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地震预警示范系统建设和运行

发布时间: 2015-11-30 10:22:00 来源:转自《国家防震减灾》

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  中国地震局监测预报司

  近年来,中国地震局一直致力于推进地震预警示范系统试点建设,先后建成福建地震预警示范系统、首都圈地震预警示范系统和兰州地震预警示范系统。示范系统在线运行期间均已经历实际地震检验,在地震预警时间、预警震级和定位精度等关键技术指标上表现良好,初步形成了所在区域的地震预警信息服务能力。但由于台网密度、通讯传输等关键环节所限,现有系统也暴露出时效性不足、信息服务能力欠缺等一些不足之处。

  一、现有预警示范系统建设情况介绍

  (一)福建地震预警示范系统

  福建地震预警示范系统是在国家科技支撑课题支持下,于2013年9月建成并测试运行,由福建局负责完成研制。该预警监测网络由128个实时监测台站组成,平均台间距约31公里。其中54台同时配置宽频带速度型地震仪与加速度型地震仪,34台配置速度型地震仪,40台配置加速度型地震仪。所有台站观测数据均采用2M光纤实时传输到台网中心,数据通信延迟约1.3秒。同时,在闽台地震科技合作项目的支持下,福建测震台网与台湾实时交换16个台站的数据,采用中科院专网传输实时波形数据。目前台湾实时交换台站数据延迟5—6秒,进一步提高了对台湾地区地震的预警能力。

  图1 福建省地震预警示范系统台站分布图

  福建地震预警示范系统能在省内有感地震发生后数秒至十几秒产出地震预警信息,1—2分钟产出自动地震速报信息,约5分钟产出地震烈度速报信息,约1小时产出大震烈度速报信息。如台湾地区发生地震,系统可在震后约30秒产出地震预警信息并向福建沿海地区测试用户发布。系统监控区域包括福建全省和台湾地区。

  (二)首都圈地震预警示范系统

  部署在燕郊国家强震动中心的首都圈地震预警示范系统建成于2014年9月,是国家社会服务工程项目对地震预警示范系统国家科技支撑计划成果的推广应用,系统接入了首都圈地区130个测震台及80个实时强震台(背景场项目建设),平均台站间距约为40千米(京津地区约15千米)。所有台站观测数据均采用2M光纤实时传输到台网中心。2015年3月,由广东局研发的地震超快速报系统在首都圈地震预警示范中心完成部署,该系统融合了首都圈地区的实时测震、强震以及唐山地区的100台烈度仪数据。双系统并行运行的模式进一步提升了首都圈地震预警示范中心的服务能力。

  图2 首都圈地震预警示范系统台站分布图

  系统针对发生在距离北京市、天津市70—280千米的破坏性地震,能够为北京市、天津市等城市以及该地区的重大工程提前5—15秒提供地震预警信息,对预警目标区造成Ⅵ度以上破坏的地震进行预警。示范系统监控的区域包括北京、天津及和河北全境。

  (三)兰州地震预警示范系统

  同首都圈地震预警示范系统一样,兰州地震预警示范系统也是国家社会服务工程项目对国家科技支撑计划地震预警示范系统成果的推广应用。系统建成于2014年10月,接入甘肃、青海和宁夏台网83个测震台站及背景场新建实时传输强震动台站80个,其中全部测震台站和60个强震动台站采用2M光纤实时传输到台网中心,20个强震动台站通过3G无线通讯传输到台网中心。

  图3 兰州地震预警示范系统台站分布图

  系统针对发生在距离兰州市70—280千米的破坏性地震,能为兰州市提前5—15秒提供地震预警信息,对预警目标区造成Ⅵ度以上破坏的地震进行预警。示范系统监控的区域为兰州周边地区,涉及甘肃、宁夏、青海等省相关市县。

  二、系统运行及服务现状

  (一)福建地震预警示范系统 

  试运行以来,福建地区共发生M≥3.0级以上地震16次,其中地震预警系统共处理发布14次,漏报2次。首报预警信息的平均震中偏差4.6±4.0千米,平均震级偏差-0.7±0.8级,平均用时6.4±1.0秒。预警系统对两次漏报事件均进行了处理,并产出了预警信息,但由于预警信息的可靠度未达到设定值,系统未予以发布。 

  系统在线试运行期间,台湾地区共发生M≥5.0级以上地震19次,其中地震预警系统共处理发布16次,漏报3次。首报预警信息的平均震中偏差30.6±31.4千米,平均震级偏差-0.2±0.4级,平均用时16.6±4.1秒。福建沿海城市一般可提前40秒以上获得台湾地震的预警信息。漏报原因主要为台湾实时波形数据原先采用公网传输,波形数据时间延迟大于10分钟,导致事件判定错误造成漏报,采用中科院专网传输后,已解决了数据延迟问题。 

  图4 2015年4月20日台湾花莲5.9级地震预警系统界面

  2015年起,福建地震预警示范系统以手机短信的方式向福建省内包括市县地震部门在内的地震系统用户提供预警信息服务,短信用户人数约500人。2015年4月20日,台湾花莲附近海域一天之内发生了4次5级以上地震,福建、浙江等地均有不同程度的震感,示范系统对四次事件均成功处理并及时发布预警信息,包括福州在内的福建沿海县市测试用户获得了40秒以上的预警时间。

  (二)首都圈地震预警示范系统

  试运行期间,首都圈地震预警示范系统共触发100余次,其中网内及网外50千米内3.0级以上地震无漏报。由于地震触发阈值设置较低,触发事件除天然地震外,还包括较多2级左右人工爆破。根据初步统计,系统对于首都圈地区地震事件平均可在震后16秒左右生成地震预警基本信息,平均震级偏差0.5级(爆破事件震级偏差较大),震中偏差约10千米。其中,唐山地区由于布设了密集的烈度仪观测网络,最快可于震后5秒发布较为精确的预警信息。

  目前,首都圈地震预警示范系统信息服务分为三种形式,一是通过智能手机App客户端和12322手机短信向少数系统内部人员和主管单位人员提供预警信息,服务对象约20人;二是通过专用地震报警装置(广播大喇叭、LED显示屏等)向工程力学研究所燕郊园区和防灾科技学院提供预警信息服务,该功能已经实现,但尚未正式提供服务仅提供试验发布;三是通过固定PC终端向北京市地震局和地震出版社提供预警信息试验发布。

  2015年4月19日河北文安发生3.0级地震,首都圈地震预警示范系统震后18秒为上述不同测试用户提供了准确的地震基本信

  息。2015年9月10日秦皇岛昌黎发生4.2级地震,首都圈地震预警示范中心最快于震后6秒在客户端发布4.2级地震的预警信息。

  图5 2015年9月10日河北昌黎4.2级地震预警发布界面

  (三)兰州地震预警示范系统

  兰州地震预警示范系统建成以来,共记录到甘肃省及邻区各类事件116个(截止到2015年8月31日),其中99个事件产出预警触发信息(45个有预警信息发布图),26个事件产出了烈度速报结果。根据统计,兰州地震预警示范系统对于监控区域280千米范围内3级以上地震能够全部触发生成预警信息,平均用时震后39秒,平均震级偏差0.36,平均震中位置偏差23千米。 

  目前,兰州地震预警示范系统信息服务分为两种形式,一是通过智能手机App客户端向系统内部人员和主管单位人员提供预警信息;二是通过专用地震报警装置(专用智能接收终端、智能收音机、LED显示屏等、数字甚高频大喇叭)向单位各部门提供信息服务。

  2015年4月10日天水麦积区M3.9地震中,兰州地震预警示范系统在震后38秒产出了预警信息发布图,预警信息接收终端及时启动报警装置,为兰州市提供了14秒左右的预警时间;2015年4月15日定西临洮县M4.5地震中,兰州地震预警示范系统在震后41秒产出了预警信息发布图,预警信息接收终端及时启动报警装置(由于兰州市处于预警盲区,故无预警时间),并于震后5分钟生成仪器烈度分布图。

  图6 2015年4月15日甘肃临洮4.5级地震仪器烈度分布

  三、存在问题及原因分析

  地震示范系统的建设目的是搭建试验性平台,测试软硬件效能,验证中国地震局地震烈度速报与预警技术的可行性。由于各示范系统均依托我国现有地震台网建设,台站密度、网络通信等功能指标与预警需求还有一定差距,因此现阶段在时效性上还有所欠缺。目前,地震发生后福建地震预警示范系统、首都圈地震预警示范系统和兰州地震预警示范系统产出预警信息的平均时间分别为

  震后12秒、 16秒和31秒左右,距离震后5秒产出预警信息的理

  想目标一定差距。另外,信息服务能力初步形成,但服务方式单一、覆盖范围小的问题还比较突出。具体问题及原因分析如下:

  一是预警台网密度不足。为实现震后5秒左右产出较为准确的预警信息(至少三台触发),平均台站间距10千米为理想选择。目前,福建、首都圈和兰州地区的测震台网平均台站间距分别为30千米、40千米和60千米左右,地震发生后从震源到首台触发分别需要5秒、7秒和10秒左右的波形数据传输时间,这点严重制约了预警信息的时效性。

  二是存在数据传输时延。由于地震仪器采集、打包、汇集、解压缩等技术处理环节需要一定时间,现有台网实时数据流从采集端到台网中心存在若干秒的延时,目前,除福建平均数据传输时延为1.2秒外,首都圈地区和兰州示范系统的实时测震、强震数据接收时延在6秒左右,影响了预警系统的整体时效性。

  三是系统性能缺少强震检验。示范系统运行以来,除台湾地区发生较多中强地震可对福建地震预警示范系统加以检验外,福建境内、首都圈地区和兰州地区未曾发生5级以上地震,因此系统处理强震的性能还有待检验。

  四是信息服务能力不足。现阶段,各示范系统基本以手机短信、App客户端等形式向少数系统用户提供,覆盖范围有效。究其原因,一是示范系统网内触发的都是中小地震,可用作检验系统技术能力,并无对社会提供预警服务的必要性;二是开展地震预警信息服务,需要相关法律法规保障,而我国地震预警法律法规建设刚刚起

  步,这也是示范系统目前难以面向社会公众提供服务的重要原因。

  四、系统完善措施

  为进一步完善现有地震预警示范系统,切实形成预警信息服务能力,近期将从观测网络、系统运维、系统评价和信息服务等方面开展以下工作:

  (一)示范地区地震预警观测网络升级改造

  为弥补现有地震预警观测网络密度不足的现状,加快形成地震预警信息服务能力,2015年度中国地震局在京津冀、福建沿海和川滇交界地区开展简易烈度计地震预警示范项目建设。项目以10千米的平均台站间距为建设目标,在示范地区新建640个烈度仪观测站,并与地区原有测震台和强震台进行数据融合处理,最终实现震后5-10秒产出预警信息并向示范用户提供信息服务。

  

  

  图7 2015年度地震预警示范区建设启动会在河北石家庄召开

  

  同时,为减少现有地震监测网络数据延时,2015年度将逐步完成测震台网实时数据流改造,最终将现有测震网络的数据传输延迟控制在1秒以内。

  (二)加强示范系统运维管理

  为加强现有地震预警系统的运行管理,规范地震示范系统运行和产出,监测司组织编制了《地震预警示范系统运行维护管理办法》,以从组织管理、技术要求、保障体系、运行要求、奖惩措施五个方面对各在线运行预警示范系统提出明确运维、产出和服务要求,同时对参与预警系统的地震监测台站运行率提出了明确要求。目前,该办法已经完成了专家论证和意见征集环节,将于近期发布。

  (三)开展示范系统跟踪测试与技术评价

  为发挥中国地震局在地震预警系统建设和应用环节的行业监管作用,规范社会预警行为,台网中心将搭架系统测试平台,实时汇集各示范系统预警信息产出,开展长期跟踪与技术评价。评价体系由仪器设备、台站组网、系统延迟、预警时间、震级结果、定位结果、系统误报率、系统漏报率、盲区半径、信息服务时效性等部分组成,对于评价性能良好的预警系统,将在国家地震烈度速报和预警工程项目建设中予以重点考虑。

  (四)提升示范系统预警信息服务能力

  为提升现有示范系统预警信息服务能力,今后将充分利用各系统已经形成的预警信息服务能力,整合各类信息服务资源,增加信息覆盖范围,科学开展信息服务。目前,已组织完成地震预警信息发布专用微博注册,下一步将结合各系统实际运行表现制定预警信息服务策略,开展预警信息微博发布服务。

  另外,在中国地震局、铁路总公司和教育部等相关部委合作协议框架下,将继续推进烈度仪项目信息服务试点建设,以实效性为目标科学设计预警信息应用方案,切实形成学校和行业试点的服务能力。同时,借福建地震预警管理办法已于8月1日实施之契机,组织福建局全面开展地震预警信息服务试验,全力做好利用网络、广电、新媒体等方式公开服务社会公众示范。(本文摘自《国家防震减灾》2015.03)

  

  


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