成都市地震預警試驗臺網建設與討論

徐水森，鄭松林

(成都市防震減災局，四川 成都 610042)

1 成都市地震預警試驗臺網概述

成都市地震預警試驗臺網在成都市地震烈度速報臺網的基礎上，通過新建57個地震臺，對臺網系統(tǒng)處理軟件進行升級改造后建設而成。成都市地震預警試驗臺網完全與成都市地震烈度速報臺網的數(shù)據和功能相兼容，進一步提高了成都市地震烈度臺網地震定位的準確性和時效性，并具備地震災害報警(預警)功能。該臺網的建成提高了成都市地震災害信息的獲取能力和地震應急響應能力，為成都市委、市政府抗震救災快速決策提供科學依據。該臺網于2013年1月建成并投入運行，使成都市首次具有地震烈度速報和地震災害報警(預警)的能力，還可以及時發(fā)出地震災害報警(預警)信息，為有關人員提供地震預警信息服務，從而提高了成都市防震減災服務社會能力。成都市地震預警試驗臺網于2011年5月立項建設，新建了57個地震預警監(jiān)測臺和一個地震預警中心，2012年9月完成土建工程，2012年12月完成設備的安裝與系統(tǒng)調試，2013年1月投入試運行，經過了一段時間的運行，成都市地震預警試驗臺網系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。于2013年5月正式通過驗收。

2 預警臺網系統(tǒng)設備配置

2.1 地震預警臺站設備

地震預警臺網由57個監(jiān)測臺和1個數(shù)據處理中心組成。各臺站均采用相同型號MEMS儀器設備:MH-100地震烈度儀、CDMA2000無線3G通信卡、專用電源、電源避雷器、機柜等。臺網將臺站加速度計的監(jiān)測數(shù)據實時傳輸至臺網中心。加速度計與數(shù)采實現(xiàn)一體化設計，臺站采取了有效的三級避雷措施:對入戶市電采取第一級避雷、臺站儀器供電系統(tǒng)前端采取二級避雷和采用帶避雷功能的供電電源，所以具有很強的抗雷擊能力，2013年全年57個監(jiān)測臺無雷擊事件發(fā)生。臺站供電系統(tǒng)由市電線路和蓄電池組組成，當采用市電供電時，蓄電池組處于充電狀態(tài);當市電斷電時，供電系統(tǒng)自動切換為蓄電池組供電，蓄電池組的持續(xù)供電時間長于15天。臺站地震等信號的傳輸方式采用CDMA2000無線3 G通信方式，其性價比較高。臺網的地面震動監(jiān)測設備為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)測設備的標定、實時波形和觸發(fā)正常。根據MEMS三分向加速度傳感器特征，通過對儀器進行標定，即輸入標準方波，觀察其輸出波形，從輸出波形可以看出，儀器的輸出對應了輸入的方波，滿足了系統(tǒng)特性要求。臺站實時觀測波形圖在正常觀測環(huán)境下，其地脈動三分向峰值加速度均小于1毫伽，遠遠小于儀器設置所要求的值，MEMS三分向加速度傳感器屬低放大倍率，這些技術性能達到預期設計要求。對預警來說，這種性能的儀器完全能滿足地震預警目標。

2.2 地震預警試驗臺網中心

地震預警臺網中心主要由服務器與配套軟件、計算機、人機交互軟件等組成。其功能是將數(shù)據流、數(shù)據庫、WEB服務及烈度速報圖生成地震災害報警(預警)信息并進行推送發(fā)布。具體來講，臺網中心系統(tǒng)由數(shù)據流、命令、報警服務器、地震災害報警(預警)發(fā)布、烈度速報服務器、波形數(shù)據、烈度數(shù)據庫服務器及相關服務器的相應軟件系統(tǒng)等構成。此外，硬件部分包括數(shù)據存儲、處理、遠程控制終端設備，含有操作、控制、展示終端、移動存儲設備、監(jiān)控系統(tǒng)等。臺網中心在軟件設計上考慮到了兼容、升級原有地震烈度速報系統(tǒng)，編制了實時地震災害報警(預警)軟件系統(tǒng)。臺網中心的三套服務器分別為數(shù)據流、命令、報警服務器;地震災害報警(預警)發(fā)布、烈度速報服務器、波形數(shù)據及烈度數(shù)據庫服務器。三套服務器均采用雙機雙系統(tǒng)備份工作方式，確保實時地震烈度速報臺網數(shù)據和地震預警信息的接收、監(jiān)測和處理的安全。

3 預警臺站建設和臺網系統(tǒng)運行

成都市地震預警試驗臺網臺站的建設有如下幾項要求或措施。一是要求臺間距小于10 km，臺站的密度要求為每100 km2設1個臺;二是每個臺的房屋結構設計成框架式，沒有窗，只有排氣孔;臺站的各房屋面積為11 m2;三是房屋內設有標準儀器墩。使臺網系統(tǒng)能夠在震后7 s內快速響應并發(fā)出地震災害報警(預警)信息;設計報警(預警)盲區(qū)小于25 km;定位誤差小于7 km;報警(預警)倒計時誤差小于2 s;最終震級測定誤差控制在1級以內。至2012年9月共完成57個臺站的建設。房屋土建工程完成后，立即進行儀器安裝與調試，于2012年12月完成了所有設備的安裝與調試，2013年1月投入試運行。

自2013年1月1日投入試運行以來，該臺網系統(tǒng)實現(xiàn)了人性化設計、界面友好、系統(tǒng)功能完善、實用等功能。數(shù)據處理系統(tǒng)實現(xiàn)自動化，無需人工干預。對于在臺網內及臺網周邊發(fā)生的3級以上地震，系統(tǒng)沒有發(fā)生漏報、誤報事件，達到地震預警目標。具體來講，各臺站核心設備(加速度儀、專用電源、一體化數(shù)采等)運行正常，沒有出現(xiàn)設備損壞。非核心設備，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，之后及時進行備件更換。總體來說，臺站的平均運行率達98.78%，能夠滿足地震災害報警(預警)和地震烈度速報的要求。臺網中心硬件設備運行正常，軟件系統(tǒng)沒有出現(xiàn)死機、系統(tǒng)崩潰等故障，軟硬設備連續(xù)運行率達到100%。成都市地震預警試驗臺網獨立運行，采用成都高新減災研究所研發(fā)的ICL地震預警技術系統(tǒng)。從2013年1月1日至10月31日的300天中，臺網共監(jiān)測到需預警的2.5級以上地震500多次，其中包括成功預警破壞性地震4次，每次都由實際地震觸發(fā)，沒有誤觸發(fā)和漏報的情況發(fā)生，100%成功預警。

表1 地震監(jiān)測臺站2013年1～10月運行狀況統(tǒng)計

表2 臺網對于2013年1～10月4次破壞性地震震級統(tǒng)計

4 預警案例簡介

成都地震預警臺網內地震預警案例一。2013年4月8日07時51分28秒，在四川崇州發(fā)生M3.6級地震，系統(tǒng)測定的地震參數(shù)如下:發(fā)震時刻07時51分28秒;震中30.76°N，103.34°E;預警震級(M)3.8級。系統(tǒng)在第7秒時發(fā)出第3報預警信息，其預警震級為3.8級，發(fā)震時刻為07時51分28秒，震中位置為30.47°N，103.19°E。震后4分鐘時系統(tǒng)自動生成地震烈度速報圖。

成都地震預警臺網周邊地震預警案例二。2013年3月9日20時23分56秒，在四川汶川發(fā)生M4.2級地震，系統(tǒng)測定的地震參數(shù)如下:發(fā)震時刻20時23分56秒，震中31.35°N，103.50°E，預警震級(M)4.2級。成都地震預警臺網發(fā)出的第5報地震預警信息:震級為4.2級，發(fā)震時刻為20時23分56秒，震中位置為31.35°N，103.50°E。震后4分鐘系統(tǒng)自動生成地震烈度速報圖。

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

5 討論

通過分析思考臺網在試運行期間的狀況，系統(tǒng)還存在如下幾個問題:(1)地震烈度儀采用的是CDMA2000通信方式，由于個別臺站的電信3G信號較弱，存在設備通信狀態(tài)時斷時續(xù)的現(xiàn)象，由此，臺站運行率受到影響;(2)部分監(jiān)測臺站使用空氣開關過多，臺站供電系統(tǒng)有時會因為負載或供電電壓波動而出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，導致設備斷電，影響連續(xù)率。對此采取的解決辦法如下:對于3G信號較弱的臺站，采用GSM通信方式，從而保證了通信正常;針對部分臺站供電經常跳閘的問題，相應減少臺站內空氣開關的配置數(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)產生的人為斷電情況，提高供電的穩(wěn)定性。

采用ICL地震預警系統(tǒng)的成都地震預警臺網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，近1年的系統(tǒng)運行，該臺網沒有發(fā)生誤觸發(fā)事件。

防雷技術的合理利用是成都地震預警試驗臺網正常運行的重要保證。每個地震預警臺站都具有很強的抗雷擊能力，2013年全年該臺網57個子臺無雷擊事件發(fā)生。關鍵是臺站采取了三級避雷措施，對入戶市電采取第一級避雷、臺站儀器供電系統(tǒng)前端采取二級避雷和采用帶避雷功能的浮充電供電電源。臺站供電方式由市電和蓄電池組輪流供電，不對儀器直供市電，從而提高了臺網的運行率。建設標準化臺站時參考國家強震臺網建設規(guī)范，結合實際進行標準化建設，包括臺站土建，用一種型號的加速度計等。減少儀器故障率。使用加速度計、數(shù)據采集器和通信方式的一體化設計，減少連接線，從而減少儀器故障率和差錯率?？s小預警盲區(qū)。利用單臺或多臺融合式定位技術，節(jié)省計算與處理時間，盲區(qū)半徑縮小至25千米，從而有效減小預警盲區(qū)。實現(xiàn)了地震預警服務社會功能。開展特定場所地震預警應對策略和措施研究，實現(xiàn)面向社會和人員密集場所、重大工程行業(yè)的地震預警信息應用，面向公眾開展電視地震預警和智能手機地震預警信息接收應用，并在成都市20多所學校、2個政府辦公大樓、2個社區(qū)以及1個燃氣廠和1個精密制造廠進行試驗應用，受到大家歡迎。尤其是在手機上的應用更受歡迎，目前，已有超過5萬名志愿者通過網絡注冊手機接收地震預警服務信息。研發(fā)了地震預警信息自動推送軟件系統(tǒng)。實現(xiàn)了智能手機接收地震預警信息功能，信息的倒計時播報功能;并開發(fā)了智能手機接收地震預警信息的GPS自動跟蹤功能。研發(fā)了地震預警信息自動接收終端，實現(xiàn)信息的倒計時播報功能。

成都市地震預警試驗臺網通過近1年的運行，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，對網內2.5級以上地震全部進行了預警，沒有出現(xiàn)誤報、虛報和漏報情況。