賈漯昭　張亞琳　陳力剛　趙大鵬

摘 要 根據(jù)地震臺網(wǎng)地震速報特征，研究并解決了地震臺網(wǎng)速報模擬過程中遇到的系統(tǒng)的時間同步問題，模擬過程控制問題，地震速報評價問題，把研究結(jié)果形成算法并程序化，形成了河南省地震臺網(wǎng)速報模擬考評系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】地震速報 MSDP 地震臺網(wǎng) 速報模擬

目前各個省級地震臺網(wǎng)和國家基準臺都承擔著地震速報任務，但由于國家多數(shù)地區(qū)地震事件少，地震速報員缺乏臨場實戰(zhàn)機會，容易導致速報工作生疏，從而影響地震速報效率和地震速報分析精度。如何對地震速報工作整體流程做一個完備而有效的評價，增加地震速報臨場工作的機會，是提高臺網(wǎng)工作人員工作能力重要方法。

在研究的過程中，我們發(fā)現(xiàn)時間的精確控制，速報流程的按環(huán)節(jié)監(jiān)控以及速報整體流程的客觀評價是系統(tǒng)實現(xiàn)難點。我們通過類似軟件系統(tǒng)的研究，參考國內(nèi)同行的實踐經(jīng)驗，解決了這些難點，并把解決方法形成算法實現(xiàn)了河南地震臺網(wǎng)速報模擬考評系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設計

考慮速報員操作的便捷性和控制的便利性，整個系統(tǒng)設計為三個部分，分別為模擬速報客戶端，計算服務端和控制端。

客戶端由若干安裝有JAVA運行環(huán)境的Windows平臺計算機組成，在模擬地震速報演習時，速報員在速報工作計算機上完成地震的分析定位和速報工作。速報成績的初步評定在客戶端運行。服務端由高性能的邏輯服務器云系統(tǒng)組成，為整個系統(tǒng)提供實時計算以及存儲服務。速報成績的最終核定、對比工作以及對外狀態(tài)顯示服務在該部分實現(xiàn)?？刂贫藶楣芾聿僮鹘缑妫ㄟ^WebService的方式對服務端發(fā)送指令，管理端通過WEB方式和移動APP的形式提供用戶界面?？芍С制桨逵嬎銠C，手機以及普通計算機。

整個系統(tǒng)主要用到了三種主要的程序算法：時間同步算法、速報評價算法和速報過程控制算法。現(xiàn)將算法的研究原理和實現(xiàn)過程詳述如下。

2 算法實現(xiàn)

2.1 時間同步算法實現(xiàn)

要做到服務器系統(tǒng)與所有的參與演練的客戶端系統(tǒng)準確對接，需要有誤差在5秒以內(nèi)的時間同步體系。直接的辦法是使用NTP（NetworkTimeProtoco）服務，但復雜的客戶機環(huán)境，并不是都可以隨時成功部署NTP服務，為提高系統(tǒng)整體的健壯性，做到所有的客戶機綠色部署，就必須設計一個適合于本系統(tǒng)的時間同步算法并無縫集成到軟件系統(tǒng)中來，以求得所有客戶機時間基本同步，體現(xiàn)速報考評的公平性。本文所設計的時間同步算法，不依賴傳統(tǒng)的NTP時間服務，自成體系。不需要另外的部署。具體實現(xiàn)如圖1。

在該算法中，客戶端和服務端同時并發(fā)執(zhí)行。服務端首先獲得服務器本地時間，然后使用NTP服務從互聯(lián)網(wǎng)國家授時中心獲得標準時間，對比和校正服務器本地時間。以WebService函數(shù)服務方式向客戶端提供統(tǒng)一的時間服務。

客戶端首先獲得本地時間后，調(diào)用服務端時間服務函數(shù)服務器端獲得時間，與本地時間對比，如果時間誤差超過5秒，則使用服務器時間同步本地時間。在此時間傳輸中，可能因為網(wǎng)絡延遲產(chǎn)生誤差，但考慮到系統(tǒng)主要部署于局域網(wǎng)以及本系統(tǒng)所要求的誤差范圍，所以時間誤差可以忽略。在算法中直接使用靜態(tài)Win32 API時間函數(shù)可減少網(wǎng)絡傳輸?shù)纫蛩貛淼臅r間誤差。

2.2 速報評價算法實現(xiàn)

對速報整體流程及速報最終結(jié)果準確度的評價需要一個客觀，公平，量化，程序資源消耗少的算法以供系統(tǒng)對地震速報過程及結(jié)果實時評價。理論來說，地震速報目的是快速得出準確的地震要素信息，包含震中地點（坐標及地名），震級，震源深度，發(fā)震時刻等。而地震速報的好壞與這幾個要素的準確度有直接的關(guān)聯(lián)關(guān)系。因此，設定地震速報成績?yōu)楹瘮?shù) f（x），根據(jù)《省級測震臺網(wǎng)速報評比標準》 （中國地震局監(jiān)測司，2013）。設定震中地點要素特征為f（x1），震級特征為f（x2），震源深度特征為 f（x3），發(fā)震時刻為特征為f（x4）。同時記錄速報耗時為評定加權(quán)值lt。

則有震相交匯結(jié)果指紋特征序列 f（x）=f（f（x1），f（x2），f（x3），f（x4））（1），即得出總評定成績S =f（x）+lt （2）。

設定原始正確速報結(jié)果為標準答案，提取其地震要素，經(jīng)過上述特征序列運算，得出答案特征序列值，即地震特征唯一指紋。

系統(tǒng)運行時，收集速報員當次地震分析定位計算出的地震要素，經(jīng)過同樣的特征序列運算，得出當次地震速報特征序列值，即當次地震速報的唯一特征指紋值。與計算出的標準答案指紋值對比，其匹配度即為本次速報的震相交匯正確性，加上速報耗時加權(quán)值lt，即得出本次速報的速報員總評成績。

具體過程：服務端從地震速報答案文件中提取地震要素經(jīng)過速報評價模塊的特征序列運算，得出地震標準答案的指紋特征值，附加在地震信息結(jié)構(gòu)體中，推送到客戶端。

客戶端首先提取震相結(jié)果，經(jīng)過速報評價模塊的特征序列運算，生成了本次地震速報的指紋特征值，與服務器發(fā)送過來的標準答案特征值進行匹配度計算，得出震相匹配評價分數(shù)。

而后提取本次速報耗時，根據(jù)速報管理規(guī)定，進行加權(quán)處理，得出最終速報總成績，如圖2。

2.3 速報過程控制算法實現(xiàn)

在模擬地震速報的過程中，需要設計一套整體控制算法，全過程監(jiān)控速報員速報程度，以及速報結(jié)果的傳遞和正確性判研。在本系統(tǒng)中，設計了速報過程控制算法。

首先在控制端進行模擬速報地震事件選取，模擬演習地震觸發(fā)時間設置，在服務端進行信息封裝，以加密結(jié)構(gòu)體的方式推送到客戶端，客戶端設計輪循接收模塊接收該加密結(jié)構(gòu)信息。在算法中設計輪循間隙時間為1秒。

當包含時間戳的地震觸發(fā)結(jié)構(gòu)體到達客戶端后，客戶端檢測時間戳與本地時間差異，如果符合要求，則觸發(fā)報警，初始化波形接收。速報員這時可以接收地震事件波形，并調(diào)用MSDP分析軟件，進行地震分析定位。