論華東片區(qū)流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)演練
——以上海市地震局為例

潘國(guó)勇，王 軍，畢 波，孫冬軍，邵永謙，王 鵬，王仁濤，劉 菲，王成睿，馮 策

（1.上海市地震局，上海 200062；2.上海佘山地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，上海 200062）

0 前言

地震是破壞性最強(qiáng)的自然災(zāi)害之一，不僅給人民的生命、財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失，而且還會(huì)給受害者的心理帶來(lái)創(chuàng)傷。面對(duì)地震災(zāi)害，通常無(wú)法預(yù)測(cè)其發(fā)生的準(zhǔn)確時(shí)間、地點(diǎn)和震級(jí)，在很大程度上增加了防災(zāi)減災(zāi)的難度[1-6]。流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)演練是對(duì)實(shí)際突發(fā)地震事件情景的模擬，包括流動(dòng)測(cè)震臺(tái)站架設(shè)以及流動(dòng)中心和臨時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的組建，對(duì)震后緊急開(kāi)展加密觀測(cè)、提升流動(dòng)觀測(cè)專業(yè)人員的素質(zhì)和技能具有重要意義[7-11]。

流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)演練目的是加強(qiáng)流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)管理，提升野外條件下流動(dòng)臺(tái)站的快速組網(wǎng)布設(shè)能力，提高流動(dòng)觀測(cè)專業(yè)人員的素質(zhì)和技能。依據(jù)《關(guān)于加強(qiáng)應(yīng)急流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)管理的通知》（中震測(cè)函〔2015〕155 號(hào)），經(jīng)測(cè)震學(xué)科組流動(dòng)觀測(cè)管理部和上海市地震局決定組織華東區(qū)五省一市地震局舉行此次演練。模擬2020年12月23 日當(dāng)天07時(shí)45分上海市青浦區(qū)發(fā)生6.0級(jí)地震，根據(jù)實(shí)際地震現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行測(cè)震流動(dòng)臺(tái)站架設(shè)并組建模擬流動(dòng)中心和臨時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)組網(wǎng)，對(duì)華東6個(gè)單位的流動(dòng)觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)流動(dòng)地震臺(tái)站架設(shè)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)協(xié)同共享、流動(dòng)臺(tái)站與固定臺(tái)站融合、流動(dòng)觀測(cè)中心參數(shù)配置等項(xiàng)目進(jìn)行演練。

鑒于2020年疫情復(fù)雜形勢(shì)，為減少大規(guī)?；顒?dòng)并保持流動(dòng)觀測(cè)質(zhì)量，流動(dòng)臺(tái)站采用分散演練方式，不集中到一個(gè)片區(qū)演練場(chǎng)地演練，而是在本地同步演練；而流動(dòng)測(cè)震中心則采用集中演練的方式。流動(dòng)臺(tái)站的部署時(shí)間為兩天，其中第一天外出架臺(tái)并完成數(shù)據(jù)上傳，第二天在流動(dòng)觀測(cè)中心統(tǒng)一檢查流動(dòng)臺(tái)站數(shù)據(jù)上傳、信號(hào)匯集、信號(hào)共享、流動(dòng)臺(tái)站與固定臺(tái)站信號(hào)融合、流動(dòng)中心參數(shù)設(shè)置等情況。

本文以上海市地震局演練情況為例，從日常備戰(zhàn)準(zhǔn)備、聚集過(guò)程以及演練過(guò)程等方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并對(duì)演練中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了歸納總結(jié)，同時(shí)對(duì)日后流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)演練提出了建議。

1 上海流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)簡(jiǎn)介

上海流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)配備1個(gè)流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心和若干流動(dòng)測(cè)震臺(tái)站，主要承擔(dān)上海市行政區(qū)及鄰近省份的震后加密觀測(cè)、科學(xué)研究等任務(wù)。流動(dòng)測(cè)震中心配備發(fā)電機(jī)、UPS電源、蓄電池等供電設(shè)備；全網(wǎng)通4G 路由器等通信設(shè)備；打印機(jī)等通用設(shè)備；投影儀、幕布等現(xiàn)場(chǎng)展示設(shè)備以及便攜式桌椅、工具包、急救用品、野外生活用品等輔助裝備。流動(dòng)測(cè)震臺(tái)站的構(gòu)成包括地震計(jì)、數(shù)據(jù)采集器、蓄電池、太陽(yáng)能電池板、通信設(shè)備、地震計(jì)安裝底座、儀器罩、防護(hù)設(shè)施、標(biāo)識(shí)標(biāo)志等。

目前共配備流動(dòng)臺(tái)站10 臺(tái)套，其中7 臺(tái)套為“十一五”背景場(chǎng)項(xiàng)目采購(gòu)的CMG-40TDE 一體化地震計(jì)，2 臺(tái)套為2019年從珠海泰德公司采購(gòu)的TVG-33S 一體化地震計(jì)，1 臺(tái)套為從北京港震公司臨時(shí)借調(diào)的GL-PCS60 一體化地震計(jì)。主要采用無(wú)線3G/4G數(shù)據(jù)傳輸?？紤]惡劣環(huán)境要求，上海流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)為流動(dòng)測(cè)震臺(tái)站配備太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，同時(shí)流動(dòng)中心采用交流電與汽油發(fā)電機(jī)相結(jié)合的供電方式。

2 上海局流動(dòng)測(cè)震演練

2.1 日常備戰(zhàn)準(zhǔn)備

上海局局黨組對(duì)流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)高度重視，設(shè)立了“上海測(cè)震流動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)升級(jí)與演練”專項(xiàng)項(xiàng)目，充分考慮演練效果及到震時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)條件，更換了一些適用性不強(qiáng)的老舊設(shè)備，包括：上開(kāi)口式的保溫桶、純銅無(wú)磁地震計(jì)底座、可調(diào)節(jié)角度太陽(yáng)能支架、標(biāo)識(shí)標(biāo)牌、便攜式投影系統(tǒng)等，大大提高了野外流動(dòng)臺(tái)站的監(jiān)測(cè)能力、響應(yīng)速度和儀器的調(diào)試、維修水平。

為了有效地提高了架臺(tái)人員的綜合素質(zhì)，上海市地震局流動(dòng)臺(tái)網(wǎng)積極開(kāi)展與其他兄弟省局之間的交流學(xué)習(xí)活動(dòng)，多次派人員進(jìn)行交流學(xué)習(xí)。日常生活中注重演練與實(shí)戰(zhàn)相結(jié)合。2020年4月20 日上海中環(huán)中心爆破，上海市地震局流動(dòng)觀測(cè)人員得知此信息后，迅速聯(lián)系上海消防工程公司，了解相關(guān)爆破情況。為減少爆破時(shí)居民的心理恐慌，并測(cè)試爆破對(duì)地面和建筑的影響，上海市地震局進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)，在爆破場(chǎng)地安全地帶布設(shè)應(yīng)急流動(dòng)加密觀測(cè)系統(tǒng)（圖1），監(jiān)測(cè)并快速報(bào)告爆破地震能量和波及范圍[12]。這種已知爆破任務(wù)，提前進(jìn)行加密觀測(cè)，是檢驗(yàn)實(shí)戰(zhàn)能力和應(yīng)急水平的有效手段，大大提高了上海市地震局的實(shí)戰(zhàn)能力，在全國(guó)也屬首次，最后將此次演練情況報(bào)告學(xué)科組后，得到了專家們的一直認(rèn)可和表?yè)P(yáng)。

圖1 上海中環(huán)中心爆破流動(dòng)臺(tái)站分布及臺(tái)站架設(shè)Fig.1 Distribution of mobile stations of the explosion of Zhonghuan center in Shanghai and station erection

2.2 聚集過(guò)程

在接到模擬2020年12月23 日07 時(shí)45 分上海市青浦區(qū)發(fā)生6.0 級(jí)地震的演練通知后，按照學(xué)科組要求，上海市地震局流動(dòng)觀測(cè)人員迅速集結(jié)并到達(dá)模擬現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)流動(dòng)臺(tái)站。根據(jù)流動(dòng)觀測(cè)需要，架設(shè)一個(gè)土層臺(tái)和一個(gè)基巖臺(tái)。

2.3 演練過(guò)程

2.3.1 流動(dòng)臺(tái)站架設(shè)

（1）臺(tái)站選址。流動(dòng)臺(tái)分為L(zhǎng)3101 土層臺(tái)和L3102 基巖臺(tái)。其中，L3101 土層臺(tái)布設(shè)在上海市崇明區(qū)崇明地震臺(tái)內(nèi)；L3102 基巖臺(tái)布設(shè)在上海市松江區(qū)小昆山。具體位置見(jiàn)圖2。

圖2 流動(dòng)臺(tái)位置分布圖Fig.2 Distribution of mobile stations

（2）儀器選擇及安裝。按照流動(dòng)臺(tái)網(wǎng)技術(shù)要求，兩個(gè)流動(dòng)臺(tái)專業(yè)儀器均選用珠海泰德公司生產(chǎn)的TVG-33S 一體化地震計(jì)， 幅頻特性和相頻特性見(jiàn)圖3。

圖3 幅頻特性和相頻特性Fig.3 The characteristics of amamplitude frequency and phase frequency

2020年12月18 日，流動(dòng)觀測(cè)人員在L3101 流動(dòng)臺(tái)架設(shè)地崇明地震臺(tái)內(nèi)進(jìn)行臺(tái)址勘選，經(jīng)敲擊實(shí)驗(yàn)確認(rèn)臺(tái)基堅(jiān)實(shí)、牢固，符合架臺(tái)規(guī)范后開(kāi)始儀器架設(shè)。架設(shè)設(shè)備包括地震計(jì)、太陽(yáng)能電源、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備等。操作流程如下：敲擊實(shí)驗(yàn)（確認(rèn)臺(tái)基堅(jiān)實(shí)、牢固符合架臺(tái)規(guī)范）→挖坑→臺(tái)基夯實(shí)→填沙→純銅底座放置→敲擊耦合→尋北→校正磁偏角→架設(shè)地震計(jì)→調(diào)平→通訊傳輸單元架設(shè)→太陽(yáng)能電池板的架設(shè)及固定→觸發(fā)測(cè)試（確認(rèn)波形顯示正常）→保溫桶安裝及密封→回填→防水雨布的鋪設(shè)及掩埋→排水溝的挖掘→警戒線的布設(shè)、標(biāo)識(shí)標(biāo)牌的布設(shè)→現(xiàn)場(chǎng)工具整理及垃圾清理→完成（圖4）。

圖4 L3101流動(dòng)臺(tái)架設(shè)Fig.4 Station erection of L3101

2020年12月20 日，流動(dòng)觀測(cè)人員在在L3102流動(dòng)臺(tái)架設(shè)地小昆山進(jìn)行臺(tái)址勘選，選擇在基巖出露處，去除風(fēng)化層。經(jīng)敲擊實(shí)驗(yàn)確認(rèn)臺(tái)基堅(jiān)實(shí)、牢固，符合架臺(tái)規(guī)范后開(kāi)始儀器架設(shè)。操作流程如下：敲擊實(shí)驗(yàn)（確認(rèn)臺(tái)基堅(jiān)實(shí)、牢固、無(wú)裂縫和斷層符合架臺(tái)規(guī)范）→臺(tái)基處理（磨平）→尋北→校正磁偏角→架設(shè)地震計(jì)→調(diào)平→通訊傳輸單元架設(shè)→太陽(yáng)能電池板的架設(shè)及固定→觸發(fā)測(cè)試（確認(rèn)波形顯示正常）→保溫桶安裝及密封→警戒線的布設(shè)、標(biāo)識(shí)標(biāo)牌的布設(shè)→現(xiàn)場(chǎng)工具整理及垃圾清理→完成（圖5）。

圖5 L3102流動(dòng)臺(tái)架設(shè)Fig.5 Station erection of L3102

圖6 脈沖標(biāo)定Fig.6 Pulse calibration of mobile station

圖7 觸發(fā)測(cè)試Fig.7 The test of trigger

圖8 網(wǎng)絡(luò)傳輸拓?fù)鋱DFig.8 Map of network transmission topology

（3）數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)歸檔。上海局流動(dòng)測(cè)震臺(tái)站目前采用通過(guò)聯(lián)通4G 無(wú)線路由器撥號(hào)連接公網(wǎng)后組建VPN（L2TP 隧道）的傳輸方式進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)通信。

（4）數(shù)據(jù)波形記錄。L3101 和L3102 流動(dòng)臺(tái)采用地震計(jì)本地存儲(chǔ)和JOPENS 系統(tǒng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方式。圖9為12月21日凌晨2：00～3：00一小時(shí)背景噪聲波形數(shù)據(jù)。

圖9 1h背景噪聲波形Fig.9 The waveform of 1h background noise

（5）背景噪聲分析及RMS值。對(duì)選取的1h背景噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析結(jié)果及RMS 值見(jiàn)圖10 和表1。

表1 上海局流動(dòng)測(cè)震臺(tái)1～20 Hz內(nèi)RMS值和環(huán)境地噪聲水平Table 1 RMS values and environmental noise levels of mobile seismic station of Shanghai Earthquake Agency within 1-20 Hz

圖10 功率譜密度圖Fig.10 Power spectral density diagram

2.3.2 流動(dòng)中心架設(shè)

按照評(píng)比細(xì)則，流動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心應(yīng)具備以下功能：

（1）流動(dòng)臺(tái)站參數(shù)配置。

（2）固定臺(tái)站參數(shù)配置。

（3）流動(dòng)中心數(shù)據(jù)庫(kù)配置。

（4）顯示本省市本次演練架設(shè)的2個(gè)流動(dòng)臺(tái)站實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)。

（5）顯示本次參演的各省市架設(shè)的所有流動(dòng)臺(tái)站實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)。

（6）顯示本省市1個(gè)固定臺(tái)站信息。

（7）MSDP 打開(kāi)實(shí)時(shí)波形、截取存儲(chǔ)地震事件，并實(shí)時(shí)分析。

（8）流動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心工作場(chǎng)所設(shè)置。根據(jù)多種傳輸方案，各流動(dòng)臺(tái)站數(shù)據(jù)要上傳至國(guó)家臺(tái)網(wǎng)中心。各個(gè)參演單位現(xiàn)場(chǎng)流動(dòng)測(cè)震中心除接收自己的2個(gè)測(cè)震流動(dòng)臺(tái)數(shù)據(jù)和本省一個(gè)固定臺(tái)站數(shù)據(jù)外，還要接收其它5個(gè)單位的10個(gè)流動(dòng)測(cè)震臺(tái)站共計(jì)13個(gè)臺(tái)站波形數(shù)據(jù)，以組成測(cè)震流動(dòng)觀測(cè)中心。

12月23 日8：30 分，上海局流動(dòng)中心搭建完成，流動(dòng)中心UPS 系統(tǒng)進(jìn)行電力供應(yīng)。通過(guò)4G 無(wú)線路由器撥號(hào)連接公網(wǎng)，組建VPN（L2TP 隧道）的傳輸方式進(jìn)于上海市流動(dòng)監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。流動(dòng)中心配備4 臺(tái)工作站（一臺(tái)用作人機(jī)交互，一臺(tái)用作自動(dòng)速報(bào)，一臺(tái)用作臺(tái)站參數(shù)配置，一臺(tái)用作流服務(wù)器數(shù)據(jù)檢查）。使用jopens5.2 系統(tǒng)接收上海流動(dòng)臺(tái)網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將流動(dòng)臺(tái)網(wǎng)實(shí)時(shí)波形投影到今年更新的便攜式幕布上。上海局兩個(gè)流動(dòng)臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸正常，自演練開(kāi)始至結(jié)束從未間斷，連續(xù)率100%。架臺(tái)過(guò)程中產(chǎn)出的干擾均能清晰記錄，數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。

2.3.3 演練亮點(diǎn)

結(jié)合2019年流動(dòng)觀測(cè)演練結(jié)果，上海市地震局就在本年度演練中有針對(duì)性的進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)：

（1）設(shè)計(jì)制作了上開(kāi)口式的保溫桶，便于后期設(shè)備調(diào)試及維護(hù)。由于地震觀測(cè)精密儀器對(duì)溫度變化及氣體流動(dòng)十分敏感，所以在實(shí)際地震觀測(cè)中防護(hù)護(hù)罩以達(dá)到保溫及消除氣流干擾，提高信噪比的目的[13]。上海局此次演練時(shí)研制了上開(kāi)口式的防護(hù)罩，在兼顧保護(hù)、保溫、防風(fēng)、防潮的前提下在開(kāi)口方式上作了改進(jìn)提升。優(yōu)點(diǎn)是掩埋后不需挖出整個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)，打開(kāi)防護(hù)蓋即可進(jìn)行檢修、校正、調(diào)試工作，大大縮短了后期的維護(hù)時(shí)間（圖11）。

圖11 防護(hù)罩設(shè)計(jì)Fig.11 Design of protective shield

（2）升級(jí)了便攜式投影系統(tǒng)。充分考慮野外觀測(cè)的實(shí)戰(zhàn)性，為更好的達(dá)到觀測(cè)目的，采用了便攜式投影系統(tǒng)。特點(diǎn)如下：①方便攜帶：便攜式手提設(shè)計(jì)，收納方便，大大縮短了流動(dòng)中心的布設(shè)時(shí)間；②免安裝，就地固定：特有支撐轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)，使幕布升降平穩(wěn)，可以根據(jù)實(shí)際需求隨意調(diào)整畫面高度，大大提高了野外觀測(cè)演練的實(shí)戰(zhàn)效果。

（3）純銅無(wú)磁性底座。制作了純銅無(wú)磁性底座并帶有四根10 cm 的支撐腳。優(yōu)點(diǎn)：既可以牢牢的插入土層與臺(tái)基更好的耦合又可以減少磁性物質(zhì)對(duì)觀測(cè)產(chǎn)生的干擾。

（4）制作角度可調(diào)節(jié)太陽(yáng)能板支架，以便更加充分的利用太陽(yáng)能供電。制作角度可調(diào)節(jié)太陽(yáng)能板支架，以便太陽(yáng)能電池板更好的吸收光能，滿足設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間野外觀測(cè)的供電需求。

（5）為實(shí)現(xiàn)野外流動(dòng)觀測(cè)臺(tái)站的標(biāo)準(zhǔn)化，制作了標(biāo)識(shí)標(biāo)牌及警戒線。

（6）為了更接近實(shí)戰(zhàn)，此次演練的基巖臺(tái)架設(shè)選擇在小昆山基巖出露無(wú)風(fēng)化層處。

3 不足及改進(jìn)措施

通過(guò)此次演練上海市地震局主要存在以下不足：通訊傳輸系統(tǒng)集成度不高，接線繁瑣，導(dǎo)致架臺(tái)耗時(shí)較長(zhǎng)；未配備加固筆記本，部分野外裝備需要更新。如太陽(yáng)能電池板年久未更新，不能滿足實(shí)戰(zhàn)中長(zhǎng)時(shí)間野外觀測(cè)時(shí)設(shè)備供電需求；流動(dòng)中心配置時(shí)對(duì)儀器模板說(shuō)明書理解不夠透徹，導(dǎo)致震級(jí)計(jì)算有偏差。

改進(jìn)措施：加強(qiáng)測(cè)震流動(dòng)觀測(cè)技術(shù)人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，認(rèn)真學(xué)習(xí)流動(dòng)測(cè)震架臺(tái)規(guī)范，細(xì)節(jié)決定成敗，嚴(yán)格按照規(guī)范完成臺(tái)站架設(shè)工作；流動(dòng)臺(tái)站架設(shè)、流動(dòng)中心架設(shè)、分析速報(bào)等崗位交叉培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)人員“一專多能”的要求；平時(shí)加強(qiáng)“戰(zhàn)備”意識(shí)，提前進(jìn)行流動(dòng)觀測(cè)地震計(jì)、通信設(shè)備以及服務(wù)器的參數(shù)配置，并定期檢查，保證所有設(shè)備無(wú)須進(jìn)行額外配置通電后即可立刻進(jìn)入工作模式，提高流動(dòng)觀測(cè)的效率；根據(jù)專家組的考評(píng)意見(jiàn)，進(jìn)一步完善升級(jí)流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的相關(guān)設(shè)備。

4 討論

本次華東片區(qū)流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)演練是模擬上海市青浦區(qū)發(fā)生地震的情景事件。圍繞流動(dòng)觀測(cè)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后可開(kāi)展的具體工作而設(shè)定的演練項(xiàng)目。演練盡可能貼近實(shí)戰(zhàn)，旨在加強(qiáng)流動(dòng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)管理，提高流動(dòng)觀測(cè)專業(yè)人員的素質(zhì)和技能。本次演練采用評(píng)比機(jī)制，專家組現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)參演隊(duì)伍每個(gè)演練項(xiàng)目完成的時(shí)間和質(zhì)量進(jìn)行打分，通過(guò)這種形式既增加了隊(duì)員們的時(shí)間急迫感，又提高了團(tuán)隊(duì)的分工、協(xié)作意識(shí)。演練完成后各參演隊(duì)伍就自己的演練進(jìn)行總結(jié)，最后專家組對(duì)此次演練的整體情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，會(huì)后各參演人員就所學(xué)所感以及兄弟單位可以借鑒的寶貴經(jīng)驗(yàn)展開(kāi)交流，現(xiàn)場(chǎng)提出意見(jiàn)和建議。

通過(guò)此次演練發(fā)現(xiàn)演練實(shí)戰(zhàn)化程度還有待提高，建議日后在制定演練方案時(shí)予以充分考慮，可適當(dāng)放寬演練時(shí)間，以便充分考察儀器設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間野外條件下的運(yùn)行狀態(tài)。為提升流動(dòng)監(jiān)測(cè)隊(duì)伍整體業(yè)務(wù)水平，建議學(xué)科組定期舉行培訓(xùn)，邀請(qǐng)參加過(guò)地震應(yīng)急臺(tái)站架設(shè)的隊(duì)伍介紹切身體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)。