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福建地震預(yù)警發(fā)展簡述

2017-03-23 12:45:30于培青
科學與財富 2016年34期
關(guān)鍵詞:預(yù)警系統(tǒng)前景

(福建省地震局監(jiān)測中心 福建 福州 350003)

摘 要:地震預(yù)警技術(shù)是減輕地震災(zāi)害、降低地震次生災(zāi)害的有效手段。福建省地震局研發(fā)地震預(yù)警系統(tǒng),并在福建區(qū)域示范運行,文中闡述了地震預(yù)警技術(shù)的原理,在福建的發(fā)展過程、應(yīng)用效果并對其進一步的發(fā)展前景進行展望。

關(guān)鍵詞:福建地震預(yù)警;預(yù)警系統(tǒng);前景

引言

地震預(yù)警技術(shù)是能夠減輕地震災(zāi)害的有效手段之一。目前世界上多個國家和地區(qū),已經(jīng)研發(fā)了不同目標的地震預(yù)警系統(tǒng),有的已經(jīng)面向特殊行業(yè)、單個城市居民、或者面向全體公眾發(fā)布地震預(yù)警,有的仍處于測試運行階段。本文主要介紹福建地震預(yù)警的發(fā)展過程。

地震預(yù)警最早由美國的Cooper博士提出[1],其核心是在破壞性地震波到達之前進行,為目標區(qū)提供數(shù)秒到數(shù)十秒的預(yù)警時間,以此來減輕地震帶來的各種直接和間接的人員傷亡和經(jīng)濟損失。

福建省地震局基于地震預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究成果,以實時傳輸觀測臺網(wǎng)為基礎(chǔ),研發(fā)可在線運行的地震預(yù)警系統(tǒng),并在多個區(qū)域示范運行。本文對福建省地震預(yù)警的基礎(chǔ)條件、軟件發(fā)展過程及應(yīng)用效果、未來應(yīng)用目標等進行簡述[2-4]。

1、福建省地震預(yù)警基礎(chǔ)

網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和數(shù)字化監(jiān)測臺網(wǎng)是地震預(yù)警技術(shù)的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)傳輸已經(jīng)具備光速能力。國家“十五”重大項目,中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)項目完成后,福建省數(shù)字測震臺41個。“十一五”期間,新建44個,并在部分原有測震臺的臺基上添加強震儀器,臺站數(shù)據(jù)傳輸平均網(wǎng)絡(luò)延時1.4-2.6秒。通過加建臺站,臺站的平均間距從54km降到了約31km。數(shù)字臺網(wǎng)的發(fā)展促進了實時地震學的發(fā)展,基于實時地震學的地震預(yù)警技術(shù)至此具備了研發(fā)基礎(chǔ)。

2、地震預(yù)警軟件系統(tǒng)研發(fā)

福建地震預(yù)警軟件系統(tǒng)的研發(fā)有3分水嶺,早期原型系統(tǒng)研發(fā);中期在線試驗系統(tǒng)研發(fā)及支撐平臺建設(shè);后期系統(tǒng)實用化轉(zhuǎn)化及應(yīng)用:

2.1、原型系統(tǒng)研發(fā)

依托地震行業(yè)科研專項《地震預(yù)警技術(shù)研究及系統(tǒng)建設(shè)》項目,于2008年初開始地震預(yù)警系統(tǒng)的原型系統(tǒng)的研發(fā)。截止2009年12月,初步實現(xiàn)地震預(yù)警的實時數(shù)據(jù)接收和匯集模塊的功能,地震實時處理、震相判別、地震事件判別、地震定位、震級估計、烈度預(yù)測、發(fā)布判別等核心子模塊的功能設(shè)計和編碼,初步實現(xiàn)地震預(yù)警顯示模塊的設(shè)計和編碼,初步實現(xiàn)各個模塊間的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議等。

2.2、在線試驗系統(tǒng)研發(fā)及支撐平臺建設(shè)

2009年,科技部批準實施國家科技支撐<<地震預(yù)警與烈度速報系統(tǒng)的研究與示范應(yīng)用>>項目。福建省地震局承擔項目課題二《地震預(yù)警與烈度速報軟件研發(fā)與系統(tǒng)集成》,負責研發(fā)可在線運行的地震預(yù)警系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)流共享及臺站監(jiān)控平臺、地震預(yù)警信息發(fā)布平臺和模擬在線環(huán)境的測試平臺等等多套軟件和支撐平臺,并進行綜合集成。

依托該科技支撐項目,以實時傳輸觀測臺網(wǎng)為基礎(chǔ),研發(fā)可在線運行的地震預(yù)警系統(tǒng)以及為地震預(yù)警系統(tǒng)提供服務(wù)支持的實時數(shù)據(jù)流共享與臺站運行監(jiān)控平臺、地震預(yù)警信息發(fā)布平臺和模擬在線運行環(huán)境的軟件測試平臺,形成能在線運行的綜合性系統(tǒng)軟件。

在原有原型系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,解決了復(fù)雜的多網(wǎng)連接問題;解決了不同傳輸模式、不同傳輸協(xié)議下的數(shù)據(jù)共享和訪問問題;解決海量數(shù)據(jù)實時處理問題。提高了系統(tǒng)的處理速度和穩(wěn)定性能。

使用2003-2012年福建地區(qū)ML3.0級以上的107個震例,測試結(jié)果表明:地震預(yù)警定位結(jié)果與人工目錄結(jié)果偏差為12.5±14.35km,40km以內(nèi)占98.95%;震級偏差為0.59±0.29,1級以內(nèi)占91.58%;發(fā)布第一報信息距離第一個臺站觸發(fā)時間為8.62±3.35s,15秒以內(nèi)占94.74%。

該系統(tǒng)基本上能夠在近震源首臺P波觸發(fā)后5-10s內(nèi)發(fā)送地震預(yù)警首報,并能夠隨著時間推移和信息增多進行漸進式修正和發(fā)送;震中偏差及震級偏差基本滿足要求。地震預(yù)警系統(tǒng)從最初的簡單實現(xiàn)地震預(yù)警產(chǎn)出,到能夠在線試運行,滿足量化考核標準,地震預(yù)警系統(tǒng)得到極大改進,形成了中期在線試驗系統(tǒng)。

2.3、系統(tǒng)實用化轉(zhuǎn)化及應(yīng)用

2014年科技部批準了科技支撐項目《地震預(yù)警技術(shù)實用化與示范應(yīng)用》,福建省地震局承擔課題二《地震預(yù)警數(shù)據(jù)數(shù)理技術(shù)的集成融合研究》。負責研發(fā)一套基于多網(wǎng)融合的地震預(yù)警數(shù)據(jù)匯集及綜合數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)。

此次研發(fā)任務(wù),在數(shù)據(jù)源中增加簡易烈度計(使用MEMS傳感器)數(shù)據(jù)。簡易烈度計臺網(wǎng)密集,波形質(zhì)量相對較差,傳輸數(shù)據(jù)量巨大。據(jù)此情況,系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理算法進行了優(yōu)化,盡可能的減輕波形質(zhì)量的影響,減輕數(shù)據(jù)處理負荷。同時充分發(fā)揮和挖掘相關(guān)硬件的計算能力,從而提高整個系統(tǒng)的性價比。

系統(tǒng)在線運行測試期間(2012年9月至2015年5月),福建省內(nèi)共發(fā)生ML≥3.0級地震16次。其中地震預(yù)警系統(tǒng)處理發(fā)布14個地震,漏報2個地震。第一報地震預(yù)警信息的平均震中偏差為4.6±4.0km,平均震級偏差為-0.7±0.8級,平均用時6.4±1.0s;終報地震預(yù)警信息的平均震中偏差為1.5±2.2km;平均震級偏差-0.8±0.6級,平均用時12.2±1.9s。地震預(yù)警系統(tǒng)對兩次漏報地震均進行了處理,并產(chǎn)出了相應(yīng)的預(yù)警信息,但由于預(yù)警信息的可靠度未達到系統(tǒng)設(shè)定值,系統(tǒng)未對外予以發(fā)布。

3、福建地震預(yù)警展望

地震預(yù)警是一個系統(tǒng)工程,涉及到法律法規(guī)、臺站建設(shè)、軟件研發(fā)、信息發(fā)布與接收、科普宣傳與演練、應(yīng)急機制等等問題。地震預(yù)警的實用化,需要逐步的解決上述問題。

《福建省地震預(yù)警管理辦法》已自2015年8月1日起實施,福建省地震局正在建立一系列配套的技術(shù)標準。未來將建設(shè)適應(yīng)自動化、智能化、可視化地震預(yù)警發(fā)布體制機制,建立糾錯機制等。

目前福建省正在加緊建設(shè)省、市、縣三級發(fā)布節(jié)點和多家新聞媒體發(fā)布節(jié)點。未來將實現(xiàn)地震預(yù)警信息自動發(fā)布到全省區(qū)縣各個信息發(fā)布節(jié)點和新聞機構(gòu),同時為相關(guān)政府機構(gòu)提供基于移動只能終端的地震預(yù)警和烈度速報信息快速推送服務(wù)。

福建地震預(yù)警的實用化推廣應(yīng)用正在逐步實施,將逐步推進面向政府機構(gòu)、社會公眾和重點生命線工程提供地震預(yù)警服務(wù)。預(yù)計2017年將面向公眾發(fā)布地震預(yù)警信息。

參考文獻

[1] Cooper. Letter to editor, San Francisco Daily Evening Bulletin, 1868, Nov.3, 1968.

[2] Hongcai Zhang, Xing Jin, Yongxiang Wei,et al. An Earthquake Early Warning System in Fujian, China[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 2016 Vol. 106, No. 2, pp. 755–765.

[3] 張紅才, 金星, 李軍, 等. 地震預(yù)警系統(tǒng)研究及應(yīng)用進展[J]. 地球物理學進展, 2013, 28(2): 706-719.

[4] 馬強. 地震預(yù)警技術(shù)研究及應(yīng)用[D]. 博士學位論文. 哈爾濱:中國地震局工程力學研究所, 2008.

作者簡介:于培青(1982-),男,漢族,工程師,主要從事地震監(jiān)測、地震預(yù)警及烈度速報等方面科研工作.

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