地震預(yù)警信息發(fā)布時(shí)延分析

何 凱 杜瑞林 魏貴春 戴 苗 董彥君 侯健民

1 湖北省地震局，武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，430071 2 中國(guó)地震局地震研究所(地震預(yù)警湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)，武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，430071 3 中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京市南橫街5號(hào)，100045

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地震預(yù)警信息發(fā)布時(shí)延分析

何 凱1, 2杜瑞林1, 2魏貴春1,2戴 苗1,2董彥君1,2侯健民3

1 湖北省地震局，武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，430071 2 中國(guó)地震局地震研究所(地震預(yù)警湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)，武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，430071 3 中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京市南橫街5號(hào)，100045

對(duì)地震預(yù)警信息發(fā)布時(shí)延作調(diào)研后認(rèn)為，預(yù)警接收終端的發(fā)布時(shí)延小于1 s；廣播、電視發(fā)布時(shí)延為幾s；互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布(新媒體、手機(jī)APP、第三方平臺(tái)推送)時(shí)效性受并發(fā)量影響，在千萬(wàn)級(jí)用戶時(shí)發(fā)布時(shí)延是30～40 s。因此，應(yīng)采用分區(qū)域分級(jí)發(fā)布策略，以提高發(fā)布時(shí)效。以汶川地震為例，針對(duì)社會(huì)公眾發(fā)布預(yù)警信息的時(shí)效分析結(jié)果表明，在首臺(tái)觸發(fā)3～4 s內(nèi)開(kāi)始發(fā)布預(yù)警信息，震中20～50 km范圍內(nèi)95%以上的網(wǎng)民有1～7 s的預(yù)警時(shí)間，而破裂最大區(qū)域(北川)95%以上的網(wǎng)民將獲得30 s以上的預(yù)警時(shí)間。

地震預(yù)警；信息發(fā)布時(shí)延；新媒體

1 基本概念

1.1 地震預(yù)警

地震預(yù)警是利用電磁波傳播速度遠(yuǎn)大于地震動(dòng)傳播速度以及破壞性地震波(S波或面波)的傳播速度小于破壞性較小的P波速度的原理，在地震發(fā)生后，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)確定地震基本參數(shù)或直接估計(jì)預(yù)警目標(biāo)區(qū)的地震動(dòng)和破壞程度，在破壞性地震波到來(lái)前，對(duì)可能破壞區(qū)發(fā)出地震警報(bào)。根據(jù)震中距不同，地震預(yù)警系統(tǒng)可以提供幾s、十幾s甚至幾十s的預(yù)警時(shí)間，使人們可以采取緊急避險(xiǎn)措施，減少人員傷亡[1-3]。

1.2 地震預(yù)警信息發(fā)布時(shí)延

假設(shè)理論預(yù)警時(shí)間為地震預(yù)警信息產(chǎn)出時(shí)刻與破壞性地震波到達(dá)預(yù)警目標(biāo)區(qū)時(shí)刻的時(shí)間差[4-5]:

(1)

式中，Teew理為理論預(yù)警時(shí)間，TS、TP分別為S、P波走時(shí)，Δtd為預(yù)警目標(biāo)區(qū)首臺(tái)P波觸發(fā)后產(chǎn)出地震預(yù)警信息的用時(shí)。則：

(2)

理論預(yù)警時(shí)間沒(méi)有考慮地震預(yù)警信息產(chǎn)出時(shí)刻到用戶接收時(shí)刻的時(shí)間差Δtr，實(shí)際預(yù)警時(shí)間則需要考慮。定義Δtr為地震預(yù)警信息發(fā)布時(shí)延。

2 地震預(yù)警信息的發(fā)布方式

針對(duì)不同類(lèi)型的用戶，地震預(yù)警信息發(fā)布的方式也有所不同：一是通過(guò)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)(地震行業(yè)網(wǎng)、教育網(wǎng)、政務(wù)網(wǎng)等)，利用專(zhuān)用預(yù)警信息接收終端為政府部門(mén)、行業(yè)用戶、企業(yè)用戶發(fā)布預(yù)警信息；二是通過(guò)公共通訊網(wǎng)絡(luò)(互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng))，借助電視、廣播、新媒體等現(xiàn)有發(fā)布方式向社會(huì)公眾發(fā)布預(yù)警信息。

根據(jù)預(yù)警信息發(fā)布的過(guò)程，可將發(fā)布時(shí)延分為3個(gè)階段：緊急地震數(shù)據(jù)處理中心到緊急地震信息發(fā)布中心的時(shí)延T1，緊急地震信息發(fā)布中心到防火墻的時(shí)延T2，防火墻到用戶的時(shí)延T3(圖1)，即

(3)

3 發(fā)布時(shí)延分析

從表1可見(jiàn)，信息發(fā)布時(shí)延的不同主要體現(xiàn)在T3階段，現(xiàn)對(duì)不同發(fā)布方式的時(shí)延進(jìn)行分析。

3.1 專(zhuān)用接收終端發(fā)布時(shí)延

采用ping指令測(cè)試網(wǎng)絡(luò)時(shí)延?？紤]到預(yù)警設(shè)備實(shí)際接入地點(diǎn)和可選入網(wǎng)方式，在咸寧地區(qū)行業(yè)網(wǎng)、教育網(wǎng)、公網(wǎng)和3G、4G無(wú)線通訊4種接入方式下，分別進(jìn)行從服務(wù)器到本地第二代預(yù)警信息接收終端的時(shí)延測(cè)試，每種網(wǎng)絡(luò)方式測(cè)試100臺(tái)次，平均時(shí)延結(jié)果見(jiàn)表2?？梢钥闯觯煌W(wǎng)絡(luò)的時(shí)延具有以下特征：1)行業(yè)網(wǎng)、教育網(wǎng)、政務(wù)網(wǎng)等專(zhuān)業(yè)通訊網(wǎng)的穩(wěn)定性好，發(fā)布時(shí)延Δtr較小，一般在0.42～0.7 s；2)公網(wǎng)等公共通訊網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)較大，受實(shí)時(shí)通訊負(fù)載影響，發(fā)布時(shí)延Δtr在0.41～0.8 s；3)3G、4G無(wú)線通訊網(wǎng)路的穩(wěn)定性較弱，時(shí)延較大，發(fā)布時(shí)延均在0.5～1.0 s。

圖1 地震預(yù)警信息發(fā)布階段時(shí)延Fig.1 The stage delay of releasing the earthquake early warning information

發(fā)布方式網(wǎng)絡(luò)情況推送率/%T1/sT2/sT3/s通訊負(fù)載低通訊負(fù)載高終端喚醒時(shí)延/s信息發(fā)布時(shí)延/s專(zhuān)用接收終端(武漢儀器院第二代預(yù)警信息接收終端)行業(yè)網(wǎng)教育網(wǎng)政務(wù)網(wǎng)950.20.20.02～0.060.04～0.10～0.20.42～0.7公網(wǎng)950.20.20.01～0.070.05～0.20～0.20.41～0.83G、4G950.20.20.1～0.30.2～0.40～0.20.5～1.0

表2 利用新媒體“今日頭條”發(fā)布地震信息時(shí)延統(tǒng)計(jì)

3.2 電視、廣播、新媒體發(fā)布時(shí)延

據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，截至2015年底，廣播聽(tīng)眾達(dá)6.81億，有線電視用戶2.39億戶，而手機(jī)網(wǎng)民規(guī)模達(dá)6.20億，同比增加6 303萬(wàn)人，其中有1.27億人只通過(guò)手機(jī)上網(wǎng)，占整體網(wǎng)民的18.5%。

在對(duì)社會(huì)公眾發(fā)布預(yù)警信息時(shí)，用戶數(shù)量對(duì)預(yù)警信息發(fā)布的影響較大。為高效發(fā)布預(yù)警信息，采用多種渠道(電視、廣播、互聯(lián)網(wǎng)等)進(jìn)行發(fā)布，優(yōu)先推送震中距較小的區(qū)域，由近及遠(yuǎn)，利用手機(jī)的實(shí)時(shí)定位來(lái)保障有針對(duì)性地發(fā)布預(yù)警信息。

據(jù)調(diào)研，廣播實(shí)現(xiàn)解碼延時(shí)小于1 s；電視發(fā)布新聞時(shí)，模擬信號(hào)電視用戶延時(shí)約0.4 s，數(shù)字電視用戶約數(shù)s；新媒體發(fā)布延時(shí)與發(fā)布的用戶量有關(guān)，ios平臺(tái)每秒在10～20萬(wàn)用戶，安卓平臺(tái)每秒在8～20萬(wàn)用戶。以“今日頭條”為例，以它現(xiàn)有的技術(shù)實(shí)現(xiàn)能力，精準(zhǔn)推送時(shí)效如下：數(shù)萬(wàn)用戶在1 s內(nèi)完成推送；幾十萬(wàn)級(jí)用戶在幾s內(nèi)完成推送；百萬(wàn)級(jí)用戶在十幾s內(nèi)完成推送；千萬(wàn)級(jí)用戶在幾十s內(nèi)完成推送(推送時(shí)間由今日頭條測(cè)試后提供)。隨著技術(shù)發(fā)展和針對(duì)性?xún)?yōu)化，推送時(shí)間還將進(jìn)一步縮短。

基于中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)和“今日頭條”目前的技術(shù)對(duì)接方案，以推送地震自動(dòng)速報(bào)結(jié)果為例，分析新媒體在信息發(fā)布中的時(shí)延。具體案例見(jiàn)表3。

表3 利用互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布預(yù)警信息時(shí)延統(tǒng)計(jì)

3.3 案例分析

假設(shè)四川地區(qū)發(fā)生地震，根據(jù)震中位置的不同，預(yù)警的人口數(shù)量隨之變化。圖2是分別按照成都、川西、四川全省平均人口密度計(jì)算得到的四川地區(qū)預(yù)警人口隨震中距離的變化圖(預(yù)警盲區(qū)按17 km考慮)?？梢钥闯?，地震發(fā)生在川西地區(qū)時(shí)，預(yù)警信息服務(wù)人口數(shù)量較少；發(fā)生在省會(huì)成都附近時(shí)，在離震中75 km的范圍內(nèi)需要預(yù)警的人口數(shù)量就超過(guò)1 500萬(wàn)。

圖2 四川地區(qū)預(yù)警人口隨震中距離變化Fig.2 The warning population change with the epicentral distance in Sichuan area

1)互聯(lián)網(wǎng)(新媒體、手機(jī)APP、第三方推送)

以2008-05-12汶川地震為例。按照現(xiàn)在手機(jī)人口熱力圖顯示，在震中距200 km范圍內(nèi)有3 000萬(wàn)手機(jī)人口，其中人口高密度區(qū)域是成都地區(qū)，人口密度超過(guò)4萬(wàn)人/km2。

圖3 汶川地震震中距200 km范圍內(nèi)手機(jī)人口熱力圖Fig.3 Phone population thermodynamic diagram in 200 kilometers of epicentral Wenchuan earthquake

根據(jù)國(guó)家烈度速報(bào)與預(yù)警項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)，重點(diǎn)預(yù)警區(qū)內(nèi)平均臺(tái)間距12 km。在首臺(tái)觸發(fā)3～4 s內(nèi)，數(shù)據(jù)處理得到緊急地震信息并開(kāi)始向外發(fā)布。根據(jù)理論P(yáng)、S波速度6 km/s、3.5 km/s計(jì)算，20～50 km范圍內(nèi)的理論預(yù)警時(shí)間是1～9 s，50～200 km范圍內(nèi)的理論預(yù)警時(shí)間是9～52 s。最大破裂點(diǎn)北川距離初始破裂點(diǎn)120 km，起始破裂S波到達(dá)北川的時(shí)間35 s，理論預(yù)警時(shí)間是30 s，北川實(shí)際開(kāi)始破裂是初始破裂后50 s左右。以北川本地破裂時(shí)間為準(zhǔn)，假設(shè)首臺(tái)觸發(fā)3～4 s開(kāi)始發(fā)布預(yù)警信息，則北川的理論預(yù)警時(shí)間為45 s。

圖4 四川汶川8.0級(jí)地震破裂圖[6]Fig.4 The rupture diagram of Wenchuan earthquake [6]

以今日頭條、騰訊新聞為樣本。目前今日頭條用戶數(shù)量4.5億、騰訊新聞6億用戶，每個(gè)推送平臺(tái)的推送速率大概是20萬(wàn)用戶/s(推送速率由今日頭條、騰訊新聞經(jīng)過(guò)測(cè)試后提供)。地震發(fā)生后可以自動(dòng)判斷影響用戶，根據(jù)震中距分區(qū)域分級(jí)推送信息。根據(jù)平臺(tái)現(xiàn)有推送能力，汶川地震200 km范圍內(nèi)，手機(jī)網(wǎng)民用戶的推送時(shí)延如表3。

分析結(jié)果表明，20～50 km范圍內(nèi)95%以上的手機(jī)網(wǎng)民有0～7 s的預(yù)警時(shí)間，震中距200 km范圍內(nèi)的3 000萬(wàn)網(wǎng)民有充足的預(yù)警時(shí)間，破裂最大區(qū)域(北川)95%以上的網(wǎng)民將獲得30 s以上的預(yù)警時(shí)間。

2)電視、廣播

電視、廣播作為對(duì)社會(huì)公眾發(fā)布預(yù)警信息的方式之一，是對(duì)地震影響全部區(qū)域進(jìn)行預(yù)警信息推送，不同于新媒體、第三方推送、手機(jī)APP等的分區(qū)域分級(jí)推送。電視、廣播的推送時(shí)延通常小于1 s，但預(yù)警信息推送的時(shí)效性受發(fā)震時(shí)間的影響較大。在電視、廣播收視(聽(tīng))高峰期，地震預(yù)警信息推送的時(shí)效性高；而在電視、廣播收視(聽(tīng))低谷期，地震預(yù)警信息推送效率會(huì)很低。

4 結(jié) 語(yǔ)

地震預(yù)警信息發(fā)布時(shí)延分析是地震預(yù)警工程項(xiàng)目可研方案中不可或缺的一部分。本文首先給出地震預(yù)警信息發(fā)布時(shí)延的定義及其主要組成部分。根據(jù)“國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程項(xiàng)目”，對(duì)地震預(yù)警信息用戶進(jìn)行分類(lèi)，如政府部門(mén)、社會(huì)公眾、行業(yè)用戶、企業(yè)用戶。針對(duì)不同用戶，對(duì)不同發(fā)布方式的時(shí)延進(jìn)行分析，其中政府部門(mén)、行業(yè)用戶、企業(yè)用戶的發(fā)布方式較為簡(jiǎn)單，可通過(guò)專(zhuān)用預(yù)警信息接收終端(政務(wù)網(wǎng)、教育網(wǎng)、專(zhuān)網(wǎng))進(jìn)行發(fā)布，預(yù)警信息發(fā)布時(shí)延均小于1 s，可以作為主要發(fā)布方式。對(duì)社會(huì)公眾，則主要通過(guò)電視、廣播、互聯(lián)網(wǎng)(新媒體、手機(jī)APP、第三方推送)等方式發(fā)布，其中電視、廣播的發(fā)布時(shí)延通常在數(shù)s內(nèi)，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布的時(shí)延主要受發(fā)布用戶量的影響。因此，采取分區(qū)域分級(jí)推送，有利于預(yù)警信息的高效推送。文中對(duì)地震預(yù)警信息發(fā)布時(shí)延作了較全面的分析，得到了可靠、有效的地震預(yù)警信息發(fā)布時(shí)延分析結(jié)果。以汶川地震為例，在首臺(tái)觸發(fā)3～4 s內(nèi)開(kāi)始發(fā)布預(yù)警信息，震中20～50 km范圍內(nèi)95%以上的網(wǎng)民有1～7 s的預(yù)警時(shí)間，而破裂最大區(qū)域(北川)95%以上的網(wǎng)民將獲得30 s以上的預(yù)警時(shí)間。

對(duì)社會(huì)公眾的發(fā)布方式應(yīng)該盡量多渠道，實(shí)現(xiàn)高覆蓋、高時(shí)效的推送[7]。借鑒日本等較為成熟的信息發(fā)布系統(tǒng)，公眾通過(guò)購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)用的地震預(yù)警信號(hào)接收器，接收國(guó)家或省級(jí)預(yù)警信息發(fā)布中心發(fā)布的地震預(yù)警信息。接收器有液晶顯示和聲音報(bào)警功能，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)接收，只要網(wǎng)絡(luò)連接，就可以全天候任何時(shí)間段接收預(yù)警信號(hào)[8]。同時(shí)，這種終端能作為一個(gè)簡(jiǎn)易烈度計(jì)，安裝后自動(dòng)加入烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)，可加強(qiáng)地震烈度速報(bào)能力。

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Time-Delay Analysis of the Releasing Earthquake Early Warning Information

HEKai1,2DURuilin1,2WEIGuichun1,2DAIMiao1,2DONGYanjun1,2HOUJianmin3

1 Earthquake Administration of Hubei Province, 40 Hongshance Road , Wuhan 430071, China 2 Key Laboratory of Earthquake Early Warning, Institute of Seismology, CEA，40 Hongshance Road, Wuhan 430071, China 3 China Earthquake Network Center,5 Nanheng Street,Beijing 100045,China

In this paper, according to the different ways of release, we perform a detailed analysis of earthquake early warning information release time-delay. The results show that the release time-delay by warning receiving terminal is less than 1 second. It is the same with radio or television release, but efficiency is greatly influenced by time period. Using the internet (new media, mobile phone APP, third-party platform to push) release time-delay is greatly influenced by user concurrency: ten million users of release time delay is 30 to 40 seconds, so we argue that we should use fractal area classification release strategy to effectively improve release time. Analysis of the Wenchuan earthquake for example, shows that within 20 to 50 km, more than 95% of Internet users have 1-7 seconds of warning time; more than 95% of the Internet users who are in the biggest rupture area (Beichuan) will gain more than 30 seconds of warning time.

earthquake early warning, information release delay, new media

Earthquake Early Warning Identity Information Identification and Authentication Code, No.16A18ZX062.

DU Ruilin, researcher, majors in space geodesy and geodynamics, E-mail: duruilin@vip.sohu.com.

2016-06-03

項(xiàng)目來(lái)源：地震預(yù)警身份信息識(shí)別與認(rèn)證編碼(16A18ZX062)。

何凱，碩士，主要從事背景噪聲、地震預(yù)警研究，E-mail：hekaizw@126.com。

杜瑞林，研究員，主要從事空間大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)研究，E-mail：duruilin@vip.sohu.com。

10.14075/j.jgg.2016.11.018

1671-5942(2016)011-1031-04

P315

A

About the first author:HE Kai , postgraduate,majors in background noise, seismic warning, E-mail: hekaizw@126.com.