安徽臺網自動地震定位系統結果評估＊

郁建芳 袁 勇 夏仕安 韓成成

（安徽省地震局，合肥 230031）

引言

地震速報是地震監測臺網和臺站最基礎也是最重要的工作之一，同時也是服務于防震減災事業和抗震救災工作的重要環節。地震速報就是要在盡可能短的時間內，對已發生地震事件的時、空、強三要素做準確、有效的測定，并報送給有關部門。隨著社會經濟的飛速發展和公眾防震減災意識的不斷提高，地震速報工作和速報信息的社會顯示度和影響面日益增大，社會公眾對所接收震情信息的精準度和時效性的要求越來越高。然而，地震臺網通過人機交互系統分析得到的地震基本參數一般于震后8—12 min才能發布，這就直接造成了速報“不速”[1]。因此，迫切需要我們在自動地震定位技術方面實現實用性攻關，中國地震局于2013年4月1日正式對外提供自動地震速報系統（AU）的自動速報結果，全國部分省級地震監測臺網也相繼研發和建立了適用于本省的自動地震速報系統[2-4]。

1 安徽臺網地震自動定位系統

目前，安徽臺網正式運行的自動地震定位系統包括中國地震局自動地震速報系統（AU）、江蘇省地震局自動定位系統、福建省地震局自動地震系統和安徽區域地震預警系統等4套。各系統的運行結果表明，安徽區域發生M1.0以上地震時，安徽區域地震預警系統可在30 s內給出首報結果，可在1 min內給出終報結果，江蘇、福建局自動定位系統可在1—2 min內產出自動定位結果參數，AU系統鑒于其發布策略可在3 min內產出M3.0及以上地震的自動速報結果。這些自動定位結果均對后續的人工精準分析提供一定參考，同時，不同系統產出的結果均存在一定程度的差異。

1.1 中國地震局自動地震速報系統（AU）

全國自動地震速報系統的自動速報結果產出系統由國家地震臺網中心、國家地震速報備份中心和5大區域自動地震速報中心的自動地震速報處理系統產出構成，中國地震局EQIM根服務器匯集上述不同系統的自動速報結果，基于“多路綜合觸發”策略產出綜合觸發結果（Auto Location，簡稱 AU）[3]。本文對2015年1月—2019年12月期間安徽境內及省邊線外50 km范圍內M≥3.0的AU結果和正式目錄進行對比（表1）。與統一正式目錄對比，可得到以下結論：

表1 自動地震速報結果（AU）與統一正式目錄（2015-01—2019-12）Table 1 Comparison of the results of automatic earthquake early report and unified official catalog（2015-01—2019-12）

（1）自動地震速報系統產出綜合觸發結果的平均速報用時為 151.76 s；

（2）以統一正式目錄為標準，自動地震速報結果AU的平均發震時刻差為0.82 s，平均震中位置差為3.522 km，平均震級差為0.2級；

（3）對比的17個地震事件中，只有一個地震自動速報的震級比正式目錄小，其他16個地震的自動速報震級均偏大，最大偏差達0.5級。

1.2 江蘇省和福建省地震局自動地震定位系統

江蘇省地震局自動地震定位系統（圖1）和福建省地震局自動地震定位系統（圖2）均為綠色軟件，支持Windows操作系統，具備實時全自動處理和快速人機交互處理功能。軟件從JOPENS流服務器接收實時波形數據，具備初至和續至震相到時的自動識別與顯示震相，對震相清晰的數據進行自動篩選和綁定，隨著選定震相的不斷增加，利用長短時窗比法STA/LTA和赤池信息量準則AIC以及交切法對震中位置、震級、參考地名等進行自動測定和持續實時更新[5-6]。

本文對2018年1月—2019年12月期間安徽區域M≥1.5的江蘇自動定位結果和福建自動定位結果分別與統一正式目錄進行對比（表2和表3），可得出以下結論：

圖1 江蘇自動定位系統Fig. 1 Automatic positioning system of Jiangsu

圖2 福建自動定位系統Fig. 2 Automatic positioning system of Fujian

表2 江蘇省自動地震定位結果與統一正式目錄（2018-01—2019-12）Table 2 Comparison of the results of automatic positioning system of Jiangsu and unified official catalog（2018-01—2019-12）

續表2

表3 福建省自動地震定位結果與統一正式目錄（2018-01—2019-12）Table 3 Comparison of the results of automatic positioning system of Fujian and unified official catalog（2018-01—2019-12）

續表3

（1）江蘇自動地震定位結果的平均發震時刻差為0.6 s，平均震中位置差為1.46 km，平均震級差為0.1級；

（2）福建自動地震定位結果的平均發震時刻差為0.56 s，平均震中位置差為4.26 km，平均震級差為0.2級；

（3）對比的38個地震事件中，江蘇和福建自動地震定位系統產出的震級較統一正式目錄均偏大，江蘇定位結果中有5個地震事件震級無偏差，福建定位結果有2個震級無偏差。

1.3 安徽區域地震預警系統

安徽區域地震預警系統（圖3）于2018年2月1日在安徽臺網試運行，系統共接收安徽地區31個及周邊區域19個共50個測震臺站的實時波形數據，平均臺間距67 km。該系統采用長短時窗STA/LTA算法對震相粗略拾取后，利用優化后的AIC算法精確拾取震相到時，采用福建局金星研究員提出的地震預警連續定位方法定位，即當第一個臺站觸發后，以該臺站Voronoi區域的形心位置作為首次定位震中，并選定一定時間間隔不斷更新定位結果[7-10]。

圖3 安徽區域地震預警系統主界面Fig. 3 Main interface of Anhui regional earthquake early warning system

本文對2018年2月—2019年12月期間安徽及周邊省份M≥1.5的地震預警系統定位結果和統一正式目錄進行對比（表4），可得到以下結論：

（1）安徽區域地震預警系統產出首報定位結果所用臺站數平均為6個，平均用時為15.26 s，產出終報定位結果所用臺站平均數為25個，平均用時為46.56 s；

（2）預警系統首報結果的平均發震時刻差為0.63 s，終報結果為 0.37 s；

（3）預警系統首報結果的平均震中位置差為4.055 km，終報結果為 2.107 km；

（4）預警系統首報和終報的震級誤差分布如圖4所示，藍色叉形為預警首報的誤差分布，平均震級誤差為0.25級，紅色方框為預警終報的誤差分布，平均震級誤差為0.12級。

表4 安徽區域地震預警系統定位結果與統一正式目錄（2018-02—2019-12）Table 4 Comparison of the results of Anhui regional earthquake early warning system and unified official catalog（2018-02—2019-12）

續表4

圖4 地震預警系統的發震時刻、震中位置和震級誤差分布（藍色叉形-首報，紅色方框-終報）Fig. 4 Error distribution of origin time，epicenter location and magnitude of Anhui regional earthquake early warning system（blue cross- first report，red box- final report）

2 定位結果對比

2018年2 月—2019年12月期間安徽及周邊省份M≥1.5地震中，江蘇、福建自動定位系統以及安徽區域預警系統共有24個相同地震事件與統一正式目錄相匹配。以統一正式目錄為標準，分別從發震時刻誤差、震中水平位置誤差和震級誤差3個方面對這3套自動定位系統進行對比，誤差分布如圖5—7所示，對比結果見表5。需要說明的是，鑒于自動地震速報系統（AU）的觸發策略，當安徽區域發生M≥3.0地震時才會產出自動定位結果，可對比事件數量較少；另外，根據安徽實際，我們對江蘇/福建自動定位系統和安徽區域地震預警系統均配置的是安徽地區地殼一維速度模型[11]，AU系統配置無法更改，基于上述兩個原因，暫不將AU系統列入對比項。

表5 江蘇、福建自動定位以及安徽區域預警系統的定位結果誤差分析Table 5 Error analysis of positioning results among Jiangsu and Fujian automatic positioning systems and Anhui regional earthquake early warning system

3 結語

本文利用安徽臺網幾種自動地震定位系統產出的定位結果，參照全國統一地震編目目錄，從發震時刻偏差、震中位置偏差、震級偏差等方面分析不同自動定位結果之間的匹配情況，討論其結果參數的適用性和可靠性，對比各系統在定位時效和精度方面的優劣，對安徽區域臺網自動地震定位系統的整合和完善做出一點參考：安徽臺網現行的4套自動定位系統所產出的結果均在地震速報要求所允許的誤差范圍內，其中安徽區域預警系統產出定位參數的平均發震時刻差、平均震中位置差和平均震級差都相對較小。

圖5 江蘇、福建自動定位系統與區域預警系統的發震時刻誤差分布Fig. 5 Error distribution of origin time of earthquakes among Jiangsu and Fujian automatic positioning systems and Anhui regional earthquake early warning system

圖6 江蘇、福建自動定位系統與區域預警系統的震中水平位置誤差分布Fig. 6 Error distribution of epicenter location of earthquakes among Jiangsu and Fujian automatic positioning systems and Anhui regional earthquake early warning system

圖7 江蘇、福建自動定位系統與區域預警系統的震級誤差分布Fig. 7 Error distribution of magnitude of earthquakes among Jiangsu and Fujian automatic positioning systems and Anhui regional earthquake early warning system