云南地震預警信息發(fā)布平臺設計及在2021年云南漾濞MS6.4地震中的應用

趙至柔 吳艷梅 李敏 曹彥波 賈召亮 壯延

摘要：基于云南省地震局預警平臺，設計了云南本地化地震預警信息發(fā)布平臺。該平臺可對云南范圍內(nèi)的地震烈度速報信息、重點地震監(jiān)視防御區(qū)域的地震預警信息等內(nèi)容進行發(fā)布，可對接入的預警信息發(fā)布終端進行日常監(jiān)控與管理，并提供多元化的服務產(chǎn)品。經(jīng)過云南省地震預警信息發(fā)布演練和真實地震檢驗，云南地震預警信息發(fā)布平臺能較好地為政府應急決策、公眾逃生避險、重大工程地震緊急處置以及相關科學研究提供地震預警信息服務。

關鍵詞：地震預警;預警信息;發(fā)布平臺;漾濞MS6.4地震

中圖分類號：P315-391?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1000-0666（2021）03-0507-07

0 引言

地震預警是指在地震發(fā)生后，利用電磁波與地震波之間的時間差，在破壞性地震波尚未到達時，提前幾秒到幾十秒發(fā)出預警，以有效減少人員傷亡，達到防震減災實效，消除民眾恐慌情緒（Lee et al，2019）。地震預警可細分為異地預警、現(xiàn)地（原地）預警以及混合預警3種模式。目前常用的預警算法有ElarmS3、FinDer等（盧建旗，李山有，2021）。

一些國家及地區(qū)的地震預警工程發(fā)展較早，如日本、美國、墨西哥及中國臺灣等（張紅才等，2013）。日本境內(nèi)運行著多個地震預警緊急信息服務系統(tǒng)，如為新干線鐵路系統(tǒng)服務的UrEDAS/Compact UrEDAS系統(tǒng)、為日本全體民眾服務的“緊急地震速報”系統(tǒng)等（楊程等，2018）。美國于1994年開始研究地震預警，最初使用的是Elarm系統(tǒng)，經(jīng)過不斷完善，在ElarmS3的基礎上建成了目前正在運行的ShakeAlert系統(tǒng)（王紅蕾等，2019）。墨西哥于2005年，將原有墨西哥城地震預警系統(tǒng)SAS和瓦哈卡市地震預警系統(tǒng)SASO合并為墨西哥地震預警系統(tǒng) SASMEX（楊陳，2018）。中國臺灣于1994年開始進行地震預警相關研究工作，建立了“及時強地動觀測系統(tǒng)”（袁志祥等，2007）。

我國作為世界上遭受地震災害最嚴重的國家之一，建立一套完善的地震預警系統(tǒng)勢在必行（高峰等，2014;郭紅梅等，2019）。2015年6月，“國家地震烈度速報與預警工程”獲批，項目工作進入可行性研究階段（蔣長勝，劉瑞峰，2016）。2018年7月該項目正式啟動。2019年7月，云南地震烈度速報與預警工程項目納入“國家地震烈度速報與預警工程”先行先試范疇，力爭在2021年底，在云南全省全面形成預警能力。目前云南已建成202個基準站、228個基本站和1 110個一般站，共1 540個臺站，緊急地震信息服務終端共計746套，覆蓋全省16個州（市）的學校、政府、應急管理部門、地震行業(yè)部門、生命線工程單位等領域。

地震預警信息服務是地震預警系統(tǒng)建設的“最后一公里”，地震預警信息發(fā)布平臺作為地震信息服務的關鍵部分，其研發(fā)就顯得尤其重要（曹彥波等，2015;許瑞杰等，2019;李兆隆等，2019）。本文設計了基于互聯(lián)網(wǎng)的云南本地化地震預警信息發(fā)布平臺（下文簡稱發(fā)布平臺），實現(xiàn)了以云南省地震局預警平臺為基礎，對云南范圍內(nèi)的地震烈度速報信息、重點地震監(jiān)視防御區(qū)域的地震預警信息、地震相關科普宣傳視頻等內(nèi)容進行發(fā)布，對接入的預警信息發(fā)布終端進行日常監(jiān)控與管理并提供地震預警模擬演練、第三方平臺接入預警信息等多元化的服務產(chǎn)品。

1 發(fā)布平臺架構(gòu)設計

1.1 總體架構(gòu)

發(fā)布平臺主要由臺站、地震信息處理中心、地震信息發(fā)布中心、地震信息轉(zhuǎn)發(fā)服務器以及各類終端組成（圖1）。地震發(fā)生時，臺站監(jiān)測到地震波的信息后傳輸給地震信息處理中心，該中心將處理后的地震信息傳輸至地震信息發(fā)布中心，發(fā)布中心將獲取到的地震信息推送至地震信息轉(zhuǎn)發(fā)服務器運算后，分發(fā)至各類終端實現(xiàn)地震預警功能。

1.2 體系結(jié)構(gòu)

發(fā)布平臺分為5層，分別為信源層、物理層、應用層、展現(xiàn)層、用戶層（圖2）。信源層主要包括地震預警信息發(fā)布平臺推送的地震預警信息等、第三方提供的氣象數(shù)據(jù)信息、其它災害信息、面向公眾的地震科普宣傳信息、主要為服務器以及各類終端提供統(tǒng)一的時間服務信息。物理層包括數(shù)據(jù)庫服務器（用于保存終端位置信息、終端運行狀態(tài)等）、多災種數(shù)據(jù)融合服務器（用于融合地震、氣象等災害預警信息）、信息加工處理服務器（用于對各類預警信息進行加工處理）、消息中間件服務器（用于各類信息的發(fā)布）、運維保障服務器（用于監(jiān)控各終端運行狀態(tài)、用戶發(fā)布平臺等）。應用層主要是為各類用戶提供地震預警、地震速報等服務，還提供當前時間和日期、天氣預報等日常服務。展現(xiàn)層主要包括各類地震預警終端。用戶層主要指預警信息發(fā)布的對象。

2 發(fā)布平臺功能實現(xiàn)

2.1 技術流程

當發(fā)布平臺獲取到地震預警信息后，首先進行數(shù)據(jù)解析，對需要發(fā)布的信息進行編碼轉(zhuǎn)換，形成標準化的預警信息;然后，根據(jù)不同終端的數(shù)據(jù)交互方式，按照消息隊列遙測傳輸協(xié)議（MQTT）及JSON數(shù)據(jù)格式封裝為地震預警信息包，推送至移動端與Web端。地震預警終端在接收到預警信息后，對數(shù)據(jù)進行解析計算，生成向用戶展現(xiàn)的圖形要素并在前端進行可視化展示。預警終端登錄到地震信息發(fā)布通信服務器，并向其發(fā)送心跳包來保持長連接，以確保預警終端可以實時向通信服務器發(fā)送數(shù)據(jù)。通信連接的建立過程如下（圖3）：

（1）預警終端登錄到通信服務器。預警終端向通信服務器發(fā)送登錄通信報文，如果通信服務器給予反饋，則表示預警終端登錄成功。

（2）預警終端與通信服務器的連接。登錄成功后，預警終端按設定的時間周期T1主動給通信服務器發(fā)送心跳包維持長連接，通信服務器對心跳包予以應答。心跳包發(fā)送、應答及維持長連接要求如下：①當通信服務器在周期T2內(nèi)沒有收到心跳包，認為通信鏈路中斷，釋放會話資源。②當預警終端在連續(xù)發(fā)送了n個心跳包后，沒有收到通信服務器的心跳應答包，就認為通信鏈路中斷，應重新登錄通信服務器。

2.2 主要功能

發(fā)布平臺服務端主要包含終端管理、預警終端管理系統(tǒng)、終端內(nèi)容管理、地震預警速報、避難場所管理、系統(tǒng)管理6個功能?？蛻舳斯δ苣K主要有地震速報、地震預警、科普宣傳、軟件設置，其中地震速報和地震預警模塊有震例目錄、震例回放等信息，軟件設置里可以進行用戶注冊登錄、版本更新等（表1）。

3 發(fā)布平臺應用分析

云南地震預警信息發(fā)布平臺自建成以來，在終端的日常管理、預警信息發(fā)布和科普宣傳方面發(fā)揮了較好的作用，尤其是在2020年9月25日云南省地震預警信息發(fā)布演練中，依托發(fā)布平臺實現(xiàn)了地震預警信息的管理與發(fā)布，并在2021年1月2次地震和5月21日漾濞MS6.4地震中該平臺的穩(wěn)定性和可靠性得到了進一步檢驗。

3.1 預警終端部署與管理

目前已完成全省746套地震預警終端的安裝部署，同步開展調(diào)試及試運行工作，具備了地震預警信息發(fā)布能力。預警終端覆蓋了省級抗震救災指揮部成員單位、各州（市）政府、試點縣（區(qū)）政府、部分生命線工程和覆蓋16個州（市）的600余所中小學校，并向25個重點市（縣）的185套預警終端用戶提供地震預警試運行服務（表2）。

通過發(fā)布平臺可以查詢終端在線情況，主要包括每個終端的累計在線時長、總時長、在線率等，以及所有終端分日期、分地區(qū)的在線數(shù)量、在線率等。以2020年11月為例，筆者統(tǒng)計了所有終端每日在線數(shù)量及在線率，結(jié)果顯示：發(fā)布平 臺接入的終端連續(xù)運行數(shù)均大于等于715套，正常運行率大于等于95.8%，滿足云南省已安裝終端運行率要求（圖4）。

3.2 預警信息發(fā)布演練

為了驗證已安裝部署終端和發(fā)布平臺的運行情況，2020年9月25日進行了云南省地震預警信息發(fā)布演練，模擬在云南省紅河州A縣發(fā)生7.0級地震，震源深度13 km。演練選取震中距不同的10個地區(qū)的預警終端模擬接收預警信息的情況。除云南省地震局指揮大廳的終端外，其余終端均開啟警報聲和閃光燈，將音量調(diào)至“3”;所有終端均設置成地震局演練主題，在地震模擬演練模塊中演練主題設置成與終端統(tǒng)一的演練訂閱主題，此時之前設置好參演的終端就會加入演練的群組里。然后再在地震模擬演練模塊中分別設置模擬演練的發(fā)震地點為云南省紅河州A縣，設定A縣的具體經(jīng)度、緯度，并假定震級為7.0級。

演練場景設定為1個主會場和5個分會場的模式，主會場設置在云南省地震局，分會場分別設置在紅河州地震局、玉溪市第六小學、玉溪市某家庭、云南電網(wǎng)公司、云南省消防救援總隊（圖5）。云南地震預警信息發(fā)布平臺發(fā)送模擬地震預警信息后，所有會場的預警終端、電視、手機APP均成功接收到地震預警信息。

3.3 真實地震預警響應

發(fā)布平臺經(jīng)過反復調(diào)試和測試，達到了平臺設計所預期的各項性能指標，在2021年1月云南昌寧、鹽津2次4級以上地震和2021年5月21日漾濞MS6.4地震中，預警處理系統(tǒng)快速計算出地震三要素等信息，通過發(fā)布平臺有序發(fā)送至處于試運行狀態(tài)的預警終端。

發(fā)布平臺服務端的統(tǒng)計結(jié)果顯示，2021年1月17日昌寧4.1級地震后7 s，全省試點地區(qū)有166臺預警終端接到預警信息，距離震中14 km的施甸縣舊城鄉(xiāng)中心完全小學預警終端響應烈度為4度，4所示范小學終端響應烈度為2度，其余162個終端響應烈度為1度。2021年1月23日鹽津4.7級地震后6 s，全省試點地區(qū)有162臺預警終端接收到預警信息，距離震中37 km的永善縣團結(jié)鎮(zhèn)團結(jié)中學終端響應烈度為4度，大關縣2臺終端、永善縣5臺終端響應烈度為3度，7臺終端響應烈度為2度，其余147臺終端響應烈度為1度。2021年5月21日漾濞縣MS6.4地震后6.1 s，全省共有675臺預警終端收到預警信息，其中有3臺預警終端達到最大響應烈度5度，分別位于云南省大理州漾濞彝族自治縣蒼山西鎮(zhèn)漾濞縣第一中學初中部、云南省大理州漾濞彝族自治縣蒼山西鎮(zhèn)上街中心完全小學、云南省大理州漾濞彝族自治縣蒼山西鎮(zhèn)蒼山西鎮(zhèn)初級中學;4臺預警終端響應烈度為4度;24臺預警終端響應烈度為3度;84臺預警終端響應烈度為2度;其余預警終端響應烈度為1度（圖6）。

從服務端統(tǒng)計的3次真實地震預警終端響應情況來看，地震預警信息發(fā)布平臺從接收到預警信息并發(fā)布至終端需要6～7 s，滿足地震預警的技術要求;越靠近震中的終端，預測烈度越大，這一點與理論上的地震烈度相符。在漾濞MS6.4地震中，通過學校預警終端的監(jiān)控視頻可以看出地震波緊隨預警終端倒計時結(jié)束后到達，為學生、老師緊急避險提供了寶貴的時間，震后實地調(diào)研也證實了這一點。綜合3次真實地震的檢驗結(jié)果，認為云南地震預警信息發(fā)布平臺目前已經(jīng)基本滿足為社會公眾提供地震預警信息發(fā)布的需求。

4 結(jié)論

云南地震預警信息發(fā)布平臺自建成以來，在終端信息管理服務、預警信息發(fā)布服務、科普宣傳服務、第三方接入服務等方面發(fā)揮了較好的社會效益。經(jīng)過地震預警信息發(fā)布演練和實際震例檢驗，證實了該平臺具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，能為政府應急決策、公眾逃生避險、重大工程地震緊急處置以及相關科學研究提供及時豐富的地震預警信息服務。

但是試運行過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，如設備在正式服務時存在大用戶量并發(fā)、預警信息發(fā)布出現(xiàn)錯報和誤報、發(fā)布渠道的拓展性和適用性等問題。結(jié)合現(xiàn)階段信息服務成果分析認為，未來在地震預警信息服務應用中應該提高大用戶量短時間內(nèi)并發(fā)對服務器、網(wǎng)絡的需求能力;建立預警信息發(fā)布糾錯和誤報預案，明確相關處理程序;結(jié)合現(xiàn)有主流應用、程序、產(chǎn)品（如支付寶、一部手機游云南、交通信息指示牌、智能樓宇系統(tǒng)）等，不斷拓展預警信息發(fā)布渠道，提高云南的地震預警信息發(fā)布能力。

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Design of the Yunnan Earthquake Early Warning InformationRelease Platform and Its Application in the 2021 Yangbi，Yunnan MS6.4 Earthquake

ZHAO Zhirou，WU Yanmei，LI Min，CAO Yanbo，JIA Zhaoliang，ZHUANG Yan

（Yunnan Earthquake Agency，Kunming 650224，Yunnan，China）

Abstract

In order to better provide earthquake early warning services to the public in Yunnan，we have developed an earthquake early warning information release platform，which issues the quick report of the earthquake intensity，the earthquake early warning information of the key areas of earthquake monitoring and preparedness，etc.It also conducts daily monitoring and management of the access terminals and provides diversified service products.The earthquake early warning information release drills and earthquake events have proved that the Yunnan Earthquake Early Warning Information Release Platform is capable of providing earthquake early warning information services for emergency decision-making of the government，emergency hedging of the public，emergency disposal of major projects，and related scientific research.

Keywords：earthquake warning;warning information;publishing platform;the Yangbi MS6.4 earthquake