的算法以供系統對地震速報過程及結果實時評價。理論來說，地震速報目的是快速得出準確的地震要素信息，包含震中地點（坐標及地名），震級，震源深度，發震時刻等。而地震速報的好壞與這幾個要素的準確度有直接的關聯關系。因此，設定地震速報成績為函數 f（x），根據《省級測震臺網速報評比標準》 （中國地震局監測司，2013）。設定震中地點要素特征為f（x1），震級特征為f（x2），震源深度特征為 f（x3），發震時刻為特征為f（x4）。同時記錄速報耗時為評定加權值lt。

則有震相交匯結果指紋特征序列 f（x）=f（f（x1），f（x2），f（x3），f（x4））（1），即得出總評定成績S =f（x）+lt （2）。

設定原始正確速報結果為標準答案，提取其地震要素，經過上述特征序列運算，得出答案特征序列值，即地震特征唯一指紋。

系統運行時，收集速報員當次地震分析定位計算出的地震要素，經過同樣的特征序列運算，得出當次地震速報特征序列值，即當次地震速報的唯一特征指紋值。與計算出的標準答案指紋值對比，其匹配度即為本次速報的震相交匯正確性，加上速報耗時加權值lt，即得出本次速報的速報員總評成績。

具體過程：服務端從地震速報答案文件中提取地震要素經過速報評價模塊的特征序列運算，得出地震標準答案的指紋特征值，附加在地震信息結構體中，推送到客戶端。

客戶端首先提取震相結果，經過速報評價模塊的特征序列運算，生成了本次地震速報的指紋特征值，與服務器發送過來的標準答案特征值進行匹配度計算，得出震相匹配評價分數。

而后提取本次速報耗時，根據速報管理規定，進行加權處理，得出最終速報總成績，如圖2。

2.3 速報過程控制算法實現

在模擬地震速報的過程中，需要設計一套整體控制算法，全過程監控速報員速報程度，以及速報結果的傳遞和正確性判研。在本系統中，設計了速報過程控制算法。

首先在控制端進行模擬速報地震事件選取，模擬演習地震觸發時間設置，在服務端進行信息封裝，以加密結構體的方式推送到客戶端，客戶端設計輪循接收模塊接收該加密結構信息。在算法中設計輪循間隙時間為1秒。

當包含時間戳的地震觸發結構體到達客戶端后，客戶端檢測時間戳與本地時間差異，如果符合要求，則觸發報警，初始化波形接收。速報員這時可以接收地震事件波形，并調用MSDP分析軟件，進行地震分析定位。