四川緊急地震信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

程思智，申 源，趙 俊，梁厚朗

（四川省地震局，四川 成都610041）

1968年，Cooper提出為舊金山市建設(shè)地震早期預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)想，但限于當時的技術(shù)水平，該構(gòu)想未能得以實現(xiàn)。1985年，Heaton為美國的南加州提出構(gòu)建現(xiàn)代地震計算機化預(yù)警網(wǎng)絡(luò)思想，創(chuàng)造了一種基于密集監(jiān)測臺網(wǎng)的地震預(yù)警簡單模型（馬強，2008）。20世紀90年代以來，日本、美國、墨西哥、中國和歐洲部分國家及地區(qū)逐漸開展了地震預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)。其中，日本是最早將Cooper地震預(yù)警構(gòu)想付諸實施并應(yīng)用于地震災(zāi)害防御的國家，目前日本、墨西哥已正式對社會開展地震預(yù)警信息服務(wù)，并在2011年日本9.0級和2017年墨西哥8.2級等重特大地震中取得了實際減災(zāi)效益（宋彥云等，2021）。臺灣是我國第一個部署地震預(yù)警系統(tǒng)的地區(qū)，1995年在花蓮地區(qū)裝設(shè)的預(yù)警系統(tǒng)投入使用（高峰等，2014）。2017年12月28日，四川省人民政府辦公廳印發(fā)了《關(guān)于印發(fā)“8·8”九寨溝地震災(zāi)后恢復(fù)重建規(guī)劃項目的通知》，明確提出要實施《地震烈度速報與預(yù)警項目》，建設(shè)緊急地震信息服務(wù)平臺。本研究通過構(gòu)建緊急地震信息服務(wù)平臺，實現(xiàn)四川緊急地震信息服務(wù)體系的建設(shè)，可以提高地震預(yù)警發(fā)布的時效性，豐富緊急地震信息內(nèi)容，拓寬信息發(fā)布手段，并在第一時間通知省委省政府和抗震救災(zāi)指揮部成員單位，為決策層正確判斷災(zāi)情和部署救援力量提供重要科學(xué)依據(jù)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)及功能

四川緊急地震信息服務(wù)平臺以“國家地震烈度速報與預(yù)警工程”項目建設(shè)為基礎(chǔ)，通過建設(shè)省級緊急信息服務(wù)平臺和市州級、縣級緊急地震信息轉(zhuǎn)發(fā)接收平臺，搭建涵蓋社會公眾、政府機構(gòu)、行業(yè)用戶、新聞媒體等示范用戶的信息接收服務(wù)系統(tǒng)，將“國家地震烈度速報與預(yù)警工程”項目建設(shè)的“國家、省、市州”三級緊急地震信息服務(wù)體系延伸到“區(qū)縣”級，最終將服務(wù)范圍覆蓋全川，并構(gòu)建“國家、省、市、縣”四級立體聯(lián)動的地震烈度速報與預(yù)警監(jiān)測能力體系。系統(tǒng)采用J2EE技術(shù)架構(gòu)、B/S系統(tǒng)訪問模式。J2EE是當前使用最廣泛的Web程序設(shè)計技術(shù)，具有安全性、可伸縮性、負載平衡性和可重用性等特點，適合分布式運算、具有良好的多線程處理能力，安全性較高，已成為業(yè)界模范（汪金營，2004）。B/S模式具有客戶端零部署及未來可在各業(yè)務(wù)部門擴展的特點，比較適合多目標系統(tǒng)的用戶，且操作簡單、易于維護、信息共享度高、擴展性好，技術(shù)平臺穩(wěn)定是當前應(yīng)用范圍廣泛的先進網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（譚駿珊等，2003）。

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

四川緊急地震信息服務(wù)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)資源層、業(yè)務(wù)邏輯層、展現(xiàn)層及服務(wù)對象層組成（見圖1）。數(shù)據(jù)資源層是信息輸入端，輸入數(shù)據(jù)主要包括省級地震預(yù)警處理系統(tǒng)推送的地震預(yù)警信息、地震速報信息、災(zāi)情快速評估產(chǎn)品、氣象信息、其它災(zāi)害信息以及面向公眾的地震科普宣傳信息等。業(yè)務(wù)邏輯層是系統(tǒng)的核心，具有緊急信息來源接收（用于融合地震、氣象和速報機器人等的災(zāi)害預(yù)警信息）、實時信息和非實時信息發(fā)布、終端狀態(tài)監(jiān)控、終端運維管理和基礎(chǔ)信息管理等功能，能為各類用戶提供地震預(yù)警、地震速報、科普宣傳和地震演練等服務(wù)，日?？商峁┊斍皶r間、日期和天氣預(yù)報等服務(wù)。展現(xiàn)層是系統(tǒng)的集中展現(xiàn)，主要包括地震預(yù)警專用接收終端、移動App接收終端、微信/微博、12322地震短信社會服務(wù)平臺和第三方接口等。服務(wù)對象層也是用戶層，是系統(tǒng)產(chǎn)出產(chǎn)品的最終受益者，主要包括部署終端的政府機構(gòu)、抗震救災(zāi)指揮部成員單位、中小學(xué)示范學(xué)校以及社會公眾等。

圖1 四川緊急地震信息服務(wù)系統(tǒng)總體邏輯架構(gòu)

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計

緊急地震信息服務(wù)發(fā)布網(wǎng)絡(luò)充分利用社會和行業(yè)網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)緊急地震信息的三級發(fā)布、四級服務(wù)。省級預(yù)警發(fā)布平臺與相對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過局域網(wǎng)高速互聯(lián)，省、市、縣三級平臺之間通過地震行業(yè)網(wǎng)互聯(lián)。發(fā)布平臺與服務(wù)對象之間的鏈路，主要包括電子政務(wù)外網(wǎng)、教育網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、VPN及其他行業(yè)專網(wǎng)等。省級中心負責(zé)上連國家中心、下連臺站和市縣，并與政府、學(xué)校、企業(yè)以及社會公眾連接，提供信息服務(wù)。省級中心網(wǎng)絡(luò)涉及專線、VPN、電子政務(wù)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等多種接入方式。在省級中心局域網(wǎng)按照業(yè)務(wù)功能及管理劃分子網(wǎng)，包括服務(wù)器區(qū)、辦公接入?yún)^(qū)、安全管理區(qū)與緊急信息發(fā)布子網(wǎng)等。省級中心采取運營商雙物理鏈路方式接入，接口類型為千兆以太網(wǎng)接口。市（州）、縣節(jié)點通過專線直連省級中心，局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)接口類型為以太網(wǎng)接口，路由協(xié)議支持靜態(tài)路由、OSPF、GRE、IPSEC、MPLS-VPN等協(xié)議（見圖2）。

圖2 四川緊急地震信息服務(wù)系統(tǒng)邏輯網(wǎng)絡(luò)拓撲架構(gòu)

市州及區(qū)縣緊急地震信息服務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)平臺是國家、省、市州、縣四級信息服務(wù)體系中的重要部分，處于省級部門服務(wù)中心和觸控終端之間，相對省級平臺來說，同時起到分散流量，分擔(dān)傳送壓力，分攤故障風(fēng)險的作用，同時管理部署在縣級部門的緊急地震信息服務(wù)接收客戶端具有監(jiān)控各個工作客戶端狀態(tài)的功能。緊急地震信息服務(wù)市縣轉(zhuǎn)發(fā)平臺主要包括信息接收、屬地信息配置、資源轉(zhuǎn)發(fā)三個子系統(tǒng)，平臺功能主要有縣級平臺接入管理、資源接收轉(zhuǎn)發(fā)管理、系統(tǒng)管理等。

1.3 主要功能設(shè)計

緊急地震信息服務(wù)系統(tǒng)由緊急地震信息服務(wù)端、市州信息轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)、觸控屏終端服務(wù)、移動終端服務(wù)四部分構(gòu)成（見圖3）。緊急地震信息服務(wù)端對各分系統(tǒng)生成的地震預(yù)警數(shù)據(jù)、地震速報數(shù)據(jù)、地震烈度速報數(shù)據(jù)、災(zāi)情快速評估等緊急地震信息進行分揀，基于用戶服務(wù)需求進行定制，按照設(shè)置的轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級將結(jié)果向市州縣轉(zhuǎn)發(fā)平臺、信息接收終端推送，或者以手機短信、手機APP終端進行展示。市州信息轉(zhuǎn)發(fā)平臺接收緊急地震信息服務(wù)端發(fā)布的信息產(chǎn)品，并向政府相關(guān)機構(gòu)和所管轄范圍內(nèi)縣級、示范學(xué)校轉(zhuǎn)發(fā)緊急地震信息。觸控屏終端和移動終端負責(zé)接收展示相關(guān)信息。

圖3 緊急地震信息服務(wù)平臺構(gòu)成

2 信息發(fā)布及產(chǎn)品服務(wù)

地震預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)主要從省局地震預(yù)警分系統(tǒng)接收地震預(yù)警數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)進行解析并根據(jù)發(fā)布規(guī)則封裝預(yù)警信息，同時向各類用戶分發(fā)實時緊急地震預(yù)警信息（見圖4）。

圖4 預(yù)警信息發(fā)布流程圖

2.1 地震速報和地震烈度信息發(fā)布

地震速報發(fā)布信息主要包括JEEW超快速報、AU自動速報、四川臺網(wǎng)初報和國家局正式報數(shù)據(jù)，其處理系統(tǒng)通過信息整合策略對數(shù)據(jù)進行解析并根據(jù)發(fā)布規(guī)則封裝信息，向用戶發(fā)布實時速報信息（見圖5）。烈度速報發(fā)布信息主要為烈度速報信息報文和地震烈度分布圖。

圖5 地震速報發(fā)布流程

2.2 地震動參數(shù)和災(zāi)情評估產(chǎn)品服務(wù)

地震動參數(shù)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)主要接收強震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)產(chǎn)出的臺站儀器烈度分布圖、加速度反應(yīng)譜分布圖和加速度動態(tài)震動圖等產(chǎn)品，再根據(jù)相應(yīng)的發(fā)布策略以及用戶配置進行產(chǎn)品推送服務(wù)。災(zāi)情評估產(chǎn)品的推送主要面向政府部門以及防震減災(zāi)部門。地震發(fā)生后，只要省內(nèi)某地區(qū)烈度達到6度，強震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在3～10分鐘產(chǎn)出第一報災(zāi)情評估圖，30分鐘后產(chǎn)出第二報災(zāi)情評估圖，并同時采用人工上傳或修正的方式來推送主震破裂過程、余震序列和震源機制等圖件。

3 效果展示

3.1 緊急地震信息服務(wù)平臺

四川緊急地震信息服務(wù)系統(tǒng)自2021年2月5日起進入試運行，平臺部署了國家預(yù)警項目I型終端11臺，II型終端298臺，省項目觸控屏終端239臺（含轉(zhuǎn)發(fā)平臺），“村村響”廣播終端48臺，共計596臺。以2021年3月19日四川北川3.9級地震為例，四川緊急地震信息服務(wù)平臺從JEEW超快速報處理系統(tǒng)接收了1次地震預(yù)警自動處理結(jié)果，并于18時57分59秒開始向地震預(yù)警終端推送，時間為震后10秒，震級為4.0（見圖6）。四川緊急地震信息服務(wù)平臺共有514臺預(yù)警終端接收到該預(yù)警信息，其中有121臺預(yù)警終端有屏顯和閃爆燈，67臺預(yù)警終端有屏顯、閃爆燈并發(fā)出警報聲音。

圖6 四川省緊急地震信息服務(wù)平臺地震預(yù)警推送展示界面

四川緊急地震信息服務(wù)平臺在震后1分41秒接收到AU自動速報信息，4分32秒接收到四川臺網(wǎng)初報信息，5分52秒接收到國家局正式報信息。震后6分鐘，強震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)陸續(xù)產(chǎn)出了鄉(xiāng)鎮(zhèn)儀器烈度分布圖、儀器烈度圖、PGA等值線圖和PGV等值線圖等地震動參數(shù)和災(zāi)情評估產(chǎn)品（見圖7）。

圖7 四川省緊急地震信息服務(wù)平臺烈度速報推送展示界面

緊急地震信息服務(wù)系統(tǒng)的緊急地震信息APP在震后及時推送了預(yù)警信息，該平臺包括終端狀態(tài)監(jiān)控、終端遠程運維管理、地震模擬演練和基礎(chǔ)信息管理等模塊。以四川省成都市武侯區(qū)林蔭街的用戶為例，用戶距離2021年3月19日四川北川3.9級地震震中144千米，收到信息時預(yù)警時間為30秒（見圖8）。目前，四川省地震局已與支付寶、川觀新聞APP、華為手機、西南油氣田轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)和四川省監(jiān)獄管理局戒毒所信息發(fā)布管理系統(tǒng)等第三方平臺展開合作，授權(quán)其對外發(fā)布預(yù)警信息。

圖8 緊急地震信息APP地震預(yù)警信息展示界面

4 結(jié)束語

四川緊急地震信息服務(wù)系統(tǒng)建成后，極大地提高了地震應(yīng)急響應(yīng)速度，豐富了緊急地震信息的內(nèi)容，拓展了服務(wù)渠道，提升了地震部門服務(wù)水平，實現(xiàn)了向公眾快速準確傳遞地震信息的目標，能第一時間向省、市州政府發(fā)送通知。系統(tǒng)上線（2019年11月）至今，共接收地震速報信息898條，接收地震預(yù)警信息267條，達到預(yù)警標準向社會公眾發(fā)布的緊急地震預(yù)警信息267條。系統(tǒng)通過專用預(yù)警終端、手機APP、手機短信和第三方轉(zhuǎn)發(fā)等方式多渠道拓展地震信息社會化服務(wù)能力，使地震應(yīng)急聯(lián)動機制更加成熟。該系統(tǒng)的建成對全面提升四川省地震監(jiān)測和應(yīng)急救援能力、減輕災(zāi)害損失和保護人民生命財產(chǎn)安全、實現(xiàn)地震監(jiān)測現(xiàn)代化具有重要意義。