安徽臺(tái)網(wǎng)自動(dòng)地震定位系統(tǒng)結(jié)果評(píng)估＊

郁建芳 袁 勇 夏仕安 韓成成

（安徽省地震局，合肥 230031）

引言

地震速報(bào)是地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)和臺(tái)站最基礎(chǔ)也是最重要的工作之一，同時(shí)也是服務(wù)于防震減災(zāi)事業(yè)和抗震救災(zāi)工作的重要環(huán)節(jié)。地震速報(bào)就是要在盡可能短的時(shí)間內(nèi)，對(duì)已發(fā)生地震事件的時(shí)、空、強(qiáng)三要素做準(zhǔn)確、有效的測(cè)定，并報(bào)送給有關(guān)部門(mén)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和公眾防震減災(zāi)意識(shí)的不斷提高，地震速報(bào)工作和速報(bào)信息的社會(huì)顯示度和影響面日益增大，社會(huì)公眾對(duì)所接收震情信息的精準(zhǔn)度和時(shí)效性的要求越來(lái)越高。然而，地震臺(tái)網(wǎng)通過(guò)人機(jī)交互系統(tǒng)分析得到的地震基本參數(shù)一般于震后8—12 min才能發(fā)布，這就直接造成了速報(bào)“不速”[1]。因此，迫切需要我們?cè)谧詣?dòng)地震定位技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)實(shí)用性攻關(guān)，中國(guó)地震局于2013年4月1日正式對(duì)外提供自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)（AU）的自動(dòng)速報(bào)結(jié)果，全國(guó)部分省級(jí)地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)也相繼研發(fā)和建立了適用于本省的自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)[2-4]。

1 安徽臺(tái)網(wǎng)地震自動(dòng)定位系統(tǒng)

目前，安徽臺(tái)網(wǎng)正式運(yùn)行的自動(dòng)地震定位系統(tǒng)包括中國(guó)地震局自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)（AU）、江蘇省地震局自動(dòng)定位系統(tǒng)、福建省地震局自動(dòng)地震系統(tǒng)和安徽區(qū)域地震預(yù)警系統(tǒng)等4套。各系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果表明，安徽區(qū)域發(fā)生M1.0以上地震時(shí)，安徽區(qū)域地震預(yù)警系統(tǒng)可在30 s內(nèi)給出首報(bào)結(jié)果，可在1 min內(nèi)給出終報(bào)結(jié)果，江蘇、福建局自動(dòng)定位系統(tǒng)可在1—2 min內(nèi)產(chǎn)出自動(dòng)定位結(jié)果參數(shù)，AU系統(tǒng)鑒于其發(fā)布策略可在3 min內(nèi)產(chǎn)出M3.0及以上地震的自動(dòng)速報(bào)結(jié)果。這些自動(dòng)定位結(jié)果均對(duì)后續(xù)的人工精準(zhǔn)分析提供一定參考，同時(shí)，不同系統(tǒng)產(chǎn)出的結(jié)果均存在一定程度的差異。

1.1 中國(guó)地震局自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)（AU）

全國(guó)自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)的自動(dòng)速報(bào)結(jié)果產(chǎn)出系統(tǒng)由國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)中心、國(guó)家地震速報(bào)備份中心和5大區(qū)域自動(dòng)地震速報(bào)中心的自動(dòng)地震速報(bào)處理系統(tǒng)產(chǎn)出構(gòu)成，中國(guó)地震局EQIM根服務(wù)器匯集上述不同系統(tǒng)的自動(dòng)速報(bào)結(jié)果，基于“多路綜合觸發(fā)”策略產(chǎn)出綜合觸發(fā)結(jié)果（Auto Location，簡(jiǎn)稱(chēng) AU）[3]。本文對(duì)2015年1月—2019年12月期間安徽境內(nèi)及省邊線外50 km范圍內(nèi)M≥3.0的AU結(jié)果和正式目錄進(jìn)行對(duì)比（表1）。與統(tǒng)一正式目錄對(duì)比，可得到以下結(jié)論：

表1 自動(dòng)地震速報(bào)結(jié)果（AU）與統(tǒng)一正式目錄（2015-01—2019-12）Table 1 Comparison of the results of automatic earthquake early report and unified official catalog（2015-01—2019-12）

（1）自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)出綜合觸發(fā)結(jié)果的平均速報(bào)用時(shí)為 151.76 s；

（2）以統(tǒng)一正式目錄為標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)地震速報(bào)結(jié)果AU的平均發(fā)震時(shí)刻差為0.82 s，平均震中位置差為3.522 km，平均震級(jí)差為0.2級(jí)；

（3）對(duì)比的17個(gè)地震事件中，只有一個(gè)地震自動(dòng)速報(bào)的震級(jí)比正式目錄小，其他16個(gè)地震的自動(dòng)速報(bào)震級(jí)均偏大，最大偏差達(dá)0.5級(jí)。

1.2 江蘇省和福建省地震局自動(dòng)地震定位系統(tǒng)

江蘇省地震局自動(dòng)地震定位系統(tǒng)（圖1）和福建省地震局自動(dòng)地震定位系統(tǒng)（圖2）均為綠色軟件，支持Windows操作系統(tǒng)，具備實(shí)時(shí)全自動(dòng)處理和快速人機(jī)交互處理功能。軟件從JOPENS流服務(wù)器接收實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)，具備初至和續(xù)至震相到時(shí)的自動(dòng)識(shí)別與顯示震相，對(duì)震相清晰的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)篩選和綁定，隨著選定震相的不斷增加，利用長(zhǎng)短時(shí)窗比法STA/LTA和赤池信息量準(zhǔn)則AIC以及交切法對(duì)震中位置、震級(jí)、參考地名等進(jìn)行自動(dòng)測(cè)定和持續(xù)實(shí)時(shí)更新[5-6]。

本文對(duì)2018年1月—2019年12月期間安徽區(qū)域M≥1.5的江蘇自動(dòng)定位結(jié)果和福建自動(dòng)定位結(jié)果分別與統(tǒng)一正式目錄進(jìn)行對(duì)比（表2和表3），可得出以下結(jié)論：

圖1 江蘇自動(dòng)定位系統(tǒng)Fig. 1 Automatic positioning system of Jiangsu

圖2 福建自動(dòng)定位系統(tǒng)Fig. 2 Automatic positioning system of Fujian

表2 江蘇省自動(dòng)地震定位結(jié)果與統(tǒng)一正式目錄（2018-01—2019-12）Table 2 Comparison of the results of automatic positioning system of Jiangsu and unified official catalog（2018-01—2019-12）

續(xù)表2

表3 福建省自動(dòng)地震定位結(jié)果與統(tǒng)一正式目錄（2018-01—2019-12）Table 3 Comparison of the results of automatic positioning system of Fujian and unified official catalog（2018-01—2019-12）

續(xù)表3

（1）江蘇自動(dòng)地震定位結(jié)果的平均發(fā)震時(shí)刻差為0.6 s，平均震中位置差為1.46 km，平均震級(jí)差為0.1級(jí)；

（2）福建自動(dòng)地震定位結(jié)果的平均發(fā)震時(shí)刻差為0.56 s，平均震中位置差為4.26 km，平均震級(jí)差為0.2級(jí)；

（3）對(duì)比的38個(gè)地震事件中，江蘇和福建自動(dòng)地震定位系統(tǒng)產(chǎn)出的震級(jí)較統(tǒng)一正式目錄均偏大，江蘇定位結(jié)果中有5個(gè)地震事件震級(jí)無(wú)偏差，福建定位結(jié)果有2個(gè)震級(jí)無(wú)偏差。

1.3 安徽區(qū)域地震預(yù)警系統(tǒng)

安徽區(qū)域地震預(yù)警系統(tǒng)（圖3）于2018年2月1日在安徽臺(tái)網(wǎng)試運(yùn)行，系統(tǒng)共接收安徽地區(qū)31個(gè)及周邊區(qū)域19個(gè)共50個(gè)測(cè)震臺(tái)站的實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)，平均臺(tái)間距67 km。該系統(tǒng)采用長(zhǎng)短時(shí)窗STA/LTA算法對(duì)震相粗略拾取后，利用優(yōu)化后的AIC算法精確拾取震相到時(shí)，采用福建局金星研究員提出的地震預(yù)警連續(xù)定位方法定位，即當(dāng)?shù)谝粋€(gè)臺(tái)站觸發(fā)后，以該臺(tái)站Voronoi區(qū)域的形心位置作為首次定位震中，并選定一定時(shí)間間隔不斷更新定位結(jié)果[7-10]。

圖3 安徽區(qū)域地震預(yù)警系統(tǒng)主界面Fig. 3 Main interface of Anhui regional earthquake early warning system

本文對(duì)2018年2月—2019年12月期間安徽及周邊省份M≥1.5的地震預(yù)警系統(tǒng)定位結(jié)果和統(tǒng)一正式目錄進(jìn)行對(duì)比（表4），可得到以下結(jié)論：

（1）安徽區(qū)域地震預(yù)警系統(tǒng)產(chǎn)出首報(bào)定位結(jié)果所用臺(tái)站數(shù)平均為6個(gè)，平均用時(shí)為15.26 s，產(chǎn)出終報(bào)定位結(jié)果所用臺(tái)站平均數(shù)為25個(gè)，平均用時(shí)為46.56 s；

（2）預(yù)警系統(tǒng)首報(bào)結(jié)果的平均發(fā)震時(shí)刻差為0.63 s，終報(bào)結(jié)果為 0.37 s；

（3）預(yù)警系統(tǒng)首報(bào)結(jié)果的平均震中位置差為4.055 km，終報(bào)結(jié)果為 2.107 km；

（4）預(yù)警系統(tǒng)首報(bào)和終報(bào)的震級(jí)誤差分布如圖4所示，藍(lán)色叉形為預(yù)警首報(bào)的誤差分布，平均震級(jí)誤差為0.25級(jí)，紅色方框?yàn)轭A(yù)警終報(bào)的誤差分布，平均震級(jí)誤差為0.12級(jí)。

表4 安徽區(qū)域地震預(yù)警系統(tǒng)定位結(jié)果與統(tǒng)一正式目錄（2018-02—2019-12）Table 4 Comparison of the results of Anhui regional earthquake early warning system and unified official catalog（2018-02—2019-12）

續(xù)表4

圖4 地震預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)震時(shí)刻、震中位置和震級(jí)誤差分布（藍(lán)色叉形-首報(bào)，紅色方框-終報(bào)）Fig. 4 Error distribution of origin time，epicenter location and magnitude of Anhui regional earthquake early warning system（blue cross- first report，red box- final report）

2 定位結(jié)果對(duì)比

2018年2 月—2019年12月期間安徽及周邊省份M≥1.5地震中，江蘇、福建自動(dòng)定位系統(tǒng)以及安徽區(qū)域預(yù)警系統(tǒng)共有24個(gè)相同地震事件與統(tǒng)一正式目錄相匹配。以統(tǒng)一正式目錄為標(biāo)準(zhǔn)，分別從發(fā)震時(shí)刻誤差、震中水平位置誤差和震級(jí)誤差3個(gè)方面對(duì)這3套自動(dòng)定位系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，誤差分布如圖5—7所示，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表5。需要說(shuō)明的是，鑒于自動(dòng)地震速報(bào)系統(tǒng)（AU）的觸發(fā)策略，當(dāng)安徽區(qū)域發(fā)生M≥3.0地震時(shí)才會(huì)產(chǎn)出自動(dòng)定位結(jié)果，可對(duì)比事件數(shù)量較少；另外，根據(jù)安徽實(shí)際，我們對(duì)江蘇/福建自動(dòng)定位系統(tǒng)和安徽區(qū)域地震預(yù)警系統(tǒng)均配置的是安徽地區(qū)地殼一維速度模型[11]，AU系統(tǒng)配置無(wú)法更改，基于上述兩個(gè)原因，暫不將AU系統(tǒng)列入對(duì)比項(xiàng)。

表5 江蘇、福建自動(dòng)定位以及安徽區(qū)域預(yù)警系統(tǒng)的定位結(jié)果誤差分析Table 5 Error analysis of positioning results among Jiangsu and Fujian automatic positioning systems and Anhui regional earthquake early warning system

3 結(jié)語(yǔ)

本文利用安徽臺(tái)網(wǎng)幾種自動(dòng)地震定位系統(tǒng)產(chǎn)出的定位結(jié)果，參照全國(guó)統(tǒng)一地震編目目錄，從發(fā)震時(shí)刻偏差、震中位置偏差、震級(jí)偏差等方面分析不同自動(dòng)定位結(jié)果之間的匹配情況，討論其結(jié)果參數(shù)的適用性和可靠性，對(duì)比各系統(tǒng)在定位時(shí)效和精度方面的優(yōu)劣，對(duì)安徽區(qū)域臺(tái)網(wǎng)自動(dòng)地震定位系統(tǒng)的整合和完善做出一點(diǎn)參考：安徽臺(tái)網(wǎng)現(xiàn)行的4套自動(dòng)定位系統(tǒng)所產(chǎn)出的結(jié)果均在地震速報(bào)要求所允許的誤差范圍內(nèi)，其中安徽區(qū)域預(yù)警系統(tǒng)產(chǎn)出定位參數(shù)的平均發(fā)震時(shí)刻差、平均震中位置差和平均震級(jí)差都相對(duì)較小。

圖5 江蘇、福建自動(dòng)定位系統(tǒng)與區(qū)域預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)震時(shí)刻誤差分布Fig. 5 Error distribution of origin time of earthquakes among Jiangsu and Fujian automatic positioning systems and Anhui regional earthquake early warning system

圖6 江蘇、福建自動(dòng)定位系統(tǒng)與區(qū)域預(yù)警系統(tǒng)的震中水平位置誤差分布Fig. 6 Error distribution of epicenter location of earthquakes among Jiangsu and Fujian automatic positioning systems and Anhui regional earthquake early warning system

圖7 江蘇、福建自動(dòng)定位系統(tǒng)與區(qū)域預(yù)警系統(tǒng)的震級(jí)誤差分布Fig. 7 Error distribution of magnitude of earthquakes among Jiangsu and Fujian automatic positioning systems and Anhui regional earthquake early warning system