翟璐媛 黃志斌 楊 陳 魏 星 劉曉雨

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高速鐵路與國家地震臺網(wǎng)信息接入及資源共享方式研究1

翟璐媛 黃志斌 楊 陳 魏 星 劉曉雨

（中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045）

本文對高速鐵路與國家地震臺網(wǎng)信息接入和資源共享方式進(jìn)行了討論。通過對組網(wǎng)模式和時延的分析及測試，在遵循目前地震系統(tǒng)信息傳輸模式的前提下，對于實時波形數(shù)據(jù)，可以根據(jù)實際情況采取國家中心型或者省局中心型的方式進(jìn)行共享，用于高鐵系統(tǒng)臺站的補(bǔ)充，在地震預(yù)警發(fā)布階段使用；對于地震速報信息，可以采取國家中心型的方式進(jìn)行共享，用于地震信息的確認(rèn)，在地震預(yù)警解除階段使用。為了減小實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延以適應(yīng)預(yù)警需求，應(yīng)對數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行升級，并更新相應(yīng)的流服務(wù)器的儀器適配器。

高鐵預(yù)警 地震臺網(wǎng) 資源共享 預(yù)警發(fā)布 預(yù)警解除

引言

我國是一個地震災(zāi)害嚴(yán)重的國家，地震災(zāi)害對高速列車運行安全的影響不容忽視，地震預(yù)警信息則是保證列車安全的重要手段。隨著我國高速鐵路建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，針對高速鐵路建設(shè)專用的地震預(yù)警系統(tǒng)是其中一項重要的內(nèi)容。

按照時效性劃分，高速鐵路地震監(jiān)控系統(tǒng)一般分為兩類：報警系統(tǒng)和預(yù)警系統(tǒng)。其中，報警系統(tǒng)主要通過監(jiān)測S波，當(dāng)?shù)卣饎蛹铀俣冗_(dá)到一定閾值后發(fā)出警報，采取相應(yīng)應(yīng)急措施減少災(zāi)害損失；而預(yù)警系統(tǒng)則是利用P波和S波的速度差（現(xiàn)地預(yù)警）、電信號和地震波的速度差（異地預(yù)警），在地震發(fā)生后，當(dāng)破壞性地震波尚未來襲的數(shù)秒至數(shù)十秒之前發(fā)出預(yù)警，從而采取相應(yīng)措施，避免重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

目前，我國高速鐵路地震監(jiān)測系統(tǒng)存在技術(shù)水平落后，已建成的地震監(jiān)測系統(tǒng)僅具備實時報警功能，無預(yù)警功能，并且未考慮系統(tǒng)互聯(lián)互通，監(jiān)測和報警信息也無法共享等。2012年2月原鐵道部與中國地震局簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，成立了高速鐵路地震安全技術(shù)研發(fā)組，對高速鐵路地震監(jiān)測預(yù)警中的5個關(guān)鍵技術(shù)問題開展研究（周銀興等，2015）。本文主要針對高速鐵路與國家地震臺網(wǎng)信息接入和共享的方式進(jìn)行討論，以求拋磚引玉，希望能得出對于中國高速鐵路地震預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)有意義的建議。

1 高鐵預(yù)警的發(fā)展與現(xiàn)狀

1.1 國際高鐵預(yù)警的發(fā)展與現(xiàn)狀

在高速鐵路較為發(fā)達(dá)的日本、法國、德國、韓國等，均針對鐵路運輸建立了地震緊急處置系統(tǒng)，以防止或減輕地震災(zāi)害對鐵路運輸安全的危害。其中日本是地震預(yù)警發(fā)展最為先進(jìn)的國家。臺灣的系統(tǒng)則是從日本引進(jìn)的（孫利等，2011）。由于我國高鐵預(yù)警主要參考日本，這里著重介紹日本的高鐵預(yù)警系統(tǒng)。

上世紀(jì)50年代末，日本國家鐵路在其所屬的鐵路干線布設(shè)了簡單的報警地震儀。1964年10月東海道新干線開始運行，并安裝了相同的報警地震儀（宋晉東等，2012；Nakamura，1988；Nakanmra等，2007；Ashiya，2004；Yamamoto，2010）。之后日本對報警地震儀進(jìn)行了改進(jìn)，將其安裝在1982年投入運行的東北新干線上。目前，日本總共已安裝了400余臺這類報警地震儀，在常規(guī)鐵路線上布設(shè)間距為40—50km，在新干線上布設(shè)間距約20km。但這種報警地震儀具有預(yù)警太晚、頻繁發(fā)布小震警報和非地震警報的缺陷。為此，日本鐵道技術(shù)研究所研制了新一代的智能型系統(tǒng)：即基于地震P波的緊急地震檢測和預(yù)警系統(tǒng)UrEDAS（Urgent Earthquake Detection and Alarm System）。考慮到多臺站系統(tǒng)的復(fù)雜性和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的脆弱性，UrEDAS采用單臺信號報警。UrEDAS系統(tǒng)能在檢測出P波后的3s內(nèi)，估計出地震參數(shù)（方位角、震中距、深度和震級），然后換算出高速鐵路沿線的地震動加速度，以判斷是否需要對高速行駛的列車進(jìn)行管制。此外，考慮到日本附近海域常發(fā)生大地震的情況（如日本海中部地震、北海道西南海域地震等），又特別在日本海岸設(shè)置了5處P波監(jiān)測地震儀。2004年10月28日新瀉地區(qū)發(fā)生6.8級地震，UrEDAS系統(tǒng)成功地讓5輛高速行駛的列車減速，雖然有1輛列車稍微傾斜脫軌，但未造成人員傷亡，大幅度地降低了地震造成的損失。UrEDAS系統(tǒng)控制信號的傳輸環(huán)節(jié)少、可靠性高、實時性強(qiáng)、能在第一時間控制列車制動停車，但如果判斷不準(zhǔn)則可能發(fā)生誤報。

2007年10月1日，日本全國性地震緊急速報系統(tǒng)投入運行（Hoshiba等，2008；Kamigaichi等，2009）。截至2009年3月，已有52家鐵路公司應(yīng)用日本氣象廳的地震緊急速報信息。這些鐵路公司中的大部分通過專用線或衛(wèi)星通訊將緊急速報信息接入控制中心，利用氣象廳提供的緊急地震速報信息為管區(qū)內(nèi)的普通列車提供地震報警服務(wù)；部分公司還將自有的新干線地震監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)信息與氣象廳緊急速報系統(tǒng)信息相結(jié)合，共同為普通鐵路進(jìn)行地震防災(zāi)服務(wù)；東海道新干線和東北新干線分別于2008年11月和2012年秋季引入氣象廳緊急地震速報信息，為新干線地震緊急處置服務(wù)。

1.2 中國高鐵預(yù)警現(xiàn)狀

中國的高速鐵路建設(shè)起步較晚，但發(fā)展迅速。截至2014年底，中國高速鐵路里程已達(dá)到1.3萬公里，形成“四橫四縱”的交通網(wǎng)絡(luò)。目前已建成武廣線、鄭西線、滬杭線、滬寧線、京哈線、哈大線、京沈線、京滬線等高速鐵路，同時還有許多高速鐵路線路仍在規(guī)劃中。

目前，我國已經(jīng)建成或正在建設(shè)地震監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的分別有：北京-天津、北京-上海、哈爾濱-大連、北京-石家莊-武漢和石家莊-太原，總長度3000余公里。京津城際鐵路地震監(jiān)測系統(tǒng)已建成，正在進(jìn)行試運行；京滬高速鐵路地震監(jiān)測系統(tǒng)已完成靜態(tài)驗收；哈大客運專線地震監(jiān)測系統(tǒng)處于施工階段；滬寧高速鐵路、京石武客專、石太高速等設(shè)計中均包括了地震監(jiān)測系統(tǒng)。

目前已建成的高速鐵路地震監(jiān)測臺站都是沿線布設(shè)的加速度記錄儀，只能實現(xiàn)日本的第一代“強(qiáng)震報警”（或閾值報警）。地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則是依附在高速鐵路專用內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上。各條高速鐵路地震監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)自成體系，相互之間沒有互聯(lián)互通；其他設(shè)計中的各條高速鐵路地震監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)也未考慮系統(tǒng)互聯(lián)互通，信息無法共享。

2 高鐵預(yù)警接入國家地震臺網(wǎng)的信息需求

如果沿鐵路線部署地震監(jiān)測臺站，按照一般地震定位的方法，很難交匯出震中位置。當(dāng)然也有其它辦法解決這個問題，比如單臺定位，但其精確度及在預(yù)警系統(tǒng)中可操作性會很差。接入中國地震臺網(wǎng)的觀測臺站，實時獲取高速鐵路沿線規(guī)定區(qū)域內(nèi)測震臺站的觀測數(shù)據(jù)，可以為快速、準(zhǔn)確地確定出地震信息提供條件，為預(yù)警后的第二報、第三報等后續(xù)警報提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

由于中國地震臺網(wǎng)不僅部署于鐵路沿線，它在全國基本成網(wǎng)狀部署，即使采用S波報警，在某些條件下，也要比只部署于鐵路沿線的臺站報警時間要短得多。在加入中國地震臺網(wǎng)的臺站后，能采用離震源更近的臺站來做地震預(yù)警，其效果要比單純的高速鐵路沿線部署監(jiān)測站具有明顯優(yōu)勢。

高速鐵路地震預(yù)警系統(tǒng)，必然需要面對最終地震預(yù)警信息的確認(rèn)問題，就現(xiàn)在的技術(shù)而言，無論采用S波報警還是P波預(yù)警，都會受到其它因素的干擾，比如在短時間內(nèi)2個臨近臺站出現(xiàn)不同的大的干擾，是否是地震事件發(fā)生的確認(rèn)，現(xiàn)在最準(zhǔn)確的方法是用地震學(xué)的方法測定地震參數(shù)，若單純沿鐵路線部署臺站，很難進(jìn)行地震定位，因此，當(dāng)高速鐵路地震預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信息后，最終在鐵路局中心系統(tǒng)對地震預(yù)警信息的確認(rèn)，還是需要結(jié)合中國地震臺網(wǎng)的臺站數(shù)據(jù)進(jìn)行地震學(xué)計算，從而得到有關(guān)數(shù)據(jù)，形成運營恢復(fù)建議。

此外，對于最終的地震預(yù)警信息確認(rèn)，還需要使用中國地震臺網(wǎng)發(fā)布的地震速報信息。因此，除了實時波形數(shù)據(jù)的共享之外，還需要地震速報信息的共享。

3 信息共享方式分析

3.1 信息共享的前提條件

在中國地震局“十五”建設(shè)項目完成后，地震系統(tǒng)進(jìn)行了一系列升級改造，地震實時數(shù)據(jù)傳輸模式已形成一整套成熟、穩(wěn)定的運行機(jī)制。在此基礎(chǔ)上地震實時數(shù)據(jù)要與全新的高鐵系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，必須要滿足一系列相應(yīng)的前提條件，使得網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和數(shù)據(jù)傳輸工作按照流程和規(guī)則，有條不紊，有章可循。為此，筆者給出了以下幾個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸條件：

（1）地震局臺站只匯集到本省的臺網(wǎng)中心，不向其它省份的臺網(wǎng)中心直接匯集；

（2）省臺網(wǎng)中心通過流服務(wù)器將實時數(shù)據(jù)向國家臺網(wǎng)中心匯集；

（3）省臺網(wǎng)中心之間不進(jìn)行互聯(lián)，而是通過國家中心流服務(wù)器下載自身所需的實時數(shù)據(jù)；

（4）國家臺網(wǎng)中心從流服務(wù)器接收所有省臺網(wǎng)中心匯集的數(shù)據(jù)，不從臺站直接接收數(shù)據(jù)；

（5）國家臺網(wǎng)中心負(fù)責(zé)管理各個省臺網(wǎng)中心數(shù)據(jù)傳輸情況，省臺網(wǎng)中心負(fù)責(zé)管理各個下屬臺站數(shù)據(jù)傳輸情況；

（6）流服務(wù)器傳輸過程中進(jìn)行加密、打包，網(wǎng)絡(luò)信道采用SDH行業(yè)網(wǎng)專線傳輸，保障網(wǎng)絡(luò)安全；

以上6個條件是地震系統(tǒng)進(jìn)行成熟、穩(wěn)定的實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)，同樣，在設(shè)計地震系統(tǒng)和高鐵系統(tǒng)進(jìn)行信息共享方案時，需要充分考慮以上6個前提條件，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞?、安全、高效、易行?/p>

3.2 實時波形數(shù)據(jù)共享方式分析

出于各自系統(tǒng)安全的考慮，地震系統(tǒng)與高速鐵路系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置公共數(shù)據(jù)交換區(qū)，兩者均可訪問該區(qū)域，但不可互相訪問，下面以此為基礎(chǔ)來分析實時波形數(shù)據(jù)的共享方式。

在中國地震監(jiān)測系統(tǒng)中，地震臺站的實時波形數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集器匯集至省級地震臺網(wǎng)中心，各省級地震臺網(wǎng)中心通過流服務(wù)器與中國地震臺網(wǎng)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)匯集與共享。在不改變現(xiàn)有地震系統(tǒng)運行方式的原則上，根據(jù)數(shù)據(jù)匯集與共享協(xié)議，在高速鐵路預(yù)警系統(tǒng)配置流服務(wù)器，實現(xiàn)實時波形數(shù)據(jù)共享功能。

綜合現(xiàn)有的信息傳輸模式，實時數(shù)據(jù)共享方案可分為以下三種。

3.2.1 方案一：國家中心型

國家中心型實時數(shù)據(jù)共享方案如圖1所示。

國家中心型實時數(shù)據(jù)共享方案中，數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過地震臺站傳輸至省級地震臺網(wǎng)中心，再匯集到國家地震臺網(wǎng)中心，通過公共數(shù)據(jù)交換區(qū)和高鐵路局中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3.2.2 方案二：省局中心型

省局中心型實時數(shù)據(jù)共享方案如圖2所示。

省局中心型實時數(shù)據(jù)共享方案中，數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過地震臺站傳輸至省級地震臺網(wǎng)中心，再通過公共數(shù)據(jù)交換區(qū)和高鐵路局中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3.2.3 方案三：臺站直連型

臺站直連型實時數(shù)據(jù)共享方案如圖3所示。

臺站直連型實時數(shù)據(jù)共享方案中，數(shù)據(jù)從地震臺站使用網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換設(shè)備，通過公共數(shù)據(jù)交換區(qū)和高鐵路局中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3.2.4 實時數(shù)據(jù)信息共享推薦方案

對上述三組互聯(lián)拓?fù)漕愋瓦M(jìn)行比較分析后發(fā)現(xiàn)，若考慮減少數(shù)據(jù)流中間環(huán)節(jié)，進(jìn)而減少出錯概率，在這種情況下推薦方案二：省局中心型。若考慮在現(xiàn)有模式下最便于兩個系統(tǒng)之間的整合，責(zé)權(quán)明晰，利于管理和維護(hù)，則推薦方案一：國家中心型。上述兩種方案均可滿足國家地震臺網(wǎng)信息接入與資源共享的要求，可在實際工程項目中綜合考慮，擇優(yōu)而定。而考慮到臺站直連型盡管環(huán)節(jié)較少，但改造所需的工程量及費用巨大，在此不作推薦。

3.3 地震速報信息共享方式分析

目前中國地震監(jiān)測系統(tǒng)所使用的地震速報信息分為人工地震速報信息和自動地震速報信息。其中，人工地震速報信息由中國地震臺網(wǎng)中心匯集各省級地震臺網(wǎng)中心和國家地震臺網(wǎng)中心的結(jié)果，統(tǒng)一對外發(fā)布；自動地震速報信息由中國地震臺網(wǎng)中心匯集各自動地震速報分中心的結(jié)果，統(tǒng)一對外發(fā)布。

在不改變現(xiàn)有地震系統(tǒng)運行方式的基礎(chǔ)上，遵循統(tǒng)一對外發(fā)布的原則，中國地震臺網(wǎng)中心將自動地震速報綜合觸發(fā)結(jié)果（AU）和正式地震速報結(jié)果（CC/CD）同高速鐵路預(yù)警系統(tǒng)通過公共數(shù)據(jù)交換區(qū)進(jìn)行共享。根據(jù)信息匯集與共享協(xié)議，在高速鐵路預(yù)警系統(tǒng)相關(guān)單位配置地震速報信息共享服務(wù)器，通過配置在公共數(shù)據(jù)交換區(qū)的地震速報信息共享服務(wù)器進(jìn)行信息共享。地震速報信息共享方案如圖4所示。

3.4 國家地震臺網(wǎng)信息共享效果

根據(jù)數(shù)據(jù)信息共享方案設(shè)計，中國地震監(jiān)測系統(tǒng)運行方式不變，僅在中國地震臺網(wǎng)中心或者省級地震臺網(wǎng)層面與高速鐵路預(yù)警系統(tǒng)通過公共數(shù)據(jù)交換區(qū)實現(xiàn)實時波形數(shù)據(jù)與地震速報信息（包括自動地震速報與人工地震速報）共享。中國地震監(jiān)測系統(tǒng)接收高速鐵路預(yù)警臺站實時數(shù)據(jù)，作為地震監(jiān)測臺站的補(bǔ)充使用；高速鐵路預(yù)警系統(tǒng)接收所需的中國地震監(jiān)測系統(tǒng)臺站實時數(shù)據(jù)，作為高速鐵路預(yù)警系統(tǒng)使用；接收中國地震臺網(wǎng)中心發(fā)布的自動地震速報信息和人工地震速報信息，作為高速鐵路預(yù)警警報的初步解除和確認(rèn)解除的條件之一使用。共享建設(shè)完成后，高速鐵路預(yù)警系統(tǒng)效果如圖5所示。

4 國家地震臺網(wǎng)信息接入時延分析

下面對第三節(jié)所述的三種數(shù)據(jù)信息共享方案（方案一：國家中心型；方案二：省局中心型；方案三：臺站直連型），分別分析實時數(shù)據(jù)在國家地震臺網(wǎng)到高速鐵路監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)整個流程中的傳輸時延，以便為進(jìn)一步的研究提供依據(jù)。

4.1 方案一：國家中心型

國家中心型的數(shù)據(jù)傳輸流程如圖6所示。其具體流程為：地震實時波形數(shù)據(jù)從產(chǎn)生到地震數(shù)采記錄，經(jīng)省級中心的流服務(wù)最后傳輸?shù)街袊卣鹋_網(wǎng)中心，再由中國地震臺網(wǎng)中心傳輸至高鐵路局中心流服務(wù)器，最后由地震預(yù)警處理系統(tǒng)接收。

從圖6可以看出，數(shù)據(jù)傳輸時延主要包括以上6個：數(shù)據(jù)采集器打包時延1；數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)時延2；儀器適配器打包時延3；省級臺網(wǎng)流服務(wù)器到臺網(wǎng)中心流服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)時延4；臺網(wǎng)中心流服務(wù)器到高鐵路局中心流服務(wù)器時延5；地震預(yù)警處理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)時延6。

時延1由數(shù)據(jù)采集器決定。此部分時延分為兩個部分：數(shù)據(jù)長度本身和數(shù)據(jù)打包時間?，F(xiàn)階段中國地震臺網(wǎng)大部分?jǐn)?shù)采所采用的打包方式為總數(shù)據(jù)量達(dá)到512字節(jié)時，整體進(jìn)行傳輸。因為采用STEIM壓縮算法，所以512字節(jié)所包含的采樣點數(shù)變化較大，平時的地面噪聲因臺基差距，512字節(jié)的采樣點數(shù)多在350—450之間，而地震時壓縮率大大降低，甚至完全不能壓縮，現(xiàn)有臺網(wǎng)設(shè)置的采樣率為100點，在大部分情況下，數(shù)據(jù)長度大約為3—4s，而在地震發(fā)生時會稍短些。為了適應(yīng)預(yù)警的需求，中國地震局“背景場項目”開始使用新一代數(shù)采，如港震公司的EDAS-24GN和REFTEK公司的130-REN-3數(shù)采可以采用0.2s打包的方式，加上數(shù)據(jù)本身的0.2s，此部分最小時延為0.4s。數(shù)采打包時間與數(shù)采本身的性能和打包方式有關(guān)，在目前的情況下大部分?jǐn)?shù)采打包時間都能控制在1s以內(nèi)。

時延2由地震臺站到省級臺網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)決定。現(xiàn)階段地震臺站到省級臺網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)主要有SDH、MSTP、3G、衛(wèi)星等。其中，有線專網(wǎng)（SDH、MSTP等）傳輸時延一般在10ms左右；3G一般在100ms以內(nèi)；衛(wèi)星一般在300ms以內(nèi)?？傮w來說，此部分時延大部分在10ms到300ms之間，一般不會超過1s。

時延3由儀器適配器的打包方式?jīng)Q定。與目前數(shù)采的打包方式相同，現(xiàn)階段使用的儀器適配器采用的打包方式為512字節(jié)一個包進(jìn)行對外服務(wù)。如果接收到的數(shù)采發(fā)過來的數(shù)據(jù)包為512字節(jié)，則立即對外進(jìn)行發(fā)送，此時的時延僅為計算機(jī)處理時間，單位為ms級；如果數(shù)據(jù)包不滿512字節(jié)，則要等到滿512字節(jié)再對外服務(wù)。在目前的情況下，即使采用最新的數(shù)采進(jìn)行0.2s打包，在此環(huán)節(jié)仍要以512字節(jié)的方式進(jìn)行對外服務(wù)。

時延4由省級臺網(wǎng)到臺網(wǎng)中心的網(wǎng)絡(luò)決定。目前此部分網(wǎng)絡(luò)主要為行業(yè)專線，大部分時延在30ms左右或者更少，少數(shù)時延較長的一般也不會超過60ms。

時延5由臺網(wǎng)中心與高鐵路局中心網(wǎng)絡(luò)決定。目前此部分網(wǎng)絡(luò)主要為行業(yè)專線，大部分時延在30ms左右或者更少，少數(shù)時延較長的一般也不會超過60ms。

時延6由高鐵路局中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)決定。由于是局域網(wǎng)內(nèi)部，此部分時延一般在10ms以內(nèi)。

總體來說，時延2、時延4、時延5和時延6為網(wǎng)絡(luò)時延，總時延一般不會超過1s；而時延1和時延3分別對應(yīng)為數(shù)據(jù)采集器硬件打包時延和儀器適配器的軟件打包時延，由于存在瓶頸效應(yīng)，一般在4s左右；再加上計算機(jī)處理時間，目前臺站數(shù)據(jù)到處理系統(tǒng)的時延一般為6s左右。

4.2 方案二：省局中心型

省局中心型的數(shù)據(jù)傳輸流程如圖7所示。其流程為：地震實時波形數(shù)據(jù)從產(chǎn)生到地震數(shù)采記錄，經(jīng)省級中心的流服務(wù)傳輸至高鐵路局中心流服務(wù)器，最后由地震預(yù)警處理系統(tǒng)接收。

與國家中心型相比，省局中心型時延少了省級臺網(wǎng)到臺網(wǎng)中心這部分，其它時延均相同，該部分時延通過上節(jié)分析大約為30ms左右，一般不超過60ms?？傮w來說，目前采用省局中心型數(shù)據(jù)傳輸方式臺站數(shù)據(jù)到處理系統(tǒng)的時延一般為6s左右，僅比國家中心型時延少30—60ms。

4.3 方案三：臺站直連型

臺站直連型的數(shù)據(jù)傳輸流程如圖8所示。其具體流程為：地震實時波形數(shù)據(jù)從產(chǎn)生到地震數(shù)采記錄，通過公共數(shù)據(jù)交換區(qū)直接傳輸至高鐵路局中心流服務(wù)器，最后由地震預(yù)警處理系統(tǒng)接收。

臺站直連型數(shù)據(jù)由臺站直接到高鐵路局中心流服務(wù)器，與省局中心型相比，臺站直連型時延少了臺站到省級臺網(wǎng)中心這部分，其它時延均相同，通過4.1節(jié)的分析，該部分時延大約在10—300ms之間，一般不超過1s?？傮w來說，目前采用省局中心型數(shù)據(jù)傳輸方式臺站數(shù)據(jù)到處理系統(tǒng)的時延一般為5s左右，僅比國家中心型時延少40ms—1s。

4.4 數(shù)據(jù)時延測試

為了驗證前面對于數(shù)據(jù)時延的分析，筆者在位于中國地震臺網(wǎng)中心的1臺服務(wù)器上做了一個簡單的測算。具體方法如下：將該臺服務(wù)器的時間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)授時，盡可能地保證時間的準(zhǔn)確性，對實時數(shù)據(jù)流進(jìn)行簡單的解析，用當(dāng)前時間減去數(shù)據(jù)頭的時間，每隔一分鐘統(tǒng)計一次，并持續(xù)統(tǒng)計一段時間，得出各臺站的時延的平均值。對于統(tǒng)計數(shù)據(jù)，去掉了一些因為GPS錯誤和網(wǎng)絡(luò)堵塞續(xù)傳等原因造成較大時延的不合理結(jié)果，使用一天的平均時延繪制了臺站數(shù)據(jù)傳輸時延分布圖（見圖9）。

從圖9可以看出，去除個別異常點外，大部分臺站的數(shù)據(jù)傳輸時延為4—10s，其中以6—8s為最多（約占55%），時延較大的原因可能與數(shù)采和流服務(wù)器的設(shè)置有關(guān)，也有部分是由于網(wǎng)絡(luò)堵塞后進(jìn)行斷點續(xù)傳造成的，基本符合前面的分析。而對于數(shù)據(jù)異常點（負(fù)值或者平均時延大于200s的），經(jīng)過逐一排查，都是由于臺站GPS故障造成的。

5 結(jié)論與建議

通過以上分析可得出如下結(jié)論：

（1）國家地震臺網(wǎng)信息接入網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方案推薦“方案二”和“方案一”，而“方案三”可行性較差，不予推薦。若考慮減少數(shù)據(jù)流中間環(huán)節(jié)，進(jìn)而減少出錯概率，在此種情況下推薦“方案二”；若考慮在現(xiàn)有模式下最便于兩個系統(tǒng)之間的整合，權(quán)責(zé)明晰，利于管理和維護(hù)，則推薦“方案一”。兩種方案均可滿足國家地震臺網(wǎng)信息接入與資源共享的要求，可在實際工程項目中綜合考慮，擇優(yōu)而定。

（2）國家地震臺網(wǎng)與高速鐵路地震監(jiān)測系統(tǒng)地震速報信息共享采取國家中心型的方式，高速鐵路系統(tǒng)從國家地震臺網(wǎng)中心接入自動速報信息和正式速報信息，用于地震預(yù)警信息的初步解除和確認(rèn)解除。

由于地震實時波形數(shù)據(jù)傳輸時延主要發(fā)生在地震數(shù)據(jù)采集器的打包和流服務(wù)器適配器上傳方面。因此，為了更好地滿足高鐵預(yù)警需求，應(yīng)降低數(shù)據(jù)傳輸時延，為地震P波預(yù)警創(chuàng)造條件；為了建成高效實用的高速鐵路地震預(yù)警系統(tǒng)，重點應(yīng)改進(jìn)和升級地震數(shù)據(jù)采集器和流服務(wù)器的適配器。

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Research of High-Speed Railway System and National Earthquake Network on Information Access and Sharing Method

Zhai Luyuan, Huang Zhibin, Yang Chen, Wei Xing and Liu Xiaoyu

(China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China)

In this article we discussed the high-speed railway system, national earthquake network information access, and resource sharing methods. In earthquake early warning release we may use National center or Province center for real-time waveform data sharing according to practical situation under the currently earthquake system information transmission mode for high-speed railway system station supplement. In earthquake warning remove, we can use National center type for sharing earthquake information confirmed. In order to reduce real-time data transmission delay to accommodate the early warning, we should upgrade data recorder instruments and streaming server adapters as well.

High-speed railway earthquake warning; Earthquake network; Resource sharing; Earthquake warning release; Earthquake warning remove

高速鐵路地震監(jiān)測預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究——國家地震臺網(wǎng)信息接入與資源共享技術(shù)研究（2012T001-3）

2015-02-07

翟璐媛，女，生于1982年。2006年畢業(yè)于中國科技大學(xué)，工程師。主要從事地震監(jiān)測及臺網(wǎng)管理等工作。 E-mail：zly@seis.ac.cn

黃志斌，男，生于1968年。研究員。主要從事地震監(jiān)測、學(xué)科管理和測震臺網(wǎng)中心技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)等方面的研究。 E-mail：13910278015@139.com