徐水森，鄭松林

(成都市防震減災(zāi)局，四川 成都 610042)

1 成都市地震預(yù)警試驗(yàn)臺(tái)網(wǎng)概述

成都市地震預(yù)警試驗(yàn)臺(tái)網(wǎng)在成都市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過新建57個(gè)地震臺(tái)，對(duì)臺(tái)網(wǎng)系統(tǒng)處理軟件進(jìn)行升級(jí)改造后建設(shè)而成。成都市地震預(yù)警試驗(yàn)臺(tái)網(wǎng)完全與成都市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)的數(shù)據(jù)和功能相兼容，進(jìn)一步提高了成都市地震烈度臺(tái)網(wǎng)地震定位的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，并具備地震災(zāi)害報(bào)警(預(yù)警)功能。該臺(tái)網(wǎng)的建成提高了成都市地震災(zāi)害信息的獲取能力和地震應(yīng)急響應(yīng)能力，為成都市委、市政府抗震救災(zāi)快速?zèng)Q策提供科學(xué)依據(jù)。該臺(tái)網(wǎng)于2013年1月建成并投入運(yùn)行，使成都市首次具有地震烈度速報(bào)和地震災(zāi)害報(bào)警(預(yù)警)的能力，還可以及時(shí)發(fā)出地震災(zāi)害報(bào)警(預(yù)警)信息，為有關(guān)人員提供地震預(yù)警信息服務(wù)，從而提高了成都市防震減災(zāi)服務(wù)社會(huì)能力。成都市地震預(yù)警試驗(yàn)臺(tái)網(wǎng)于2011年5月立項(xiàng)建設(shè)，新建了57個(gè)地震預(yù)警監(jiān)測(cè)臺(tái)和一個(gè)地震預(yù)警中心，2012年9月完成土建工程，2012年12月完成設(shè)備的安裝與系統(tǒng)調(diào)試，2013年1月投入試運(yùn)行，經(jīng)過了一段時(shí)間的運(yùn)行，成都市地震預(yù)警試驗(yàn)臺(tái)網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。于2013年5月正式通過驗(yàn)收。

2 預(yù)警臺(tái)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備配置

2.1 地震預(yù)警臺(tái)站設(shè)備

地震預(yù)警臺(tái)網(wǎng)由57個(gè)監(jiān)測(cè)臺(tái)和1個(gè)數(shù)據(jù)處理中心組成。各臺(tái)站均采用相同型號(hào)MEMS儀器設(shè)備:MH-100地震烈度儀、CDMA2000無線3G通信卡、專用電源、電源避雷器、機(jī)柜等。臺(tái)網(wǎng)將臺(tái)站加速度計(jì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至臺(tái)網(wǎng)中心。加速度計(jì)與數(shù)采實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)，臺(tái)站采取了有效的三級(jí)避雷措施:對(duì)入戶市電采取第一級(jí)避雷、臺(tái)站儀器供電系統(tǒng)前端采取二級(jí)避雷和采用帶避雷功能的供電電源，所以具有很強(qiáng)的抗雷擊能力，2013年全年57個(gè)監(jiān)測(cè)臺(tái)無雷擊事件發(fā)生。臺(tái)站供電系統(tǒng)由市電線路和蓄電池組組成，當(dāng)采用市電供電時(shí)，蓄電池組處于充電狀態(tài);當(dāng)市電斷電時(shí)，供電系統(tǒng)自動(dòng)切換為蓄電池組供電，蓄電池組的持續(xù)供電時(shí)間長(zhǎng)于15天。臺(tái)站地震等信號(hào)的傳輸方式采用CDMA2000無線3 G通信方式，其性價(jià)比較高。臺(tái)網(wǎng)的地面震動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備為MH-100型地震烈度儀，儀器采用MEMS三分向加速度傳感器。這些監(jiān)測(cè)設(shè)備的標(biāo)定、實(shí)時(shí)波形和觸發(fā)正常。根據(jù)MEMS三分向加速度傳感器特征，通過對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定，即輸入標(biāo)準(zhǔn)方波，觀察其輸出波形，從輸出波形可以看出，儀器的輸出對(duì)應(yīng)了輸入的方波，滿足了系統(tǒng)特性要求。臺(tái)站實(shí)時(shí)觀測(cè)波形圖在正常觀測(cè)環(huán)境下，其地脈動(dòng)三分向峰值加速度均小于1毫伽，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于儀器設(shè)置所要求的值，MEMS三分向加速度傳感器屬低放大倍率，這些技術(shù)性能達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求。對(duì)預(yù)警來說，這種性能的儀器完全能滿足地震預(yù)警目標(biāo)。

2.2 地震預(yù)警試驗(yàn)臺(tái)網(wǎng)中心

地震預(yù)警臺(tái)網(wǎng)中心主要由服務(wù)器與配套軟件、計(jì)算機(jī)、人機(jī)交互軟件等組成。其功能是將數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)庫(kù)、WEB服務(wù)及烈度速報(bào)圖生成地震災(zāi)害報(bào)警(預(yù)警)信息并進(jìn)行推送發(fā)布。具體來講，臺(tái)網(wǎng)中心系統(tǒng)由數(shù)據(jù)流、命令、報(bào)警服務(wù)器、地震災(zāi)害報(bào)警(預(yù)警)發(fā)布、烈度速報(bào)服務(wù)器、波形數(shù)據(jù)、烈度數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及相關(guān)服務(wù)器的相應(yīng)軟件系統(tǒng)等構(gòu)成。此外，硬件部分包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、遠(yuǎn)程控制終端設(shè)備，含有操作、控制、展示終端、移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)等。臺(tái)網(wǎng)中心在軟件設(shè)計(jì)上考慮到了兼容、升級(jí)原有地震烈度速報(bào)系統(tǒng)，編制了實(shí)時(shí)地震災(zāi)害報(bào)警(預(yù)警)軟件系統(tǒng)。臺(tái)網(wǎng)中心的三套服務(wù)器分別為數(shù)據(jù)流、命令、報(bào)警服務(wù)器;地震災(zāi)害報(bào)警(預(yù)警)發(fā)布、烈度速報(bào)服務(wù)器、波形數(shù)據(jù)及烈度數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。三套服務(wù)器均采用雙機(jī)雙系統(tǒng)備份工作方式，確保實(shí)時(shí)地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)和地震預(yù)警信息的接收、監(jiān)測(cè)和處理的安全。

3 預(yù)警臺(tái)站建設(shè)和臺(tái)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行

成都市地震預(yù)警試驗(yàn)臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站的建設(shè)有如下幾項(xiàng)要求或措施。一是要求臺(tái)間距小于10 km，臺(tái)站的密度要求為每100 km2設(shè)1個(gè)臺(tái);二是每個(gè)臺(tái)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成框架式，沒有窗，只有排氣孔;臺(tái)站的各房屋面積為11 m2;三是房屋內(nèi)設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)儀器墩。使臺(tái)網(wǎng)系統(tǒng)能夠在震后7 s內(nèi)快速響應(yīng)并發(fā)出地震災(zāi)害報(bào)警(預(yù)警)信息;設(shè)計(jì)報(bào)警(預(yù)警)盲區(qū)小于25 km;定位誤差小于7 km;報(bào)警(預(yù)警)倒計(jì)時(shí)誤差小于2 s;最終震級(jí)測(cè)定誤差控制在1級(jí)以內(nèi)。至2012年9月共完成57個(gè)臺(tái)站的建設(shè)。房屋土建工程完成后，立即進(jìn)行儀器安裝與調(diào)試，于2012年12月完成了所有設(shè)備的安裝與調(diào)試，2013年1月投入試運(yùn)行。

自2013年1月1日投入試運(yùn)行以來，該臺(tái)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì)、界面友好、系統(tǒng)功能完善、實(shí)用等功能。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，無需人工干預(yù)。對(duì)于在臺(tái)網(wǎng)內(nèi)及臺(tái)網(wǎng)周邊發(fā)生的3級(jí)以上地震，系統(tǒng)沒有發(fā)生漏報(bào)、誤報(bào)事件，達(dá)到地震預(yù)警目標(biāo)。具體來講，各臺(tái)站核心設(shè)備(加速度儀、專用電源、一體化數(shù)采等)運(yùn)行正常，沒有出現(xiàn)設(shè)備損壞。非核心設(shè)備，如電源避雷器等遭到雷擊后有些損壞，但是起到了很好的避雷作用，之后及時(shí)進(jìn)行備件更換?？傮w來說，臺(tái)站的平均運(yùn)行率達(dá)98.78%，能夠滿足地震災(zāi)害報(bào)警(預(yù)警)和地震烈度速報(bào)的要求。臺(tái)網(wǎng)中心硬件設(shè)備運(yùn)行正常，軟件系統(tǒng)沒有出現(xiàn)死機(jī)、系統(tǒng)崩潰等故障，軟硬設(shè)備連續(xù)運(yùn)行率達(dá)到100%。成都市地震預(yù)警試驗(yàn)臺(tái)網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，采用成都高新減災(zāi)研究所研發(fā)的ICL地震預(yù)警技術(shù)系統(tǒng)。從2013年1月1日至10月31日的300天中，臺(tái)網(wǎng)共監(jiān)測(cè)到需預(yù)警的2.5級(jí)以上地震500多次，其中包括成功預(yù)警破壞性地震4次，每次都由實(shí)際地震觸發(fā)，沒有誤觸發(fā)和漏報(bào)的情況發(fā)生，100%成功預(yù)警。

表1 地震監(jiān)測(cè)臺(tái)站2013年1～10月運(yùn)行狀況統(tǒng)計(jì)

表2 臺(tái)網(wǎng)對(duì)于2013年1～10月4次破壞性地震震級(jí)統(tǒng)計(jì)

4 預(yù)警案例簡(jiǎn)介

成都地震預(yù)警臺(tái)網(wǎng)內(nèi)地震預(yù)警案例一。2013年4月8日07時(shí)51分28秒，在四川崇州發(fā)生M3.6級(jí)地震，系統(tǒng)測(cè)定的地震參數(shù)如下:發(fā)震時(shí)刻07時(shí)51分28秒;震中30.76°N，103.34°E;預(yù)警震級(jí)(M)3.8級(jí)。系統(tǒng)在第7秒時(shí)發(fā)出第3報(bào)預(yù)警信息，其預(yù)警震級(jí)為3.8級(jí)，發(fā)震時(shí)刻為07時(shí)51分28秒，震中位置為30.47°N，103.19°E。震后4分鐘時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)生成地震烈度速報(bào)圖。

成都地震預(yù)警臺(tái)網(wǎng)周邊地震預(yù)警案例二。2013年3月9日20時(shí)23分56秒，在四川汶川發(fā)生M4.2級(jí)地震，系統(tǒng)測(cè)定的地震參數(shù)如下:發(fā)震時(shí)刻20時(shí)23分56秒，震中31.35°N，103.50°E，預(yù)警震級(jí)(M)4.2級(jí)。成都地震預(yù)警臺(tái)網(wǎng)發(fā)出的第5報(bào)地震預(yù)警信息:震級(jí)為4.2級(jí)，發(fā)震時(shí)刻為20時(shí)23分56秒，震中位置為31.35°N，103.50°E。震后4分鐘系統(tǒng)自動(dòng)生成地震烈度速報(bào)圖。

破壞性地震預(yù)警案例三。2013年4月20日08時(shí)02分48秒，在四川蘆山發(fā)生M7.0級(jí)地震，該地震屬于網(wǎng)外地震，距離成都市中心約100千米，系統(tǒng)測(cè)定的地震參數(shù)如下:發(fā)震時(shí)刻08時(shí)02分48秒，震中30.27°N，102.98°E，預(yù)警震級(jí)(M)6.4級(jí)。系統(tǒng)在第5秒時(shí)發(fā)出了第3報(bào)預(yù)警信息，第14秒發(fā)出了第9報(bào)預(yù)警信息，其預(yù)警震級(jí)為6.4級(jí)，發(fā)震時(shí)刻為08時(shí)02分48秒，震中為30.27°N，102.98°E。震后給出地震烈度速報(bào)分布圖，該烈度圖與中國(guó)地震局人工調(diào)查烈度分布圖是十分相似的。

5 討論

通過分析思考臺(tái)網(wǎng)在試運(yùn)行期間的狀況，系統(tǒng)還存在如下幾個(gè)問題:(1)地震烈度儀采用的是CDMA2000通信方式，由于個(gè)別臺(tái)站的電信3G信號(hào)較弱，存在設(shè)備通信狀態(tài)時(shí)斷時(shí)續(xù)的現(xiàn)象，由此，臺(tái)站運(yùn)行率受到影響;(2)部分監(jiān)測(cè)臺(tái)站使用空氣開關(guān)過多，臺(tái)站供電系統(tǒng)有時(shí)會(huì)因?yàn)樨?fù)載或供電電壓波動(dòng)而出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備斷電，影響連續(xù)率。對(duì)此采取的解決辦法如下:對(duì)于3G信號(hào)較弱的臺(tái)站，采用GSM通信方式，從而保證了通信正常;針對(duì)部分臺(tái)站供電經(jīng)常跳閘的問題，相應(yīng)減少臺(tái)站內(nèi)空氣開關(guān)的配置數(shù)量，以減少跳閘概率，另外還采取專線供電方式，減少中間環(huán)節(jié)產(chǎn)生的人為斷電情況，提高供電的穩(wěn)定性。

采用ICL地震預(yù)警系統(tǒng)的成都地震預(yù)警臺(tái)網(wǎng)很好地解決了地震誤觸發(fā)事件問題，從而避免了地震誤報(bào)，近1年的系統(tǒng)運(yùn)行，該臺(tái)網(wǎng)沒有發(fā)生誤觸發(fā)事件。

防雷技術(shù)的合理利用是成都地震預(yù)警試驗(yàn)臺(tái)網(wǎng)正常運(yùn)行的重要保證。每個(gè)地震預(yù)警臺(tái)站都具有很強(qiáng)的抗雷擊能力，2013年全年該臺(tái)網(wǎng)57個(gè)子臺(tái)無雷擊事件發(fā)生。關(guān)鍵是臺(tái)站采取了三級(jí)避雷措施，對(duì)入戶市電采取第一級(jí)避雷、臺(tái)站儀器供電系統(tǒng)前端采取二級(jí)避雷和采用帶避雷功能的浮充電供電電源。臺(tái)站供電方式由市電和蓄電池組輪流供電，不對(duì)儀器直供市電，從而提高了臺(tái)網(wǎng)的運(yùn)行率。建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化臺(tái)站時(shí)參考國(guó)家強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)規(guī)范，結(jié)合實(shí)際進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，包括臺(tái)站土建，用一種型號(hào)的加速度計(jì)等。減少儀器故障率。使用加速度計(jì)、數(shù)據(jù)采集器和通信方式的一體化設(shè)計(jì)，減少連接線，從而減少儀器故障率和差錯(cuò)率。縮小預(yù)警盲區(qū)。利用單臺(tái)或多臺(tái)融合式定位技術(shù)，節(jié)省計(jì)算與處理時(shí)間，盲區(qū)半徑縮小至25千米，從而有效減小預(yù)警盲區(qū)。實(shí)現(xiàn)了地震預(yù)警服務(wù)社會(huì)功能。開展特定場(chǎng)所地震預(yù)警應(yīng)對(duì)策略和措施研究，實(shí)現(xiàn)面向社會(huì)和人員密集場(chǎng)所、重大工程行業(yè)的地震預(yù)警信息應(yīng)用，面向公眾開展電視地震預(yù)警和智能手機(jī)地震預(yù)警信息接收應(yīng)用，并在成都市20多所學(xué)校、2個(gè)政府辦公大樓、2個(gè)社區(qū)以及1個(gè)燃?xì)鈴S和1個(gè)精密制造廠進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)用，受到大家歡迎。尤其是在手機(jī)上的應(yīng)用更受歡迎，目前，已有超過5萬名志愿者通過網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)手機(jī)接收地震預(yù)警服務(wù)信息。研發(fā)了地震預(yù)警信息自動(dòng)推送軟件系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了智能手機(jī)接收地震預(yù)警信息功能，信息的倒計(jì)時(shí)播報(bào)功能;并開發(fā)了智能手機(jī)接收地震預(yù)警信息的GPS自動(dòng)跟蹤功能。研發(fā)了地震預(yù)警信息自動(dòng)接收終端，實(shí)現(xiàn)信息的倒計(jì)時(shí)播報(bào)功能。

成都市地震預(yù)警試驗(yàn)臺(tái)網(wǎng)通過近1年的運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，對(duì)網(wǎng)內(nèi)2.5級(jí)以上地震全部進(jìn)行了預(yù)警，沒有出現(xiàn)誤報(bào)、虛報(bào)和漏報(bào)情況。