基于Earthworm平臺(tái)的地震烈度速報(bào)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

薛蕾 周藍(lán)捷 付萍

摘 要：地震是一種突發(fā)的破壞性大的自然災(zāi)害。地震烈度用于評(píng)定地震影響的破壞程度，能夠迅速了解災(zāi)情。但由于地震烈度要綜合人的感覺、建筑物破壞、地面破壞和器物反應(yīng)等，有一定的不確定性，且時(shí)效性不能滿足需要。近年來通過測(cè)震儀器測(cè)定地震動(dòng)參數(shù)大小，通過計(jì)算機(jī)處理，能夠迅速的指出受地震影響的地區(qū)，并提供震害影響的大小。Earthworm平臺(tái)是一個(gè)地震信息匯集，處理的模塊化平臺(tái)，通過對(duì)各模塊的適當(dāng)選擇使用和架構(gòu)設(shè)計(jì)，在地震發(fā)生時(shí)，可實(shí)現(xiàn)在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)地震事件的識(shí)別和處理，并輸出儀器烈度圖，用于指導(dǎo)地震應(yīng)急和抗震救災(zāi)。

關(guān)鍵詞：地震烈度；Earthworm；烈度速報(bào)

中圖分類號(hào)：P315.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）17-0000-00

1 引言

地震是一種破壞性大，突發(fā)性的自然災(zāi)害，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大傷害。為評(píng)定地震對(duì)地表和建筑物的影響程度，即地震影響和破壞程度，地震學(xué)家引入了地震烈度的概念。地震烈度表示地震的影響范圍和不同區(qū)域的破壞程度，這是震后政府和公眾迫切關(guān)心的資料?？焖俚牡卣鹆叶仍u(píng)定能夠迅速了解災(zāi)情、指導(dǎo)應(yīng)急救災(zāi)。

地震學(xué)家李善邦于在20世紀(jì)50年代修改了卡利烈度表使之適應(yīng)中國的情況。1957年地震學(xué)者謝毓壽參照麥德維捷夫的工作，考慮我國建筑類型和特點(diǎn)編制了《新的中國地震烈度表》。地震工程學(xué)家劉恢先總結(jié)我國邢臺(tái)、通海、海城、唐山等地震的烈度評(píng)定經(jīng)驗(yàn)，于1980年修訂編制《中國地震烈度表》，簡化了烈度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，便于應(yīng)用。此后，中國地震烈度表又經(jīng)過多次修訂[1]。

地震烈度具有震害大小和地震動(dòng)強(qiáng)弱雙重概念，使得它并不是一個(gè)嚴(yán)格意義上的物理概念。烈度評(píng)定需要綜合考慮一定地域內(nèi)的人的感覺、建筑物破壞、地面破壞和器物反應(yīng)，主要依靠技術(shù)人員協(xié)作完成，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的模糊性和不同人員間的差異也造成了烈度評(píng)定的不確定性。以往地震烈度的評(píng)定往往依靠地震專業(yè)技術(shù)人員在震后通過烈度調(diào)查來進(jìn)行。隨著現(xiàn)今測(cè)震儀器發(fā)展，以地震動(dòng)參數(shù)作為烈度評(píng)定已成為發(fā)展趨勢(shì)。通過測(cè)震儀器測(cè)定的地震動(dòng)參數(shù)的大小，借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)的分析和處理，能夠迅速的指出受震害影響的地區(qū)并測(cè)定震害影響的大小，并用于指導(dǎo)地震應(yīng)急和抗震救災(zāi)。

2 Earthworm系統(tǒng)介紹

Earthworm系統(tǒng)創(chuàng)立于1993年，支持在多系統(tǒng)下運(yùn)行，包括：Windows、CentOS、MacOS、Solaris和Ubuntu等系統(tǒng)。Earthworm平臺(tái)是為了解決美國區(qū)域臺(tái)網(wǎng)老化和維護(hù)成本增加出現(xiàn)的問題，避免早期地震處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷而建立的，它具有以下幾個(gè)特性：（1）模塊化，系統(tǒng)把所執(zhí)行的每一種功能封裝成一個(gè)模塊，模塊之間相互獨(dú)立地運(yùn)行，并能在不破壞現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際需要添加；（2）系統(tǒng)獨(dú)立性：模塊可以運(yùn)行在不同的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中，不同類型的計(jì)算機(jī)可連接作為一個(gè)系統(tǒng)來運(yùn)轉(zhuǎn)；（3）可擴(kuò)展性：適應(yīng)各種層次的網(wǎng)絡(luò)需求，成本經(jīng)濟(jì)；（4）連通性：該系統(tǒng)能夠與其他實(shí)時(shí)系統(tǒng)、互動(dòng)分析系統(tǒng)等其他發(fā)布方式進(jìn)行快速可靠通信；（5）穩(wěn)定可靠性：針對(duì)在地震發(fā)生時(shí)，可能的出現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)和電源可能中斷、系統(tǒng)負(fù)荷急劇增加等問題，該系統(tǒng)對(duì)錯(cuò)誤檢測(cè)及恢復(fù)、故障控制、負(fù)荷控制等做了特別優(yōu)化。

3 系統(tǒng)架構(gòu)與功能實(shí)現(xiàn)

3.1 Earthworm烈度速報(bào)系統(tǒng)架構(gòu)

Earthworm系統(tǒng)主要以模塊和Ring（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)緩沖區(qū)）組成，模塊的功能是用以實(shí)現(xiàn)特定的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，Ring的功能是用以存放數(shù)據(jù)處理過程中產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)。模塊從指定的Ring中讀取數(shù)據(jù)，處理完畢后，將符合條件的數(shù)據(jù)再放入指定的Ring中。Earthworm平臺(tái)下的烈度速報(bào)系統(tǒng)可按圖1中所示來建立，主要分為三個(gè)大的部分。

圖1 Earthworm平臺(tái)烈度速報(bào)的系統(tǒng)架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)輸入部分。在圖1中以①來表示，主要功能數(shù)據(jù)的輸入。系統(tǒng)可從SAMTAC-802U、Q330、K2、Guralp及其它Earthworm支持的儀器中通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)接收模塊中讀取測(cè)震數(shù)據(jù)，或者可從其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出接口通過相應(yīng)的Import模塊輸入測(cè)震數(shù)據(jù)，并將它們放入指定的存儲(chǔ)空間中（如Wave _Ring）。

（2）數(shù)據(jù)處理部分。在圖1中以②來表示，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析功能，是系統(tǒng)的核心，主要分為兩個(gè)部分：

①從Wave Ring中讀取測(cè)震數(shù)據(jù)，進(jìn)行P波撿拾，當(dāng)加速度大于設(shè)置的閾值，則將這些資料放入Pick Ring中。計(jì)算模塊接下來從Pick Ring中讀取數(shù)據(jù)，逐一判定上述已觸發(fā)的數(shù)據(jù)包，如判定為已觸發(fā)，則計(jì)算震源位置和發(fā)震時(shí)間，生成地震報(bào)告。

②監(jiān)視各個(gè)測(cè)站數(shù)據(jù)情況，若PGA和PGV大于設(shè)置的閾值，則根據(jù)計(jì)算模塊生成的地震報(bào)告按儀器烈度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。若達(dá)到一定數(shù)量的測(cè)站的與地震報(bào)告中的時(shí)間和空間的條件相符，則生成烈度圖報(bào)告。

（3）其他部分。在圖1中以③來表示，主要實(shí)現(xiàn)的功能有：波形數(shù)據(jù)監(jiān)控，可使用波形數(shù)據(jù)終端實(shí)時(shí)查看波形數(shù)據(jù)，及儀器工作狀態(tài)；波形數(shù)據(jù)服務(wù)，進(jìn)行波形數(shù)據(jù)的的歸檔，以供日后進(jìn)行波形數(shù)據(jù)的提取和分析。

3.2 模塊設(shè)計(jì)及功能

（1）數(shù)據(jù)源模塊。通過串口、TCP數(shù)據(jù)包等，接收從地震儀或服務(wù)器發(fā)來的數(shù)據(jù)包?？墒褂霉俜教峁┑臄?shù)據(jù)源模塊，配置好相應(yīng)參數(shù)即可接收到地震數(shù)據(jù)文件。

（2）數(shù)據(jù)處理模塊。該部分是本系統(tǒng)的核心部分。earthworm系統(tǒng)的撿拾器可使用官方提供的pick_ew模塊和eqporc模塊。Pick_ew模塊以TYPE_TRACEBUF格式（Earthworm波形消息格式）獲取每個(gè)通道的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，隨后生成拾取消息，發(fā)送到指定的Ring空間（如Pick_Ring中）中。Eqproc模塊主要進(jìn)行尾波震級(jí)的確定。該模塊與pick_ew模塊協(xié)同工作完成尾波計(jì)算。[2]

計(jì)算模塊，讀取Pick_Ring中的數(shù)據(jù)文件，按一定的計(jì)算方法確定震中、震級(jí)和發(fā)震時(shí)間。

烈度圖模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)Wave_Ring中的數(shù)據(jù)，當(dāng)在一定時(shí)間內(nèi)達(dá)到一定數(shù)目的測(cè)站超過設(shè)置的閾值時(shí)，啟動(dòng)運(yùn)算程序。

（3）其他。數(shù)據(jù)跟蹤可通過官方提供的Wave_serverV模塊來實(shí)現(xiàn)。該模塊提供指定通道的數(shù)據(jù)跟蹤信息，并為每個(gè)通道設(shè)置Ring（數(shù)據(jù)緩沖區(qū)）。

Swarm軟件是一個(gè)由JAVA語言編寫的波形終端?；赪ave_serverV模塊，可使用Swarm實(shí)時(shí)查看各個(gè)臺(tái)站的運(yùn)行情況和波形數(shù)據(jù)。

基于Wave_serverV模塊，可掛載需要的存儲(chǔ)模塊，完成各測(cè)站波形數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

4結(jié)語

Earthworm系統(tǒng)的模塊架構(gòu)為我們提供了地震數(shù)據(jù)的匯入、處理、存儲(chǔ)、查看功能，并可實(shí)現(xiàn)地震事件的識(shí)別和輸出。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合烈度圖模塊，可實(shí)現(xiàn)地震儀器烈度的快速計(jì)算，運(yùn)用計(jì)算機(jī)制圖可快速得到地震儀器烈度圖。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，該系統(tǒng)能迅速反應(yīng)，在較短時(shí)間內(nèi)得到儀器烈度圖，可用于指導(dǎo)抗震救災(zāi)工作。

參考文獻(xiàn)

[1]張敏政.地震烈度及其評(píng)定[J].防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，（2010），12（1）：1-6.

[2]李麗.基于Earthworm的地震報(bào)警軟件框架研究[D].中國地震局工程力學(xué)研究所，2012.

收稿日期：2018-05-29

作者簡介：薛蕾（1985—），女，陜西漢中人，碩士研究生，工程師，研究方向：地震監(jiān)測(cè)。

Design of Seismic Intensity Rapid Report System Based on Earthworm

XUE Lei， ZHOU Lan-jie， FU Ping

（Xiamen Seismic Survey Research Center，Xiamen Fujian 361021）

Abstract： Earthquake is a sudden and destructive natural disaster. Seismic intensity can be used to assess the extent of damage caused by earthquake. It can quickly understand disaster. However， the determination of seismic intensity must include human feelings， building damage， ground damage and utensil response. These factors have certain uncertainties. Its timeliness can not meet the needs. In recent years， the earthquake ground motion parameters have been measured by seismometer. By computer processing， it can quickly indicate the areas affected by earthquakes， and provide the magnitude of seismic damage. Earthworm is a modular platform for seismic information gathering and processing. Through the proper selection and structure design of each module， the seismic events can be identified and processed in a relatively short time， and the instrument intensity map can be output. It is used to guide earthquake emergency and relief.

Key words：seismic intensity；Earthworm；intensity rapid report