地震速報(bào)演練系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用＊

郁建芳 王瑣琛 戚 浩 夏仕安 程 鑫 張 炳 駱佳驥 韓成成

（安徽省地震局，合肥230031）

地震速報(bào)演練系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用＊

郁建芳 王瑣琛 戚 浩 夏仕安 程 鑫 張 炳 駱佳驥 韓成成

（安徽省地震局，合肥230031）

地震速報(bào)演練系統(tǒng)通過模塊化設(shè)計(jì)和一體化的仿真演練更加真實(shí)地模擬速報(bào)地震時的實(shí)際情況，不僅能夠有效強(qiáng)化地震速報(bào)人員的臨震應(yīng)急反應(yīng)能力和業(yè)務(wù)水平，而且在提升監(jiān)測臺網(wǎng)和臺站展示度以及增強(qiáng)地震科普知識宣傳普及效果等方面具有重要意義。

地震速報(bào)演練；波形回放；波形入庫；宣傳教育

引言

隨著社會發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，地震速報(bào)工作作為服務(wù)于防震減災(zāi)事業(yè)和抗震救災(zāi)工作的重要環(huán)節(jié)，已逐漸被越來越多的人所關(guān)注。做好地震速報(bào)工作，進(jìn)一步提高地震監(jiān)測能力和水平，才能不斷滿足社會和公眾的需求。

地震速報(bào)就是要在盡可能短的時間內(nèi)，對已發(fā)生地震事件的時、空、強(qiáng)三要素做準(zhǔn)確、有效的測定，并報(bào)送給有關(guān)部門。因此，及時無誤地觀測、分析和處理波形數(shù)據(jù)是地震速報(bào)的基礎(chǔ)，這就要求地震速報(bào)人員應(yīng)具有沉著的應(yīng)對心態(tài)、靈敏的反應(yīng)能力和高超的業(yè)務(wù)水平。

地震速報(bào)演練系統(tǒng)將有助于臺網(wǎng)和臺站工作人員開展地震速報(bào)模擬練習(xí)，從而提高地震速報(bào)水平。軟件開發(fā)過程中對波形數(shù)據(jù)的深入研究，為進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。同時，該系統(tǒng)中的波形回放模塊，可以動態(tài)模擬地震發(fā)生時波形的實(shí)時變化情況，有助于地震知識的宣傳教育和普及。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

地震發(fā)生到值班人員對其進(jìn)行分析、處理并報(bào)送的過程可歸納為4個步驟：①地震觸發(fā)并發(fā)出警報(bào)；②利用MSDP打開實(shí)時地震波形事件［1］；③標(biāo)注震相并完成定位；④利用國家臺網(wǎng)地震速報(bào)信息共享服務(wù)系統(tǒng)EQIM報(bào)送到中國地震臺網(wǎng)中心［2］。

因此，地震速報(bào)演練系統(tǒng)的主要功能至少應(yīng)包含以上4個方面。鑒于上述各功能所涉及領(lǐng)域和實(shí)現(xiàn)難度各不相同，所以模塊化設(shè)計(jì)是該軟件開發(fā)的最優(yōu)選擇。通過模塊劃分，能夠極大簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低開發(fā)難度，節(jié)約開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。而且，我們在軟件開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，模塊化設(shè)計(jì)使得該系統(tǒng)的可擴(kuò)展性大大提升，并使其在應(yīng)用中的表現(xiàn)更為穩(wěn)定，后期維護(hù)和二次開發(fā)的難度也有所降低。

本研究將地震速報(bào)演練系統(tǒng)分為4個基本模塊：波形入庫模塊、波形回放模塊、分析處理模塊、結(jié)果報(bào)送模塊。本文的研究思路和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 地震速報(bào)演練系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2 各模塊技術(shù)原理和功能

本研究采用運(yùn)算效率較高的C＋＋程序語言編程設(shè)計(jì)，具有處理基本數(shù)據(jù)格式的優(yōu)勢［3］。

2.1 波形入庫模塊

JOPENS系統(tǒng)的建立基于MySQL數(shù)據(jù)庫平臺，MySQL數(shù)據(jù)表中的各個字段均按照中國數(shù)字測震臺網(wǎng)規(guī)范創(chuàng)建，主要包括臺網(wǎng)參數(shù)表、臺站參數(shù)表、通道參數(shù)表和儀器字典表等，SEED波形數(shù)據(jù)的各個子塊都可以在JOPENS數(shù)據(jù)庫中存儲［4］。

波形入庫模塊主要包括兩個方面：解析SEED文件和波形入庫。解析SEED文件，即分離SEED文件中的臺站信息與事件波形文件，并將經(jīng)緯度、高程、臺站代碼、靈敏度等臺站參數(shù)和儀器參數(shù)存入MySQL數(shù)據(jù)庫的相應(yīng)表中；波形入庫，即將解析后的事件波形文件重新壓縮為MiniSEED格式存入MySQL數(shù)據(jù)庫中［4-6］。

2.2 波形回放模塊

波形回放模塊主要負(fù)責(zé)直接提取SEED波形文件中的臺站和通道信息以及解壓后各個時間段的數(shù)據(jù)值，按照一定的時間步長，模擬地震臺網(wǎng)的實(shí)時、分道顯示方式。

該模塊首先讀取選定的SEED格式波形文件，然后按照時間順序?qū)⑵渲忻總€臺站的各分量波形數(shù)據(jù)存儲于預(yù)先申請的內(nèi)存空間。同時，表示臺站和通道名稱的數(shù)據(jù)也被存儲到相同的內(nèi)存空間，并與之前的數(shù)據(jù)相對應(yīng)。最后構(gòu)造一個顯示界面，用于回放上述已存儲的事件波形，并采用STA／LTA［7］和AR-AIC［8］算法檢測事件觸發(fā)并發(fā)出警報(bào)。

2.3 分析處理模塊

分析處理模塊的開發(fā)建立在MSDP處理軟件的基礎(chǔ)上，通過配置MSDP軟件，使其連接到存儲事件波形的MySQL數(shù)據(jù)庫，直接讀取地震事件，然后通過人機(jī)交互分析標(biāo)注震相，完成發(fā)震時刻、震中位置和震級三要素的判定。

2.4 結(jié)果報(bào)送模塊

結(jié)果報(bào)送模塊主要是利用EQIM客戶端將上述已分析的地震參數(shù)報(bào)送給中國地震臺網(wǎng)中心，然后利用安徽地震臺網(wǎng)中心自主研發(fā)的地震信息發(fā)布平臺［9］將結(jié)果發(fā)送給局領(lǐng)導(dǎo)、局其他人員和相關(guān)部門。

2.5 系統(tǒng)各模塊間的聯(lián)合調(diào)試

波形回放、波形入庫和結(jié)果報(bào)送模塊中EQIM系統(tǒng)的客戶端配置于一臺服務(wù)器，分析處理和結(jié)果報(bào)送模塊中EQIM系統(tǒng)的客戶端配置在速報(bào)人員使用的計(jì)算機(jī)上，而MySQL數(shù)據(jù)庫和JOPENS系統(tǒng)則可根據(jù)實(shí)際情況部署在其他服務(wù)器上。

以上各模塊開發(fā)完成后，通過聯(lián)合調(diào)試整合為一體即地震速報(bào)演練系統(tǒng)

3 應(yīng)用意義

3.1 深入研究地震數(shù)據(jù)格式，方便數(shù)據(jù)對比研究工作

“十五”項(xiàng)目建設(shè)完成后，省級測震臺網(wǎng)和臺站主要使用JOPENS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行日常的數(shù)據(jù)分析和存儲。JOPENS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能夠完成波形數(shù)據(jù)的接收、匯集和存儲等，還能夠利用MSDP軟件對存入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)顯示、分析處理和波形數(shù)據(jù)的SEED格式導(dǎo)出，但對已經(jīng)導(dǎo)出的SEED格式波形數(shù)據(jù)，無法重新導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中。

本研究的波形入庫模塊可將事件波形文件壓縮為MiniSEED格式重新存入MySQL數(shù)據(jù)庫，這樣就方便臺網(wǎng)人員更好的進(jìn)行震相識別和分析練習(xí)。系統(tǒng)開發(fā)過程中對SEED格式波形數(shù)據(jù)的研究和解析，使地震科技人員對臺網(wǎng)和臺站產(chǎn)出的數(shù)據(jù)有更深入的了解與認(rèn)識，為進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)的應(yīng)用提供幫助。同時，通過對庫中震相信息和定位結(jié)果的讀取，為很多數(shù)據(jù)對比研究工作提供了方便。

3.2 提升臺網(wǎng)臺站展示亮度，加強(qiáng)地震知識宣傳教育

各地震監(jiān)測臺網(wǎng)和臺站都是所在地地震系統(tǒng)的展示窗口，每年都會接待各級領(lǐng)導(dǎo)的視察、指導(dǎo)工作和社會各單位、組織的參觀。在此過程中，不僅要展現(xiàn)出臺網(wǎng)臺站的工作特色和亮點(diǎn)，更要做好防震減災(zāi)知識的宣傳教育工作。

汶川地震后，社會公眾對地震的關(guān)注度越來越高。然而，這種日益增長的關(guān)注也反映出一個問題：公眾的焦點(diǎn)絕大部分都放在地震的不可預(yù)測以及震后的傷亡和救助上。這是無可厚非的，然而，這種高度關(guān)注不可避免地在某種程度上造成了公眾對地震系統(tǒng)的誤解。筆者認(rèn)為，消除這種誤解的最好途徑就是強(qiáng)化地震知識的宣傳普及力度，讓公眾對地震預(yù)報(bào)面臨的種種困難以及地震孕育、發(fā)生的過程進(jìn)行深入的了解。

目前，臺網(wǎng)和臺站主要通過打開一個地震波形文件的方式向參訪者進(jìn)行展示，這種靜態(tài)畫面的呈現(xiàn)方式既不直觀，也不利于參訪者了解地震觸發(fā)和定位的過程。所以，動態(tài)展示地震發(fā)生時的波形變化是向參訪者介紹地震知識的一個重要手段，也是讓參訪者了解地震臺網(wǎng)臺站工作性質(zhì)和重要性的一種有效方式。

本研究開發(fā)的地震速報(bào)演練系統(tǒng)的波形回放模塊，動態(tài)模擬地震發(fā)生時地震波形的變化情況和觸發(fā)定位過程，一目了然，生動形象，給參訪者留下深刻的印象，增強(qiáng)了地震知識的宣傳普及效果。

波形回放的動態(tài)模擬界面如圖2所示。

3.3 速報(bào)演練常態(tài)化規(guī)范化，強(qiáng)化地震速報(bào)能力建設(shè)

地震速報(bào)是地震監(jiān)測臺網(wǎng)最基本的工作，值班人員需要在震后盡可能短的時間內(nèi)對發(fā)震時刻、震中位置、震級大小等參數(shù)進(jìn)行快速、有效的分析和測定，并第一時間發(fā)布上述地震參數(shù)。這對于省局開展后續(xù)震情監(jiān)視跟蹤、會商以及災(zāi)區(qū)救援等工作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時對政府和社會公眾迅速判斷災(zāi)情、及時啟動應(yīng)急預(yù)案，最大限度地減輕地震災(zāi)害損失具有重要意義。

隨著社會發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)普及，政府和公眾對地震速報(bào)時效性、準(zhǔn)確性的要求越來越高，這就對地震速報(bào)人員的臨震反應(yīng)能力和業(yè)務(wù)水平提出了新的挑戰(zhàn)。安徽地區(qū)速報(bào)地震相對較少，日常工作中加強(qiáng)崗位練兵尤為重要。以往的地震速報(bào)演練方式需要搭建各類平臺，耗時耗力，過于繁瑣，極大地限制了模擬演練的力度和效果。本研究開發(fā)的地震速報(bào)演練系統(tǒng)為強(qiáng)化值班人員速報(bào)水平提供了一個方便、快捷、有效的平臺。該平臺通過一體化的仿真演練系統(tǒng)更加真實(shí)地模擬速報(bào)地震的實(shí)際情況：回放顯示已存儲的SEED格式事件波形文件，動態(tài)模擬實(shí)際地震發(fā)生時地震波形的變化情況并觸發(fā)報(bào)警，然后值班人員利用MSDP軟件讀取庫中的波形文件并完成對地震參數(shù)的分析、測定和報(bào)送工作。

圖2 波形回放動態(tài)模擬界面

通過這種常態(tài)化、規(guī)范化的模擬演練，加深地震速報(bào)人員對速報(bào)管理規(guī)定、速報(bào)流程和震相識別等知識的印象，不斷扎實(shí)值班人員的基本功，查漏補(bǔ)缺，提高憂患意識，為成功應(yīng)對各類地震做出堅(jiān)實(shí)的保障。

4 結(jié)語

速報(bào)演練系統(tǒng)開發(fā)完成后，安徽臺網(wǎng)應(yīng)用該系統(tǒng)對速報(bào)人員進(jìn)行了多次速報(bào)地震模擬演練，取得了很好的效果。在此期間內(nèi)，隨著使用者建議和需求的不斷提出，我們對該軟件進(jìn)行了多次改進(jìn)。下一步工作計(jì)劃通過增加計(jì)時模塊等完善該軟件功能，使之更加接近實(shí)戰(zhàn)，達(dá)到不斷強(qiáng)化地震速報(bào)能力建設(shè)的目的，為防震減災(zāi)事業(yè)服務(wù)。

（作者電子信箱，郁建芳：zhimeigui2009＠126.com）

［1］蘇莉華，趙暉，李源，等.MSDP軟件提高地震速報(bào)質(zhì)量.地震地磁觀測與研究，2012，33（5／6）：351-355

［2］陳曉輝，侯建民，劉瑞豐.全國地震速報(bào)信息共享與服務(wù)系統(tǒng).地震地磁觀測與研究，2009，30（3）：132-134

［3］Stephen Prata.C＋＋Primer Plus.張海龍，袁國忠，譯.6版.北京：人民郵電出版社，2012

［4］王永革，李鴻吉，姚立平，等.SEED格式臺站卷及帶有可變頭段節(jié)數(shù)據(jù)記錄的實(shí)例剖析.地震地磁觀測與研究，1995，16（5）：6-11

［5］王洪體，陳陽，莊燦濤.SEED格式STEIM2數(shù)據(jù)壓縮算法在實(shí)時地震數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用.地震地磁觀測與研究，2004，25（4）：14-19

［6］張旸，滕云田，王喜珍，等.地震地磁儀器的MiniSEED數(shù)據(jù)格式的實(shí)現(xiàn).地震地磁觀測與研究，2007，28（3）：110-113

［7］周彥文，劉希強(qiáng).初至震相自動識別方法研究與發(fā)展趨勢.華北地震科學(xué)，2007，25（4）：18-21

［8］Sleeman R，Eck T van.Robust automatic P-phase picking：an on-line implementation in the analysis of broadband seismogram recordings.Phys.Earth Planet.Inter.，1999，113（1-4）：265-275

［9］戚浩，凌學(xué)書，汪貴章.安徽省地震速報(bào)平臺的開發(fā).地震地磁觀測與研究，2011，32（2）：116-118

Development and application of earthquake quick-report training system

Yu Jianfang，Wang Suochen，Qi Hao，Xia Shian，Cheng Xin，Zhang Bing，Luo Jiaji，Han Chengcheng
（Earthquake Administration of Anhui Province，Hefei 230031，China）

Earthquake quick-report training system simulates the actual situation more realistically by modular design and integrated simulation exercises.Not only does this system strengthen the imminent earthquake response capacity and technical level of earthquake quick-report staff effectively but also plays an important part in enhancing the display brightness of the monitoring network and the effects of the popularization of earthquake science knowledge.

earthquake quick-report training；waveform playback；waveform storage；publicity and education

P315；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2014.05.005

2013-12-23；

2013-12-26。

中國地震局三結(jié)合基金、中國地震局星火計(jì)劃（XH14027Y）、安徽省地震科研基金（20130601）共同資助。