國家地震速報備份系統(tǒng)的部署與運(yùn)行＊

吳永權(quán) 黃文輝 康 英 沈玉松 吳叔坤 劉 軍 蘇柱金 葉繁英

（廣東省地震局監(jiān)測中心，廣州510070）

國家地震速報備份系統(tǒng)的部署與運(yùn)行＊

吳永權(quán) 黃文輝 康 英 沈玉松 吳叔坤 劉 軍 蘇柱金 葉繁英

（廣東省地震局監(jiān)測中心，廣州510070）

國家地震速報備份系統(tǒng)是由中國地震局出資，在廣東省地震臺網(wǎng)中心建設(shè)的一套全自動地震速報系統(tǒng)。本文介紹了國家地震速報備份系統(tǒng)的職責(zé)、系統(tǒng)架構(gòu)、主要功能模塊、系統(tǒng)工作原理、部署情況與臺網(wǎng)規(guī)模，分析了系統(tǒng)2009—2010年運(yùn)行兩年來的工作情況，并對系統(tǒng)自動產(chǎn)出的地震定位結(jié)果進(jìn)行初步的統(tǒng)計與比較，對系統(tǒng)運(yùn)行的總體效果給予了初步評價。

國家地震速報備份系統(tǒng)；JOPENS系統(tǒng)；部署；運(yùn)行效果

引言

根據(jù)中國地震局監(jiān)測預(yù)報司 “關(guān)于建設(shè)國家地震速報功能備份系統(tǒng)的通知”（中震測函［2008］249號）要求，在廣東省地震臺網(wǎng)中心建立“國家地震速報備份系統(tǒng)”（以下簡稱：“速報備份系統(tǒng)”），系統(tǒng)安裝一套由廣東省地震局開發(fā)的全球地震自動定位軟件，負(fù)責(zé)自動測定發(fā)生在全球范圍的地震，并提供自動測定結(jié)果的速報信息服務(wù)?！八賵髠浞菹到y(tǒng)”2008年6月開始立項，2008年12月建設(shè)完成開始試運(yùn)行，2009年6月通過驗收正式運(yùn)行。本文旨在介紹“速報備份系統(tǒng)”的職責(zé)、架構(gòu)、主要功能、工作原理與部署情況，對系統(tǒng)產(chǎn)出的地震定位結(jié)果進(jìn)行初步統(tǒng)計分析，以此作為對系統(tǒng)運(yùn)行近兩年來的一個階段性總結(jié)，為系統(tǒng)以后的運(yùn)行與完善提供參考。

1 國家地震速報備份系統(tǒng)的職責(zé)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和信息化程度的提高，突發(fā)重大事件的信息傳播速度越來越快，像某地發(fā)生地震這種大量群眾能直接感受到的重大公共事件，信息傳播速度會更快。汶川大地震以后，社會各界和政府對地震信息越來越重視，這也對地震部門進(jìn)行地震速報的時效性、可靠性提出了更高的要求?！八賵髠浞菹到y(tǒng)”是中國地震局為了適應(yīng)新形勢下地震速報工作的發(fā)展需要，進(jìn)一步提高全國地震速報的自動化程度，從而提高地震速報的時效性與可靠性而建立的地震自動速報系統(tǒng)。中國地震局在中震測函［2008］249號文件里，明確規(guī)定了“速報備份系統(tǒng)”的職責(zé)是負(fù)責(zé)國內(nèi)M≥4.0、國外M≥5.0級地震參數(shù)的自動產(chǎn)出并上傳至國家地震臺網(wǎng)中心；承擔(dān)國內(nèi)M≥5.0、周邊M≥6.0、國外M≥7.0級地震自動速報信息的短信服務(wù)。

目前“速報備份系統(tǒng)”已經(jīng)能夠在震后快

速將地震速報信息發(fā)送到國家地震臺網(wǎng)中心的EQIM服務(wù)器、中國地震局領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)機(jī)構(gòu)人員的手機(jī)上。除履行中國地震局規(guī)定的職責(zé)外，我們還積極拓展系統(tǒng)的功能，建立了“速報備份系統(tǒng)”的網(wǎng)站，能夠在網(wǎng)頁上顯示系統(tǒng)測定的地震參數(shù)，在Google地圖上顯示地震分布圖等。系統(tǒng)自2009年6月正式運(yùn)行以來，取得了很好的運(yùn)行效果，地震速報信息發(fā)布快速而準(zhǔn)確，滿足了社會各界在震后快速獲取地震信息的需求，為政府部門快速啟動地震應(yīng)急措施爭取了時間。例如，在2009年9月30日印尼蘇門答臘南部7.7級、2010年4月14日青海玉樹7.1級、2011年3月11日日本9.0級等造成重大破壞的地震發(fā)生后，“速報備份系統(tǒng)”均能在震后3～5分鐘內(nèi)快速準(zhǔn)確地測定出地震參數(shù)，發(fā)出地震速報信息。

2 國家地震速報備份系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

“速報備份系統(tǒng)”是在地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)JOPENS的基礎(chǔ)上開發(fā)建立的全球地震自動定位處理系統(tǒng)。它的系統(tǒng)架構(gòu)與JOPENS系統(tǒng)的架構(gòu)一致，均是采用基于中間件技術(shù)的多層分布式系統(tǒng)架構(gòu)（圖1）?！八賵髠浞菹到y(tǒng)”由多個軟件模塊組成，包括數(shù)據(jù)流服務(wù)SSS、震相自動檢測RTS－PICK、地震自動定位RTS－LOC、中間服務(wù)JBOSS、數(shù)據(jù)庫DB、自動EQIM速報、TraceView顯示、地震信息發(fā)送、P波S波走時模擬、自動歸檔、自動速報結(jié)果Web網(wǎng)頁顯示等模塊。各模塊均可以分開部署到不同的計算機(jī)上以獨(dú)立的進(jìn)程運(yùn)行。除少數(shù)幾個模塊由于需要傳輸大量波形數(shù)據(jù)而采用直接連接之外，其余模塊之間通過JBOSS上的ActiveMQ消息中間件傳遞消息，有效地降低了軟件模塊之間的耦合關(guān)系［1］。

雖然“速報備份系統(tǒng)”由眾多軟件模塊組成，但是按照軟件的功能屬性，我們可以把系統(tǒng)劃分為4個子系統(tǒng)，分別是實時數(shù)據(jù)流服務(wù)子系統(tǒng)、地震自動定位子系統(tǒng)、地震自動速報信息發(fā)布子系統(tǒng)、地震自動速報信息顯示子系統(tǒng)等［2］。下面將分別介紹這4個子系統(tǒng)的功能和軟件模塊構(gòu)成。

2.1 實時數(shù)據(jù)流服務(wù)子系統(tǒng)

圖1 國家地震速報備份系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

實時數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)流服務(wù)SSS模塊組成，負(fù)責(zé)為“速報備份系統(tǒng)”獲取分布于全球各地的地震臺站實時觀測數(shù)據(jù)流，形成一個虛擬的全球地震觀測臺網(wǎng)。由于全國

各省級地震臺網(wǎng)已經(jīng)將各自所屬的地震臺站實時數(shù)據(jù)發(fā)送到中國地震臺網(wǎng)中心，系統(tǒng)的SSS流服務(wù)可以從中國地震臺網(wǎng)中心的流服務(wù)獲取全國地震臺站的實時數(shù)據(jù)。美國地震學(xué)聯(lián)合研究會（IRIS）的波形數(shù)據(jù)服務(wù)器上已經(jīng)匯集了幾百個國際數(shù)據(jù)共享臺站的實時數(shù)據(jù)，這些臺站分布于全球各地，對測定發(fā)生在境外的地震參數(shù)非常有用，因此，我們開發(fā)了能從IRIS的波形數(shù)據(jù)服務(wù)器上獲取實時數(shù)據(jù)的接口程序Seedlink，讓它負(fù)責(zé)獲取國際數(shù)據(jù)共享臺站的實時數(shù)據(jù)，并發(fā)送給“速報備份系統(tǒng)”的流服務(wù)。另外，中國援助印尼建設(shè)了地震臺網(wǎng)，因此，我們可以通過Internet從印尼地震臺網(wǎng)的流服務(wù)器上獲取印尼臺站的實時數(shù)據(jù)。這些國際地震臺站與國內(nèi)地震臺站的實時數(shù)據(jù)匯集以后，一起提供給地震自動定位子系統(tǒng)使用。圖2示出實時數(shù)據(jù)流服務(wù)子系統(tǒng)的原理。

圖2 實時數(shù)據(jù)流服務(wù)子系統(tǒng)的原理示意圖

2.2 地震自動定位系統(tǒng)

地震自動定位子系統(tǒng)由RTS－PICK震相檢測、RTS－LOC地震定位、DB數(shù)據(jù)庫、JBOSS服務(wù)等模塊組成。它是“速報備份系統(tǒng)”的核心部分，負(fù)責(zé)實時檢測系統(tǒng)記錄到的全球各地地震，并自動測定出地震的基本參數(shù)。RTS－PICK模塊能自動處理流服務(wù)器收集到的地震臺站實時數(shù)據(jù)，采用帶通濾波器進(jìn)行濾波、利用儀器的傳遞函數(shù)進(jìn)行仿真，采用STA/LTA算法進(jìn)行觸發(fā)位置檢測、震相到時估計，從而拾取震相。RTSLOC模塊對RTS－PICK拾取的震相采用Beams震相組合算法進(jìn)行組合與篩選，用LocSAT定位算法進(jìn)行地震定位，最后自動量取最大振幅計算震級，從而完成地震參數(shù)的自動測定。RTS－LOC還具有定位管理功能，能利用自動定位的臺站數(shù)、殘差、空隙角、震相數(shù)等質(zhì)量參數(shù)對定位結(jié)果進(jìn)行過濾，確認(rèn)定位結(jié)果可靠時發(fā)出觸發(fā)警報、發(fā)送自動處理結(jié)果。定位完成后，自動定位系統(tǒng)能截取地震波形和震相數(shù)據(jù)，用地震發(fā)震時刻和震級等參數(shù)做事件的ID，把地震事件自動截取存入數(shù)據(jù)庫。地震自動定位系統(tǒng)各模塊之間的消息通訊采用JBOSS的異步消息傳輸機(jī)制，簡化模塊之間的耦合關(guān)系［3］。該系統(tǒng)的工作原理見圖3。

圖3 自動定位子系統(tǒng)的原理示意圖

2.3 地震自動速報信息發(fā)布系統(tǒng)

地震自動速報信息發(fā)布系統(tǒng)由自動EQIM速報、地震短信發(fā)送、DB數(shù)據(jù)庫、JBOSS服務(wù)等模塊組成。它負(fù)責(zé)對系統(tǒng)自動測定的地震參數(shù)信息進(jìn)行篩選，符合條件的信息就發(fā)送給地震速報信息交換共享系統(tǒng)（EQIM），由此發(fā)送給登記在冊的用戶手機(jī)。地震自動速報信息發(fā)布系統(tǒng)通過“MAS移動代理服務(wù)器”給用戶發(fā)送手機(jī)短信。短信發(fā)布前需要經(jīng)過發(fā)送條件過濾，只給符合發(fā)送條件的用戶發(fā)送信息。發(fā)布完成后自動形成發(fā)送報告，記錄地震信息短信發(fā)送的情況，包括發(fā)送內(nèi)容、發(fā)送成功名單、發(fā)送失敗名單，使得系統(tǒng)管理員可以手工對發(fā)送失敗名單重新發(fā)送。

地震自動速報信息發(fā)布系統(tǒng)具有一個智能化的策略管理模塊，能為用戶分級和分組，設(shè)置個性化的信息接收條件，能在數(shù)據(jù)庫中存儲用戶姓名、組別、優(yōu)先級、手機(jī)號碼、接收條件等信息。用戶可以根據(jù)需求定制接收特定區(qū)域和特定震級大小的地震信息。可選的定制條件有震中位置范圍、震級范圍、發(fā)送優(yōu)先級、用戶組別等，其中震中位置范圍能和地圖數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，除可以用經(jīng)緯度設(shè)定外，還可以根據(jù)行政區(qū)劃來設(shè)定。地震自動速報信息發(fā)布系統(tǒng)發(fā)送信息前，會先從數(shù)據(jù)庫中調(diào)入所有用戶的信息，把地震速報參數(shù)與用戶的接收條件對比，篩選出符合條件的用戶，再根據(jù)用戶的分級分組進(jìn)行發(fā)送，保證用戶及時收到關(guān)心區(qū)域的地震信息，又不必被其他區(qū)域的地震信息打擾。

2.4 地震自動速報信息顯示系統(tǒng)

地震自動速報信息顯示系統(tǒng)由TraceView顯示、P波S波走時模擬、自動速報結(jié)果Web網(wǎng)頁、JBOSS服務(wù)、DB數(shù)據(jù)庫等模塊組成，它負(fù)責(zé)通過多種方式顯示備份系統(tǒng)自動測定地震參數(shù)的過程和測定結(jié)果（圖4）。TraceView顯示模塊能顯示備份系統(tǒng)接收到所有臺站的數(shù)據(jù)波形，并在波形上標(biāo)注RTS－PICK模塊檢測到的震相位置。當(dāng)有地震發(fā)生時，TraceView模塊能按照臺站震中距由近及遠(yuǎn)地自動排列顯示臺站的順序。P波S波走時模擬模塊在地震發(fā)生后，能在地圖上動態(tài)模擬顯示出當(dāng)前時間下該地震P波和S波的走時情況。自動速報結(jié)果顯示W(wǎng)eb網(wǎng)頁掛載在JBOSS服務(wù)上，與備份系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)，能為用戶提供遠(yuǎn)程Web訪問服務(wù)。該網(wǎng)頁能與Google Earth

服務(wù)器連接，把備份系統(tǒng)自動測定的地震事件顯示在Google地圖相應(yīng)的位置上，并能顯示各事件的基本參數(shù)、定位質(zhì)量參數(shù)、參與定位的震相數(shù)據(jù)等詳細(xì)資料。任何用戶都可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)訪問備份系統(tǒng)的Web網(wǎng)頁，獲取備份系統(tǒng)自動測定的地震基本參數(shù)和事件列表［4］。

圖4 地震自動速報信息顯示系統(tǒng)原理示意圖

3 國家地震速報備份系統(tǒng)的部署

“速報備份系統(tǒng)”是模塊化分布式系統(tǒng)，系統(tǒng)的每個功能模塊都能以獨(dú)立進(jìn)程運(yùn)行，因此，我們根據(jù)各模塊的功能屬性把軟件模塊分為核心部分和輔助部分來分開部署（圖5）。

圖5 “速報備份系統(tǒng)”部署情況示意圖

核心部分有核心服務(wù)器和事件管理服務(wù)器兩臺服務(wù)器。核心服務(wù)器是一臺高性能的服務(wù)器，部署有流服務(wù)模塊（SSS）、震相拾取模塊（RTS－PICK）、地震自動定位模塊（RTS－LOC）、自動EQIM速報模塊、數(shù)據(jù)庫模塊（DB）、JBOSS模塊等軟件。核心服務(wù)器軟件模塊的功能如下：SSS負(fù)責(zé)國內(nèi)及國際臺站實時數(shù)據(jù)流的匯集與傳輸，組成一個虛擬全球地震臺網(wǎng)；RTS－PICK和RTSLOC負(fù)責(zé)自動測定地震參數(shù)，并將結(jié)果提交到數(shù)據(jù)庫存儲；自動EQIM速報模塊負(fù)責(zé)將地震自動定位的結(jié)果發(fā)送到EQIM系統(tǒng)上；DB負(fù)責(zé)存儲實時波形數(shù)據(jù)、臺站參數(shù)、自動定位系統(tǒng)截取的地震事件數(shù)據(jù)、地震震相數(shù)據(jù)和地震定位結(jié)果信息等。地震事件目錄管理數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)管理地震事件目錄。由于一個地震事件的多次定位修正可能會生成同一事件的多條地震目錄，因此專拿一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行過濾，存放唯一的事件目錄以供Web服務(wù)器顯示，避免出現(xiàn)由于一個地震事件顯示多條記錄而誤導(dǎo)公眾的情況。

輔助部分由處理結(jié)果顯示、實時波形顯

示、處理結(jié)果發(fā)布3臺工作站組成，部署有TraceView實時波形顯示模塊、MSDP模塊、自動速報短信發(fā)送模塊等軟件，負(fù)責(zé)完成地震自動速報信息顯示子系統(tǒng)的所有功能。

4 國家地震速報備份系統(tǒng)的運(yùn)行

4.1 運(yùn)行處理的臺站數(shù)量

“速報備份系統(tǒng)”從2009年7月底完成驗收正式運(yùn)行以來，獲取了國內(nèi)各省區(qū)大部分的測震臺站的實時數(shù)據(jù)，數(shù)量為849個，從美國IRIS的實時數(shù)據(jù)服務(wù)器上獲取了全球地震臺網(wǎng)214個（含10個CDSN臺）地震臺站實時數(shù)據(jù)，從印尼地震臺網(wǎng)獲取了112個印尼地震臺站數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。圖6、圖7分別示出“速報備份系統(tǒng)”的國內(nèi)和國際地震臺站分布情況。

圖6 “速報備份系統(tǒng)”使用的國內(nèi)臺站分布圖

圖7 “速報備份系統(tǒng)”使用的國際臺站分布圖

4.2 國家地震速報備份系統(tǒng)運(yùn)行效果

“速報備份系統(tǒng)”能在震后1min開始初步定位，但不測定震級。隨著系統(tǒng)檢測到的震相信息越來越多，震后3min內(nèi)準(zhǔn)確測定震中位置和震級等參數(shù)，3min之后能不斷利用新檢測到的震相信息修定地震參數(shù)?！八賵髠浞菹到y(tǒng)”自正式運(yùn)行以來，能穩(wěn)定地為用戶提供國內(nèi)M4.0以上、國外M5.0以上的地震事件自動速報服務(wù)。截至2010年底已經(jīng)自動速報了1 000個以上地震事件，我們從中隨機(jī)抽取了近600個國內(nèi)M4.0以上的事件、國外近200個M6.0以上事件做樣本進(jìn)行自動速報時間、震中位置誤差、震級誤差等指標(biāo)的統(tǒng)計分析。速報速度方面，發(fā)現(xiàn)“速報備份系統(tǒng)”對國內(nèi)及周邊地區(qū)的地震事件速報的平均時間為震后3.5min，國外地震事件平均速報時間為震后11min；位置誤差方面，我們發(fā)現(xiàn)這些事件的震中位置誤差基本在50km以內(nèi)，位置誤差與臺站密度和震級有關(guān)，國外地震的位置誤差比國內(nèi)地震的誤差大，震級小的地震比震級大的地震位置誤差大；震級誤差方面，大部分地震事件的震級誤差在M0.3以內(nèi)，震級較小的事件震級誤差反而比較大，這可能是由于我們自動計算震級時使用的是初至P頭那一段數(shù)據(jù)，而對震級較小的事件，那段數(shù)據(jù)振幅通常比較小，容易受到背景噪聲的影響。我們還把這些事件樣本與國內(nèi)外同時期官方正式發(fā)布的地震觀測目錄進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)“速報備份系統(tǒng)”對國內(nèi)M5.0以上地震的觸發(fā)率達(dá)到97%以上，對國外M6.0以上地震的觸發(fā)率達(dá)到91%以上。部分事件未能觸發(fā)是由于數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，部分臺站信號未能正常接收，特別是通過Internet下載的國際共享臺站信號時有中斷。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時有一些區(qū)域的臺站信號中斷，導(dǎo)致臺站密度降低，系統(tǒng)未能準(zhǔn)確觸發(fā)?！八賵髠浞菹到y(tǒng)”詳細(xì)的誤差分析與評估，我們已有專文進(jìn)行論述。

5 結(jié)論

“速報備份系統(tǒng)”在廣東省地震臺網(wǎng)中心部署運(yùn)行以來，取得了良好的運(yùn)行效果，在多次破壞性地震中快速準(zhǔn)確地速報了地震信息。實踐表明系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、自動速報速度快、自動測定結(jié)果精度高、全自動智能運(yùn)行等特點(diǎn)，而且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，達(dá)到了國際上地震自動速報系統(tǒng)的先進(jìn)水平。當(dāng)然，系統(tǒng)也還存在一些問題，例如在處理一些非常極端情況的地震時，還有可能出現(xiàn)誤觸發(fā)、漏觸發(fā)的情況。比如一個較大地震發(fā)生后，受大震后尾波的影響，大震后幾分鐘內(nèi)發(fā)生的余震或異地地震都可能會漏觸發(fā)；又比如在很短的時間間隔內(nèi)，臺網(wǎng)同時記錄到發(fā)生在不同地區(qū)的兩個地震，這兩個地震波互相疊加影響，可能會造成系統(tǒng)誤觸發(fā)等。今后我們將在這方面投入更多精力開發(fā)，提高系統(tǒng)處理復(fù)雜情況的能力，從而提升系統(tǒng)的可靠性。

（作者電子信箱，吳永權(quán)：wyq＠gddsn.org.cn）

［1］吳永權(quán)，黃文輝.數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)JOPENS的架構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn).地震地磁觀測與研究，2010，31（6）：58－63

［2］廣東省地震監(jiān)測中心.國家地震速報備份系統(tǒng)設(shè)計方案，2008

［3］廣東省地震監(jiān)測中心.地震自動定位系統(tǒng)技術(shù)文檔，2008

［4］廣東省地震監(jiān)測中心.數(shù)字地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)JOPENS技術(shù)文檔，2007

Deployment and performance of China National Automatic Earthquake Location System

Wu Yongquan，Huang Wenhui，Kang Ying，Shen Yusong，Wu Shukun，Liu Jun，Su Zhujin，Ye Fanying
（Earthquake Administration of Guangdong Province，Guangzhou 510070，China）

China National Automatic Earthquake Location System was established in the Seismic Networks Center of Guangdong Province under the auspices of CEA.The authors describe here the responsibility，framework，main function，operating principle，deployment and network scale of the System.We also summarize its performance and analyze the earthquake location results of the System during its operation in 2009—2010.

National Automatic Earthquake Location System；JOPENS system；deployment；p erformance

P315.71；

A；

10.3969/j.issn.0235－4975.2011.12.007

2011－04－20；

2011－05－21。

廣東省科技計劃項目“地震預(yù)警與自動速報技術(shù)研發(fā)［20090308］”資助。