四川緊急地震信息服務系統設計與實現

程思智，申 源，趙 俊，梁厚朗

（四川省地震局，四川 成都610041）

1968年，Cooper提出為舊金山市建設地震早期預警系統的構想，但限于當時的技術水平，該構想未能得以實現。1985年，Heaton為美國的南加州提出構建現代地震計算機化預警網絡思想，創造了一種基于密集監測臺網的地震預警簡單模型（馬強，2008）。20世紀90年代以來，日本、美國、墨西哥、中國和歐洲部分國家及地區逐漸開展了地震預警系統建設。其中，日本是最早將Cooper地震預警構想付諸實施并應用于地震災害防御的國家，目前日本、墨西哥已正式對社會開展地震預警信息服務，并在2011年日本9.0級和2017年墨西哥8.2級等重特大地震中取得了實際減災效益（宋彥云等，2021）。臺灣是我國第一個部署地震預警系統的地區，1995年在花蓮地區裝設的預警系統投入使用（高峰等，2014）。2017年12月28日，四川省人民政府辦公廳印發了《關于印發“8·8”九寨溝地震災后恢復重建規劃項目的通知》，明確提出要實施《地震烈度速報與預警項目》，建設緊急地震信息服務平臺。本研究通過構建緊急地震信息服務平臺，實現四川緊急地震信息服務體系的建設，可以提高地震預警發布的時效性，豐富緊急地震信息內容，拓寬信息發布手段，并在第一時間通知省委省政府和抗震救災指揮部成員單位，為決策層正確判斷災情和部署救援力量提供重要科學依據。

1 系統架構及功能

四川緊急地震信息服務平臺以“國家地震烈度速報與預警工程”項目建設為基礎，通過建設省級緊急信息服務平臺和市州級、縣級緊急地震信息轉發接收平臺，搭建涵蓋社會公眾、政府機構、行業用戶、新聞媒體等示范用戶的信息接收服務系統，將“國家地震烈度速報與預警工程”項目建設的“國家、省、市州”三級緊急地震信息服務體系延伸到“區縣”級，最終將服務范圍覆蓋全川，并構建“國家、省、市、縣”四級立體聯動的地震烈度速報與預警監測能力體系。系統采用J2EE技術架構、B/S系統訪問模式。J2EE是當前使用最廣泛的Web程序設計技術，具有安全性、可伸縮性、負載平衡性和可重用性等特點，適合分布式運算、具有良好的多線程處理能力，安全性較高，已成為業界模范（汪金營，2004）。B/S模式具有客戶端零部署及未來可在各業務部門擴展的特點，比較適合多目標系統的用戶，且操作簡單、易于維護、信息共享度高、擴展性好，技術平臺穩定是當前應用范圍廣泛的先進網絡體系結構（譚駿珊等，2003）。

1.1 系統架構設計

四川緊急地震信息服務系統主要由數據資源層、業務邏輯層、展現層及服務對象層組成（見圖1）。數據資源層是信息輸入端，輸入數據主要包括省級地震預警處理系統推送的地震預警信息、地震速報信息、災情快速評估產品、氣象信息、其它災害信息以及面向公眾的地震科普宣傳信息等。業務邏輯層是系統的核心，具有緊急信息來源接收（用于融合地震、氣象和速報機器人等的災害預警信息）、實時信息和非實時信息發布、終端狀態監控、終端運維管理和基礎信息管理等功能，能為各類用戶提供地震預警、地震速報、科普宣傳和地震演練等服務，日?？商峁┊斍皶r間、日期和天氣預報等服務。展現層是系統的集中展現，主要包括地震預警專用接收終端、移動App接收終端、微信/微博、12322地震短信社會服務平臺和第三方接口等。服務對象層也是用戶層，是系統產出產品的最終受益者，主要包括部署終端的政府機構、抗震救災指揮部成員單位、中小學示范學校以及社會公眾等。

圖1 四川緊急地震信息服務系統總體邏輯架構

1.2 系統網絡架構設計

緊急地震信息服務發布網絡充分利用社會和行業網絡資源，實現緊急地震信息的三級發布、四級服務。省級預警發布平臺與相對應的數據處理系統通過局域網高速互聯，省、市、縣三級平臺之間通過地震行業網互聯。發布平臺與服務對象之間的鏈路，主要包括電子政務外網、教育網、互聯網、VPN及其他行業專網等。省級中心負責上連國家中心、下連臺站和市縣，并與政府、學校、企業以及社會公眾連接，提供信息服務。省級中心網絡涉及專線、VPN、電子政務網、互聯網等多種接入方式。在省級中心局域網按照業務功能及管理劃分子網，包括服務器區、辦公接入區、安全管理區與緊急信息發布子網等。省級中心采取運營商雙物理鏈路方式接入，接口類型為千兆以太網接口。市（州）、縣節點通過專線直連省級中心，局域網、廣域網接口類型為以太網接口，路由協議支持靜態路由、OSPF、GRE、IPSEC、MPLS-VPN等協議（見圖2）。

圖2 四川緊急地震信息服務系統邏輯網絡拓撲架構

市州及區縣緊急地震信息服務轉發平臺是國家、省、市州、縣四級信息服務體系中的重要部分，處于省級部門服務中心和觸控終端之間，相對省級平臺來說，同時起到分散流量，分擔傳送壓力，分攤故障風險的作用，同時管理部署在縣級部門的緊急地震信息服務接收客戶端具有監控各個工作客戶端狀態的功能。緊急地震信息服務市縣轉發平臺主要包括信息接收、屬地信息配置、資源轉發三個子系統，平臺功能主要有縣級平臺接入管理、資源接收轉發管理、系統管理等。

1.3 主要功能設計

緊急地震信息服務系統由緊急地震信息服務端、市州信息轉發服務、觸控屏終端服務、移動終端服務四部分構成（見圖3）。緊急地震信息服務端對各分系統生成的地震預警數據、地震速報數據、地震烈度速報數據、災情快速評估等緊急地震信息進行分揀，基于用戶服務需求進行定制，按照設置的轉發優先級將結果向市州縣轉發平臺、信息接收終端推送，或者以手機短信、手機APP終端進行展示。市州信息轉發平臺接收緊急地震信息服務端發布的信息產品，并向政府相關機構和所管轄范圍內縣級、示范學校轉發緊急地震信息。觸控屏終端和移動終端負責接收展示相關信息。

圖3 緊急地震信息服務平臺構成

2 信息發布及產品服務

地震預警發布系統主要從省局地震預警分系統接收地震預警數據，通過對數據進行解析并根據發布規則封裝預警信息，同時向各類用戶分發實時緊急地震預警信息（見圖4）。

圖4 預警信息發布流程圖

2.1 地震速報和地震烈度信息發布

地震速報發布信息主要包括JEEW超快速報、AU自動速報、四川臺網初報和國家局正式報數據，其處理系統通過信息整合策略對數據進行解析并根據發布規則封裝信息，向用戶發布實時速報信息（見圖5）。烈度速報發布信息主要為烈度速報信息報文和地震烈度分布圖。

圖5 地震速報發布流程

2.2 地震動參數和災情評估產品服務

地震動參數產品服務系統主要接收強震數據處理系統產出的臺站儀器烈度分布圖、加速度反應譜分布圖和加速度動態震動圖等產品，再根據相應的發布策略以及用戶配置進行產品推送服務。災情評估產品的推送主要面向政府部門以及防震減災部門。地震發生后，只要省內某地區烈度達到6度，強震數據處理系統在3～10分鐘產出第一報災情評估圖，30分鐘后產出第二報災情評估圖，并同時采用人工上傳或修正的方式來推送主震破裂過程、余震序列和震源機制等圖件。

3 效果展示

3.1 緊急地震信息服務平臺

四川緊急地震信息服務系統自2021年2月5日起進入試運行，平臺部署了國家預警項目I型終端11臺，II型終端298臺，省項目觸控屏終端239臺（含轉發平臺），“村村響”廣播終端48臺，共計596臺。以2021年3月19日四川北川3.9級地震為例，四川緊急地震信息服務平臺從JEEW超快速報處理系統接收了1次地震預警自動處理結果，并于18時57分59秒開始向地震預警終端推送，時間為震后10秒，震級為4.0（見圖6）。四川緊急地震信息服務平臺共有514臺預警終端接收到該預警信息，其中有121臺預警終端有屏顯和閃爆燈，67臺預警終端有屏顯、閃爆燈并發出警報聲音。

圖6 四川省緊急地震信息服務平臺地震預警推送展示界面

四川緊急地震信息服務平臺在震后1分41秒接收到AU自動速報信息，4分32秒接收到四川臺網初報信息，5分52秒接收到國家局正式報信息。震后6分鐘，強震數據處理系統陸續產出了鄉鎮儀器烈度分布圖、儀器烈度圖、PGA等值線圖和PGV等值線圖等地震動參數和災情評估產品（見圖7）。

圖7 四川省緊急地震信息服務平臺烈度速報推送展示界面

緊急地震信息服務系統的緊急地震信息APP在震后及時推送了預警信息，該平臺包括終端狀態監控、終端遠程運維管理、地震模擬演練和基礎信息管理等模塊。以四川省成都市武侯區林蔭街的用戶為例，用戶距離2021年3月19日四川北川3.9級地震震中144千米，收到信息時預警時間為30秒（見圖8）。目前，四川省地震局已與支付寶、川觀新聞APP、華為手機、西南油氣田轉發系統和四川省監獄管理局戒毒所信息發布管理系統等第三方平臺展開合作，授權其對外發布預警信息。

圖8 緊急地震信息APP地震預警信息展示界面

4 結束語

四川緊急地震信息服務系統建成后，極大地提高了地震應急響應速度，豐富了緊急地震信息的內容，拓展了服務渠道，提升了地震部門服務水平，實現了向公眾快速準確傳遞地震信息的目標，能第一時間向省、市州政府發送通知。系統上線（2019年11月）至今，共接收地震速報信息898條，接收地震預警信息267條，達到預警標準向社會公眾發布的緊急地震預警信息267條。系統通過專用預警終端、手機APP、手機短信和第三方轉發等方式多渠道拓展地震信息社會化服務能力，使地震應急聯動機制更加成熟。該系統的建成對全面提升四川省地震監測和應急救援能力、減輕災害損失和保護人民生命財產安全、實現地震監測現代化具有重要意義。