呂俊強(qiáng)，杜文勇，許文俊

（寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏 銀川 750001）

寧夏測震臺(tái)網(wǎng)的大震應(yīng)對改進(jìn)方案

呂俊強(qiáng)，杜文勇，許文俊

（寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏 銀川 750001）

5.12汶川大地震后，根據(jù)現(xiàn)行測震臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行中暴露出的一些問題，就儀器及服務(wù)器機(jī)柜加固，通訊信道備份，測震虛擬臺(tái)網(wǎng)的組建，測震臺(tái)網(wǎng)中心備份等方面提出了一些改進(jìn)方案，以保證寧夏數(shù)字化地震觀測臺(tái)網(wǎng)在大震來臨時(shí)或出現(xiàn)突發(fā)事件時(shí)仍然能夠正常運(yùn)行。

虛擬臺(tái)網(wǎng)；衛(wèi)星；汶川地震

引言

2008年5月12日14時(shí)28分04秒，四川省汶川縣 （31.0°N,103.4°E）發(fā)生8.0級(jí)地震。震中區(qū)地震烈度達(dá)到Ⅺ度。這是繼1976年四川松潘、平武發(fā)生7.6級(jí)地震以來，近32年來四川省內(nèi)發(fā)生的首次7級(jí)以上地震。

汶川地震發(fā)生后，震區(qū)的交通、通訊都受到了嚴(yán)重的破壞，重災(zāi)區(qū)面積達(dá)10×104 km2，涉及阿壩、綿陽、德陽、成都、廣元、雅安等6個(gè)州市。據(jù)統(tǒng)計(jì)，震后中國移動(dòng)四川公司有2臺(tái)核心交換機(jī)發(fā)生擁塞，有2 300多個(gè)基站因斷電、傳輸中斷等原因退出服務(wù)；中國聯(lián)通四川公司的G、C兩網(wǎng)移動(dòng)通信全部中斷，四川阿壩地區(qū)約200個(gè)聯(lián)通基站癱瘓；中國電信阿壩州的汶川、理縣、黑水和茂縣通訊全部中斷；中國網(wǎng)通四川綿陽-梓潼、汶川-都江堰二級(jí)干線傳輸系統(tǒng)中斷，造成2條2.5 G、1條155 M互聯(lián)網(wǎng)電路中斷［1］。地震還造成四川境內(nèi)多條公路因?yàn)槁坊⒙访鎿p壞、山體滑坡等損毀嚴(yán)重，重災(zāi)縣道路更是由于遭到毀滅性破壞，幾乎全部中斷，造成震后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)救援車輛及人員無法進(jìn)入災(zāi)區(qū)。

地震發(fā)生后，由于通訊、電力中斷，道路受阻，導(dǎo)致地處震中區(qū)域的地震監(jiān)測臺(tái)站基本處于癱瘓狀態(tài)，同時(shí)國家派出的地震應(yīng)急現(xiàn)場工作隊(duì)也無法按照地震應(yīng)急預(yù)案，組建現(xiàn)場流動(dòng)地震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)［2］，地震監(jiān)測工作受到很大的影響，很多震后第一手資料無法獲取，直接影響了后續(xù)的地震監(jiān)測預(yù)報(bào)工作。這次地震暴露出我國當(dāng)前的數(shù)字化地震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)［3］在應(yīng)對大地震和特大地震方面還存在一些問題，對我們現(xiàn)在的數(shù)字化地震監(jiān)測工作提出了很大的挑戰(zhàn)，有必要對這次地震中發(fā)現(xiàn)的一些問題加以思考與討論。

1 儀器與服務(wù)器機(jī)柜的加固

汶川地震發(fā)生后，寧夏震感強(qiáng)烈，部分臺(tái)站的儀器機(jī)柜與服務(wù)器機(jī)柜搖晃劇烈。機(jī)柜里電源線、數(shù)據(jù)線、網(wǎng)線等纏繞在一起，在強(qiáng)烈晃動(dòng)時(shí)，有使線路插頭脫落與機(jī)柜倒伏的可能，從而造成嚴(yán)重的后果。為解決此問題，寧夏地震局根據(jù)自身的條件，在中心機(jī)房將所有服務(wù)器機(jī)柜用扁鐵連接在一起，最后將扁鐵與機(jī)房墻體連接在一起，使其成為一個(gè)整體。在觀測臺(tái)站將儀器機(jī)柜與觀測室墻體用扁鐵連接在一起，使其成為一體，從而起到加固機(jī)柜的作用。

2 通訊信道備份

汶川大地震后，寧夏測震臺(tái)網(wǎng)從在強(qiáng)震發(fā)生時(shí)可能導(dǎo)致通訊全部中斷這個(gè)教訓(xùn)出發(fā)，對現(xiàn)有臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方式進(jìn)行了必要改進(jìn)，以應(yīng)對破壞性大地震。隨著當(dāng)前衛(wèi)星通訊技術(shù)的發(fā)展，綜合考慮實(shí)現(xiàn)成本、技術(shù)實(shí)現(xiàn)難易度、易用性等，寧夏地震局測震臺(tái)網(wǎng)采用IP寬帶衛(wèi)星作為幾個(gè)主要的臺(tái)站通訊傳輸［4］的備用信道 （圖1），該方式的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）不受地理?xiàng)l件及環(huán)境因素的限制，繼承了傳統(tǒng)衛(wèi)星通訊不受地域限制的特點(diǎn)，在我國任何地方及亞太大部分地區(qū)，都能夠使用寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在通訊、道路等受損的情況下，不依賴于當(dāng)?shù)氐耐ㄓ嵕W(wǎng)絡(luò)，可以建立獨(dú)立的通信傳輸鏈路。即使在本地有線通訊全部中斷的特殊情況下，仍能夠?qū)幭娜珔^(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測；（2）費(fèi)用低廉，使用IP寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，成本主要包括兩部分：①臺(tái)站建設(shè)初期需要投入的硬件設(shè)施，其中衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器主要提供本地PC網(wǎng)絡(luò)，及地震數(shù)據(jù)采集器與衛(wèi)星間的以太網(wǎng)接口，以進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)；②衛(wèi)星天線，上行轉(zhuǎn)換器 （BUC）及下行轉(zhuǎn)換器 （LUB），用于與衛(wèi)星之間進(jìn)行可靠，高質(zhì)量的信號(hào)傳輸。在臺(tái)站硬件基礎(chǔ)設(shè)施一次性建設(shè)完成后，每月的信道使用費(fèi)與當(dāng)前的ADSL撥號(hào)線路費(fèi)用相當(dāng)；（3）對新一代地震數(shù)據(jù)采集器及數(shù)字化臺(tái)網(wǎng)軟件支持較好，傳統(tǒng)的衛(wèi)星通訊使用的串口數(shù)據(jù)傳輸方式，在 “十五”網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目改造完成后，我國的數(shù)字化觀測臺(tái)網(wǎng)及流動(dòng)地震觀測臺(tái)網(wǎng)均使用了IP傳輸方式，IP寬帶衛(wèi)星可以提供基于TCP/ IP協(xié)議的IP數(shù)據(jù)傳輸，結(jié)合現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集器及 “十五”地震臺(tái)網(wǎng)軟件，可以很方便的接入地震臺(tái)網(wǎng)中心，無需進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

3 虛擬測震臺(tái)網(wǎng)的組建

汶川地震發(fā)生后，由于地震動(dòng)能量巨大，四川、云南省很多測震臺(tái)站被震壞無法工作，也有一些臺(tái)站出現(xiàn)了限幅現(xiàn)象［5］，地震波形的記錄不完整給地震速報(bào)的震級(jí)測定工作帶來很大的影響。

圖1 寧夏地震局測震臺(tái)站通信鏈路圖Fig.1 The communication link diagram of Ningxia seismic station

“十五”網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目升級(jí)改造完成后，通過統(tǒng)一的地震行業(yè)信息網(wǎng)，各個(gè)省市目前已經(jīng)能夠方便的進(jìn)行地震監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換。為了避免大地震到來時(shí)我區(qū)地震監(jiān)測儀器破壞與儀器限幅不能正常工作，寧夏地震臺(tái)網(wǎng)中心通過 “十五”JOPENS地震臺(tái)網(wǎng)系統(tǒng)軟件，以地震行業(yè)信息網(wǎng)為平臺(tái)，構(gòu)建由寧夏及其周邊鄰省臺(tái)站所組成的虛擬地震臺(tái)網(wǎng)，見圖2。虛擬測震臺(tái)網(wǎng)的建設(shè)，不僅解決大震速報(bào)震級(jí)測定問題，而且還可提高本區(qū)域臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)測能力，尤其是提高鄰本省邊境地區(qū)的地震監(jiān)測能力。此外，寧夏 “十五”網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目中建成的數(shù)字化強(qiáng)震動(dòng)觀測臺(tái)網(wǎng)，也將在以后的烈度速報(bào)中發(fā)揮重要作用。

4 省級(jí)測震臺(tái)網(wǎng)中心備份

汶川大地震發(fā)生后，據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)中心測定，地震的微觀震中在 （31.0°N，103.4° E），距離四川省地震臺(tái)網(wǎng)中心所在地成都市的直線距離僅75 km。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地震對成都市的交通、通訊、電力等設(shè)施造成了很大程度的破壞，直接威脅四川省地震臺(tái)網(wǎng)中心的正常運(yùn)行，影響了地震監(jiān)測工作的順利開展。

目前寧夏以及全國絕大部分的省份使用的都是單臺(tái)網(wǎng)中心方案，各個(gè)市縣以及其他省份的地震數(shù)據(jù)都匯集到省級(jí)測震臺(tái)網(wǎng)中心，在臺(tái)網(wǎng)中心進(jìn)行分析處理。一旦在省會(huì)附近發(fā)生大的破壞性地震，必將對地震臺(tái)網(wǎng)中心的正常運(yùn)行造成極大影響，一旦通訊與電力等設(shè)施遭到嚴(yán)重破壞，可能導(dǎo)致省級(jí)地震臺(tái)網(wǎng)中心癱瘓。反思汶川大地震，加強(qiáng)測震臺(tái)網(wǎng)中心的安全性，建立后備臺(tái)網(wǎng)中心的任務(wù)顯得十分緊迫。

由于寧夏南北跨度460 km東西跨度220 km的特殊性，綜合考慮運(yùn)維成本，運(yùn)行可靠性等因素，并充分利用現(xiàn)有的信息節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)施，可以考慮在寧夏南部的固原市或?qū)幭谋辈康氖焐绞薪⒁粋€(gè)省級(jí)測震臺(tái)網(wǎng)中心備份系統(tǒng)，見圖3。

備份方案中，在各個(gè)信息節(jié)點(diǎn)上建立兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，分別為地震行業(yè)信息網(wǎng)及公眾Internet網(wǎng)絡(luò)接口，在平時(shí)，實(shí)時(shí)的地震監(jiān)測數(shù)據(jù)流都通過地震行業(yè)信息網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行傳輸及數(shù)據(jù)交換，后備臺(tái)網(wǎng)中心則通過 Internet與各信息節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，后備臺(tái)網(wǎng)中心在平時(shí)僅保持測震數(shù)據(jù)的正常傳輸，不承擔(dān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，地震分析處理等工作，當(dāng)發(fā)生大地震或其他突發(fā)事件導(dǎo)致省級(jí)地震臺(tái)網(wǎng)中心通信中斷，地震行業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)停止工作或臺(tái)網(wǎng)中心不能正常工作時(shí)，可以在幾分鐘之內(nèi)，轉(zhuǎn)由后備臺(tái)網(wǎng)中心繼續(xù)承擔(dān)地震速報(bào)及測震臺(tái)網(wǎng)日常工作，避免大地震或突發(fā)災(zāi)難給測震臺(tái)網(wǎng)中心帶來的影響。

5 結(jié)論

圖2 寧夏測震虛擬臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站分布圖Fig.2 The virtual stations map of Ningxia seismic network

通過機(jī)柜的加固可以解決在強(qiáng)烈的晃動(dòng)時(shí)，線路插頭脫落與機(jī)柜倒伏的問題。在地震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)中使用寬帶衛(wèi)星通信，避免了地震造成的通信中斷，移動(dòng)通信基站癱瘓導(dǎo)致監(jiān)測工作無法正常進(jìn)行的問題。虛擬測震臺(tái)網(wǎng)的使用，不僅有效解決大地震中本地臺(tái)站無法使用的問題，而且還可提高本區(qū)域臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)測能力，尤其是提高鄰本省邊境地區(qū)的地震監(jiān)測能力。省級(jí)地震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)中心也須要做好相應(yīng)的系統(tǒng)備份及災(zāi)難預(yù)防機(jī)制。通過以上措施，可以較好的保障寧夏地震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)在大地震到來時(shí)能繼續(xù)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。

圖3 寧夏測震臺(tái)網(wǎng)中心備份方案Fig 3 The backup scheme of Ningxia seismic network center

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［3］中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司.數(shù)字地震觀測技術(shù) ［M］.北京：地震出版社，2003.

［4］王啟東，吳楠楠.地震應(yīng)急現(xiàn)場通訊初探 ［J］.中國科技信息，2008，1：104-105.

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Abstract：After the 5.12 Wenchuan Earthquake,we improved the schemes of the establishment of virtual seismic network,the backup project of seismic network center and the communication channel backup.All these measures are aimed to ensure that the seismic network of Ningxia Hui Autonomous Region will run well in the great earthquake.

Keywords：Virtual seismic network；Satellite;Wenchuan earthquake

Optimization of the Ningxia Seismic Network for the Great Earthquake

LV Junqiang,DU Wenyong,XU Wenjun
(Earthquake Administration of Ningxia Hui Autonomous Region,Yinchuan 750001,China)

P315.73

A

1001-8662（2010）04-0055-05

2010-05-27

寧夏地震局科技課題 （寧震測函 【2010】02）

呂俊強(qiáng)，男，1978年生，工程師.主要從事監(jiān)測預(yù)報(bào)工作. E-mail：lvjq@nx.earthquake.cn.