安徽地區實現地震烈度速報及預警的關鍵技術

楊波　張炳　謝石文　韓成成

【摘 要】地震烈度速報及預警工程是利用實時監測臺網獲取的地震動信息對地震可能造成的破壞范圍和程度進行快速評估，爭取在破壞性地震波到達人口密集區和重大工程場地前的短暫時間，進行預警，為實施緊急處置措施提供依據，達到減輕地震災害、人員傷亡與經濟損失的目的，是減輕地震災害的有效手段。本文詳細介紹了安徽地區實現地震烈度速報及預警的關鍵性技術，以期望進一步提升安徽省防震減災服務能力，完善地震監測及預報能力。同時，為科學地震預警提供強有力的依據以及為社會公眾提供一個緊急地震信息服務窗口。

【關鍵詞】地震烈度速報；地震預警；防震減災；信息服務

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

地震災害是群災之首，是一種不可抗拒的自然災害，具有瞬間發生、破壞嚴重、預報困難的特點。隨著現代全球性經濟快速發展、人口快速增長和人口向城市快速集中，地震災害的危害性越加突出。地震烈度具體地說就是地震引起的地面震動及其影響的強弱程度，通常為宏觀烈度，并且是人們了解和研究地震的最早建立并用于描述地震影響強度的標度。地震烈度的概念不僅在地震學和地震工程學領域中仍有著廣泛的應用，而且在防震減災的各個環節中繼續起著重要作用[1]。破壞性地震發生后，為了實施迅速、有效的地震應急決策以及開展快速救援行動，必須首先了解地震的影響程度和范圍，及時把握極震區以及不同程度破壞地區的地震破壞總體情況。地震烈度速報產出的信息可為地震應急決策、緊急救援提供科學依據，快速確定重點救災區域，科學開展緊急救援。地震預警則是指地震發生后，基于地震發生地附近地震臺站實時觀測到的地震波初期信息，快速估計地震參數并預測地震對周圍地區的影響程度，利用電磁波傳播速度遠遠大于地震波傳播波速以及地震初始縱波傳播速度大于后繼破壞性地震波（橫波和面波）傳播速度的特點，搶在破壞性地震波到達震中周圍的預警目標區之前，發出主要震動的強度和到達時間的預警信息[2-3]。預警目標區內公眾和企業可以根據預警信息啟動地震應急處置措施，以達到減少地震人員傷亡及地震次生災害損失的目的。對于一個特定的預警目標區從發出預警信息到破壞性地震波到達的時間差通常稱為預警時間[4]。預警時間越長，則提供采取應急措施的時間越長。世界上多個國家和地區已經建立了各自的地震烈度速報及預警系統，日本已經建成了向公眾發布預警信息的全國性地震預警系統，美國在加州地區建設的地震預警系統已經進入試運行階段，歐洲已經批準建立地震預警系統的計劃；國內也有部分省份建立了地震烈度速報及預警系統，并且都已經投入使用且取得了一定程度的減災效果[5-6]。事實證明，有效地利用地震預警信息，公眾可以及時采取必要的避震措施以減少人員傷亡。安徽省地跨華北斷塊區、秦嶺-大別山斷褶帶和下揚子斷塊區三個一級大地構造單元，著名的郯廬斷裂帶縱貫全省[7]。有歷史記載以來我省共發生破壞性地震（Ms

≥4.7級）34次，1970年以來我省中等以上地震較活躍，共發生Ms≥4.0級地震10次。近年來，安徽地震活動呈現增強趨勢，給我省經濟社會發展帶來較為嚴重的影響。整個“十二五”期間，全省共發生2.0級以上地震65次，3.0級以上地震16次，4.0級以上地震3次，地震活動明顯增強。面對如此嚴峻的震情形勢，安徽省地震烈度速報及預警工程建設，將進一步加強地震監測預警能力，豐富震情信息服務功能，真正突出災前預防、風險防范的重要思想。

1 監測網點硬件設備

硬件系統是實現地震烈度速報及預警的基本系統，各類硬件設備是構成完整系統的基本部件。地震烈度速報及預警的硬件系統的搭建主要為地震烈度速報與地震預警服務、軟件功能實現與運行平臺、傳輸系統等提供硬件支撐，包括數據處理中心的發布服務器、數據存儲器、通訊設備以及接收終端的顯示設備、聲音光電報警設備和通訊設備。地震烈度速報及預警的硬件系統是整個緊急地震信息服務系統功能實現的基礎條件，只有硬件系統正常運行，才能保證整個系統完成應有的功能。監測網點是實現地震烈度速報及預警的最小基本單元，是監測數據的來源，是由各類硬件設備組合在一起而構成的一個最小采集數據的硬件系統單元。只有監測網點正常運行，采集準確的監測數據，才能保證后端服務器數據處理以及終端設備信息顯示和發布。監測網點能否正常運行以及能否保證采集到高質量的監測數據，取決于監測網點各類硬件設備能否有效地工作。各類硬件設備是組成監測網點的基礎部件，是確保監測網點正常運行的基本保障。監測網點的硬件系統搭建如圖1所示。

安徽省建成地震烈度速報及預警的監測網點體系，按照分清輕重緩急的原則，優先建設震情重點防御區和郯廬斷裂帶沿線地區地震監測網點。部署大別山地區和郯廬斷裂帶區域地震預警監測網點體系，構成大別山地區和郯廬斷裂帶地震預警區，實現地震烈度及預警監測網點全省各縣（市、區）全面覆蓋，監測網點數據實時上傳至省地震烈度速報及預警中心數據處理系統，監測網點數據被用于分析并進行信息產出。因此，監測網點的硬件系統的正常運行是保證數據分析和信息產出的基本保障。

2 數據庫設計

地震烈度速報及預警數據庫建設是緊急地震信息服務系統的重要數據基礎，數據庫主要實現與地震烈度速報與預警系統軟件的接口與數據交流，所有地震烈度速報與預警功能模塊都依托于數據庫才能實現，是地震烈度速報與預警服務系統的信息資源層。內容包括專業數據庫與公共數據庫兩個部分，專業數據庫內容應包括地震與災害相關信息，如震區活動構造分布及特性、歷史地震分布等內容，公共數據應該包括行政區劃相關信息、人口數量與分布、經濟、行政區重要交通、行政區地理信息、重要工程分布、企業單位概況與分布、示范中小學概況與分布等信息。建設地震烈度速報與預警監測網點數據在線存儲，連續波形與事件波形歸檔與服務平臺，包括集中存儲系統、數據庫服務器和軟件系統等，為速報子系統和數據產出加工子系統提供在線基礎波形數據服務，實現轄區內監測網點觀測數據的截取、歸檔、處理與服務，面向科研人員提供及時、完整、可靠的地震科學數據。建設服務于地震烈度速報與預警的基礎數據庫，包括地理信息數據庫和地震專業數據庫。基礎地理信息數據庫包括地形地貌、水系樞紐、居住地、交通、地名等數據內容；基礎地震信息數據庫包括場地類別及地震動放大因子、烈度及地震動衰減模型、活動斷裂分布等數據內容。

3 通信網絡

烈度速報及預警工程網絡通信工程將對整地震行業網絡的架構進行改建和優化。新建烈度速報及預警通信網采用一套網絡地址和安全策略規劃，改造后的地震通信網絡邏輯隔離各業務子網，優先保障預警網的數據通信，網絡安全與保障系統為全網提供網絡安全、網管和運維保障監控系統。此外，技術系統還要考慮新建網絡和原有行業網絡的互聯互同，業務系統的平穩過渡，新舊應用的兼容性。新舊系統的應用可根據需要部署在不同的業務子網中。安徽省地震烈度速報及預警通信網絡拓撲結構如圖2所示。

安徽省地震烈度速報及預警工程項目建設監測網點數量眾多，預警速報通信網主要承載了實時數據傳輸與處理業務，對通信帶寬、丟包率、時延、抖動等網絡傳輸質量要求較高。SDH/MSTP是目前國內電信運營商普遍使用的數字專線通信技術，采用基于物理層的全透明傳輸，為用戶提供端到端的全透明數字信號傳輸服務，具有帶寬獨享、傳輸效率高、質量好、網絡時延小、抗干擾能力強、保密性能好等特點[8]。SDH/MSTP數字專線應用于監測網點與省中心之間的互聯。烈度及預警通信路由包括區域網和監測網點2種類型。省中心負責監測網點的數據接收，配置雙核心交換設備，配置路由協議，實現原有網絡路由和新建預警網絡路由交換；監測網點則通過單條線路上連至省中心。

4 數據傳輸及處理

數據是信息的載體，是生成信息的依據，通過分析高質量的數據，進而產出有用的信息。安徽省地震烈度速報及預警數據處理中心的總體功能為：匯集、交換地震烈度速報及預警監測網點的實時波形數據，處理產出地震烈度速報信息、地震預警信息、地震基本參數、震源參數和破裂過程等應急數據產品，開展中強地震的災情評估，同時產出地震目錄、震相數據和地震事件波形等常規數據產品；對原始觀測數據和各種數據產品進行存儲和管理；為地震應急、地震預報和科學研究提供數據信息服務[9-10]。安徽省數據處理中心負責轄區地震烈度速報及預警監測網點實時波形數據的匯集并發送到國家數據處理中心。安徽省數據處理中心負責省內地震預警信息的處理、產出和發布，負責省內及鄰區地震烈度速報信息和地震參數速報信息的產出和初報，負責省內及鄰區地震目錄、觀測報告、震源參數等常規數據產品的初步處理、產出。安徽省數據處理中心與國家數據處理中心之間數據交換示意圖如圖3所示。

安徽省地震烈度速報及預警中心配備緊急地震信息發布服務器，實時接收省級中心數據處理系統產出數據，并對烈度速報數據、地震預警信息進行實時分析處理，通過地震預警專用網絡向省級、地市級地震應急管理指揮成員部門提供緊急地震信息服務，并具備為企事業單位、示范中小學、省級媒體單位等用戶服務終端提供緊急地震信息服務的功能與能力。相關法律健全后在條件允許下，通過媒體單位、電信運營商向公眾提供地震預警信息。省級中心具有向相關科研機構和抗震設計部門提供烈度速報數據服務的能力與功能。安徽省數據處理信息服務中心如圖4所示。

圖4 安徽省數據處理信息服務中心示意圖

5 終端顯示及發布

終端顯示及發布系統由服務器端和客戶端組成，服務器端實時接收數據中心處理好的地震預警信息，通過應用海量數據并發處理的技術快速獲取數據庫中用戶的推送信息，并按規定格式為每個用戶封裝處理好預警信息后發送到消息推送平臺（如APNS：Apple Push Notification Service），通過消息推送平臺再轉發給用戶，用戶的客戶端程序及時接收推送通知，進而可以根據用戶的當前地理位置實現差異化的地震預警信息服務。安徽省地震烈度速報及預警中心終端系統配置的主要設備包括監控服務器、臺式計算機、視頻矩陣、大屏幕顯示和網絡KVM。匯集了連續觀測數據流狀態信息、各子系統運行狀態信息以及環境條件信息，并經過分析產出各系統運行狀態統計日志，環境分析報告以及發出各類環境報警信息。同時，在主流的桌面平臺（如MS Windows和Linux）和智能終端（如Android和iOS）上開發緊急地震信息接收軟件，該軟件在后臺運行，當收到地震緊急信息時彈出消息窗，并可根據用戶所處的位置給出相應的告警信息。緊急地震信息接收終端有緊急地震信息接收、顯示和預警告警功能，也可以接收服務端發送的其他多媒體信息如文字、聲音和圖像等，無震時作為科普宣傳的窗口。主要布設于數據處理中心、抗震救災指揮部成員部門、應急管理部門以及政府機關、企事業和中學校等示范用戶單位。緊急地震信息接收終端（圖5）由信息接收主機、顯示屏、信息播放單元、報警器以及供電、有線/無線數據通信單元等組成。

圖5 緊急地震信息服務終端構成圖

建成安徽省地震烈度速報及預警中心終端顯示及發布系統，該系統集成了地震數據處理中心、緊急地震信息服務發布終端、通信網絡組網等，同時，與國家地震烈度速報及預警中心相接，打造面向政府和公眾的地震綜合信息服務窗口。

6 結束語

安徽省實現地震烈度速報及預警是服務于社會的防震減災公益型項目，在技術上又是與防災減災發達國家接軌的科技項目和民生工程，具備顯著的減災效益、社會效益、經濟效益和科學效益。地震烈度速報及預警的實施將明顯提高我省地震快速反應能力和處置水平，增強我省防震減災能力，使防震減災事業進一步適應安徽省當前的地震形勢和經濟社會發展的要求，將有助于強化、提高安徽省大中城市和人口稠密、經濟發達地區地震預警、綜合防御和科學應對地震災害的能力。對適應當前防震減災工作面臨的新形勢、新要求，堅持以防為主、防抗救相結合，堅持常態減災與非常態救災相統一，全面提升全社會抵御地震災害的綜合防范能力具有重大意義。

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[責任編輯：朱麗娜]