地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料質(zhì)量研究
——以成都市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)為例

唐 淋，祁國(guó)亮，張欏訢

（1． 四川省地震局，四川 成都 610041；2． 成都市應(yīng)急管理局，四川 成都 610042）

0 引言

中國(guó)是世界上地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，地震災(zāi)害嚴(yán)重威脅我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)破壞性地震發(fā)生后，及時(shí)評(píng)估地震災(zāi)情，是高效、有序、快速地進(jìn)行抗震救災(zāi)應(yīng)急指揮決策的關(guān)鍵[1]。地震烈度速報(bào)系統(tǒng)可通過(guò)觀測(cè)儀器直接計(jì)算地震烈度，無(wú)需到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查即可快速獲知地震影響程度，為人員傷亡估計(jì)、經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估、應(yīng)急救援指揮和工程搶險(xiǎn)修復(fù)決策等提供依據(jù)，具有顯著的減災(zāi)實(shí)效[2，3]。日本、美國(guó)、臺(tái)灣等國(guó)家和地區(qū)以及成都、蘭州、唐山、西安等國(guó)內(nèi)大中型城市均建設(shè)了地震烈度速報(bào)系統(tǒng)或城市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)[4-13]。由中國(guó)地震局實(shí)施、覆蓋全國(guó)的國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程項(xiàng)目也已開(kāi)始正式建設(shè)，預(yù)計(jì)建成后將大幅提高我國(guó)地震災(zāi)害應(yīng)急處置能力[14]。

觀測(cè)數(shù)據(jù)是地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)發(fā)揮地震烈度速報(bào)功能的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)質(zhì)量?jī)?yōu)劣將直接決定產(chǎn)出成果的可靠性和準(zhǔn)確性，影響人員傷亡估計(jì)、經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估、地震應(yīng)急救援指揮和工程搶險(xiǎn)修復(fù)決策的科學(xué)性，因此，保障觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量是地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)的核心。

但地震烈度速報(bào)系統(tǒng)基于強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)，其大規(guī)模建設(shè)晚于測(cè)震和前兆等其它地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，臺(tái)站數(shù)量和臺(tái)網(wǎng)規(guī)模長(zhǎng)期發(fā)展緩慢，對(duì)觀測(cè)資料質(zhì)量的關(guān)注程度也嚴(yán)重滯后。當(dāng)前，強(qiáng)震觀測(cè)資料質(zhì)量評(píng)價(jià)側(cè)重于記錄獲取率、記錄質(zhì)量、記錄應(yīng)用價(jià)值、記錄報(bào)送等一般指標(biāo)[15]，沒(méi)有充分考慮地震烈度速報(bào)對(duì)記錄獲取實(shí)時(shí)性、強(qiáng)震動(dòng)記錄的可用性和臺(tái)網(wǎng)整體運(yùn)行率的特殊要求，不適用于地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料的質(zhì)量評(píng)價(jià)。成都市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，近年來(lái)逐漸出現(xiàn)臺(tái)站運(yùn)行率降低、數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性不足、資料質(zhì)量下降等問(wèn)題，導(dǎo)致個(gè)別臺(tái)站的速報(bào)地震動(dòng)參數(shù)、部分地震事件的地震烈度圖與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果和實(shí)際情況有較大出入，烈度速報(bào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和可靠性有所降低。

因此，明確地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料質(zhì)量?jī)?nèi)涵，分析成都市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料存在的質(zhì)量問(wèn)題，提出合理可行的改進(jìn)措施，不僅有利于提高成都市地震烈度速報(bào)系統(tǒng)觀測(cè)資料質(zhì)量和使用價(jià)值，也可為國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程建成后的高效運(yùn)維提供借鑒。

1 地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料質(zhì)量的內(nèi)涵及其決定因素

1.1 地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料質(zhì)量的內(nèi)涵

地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料既包括原始強(qiáng)震動(dòng)加速度記錄，也包括對(duì)原始記錄分析、處理后生成的地震動(dòng)參數(shù)和地震烈度圖等成果資料。因此，地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料質(zhì)量由原始記錄質(zhì)量和成果資料質(zhì)量?jī)刹糠謽?gòu)成。其中，原始記錄質(zhì)量包括記錄的完整性、可靠性和可用性，成果資料質(zhì)量則主要指準(zhǔn)確性。原始記錄的質(zhì)量是地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料質(zhì)量的基礎(chǔ)，成果資料的質(zhì)量則是核心。

1.1.1 原始記錄的完整性

原始記錄的完整性是包括地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)在內(nèi)的各類地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)最為基礎(chǔ)的一項(xiàng)指標(biāo)。它體現(xiàn)了地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)實(shí)際產(chǎn)出的數(shù)據(jù)總量在應(yīng)產(chǎn)出數(shù)據(jù)總量中的比重，主要反映數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。將完整率作為衡量原始記錄完整性的主要參數(shù)，定義為：

完整率=（總時(shí)間-總丟數(shù)時(shí)間）/總時(shí)間×100%

1.1.2 原始記錄的可靠性

原始記錄的可靠性用于評(píng)價(jià)觀測(cè)數(shù)據(jù)是否真實(shí)客觀反映了臺(tái)站所在地的實(shí)際振動(dòng)行為。加速度計(jì)、數(shù)據(jù)采集器、電源避雷器等設(shè)備的機(jī)械故障、電路故障和一些干擾都可能造成臺(tái)站輸出波形異常，使得原始記錄不能真實(shí)反映臺(tái)站所在地的實(shí)際振動(dòng)行為，降低原始記錄的可靠性。以事件波形正常率作為衡量原始記錄可靠性的主要指標(biāo)，定義某一次地震事件波形正常率為：

事件波形正常率=正常波形臺(tái)站個(gè)數(shù)/臺(tái)站總數(shù)×100%

1.1.3 原始記錄的可用性

原始記錄可靠并不意味著可用，當(dāng)加速度計(jì)被安裝在較高的樓層、臺(tái)站周邊存在的大型擾動(dòng)源時(shí)，容易造成單個(gè)臺(tái)站與周邊其它臺(tái)站的地震動(dòng)參數(shù)差距懸殊，當(dāng)守時(shí)精度不高和數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)過(guò)大時(shí)，容易導(dǎo)致單個(gè)臺(tái)站的地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算結(jié)果有誤，此時(shí)的原始記錄雖然真實(shí)客觀反映了臺(tái)站所在地的實(shí)際振動(dòng)行為，是可靠的，但無(wú)法使用，不能參與地震動(dòng)參數(shù)和烈度平面圖的繪制。原始記錄的可用性決定觀測(cè)數(shù)據(jù)能否用于地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算和成果圖件繪制等成果資料的產(chǎn)出，臺(tái)址條件、臺(tái)基環(huán)境、守時(shí)狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸效率是其主要影響因素。以事件波形可用率作為衡量原始記錄可用性的主要參數(shù)，定義某一次地震事件波形可用率為：

事件波形可用率=可用波形臺(tái)站個(gè)數(shù)/臺(tái)站總數(shù)×100%

1.1.4 成果資料的準(zhǔn)確性

原始資料具備較好的完整性、可靠性和可用性，是保證成果資料較高準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)。但同時(shí)，地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算方法、臺(tái)站密度和布局方式以及離散點(diǎn)的網(wǎng)格化方法等因素對(duì)地震動(dòng)參數(shù)和地震烈度圖等成果資料準(zhǔn)確性有重要影響。將成果資料的準(zhǔn)確性定義為評(píng)價(jià)地震烈度速報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)出成果的準(zhǔn)確度和真實(shí)性、衡量成果資料標(biāo)識(shí)的地震破壞范圍和程度是否與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果一致的重要指標(biāo)。

1.2 決定地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料質(zhì)量的因素

決定地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料質(zhì)量的因素復(fù)雜多樣，總結(jié)起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)。

1.2.1 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

地震烈度速報(bào)臺(tái)站包含加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、傳輸設(shè)備和電源系統(tǒng)等設(shè)備，分別擔(dān)負(fù)數(shù)據(jù)采集、傳輸、供電等任務(wù)，其中任何一項(xiàng)設(shè)備出現(xiàn)故障，都會(huì)導(dǎo)致臺(tái)網(wǎng)中心接收不到數(shù)據(jù)或接收到的數(shù)據(jù)異常，影響原始記錄的完整性、可靠性和可用性，進(jìn)而對(duì)成果資料的準(zhǔn)確性造成影響。臺(tái)站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是決定地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料質(zhì)量的首要因素。

1.2.2 數(shù)據(jù)傳輸效率

不同于傳統(tǒng)的強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)，地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)對(duì)成果的產(chǎn)出時(shí)限有較高要求，一般震后5～10 分鐘內(nèi)即要產(chǎn)出自動(dòng)地震烈度速報(bào)圖，臺(tái)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)必須要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)在線傳輸，通信速率、信道誤碼率和系統(tǒng)時(shí)延等技術(shù)指標(biāo)均要滿足相應(yīng)的要求，否則將直接影響地震烈度速報(bào)成果的產(chǎn)出時(shí)效和質(zhì)量，故數(shù)據(jù)傳輸效率對(duì)地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料質(zhì)量有重要影響。

1.2.3 臺(tái)站場(chǎng)地條件

場(chǎng)地條件直接影響地震動(dòng)記錄質(zhì)量，理想的場(chǎng)地條件是保證強(qiáng)震動(dòng)記錄真實(shí)反映自由地表地面運(yùn)動(dòng)的基本前提。根據(jù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)離大型建筑、局部地形起伏變化不大和軟硬均勻的自由場(chǎng)地是較為理想的強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)址，它可以避免周圍環(huán)境建筑和結(jié)構(gòu)振動(dòng)、地形、土層效應(yīng)的影響，獲得真實(shí)的強(qiáng)震動(dòng)原始記錄[16]。而條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、陡坡、河岸、盆地、河谷等復(fù)雜地形、附近的高大建筑物以及軟硬不均勻的場(chǎng)地則極可能引起地震動(dòng)放大、與附近地面運(yùn)動(dòng)不一致的情況。

1.2.4 環(huán)境噪聲水平

環(huán)境振動(dòng)是由隨機(jī)振源激發(fā)并經(jīng)場(chǎng)地不同性質(zhì)的巖土層界面多次反射和折射后傳播到場(chǎng)地地面的振動(dòng)。雖然它對(duì)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站觀測(cè)記錄的影響不如測(cè)震臺(tái)站那么明顯，但幅值較大的一些環(huán)境振動(dòng)，因震動(dòng)源強(qiáng)度、傳播介質(zhì)特性等因素影響，對(duì)強(qiáng)震動(dòng)記錄質(zhì)量仍有較大的影響，尤其是大型的馬達(dá)、泵站、發(fā)電機(jī)、塔柱狀結(jié)構(gòu)、重型車輛通路、大型管道、機(jī)場(chǎng)和鐵路設(shè)施等干擾源，會(huì)顯著提高臺(tái)站的環(huán)境地噪聲水平，降低觀測(cè)記錄質(zhì)量[16]。

1.2.5 儀器烈度的計(jì)算方法

由于地震烈度定義的模糊性、地震破壞及地震動(dòng)記錄本身的復(fù)雜性，宏觀地震烈度與實(shí)際儀器記錄的地震動(dòng)參數(shù)間沒(méi)有明確、直接的函數(shù)關(guān)系，但研究發(fā)現(xiàn)，地震烈度與地震動(dòng)參數(shù)之間仍存在某種統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)關(guān)系[17-19]，根據(jù)強(qiáng)震動(dòng)記錄計(jì)算的儀器地震烈度仍可較為直觀的反映地震造成的潛在破壞和危險(xiǎn)程度，選擇合適的儀器地震烈度計(jì)算方法對(duì)提高地震烈度速報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確性具有重要作用。

1.2.6 臺(tái)站密度及其布局方式

不論是完全基于儀器觀測(cè)值的地震烈度速報(bào)，還是在實(shí)測(cè)地震烈度基礎(chǔ)上根據(jù)地震動(dòng)衰減模型約束插值后的地震烈度速報(bào)，臺(tái)站密度及其布局方式都直接影響地震烈度圖的產(chǎn)出時(shí)效和質(zhì)量。

在觀測(cè)臺(tái)站密集且分布相對(duì)均勻的地區(qū)，將實(shí)測(cè)記錄進(jìn)行場(chǎng)地響應(yīng)校正后，進(jìn)行常規(guī)的空間網(wǎng)格化處理，即可較好的勾畫地震能量的釋放過(guò)程，準(zhǔn)確得到地震動(dòng)影響場(chǎng)的實(shí)際情況，精確繪制出地震烈度等值線圖。而在臺(tái)站分布稀疏、布局不均勻的地區(qū)，由于中強(qiáng)地震的地震動(dòng)場(chǎng)在空間上高度離散，較少的臺(tái)站不能如實(shí)地反映地震動(dòng)場(chǎng)的復(fù)雜性，需要根據(jù)地震動(dòng)參數(shù)衰減關(guān)系由鄰近臺(tái)站記錄數(shù)據(jù)通過(guò)插值方法來(lái)獲得空白區(qū)的地震動(dòng)參數(shù)值，從而彌補(bǔ)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的欠缺[20-21]。

1.2.7 分析軟件使用的地震烈度衰減模型和公式

當(dāng)臺(tái)站稀疏且布局不均勻時(shí)，地震動(dòng)參數(shù)衰減模型、公式的準(zhǔn)確性和適用性在很大程度上直接影響地震烈度圖等成果資料的可靠性。為此，要根據(jù)地震震級(jí)和破裂范圍大小，從點(diǎn)源模型、橢圓模型和線源模型中選擇合適的模型作為地震動(dòng)參數(shù)衰減模型，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)域地震活動(dòng)特點(diǎn)和歷史地震資料，選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)貙?shí)際的衰減公式，從而為成果資料準(zhǔn)確產(chǎn)出奠定基礎(chǔ)。

1.2.8 離散點(diǎn)的網(wǎng)格化方法

由各個(gè)臺(tái)站觀測(cè)地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算得到的地震烈度離散數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過(guò)網(wǎng)格化處理后，才能繪制出地震烈度等值線圖。根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，可以對(duì)網(wǎng)格化方法進(jìn)行分類，而不同的網(wǎng)格化方法有不同的效果，針對(duì)目標(biāo)地區(qū)的實(shí)際情況，通過(guò)分析和研究不同的網(wǎng)格化方法的適應(yīng)范圍及參數(shù)設(shè)置，選取一種最適合本地區(qū)的模型，對(duì)于客觀、正確地描述地震烈度情況有重要的意義。

2 成都市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料存在的質(zhì)量問(wèn)題及影響

2.1 成都市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)概況

成都市于2009—2010 年建設(shè)了由1 個(gè)臺(tái)網(wǎng)中心、67 個(gè)子臺(tái)組成的城市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)。臺(tái)站設(shè)備包括力平衡式加速度傳感器、GPS 授時(shí)系統(tǒng)、24 位數(shù)據(jù)采集器、不間斷電源等，采用CDMA 無(wú)線傳輸方式向臺(tái)網(wǎng)中心發(fā)送觀測(cè)數(shù)據(jù)。臺(tái)網(wǎng)中心配置有數(shù)字強(qiáng)震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)化處理。當(dāng)成都市及周邊發(fā)生強(qiáng)烈地震時(shí)，該臺(tái)網(wǎng)能在震后5 分鐘左右生成全市地震動(dòng)參數(shù)和地震烈度分布圖。

2.2 成都市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)存在的質(zhì)量問(wèn)題及影響

2.2.1 原始記錄不完整

（1）事件記錄部分缺失。主要表現(xiàn)為強(qiáng)震動(dòng)記錄的丟頭（圖1a）、斷尾和中間缺失等現(xiàn)象，其主要原因多為數(shù)據(jù)采集器或傳輸故障。這種情況將對(duì)后續(xù)加速度峰值、持續(xù)時(shí)間和反應(yīng)譜計(jì)算產(chǎn)生嚴(yán)重影響，尤其是加速度和速度峰值計(jì)算錯(cuò)誤會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致儀器地震烈度計(jì)算錯(cuò)誤，從而降低地震烈度圖的可靠性。

（2）事件記錄完全缺失。主要表現(xiàn)是強(qiáng)震動(dòng)記錄完全缺失地震事件發(fā)生期間的數(shù)據(jù)（圖1b）。主要原因可能是信號(hào)傳輸故障或強(qiáng)震計(jì)、數(shù)據(jù)采集器等儀器故障。出現(xiàn)事件記錄完全缺失的臺(tái)站無(wú)法計(jì)算地震動(dòng)參數(shù)和地震烈度，不能參與地震烈度圖繪制，降低了地震烈度圖的精度。

2.2.2 部分臺(tái)站的原始記錄不可靠

（1）記錄波形有明顯奇異。如個(gè)別分量數(shù)據(jù)異常、階梯狀基線漂移、尖刺（圖1c）等，這些異常主要是由強(qiáng)震計(jì)故障造成。記錄波形明顯異常容易造成地震動(dòng)參數(shù)和地震烈度計(jì)算錯(cuò)誤，導(dǎo)致地震烈度圖可靠性降低。

（2）臺(tái)站沒(méi)有記錄到地震事件。地震發(fā)生期間，附近其它臺(tái)站均對(duì)當(dāng)次地震事件有清晰的記錄，獲得較大的峰值加速度值，但個(gè)別臺(tái)站卻沒(méi)有記錄到相應(yīng)的事件（圖1d）。出現(xiàn)此類現(xiàn)象的原因主要有兩個(gè)方面，一是數(shù)據(jù)采集器故障，記錄顯示的是數(shù)采的自噪聲；二是臺(tái)站所在地噪聲水平較高，強(qiáng)震動(dòng)記錄信噪比較低，信號(hào)被噪聲所淹沒(méi)。同樣，這些異常將直接導(dǎo)致地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算錯(cuò)誤，由此獲得的儀器地震烈度偏低，影響地震烈度圖的可靠性。

2.2.3 個(gè)別臺(tái)站的原始記錄不可用

部分臺(tái)站的強(qiáng)震計(jì)因安裝樓層較高（3 層以上）或沒(méi)有穩(wěn)定的固定在擺墩上等場(chǎng)地原因，與附近其它臺(tái)站相比，會(huì)出現(xiàn)地震烈度明顯偏高或偏低的現(xiàn)象。如2013 年4 月20 日8 時(shí)02分蘆山M7.0 級(jí)地震，新津金華臺(tái)與雙流黃龍溪臺(tái)相距僅4km，峰值加速度分別為181.69gal 和66.08gal，儀器烈度相差近2 度（圖1e、圖1f）。當(dāng)這些臺(tái)站參與地震烈度圖繪制時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些以臺(tái)站為中心的孤立小圈，即常說(shuō)的“牛眼”現(xiàn)象（圖2）。

圖1 臺(tái)站原始記錄圖Fig.1 Original record of the seismic stations

圖2 2013 年4 月20 日8 時(shí)02 分蘆山M7.0 級(jí)地震速報(bào)烈度圖Fig.2 Earthquake intensity rapid map of the M7.0 Lushan earthquake at 8:02 am on April 20，2013

2.2.4 烈度圖精度有待提高

成都市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)使用的烈度速報(bào)處理軟件能對(duì)原始加速度記錄和積分后的速度記錄進(jìn)行自動(dòng)濾波處理，使用地震動(dòng)速度峰值（PGV）計(jì)算地震烈度，具備等距離法、克里格法等地震動(dòng)參數(shù)網(wǎng)格化方法選項(xiàng)，可利用震源、斷層和烈度衰減模型等約束插值過(guò)程，還可根據(jù)需要分別生成地震動(dòng)加速度峰值（PGA）分布圖、地震動(dòng)速度峰值（PGV）分布圖和地震烈度圖等各類圖件，總體上功能強(qiáng)大、計(jì)算高效、圖件美觀，由其建立的地震烈度影響場(chǎng)基本可以作為震災(zāi)應(yīng)急救援指揮決策的依據(jù)。

但該軟件的地震烈度計(jì)算方法與即將頒布的《儀器地震烈度計(jì)算》 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）存在一定的差異，據(jù)其繪制的地震烈度圖精度低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)地震烈度圖精度。以三方向地震動(dòng)參數(shù)為例，現(xiàn)軟件計(jì)算儀器地震烈度的公式為：

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算儀器地震烈度的公式為：

其中：

從式中可以看出，現(xiàn)軟件僅使用PGV 計(jì)算儀器地震烈度，而行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在Ⅵ度及以上區(qū)域使用PGV，Ⅵ度以下區(qū)域則聯(lián)合使用PGV 和PGA。由于PGV 對(duì)小地震的中高頻成分較為敏感，在低烈度區(qū)聯(lián)合使用PGV 和PGA 可以有效避免因高頻成分影響而出現(xiàn)不合實(shí)際的大烈度異常。圖3 為蘆山M7.0 級(jí)地震行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)儀器烈度與兩種儀器烈度差的交會(huì)圖，可以看出，現(xiàn)有的儀器烈度值較行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)儀器烈度值整體偏大，且烈度值越低，差異越明顯。

圖3 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)儀器烈度與兩種儀器烈度差的交會(huì)圖Fig.3 The crossplot of the industry standard instrument intensity and the difference between the two instruments

圖4 與圖2（b）使用了相同的成圖參數(shù)和方法，但儀器地震烈度計(jì)算方法不同，分別由式（1）和式（2）計(jì)算得到。兩圖對(duì)比發(fā)現(xiàn)，圖4 中的Ⅵ度、Ⅶ度區(qū)面積較圖2（b）大，Ⅴ度區(qū)較圖2（b）小，且缺少Ⅳ度區(qū)。與中國(guó)地震局發(fā)布的人工調(diào)查地震烈度圖（圖5）相比，圖2（b）與之更接近，尤其是成都境內(nèi)Ⅶ度區(qū)和Ⅵ度區(qū)的面積、分布范圍兩者基本一致，說(shuō)明根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的儀器地震烈度與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查烈度更為接近，成都市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)使用的儀器地震烈度計(jì)算公式有待改進(jìn)。

圖4 2013 年4 月20 日8 時(shí)02 分蘆山M7.0 級(jí)地震速報(bào)烈度圖Fig.4 Earthquake intensity rapid map of the M7.0 Lushan earthquake at 8：02 am on April 20，2013

圖5 2013 年4 月20 日8 時(shí)02 分蘆山M7.0 級(jí)人工調(diào)查地震烈度圖（據(jù)中國(guó)地震局）Fig.5 Manual earthquake intensity map of the M7.0 Lushan earthquake at 8：02 am on April 20，2013

2.3 成都市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)典型地震事件觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

通常，各級(jí)地震部門只公布M5.0 級(jí)以上地震的人工調(diào)查地震烈度圖，且標(biāo)注的最低烈度為Ⅵ度。成都市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)建成運(yùn)行以來(lái)，四川省內(nèi)發(fā)生的M5.0 級(jí)以上地震中，對(duì)成都影響較大、烈度達(dá)到Ⅵ度以上的主要是2013年4 月20 日蘆山M7.0 級(jí)地震，因上一節(jié)已對(duì)該次地震烈度速報(bào)成果資料的準(zhǔn)確性進(jìn)行了詳細(xì)分析，故以下僅對(duì)兩次典型地震事件的原始觀測(cè)記錄質(zhì)量進(jìn)行分析（圖6）。

圖6 典型地震事件震中位置圖Fig.6 Epicenter distribution map of typical seismic events

2.3.1 2013 年4 月20 日蘆山M7.0 級(jí)地震

（1）原始記錄完整率。接入臺(tái)網(wǎng)的66 個(gè)臺(tái)站中，彭州銀廠溝臺(tái)等5 個(gè)臺(tái)站數(shù)據(jù)整體缺失，大邑西嶺臺(tái)等4 個(gè)臺(tái)站數(shù)據(jù)部分缺失，其中大邑西嶺臺(tái)數(shù)據(jù)缺失較多，臺(tái)網(wǎng)原始記錄完整率為90.19%。

（2）事件波形正常率。在原始記錄基本完整的60 個(gè)臺(tái)站中，金堂淮口臺(tái)沒(méi)有真實(shí)記錄到此次地震，該臺(tái)站原始記錄不可靠，整個(gè)臺(tái)網(wǎng)事件波形正常率為89.40%。

（3）事件波形可用率。在事件波形可靠的59 個(gè)臺(tái)站中，成華區(qū)建設(shè)局臺(tái)等3 個(gè)臺(tái)站因強(qiáng)震計(jì)安裝于較高樓層或沒(méi)有與地面很好的固定，導(dǎo)致其與附近其它臺(tái)站的烈度值相比明顯偏高，無(wú)法直接用于繪制地震烈度圖，整個(gè)臺(tái)網(wǎng)的事件波形可用率為84.85%。

2.3.2 2017 年11 月10 日綿竹M4.2 級(jí)地震

（1）原始記錄完整率。接入臺(tái)網(wǎng)的66 個(gè)臺(tái)站中，植物園臺(tái)等13 個(gè)臺(tái)站數(shù)據(jù)整體缺失，大邑霧山臺(tái)等2 個(gè)臺(tái)站數(shù)據(jù)部分缺失，其中邛崍城區(qū)臺(tái)數(shù)據(jù)缺失較多，臺(tái)網(wǎng)原始記錄完整率為78.16%。

（2）事件波形正常率。在原始記錄基本完整的52 個(gè)臺(tái)站中，金堂趙鎮(zhèn)臺(tái)等2 個(gè)臺(tái)站的各分量均沒(méi)有真實(shí)記錄到此次地震，大邑霧山臺(tái)等2 個(gè)臺(tái)站的部分分量沒(méi)有真實(shí)記錄到此次地震，這些臺(tái)站原始記錄不可靠，整個(gè)臺(tái)網(wǎng)事件波形正常率為72.73%。

（3）事件波形可用率。在事件波形可靠的48 個(gè)臺(tái)站中，新津金華臺(tái)因強(qiáng)震計(jì)安裝于較高樓層，導(dǎo)致其與附近其它臺(tái)站的峰值加速度值相比明顯偏高，整個(gè)臺(tái)網(wǎng)的事件波形可用率為71.21%。

兩次典型地震事件原始記錄資料分析表明，成都市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)建成初期原始記錄質(zhì)量較高，但隨著臺(tái)網(wǎng)的持續(xù)運(yùn)行，儀器設(shè)備故障逐漸增多，原始記錄質(zhì)量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)（圖7）。

圖7 典型地震事件原始記錄質(zhì)量柱狀圖Fig.7 Histogram of the original recording quality of typical seismic events

3 改進(jìn)成都市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料質(zhì)量的措施和途徑

針對(duì)成都市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)原始記錄和成果資料存在的質(zhì)量問(wèn)題，需要從決定地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料質(zhì)量的各種因素出發(fā)，采取有針對(duì)性的措施，切實(shí)提高觀測(cè)資料質(zhì)量。

3.1 加強(qiáng)臺(tái)網(wǎng)運(yùn)維管理，改善設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

3.1.1 全面完善規(guī)章制度

建立地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)運(yùn)維管理辦法，完善值班、巡查、應(yīng)急、數(shù)據(jù)分析處理等各項(xiàng)制度，進(jìn)一步界定維護(hù)管理部門、人員的職能職責(zé)，健全臺(tái)網(wǎng)（站）設(shè)備故障維修機(jī)制，明確軟（硬）件運(yùn)行狀態(tài)檢查、儀器維修、強(qiáng)震計(jì)標(biāo)定檢測(cè)的流程和周期，規(guī)范臺(tái)站巡檢、工作日志填寫、數(shù)據(jù)整理分析、檔案資料整理的程序，確保地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行。

3.1.2 定期檢查設(shè)備狀態(tài)

借助現(xiàn)場(chǎng)巡檢、遠(yuǎn)程抽檢、定期標(biāo)定等手段，重點(diǎn)對(duì)儀器參數(shù)設(shè)置、加速度傳感器零位電壓、定時(shí)設(shè)備狀態(tài)、電池電壓、軟件功能等內(nèi)容進(jìn)行核驗(yàn)，全面及時(shí)掌握加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、供電系統(tǒng)、避雷系統(tǒng)、傳輸設(shè)備等臺(tái)站硬件設(shè)備及監(jiān)控軟件、分析處理軟件和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等臺(tái)網(wǎng)中心軟硬件的運(yùn)行狀態(tài)。

3.1.3 及時(shí)維修故障設(shè)備

日常做好車輛、人員、工具等方面的準(zhǔn)備，加強(qiáng)技術(shù)、通訊線路和備件的儲(chǔ)備，當(dāng)臺(tái)站儀器出現(xiàn)故障時(shí)，能及時(shí)派人前往現(xiàn)場(chǎng)維修，保證較高的修復(fù)率，不能現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)時(shí)，也能通過(guò)更換備件及時(shí)恢復(fù)臺(tái)站運(yùn)行；當(dāng)臺(tái)網(wǎng)中心服務(wù)器、軟件和通訊線路故障時(shí)，能立即切換備份服務(wù)器，啟用備用通訊線路，從而保證臺(tái)網(wǎng)的連續(xù)觀測(cè)。

3.2 創(chuàng)新臺(tái)站建設(shè)和運(yùn)維思路，提升臺(tái)網(wǎng)產(chǎn)出效益

3.2.1 果斷停測(cè)或搬遷個(gè)別臺(tái)站

對(duì)于個(gè)別場(chǎng)地條件不理想、環(huán)境噪聲水平較高、周邊干擾較大的臺(tái)站，無(wú)論如何精細(xì)管理和維修維護(hù)，其強(qiáng)震動(dòng)記錄都無(wú)法真實(shí)反映自由地表地面運(yùn)動(dòng)和用于地震烈度圖繪制，任其長(zhǎng)期無(wú)效運(yùn)行意義不大，應(yīng)該果斷停測(cè)或勘選新的臺(tái)址，進(jìn)行異地搬遷，使其發(fā)揮應(yīng)有的作用。

3.2.2 充分利用其它行業(yè)的資源和服務(wù)優(yōu)勢(shì)

與地震行業(yè)類似，氣象、通信、油氣開(kāi)發(fā)等行業(yè)在全國(guó)各地分布有大量的氣象觀測(cè)站、通信基站、廢棄井場(chǎng)等各類規(guī)模不等的站點(diǎn)，具有優(yōu)越的站址、通訊、電力和人力資源服務(wù)優(yōu)勢(shì)。應(yīng)該摒棄以往獨(dú)立建設(shè)和運(yùn)維的定式思維，通過(guò)與這些行業(yè)創(chuàng)新合作，依托現(xiàn)有資源，實(shí)現(xiàn)地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)的高效建設(shè)和運(yùn)維，進(jìn)而提高觀測(cè)數(shù)據(jù)的綜合質(zhì)量。

3.2.3 著力提高監(jiān)控智能化水平

通過(guò)安裝臺(tái)站環(huán)境監(jiān)控單元、網(wǎng)絡(luò)視頻攝像頭、軟件運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)程序和數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控軟件，對(duì)臺(tái)站設(shè)備、臺(tái)網(wǎng)中心軟件的運(yùn)行狀態(tài)和臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)異常可及時(shí)報(bào)警，提醒臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行人員處理故障，進(jìn)一步減小軟硬件故障對(duì)臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響。

3.3 完善地震烈度計(jì)算和成圖方法，提高產(chǎn)出成果準(zhǔn)確性

3.3.1 改進(jìn)儀器地震烈度計(jì)算方法

即將頒布的儀器地震烈度計(jì)算行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所提出的指標(biāo)建立在充分的強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)、震后震害數(shù)據(jù)和各類科學(xué)研究成果基礎(chǔ)之上，它繼承、拓展并銜接《中國(guó)地震烈度表》 （GB/T 17742-2017）、《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB/T 18306-2015）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以易于計(jì)算和理解的加速度峰值和速度峰值作為表征儀器地震烈度的地震動(dòng)參數(shù)，具有較強(qiáng)的科學(xué)性、繼承性、一致性和可操作性，是以后儀器地震烈度計(jì)算的推薦方法，因此，成都市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)也應(yīng)將其作為儀器地震烈度計(jì)算的首選方法。

3.3.2 優(yōu)化地震動(dòng)衰減模型和公式

近年來(lái)，我國(guó)許多學(xué)者對(duì)西部地區(qū)，尤其是四川地區(qū)的地震烈度衰減模型做過(guò)深入研究，并給出了一些適用于各研究區(qū)的衰減公式[22-25]。與現(xiàn)軟件中已有的東北經(jīng)驗(yàn)衰減公式和ShakeMap公式相比，這些衰減模型更適用于成都市地震烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)，能更好的反映出真實(shí)的地震動(dòng)衰減特征。因此，在繪制地震烈度圖使用地震動(dòng)衰減模型時(shí)，應(yīng)采用上述更加符合實(shí)情的地震動(dòng)衰減關(guān)系替換系統(tǒng)中原有的地震動(dòng)衰減。