地震模擬速報評價程序

賈漯昭 王志鑠 張亞琳 陳力剛

（中國鄭州 450016 河南省地震局）

0 引言

地震速報是地震發生消息來源的主要產生途徑，也是省級地震臺網承擔的一項重要任務。而地震發生頻率的區域性比較明顯，地震多發省份，地震臺網速報員實訓機會多，職業素質較高，地震速報能力較強。而地震少發省份，地震臺網速報員鍛煉機會較少，地震速報技術相對生疏，容易在轄區內突發地震時出現紕漏。

這就需要提供模擬地震突發實訓環境，訓練并提高地震速報技術。實現地震突發模擬環境，關鍵問題是解決地震速報過程中計算機自動評價問題，而如何正確定義地震特征參數及定義匹配度是解決該問題的難點。研究對地震速報的管理規定和具體流程進行，參考國內同行具體實踐經驗，設計地震速報自動評價的計算機程序方法，幫助地震速報人員提高地震速報技術是本文的研究內容。

1 速報評價研究

1.1 運行流程

地震速報流程是，地震發生后在給定的有限時間內，完成正確的地震參數測定，并通過地震消息傳遞系統(EQIM)完成地震參數的報送。地震速報評價需要給定正確的地震特征參數，基于此，假定：對于一個模擬突發地震，地震速報員在限定時間內，采用地震分析軟件定位地震，給出地震定位結果，完成地震消息傳遞系統(EQIM)的速報過程，認為此次地震速報有效，可以參與評價。

在地震速報環節中，考核地震速報員以下能力：①震相識別、量圖精度、結果的正確性檢驗和判斷；②對地震學理論的認知程度，判斷數據是否需要預處理及如何處理；③應用計算機程序的熟練程度及花費時間。

自動對地震速報給出以上幾方面的評價是程序設計的關鍵，即評分的重要依據，分別是震相標注的到時信息；震相標注的數量，類型；以及整個地震速報環節所需要的時間和與國家臺網對省級測震臺網速報評比標準的切合程度。

1.2 模塊劃分

考慮到地震速報員操作的便捷性和控制的便利性，地震模擬速報評價程序劃分為3個模塊：模擬速報客戶端、計算服務端和控制端。

在模擬地震速報演習時，地震速報員在客戶端計算機上完成地震分析定位和地震速報工作，按照正常的速報流程完成地震速報，速報結果將自動上傳至服務端。服務端系統提供實時計算和存儲，速報成績的最終核定、對比工作，及對外系統狀態顯示服務。管理端通過網頁或者移動應用的形式提供系統管理操作。模塊劃分見圖1。

圖1 模塊劃分Fig.1 The module partition

1.3 地殼模型

影響地震定位結果的客觀原因與所在區域使用的地殼模型有較大關系，只有地震定位時使用的地殼模型與當地真實的地殼模型相匹配時，才能產出比較好的地震定位結果。對于網緣和網外地震，還需考慮是否需要切換到相應地區的地殼模型，需要考慮地震定位的震源深度等問題如何界定。就此，使用歷史地震作為突發地震的模擬觸發地震，把編目地震結果作為正確的地震定位答案（地震編目工作指，在地震發生后，對地震正式測量分析，形成正式的地震目錄結果）。地震編目的特點是，地震分析使用盡可能多的地震臺站和地震震相，比地震速報過程慢且精細得多。相對地震速報結果，地震編目結果較可靠。在程序設計中，把此次地震的編目結果認定為正確答案。也就是說，在地震速報中，地震速報結果越接近地震編目結果，則此次地震速報成績可能越高。

目前，在各區域地震臺網中，地震速報和地震編目一般采用同一套地殼模型，甚至同一種地震定位方法。因此，在程序研究中，假設進行地震速報、地震編目及地震模擬速報使用同一套地殼模型和同一種地震定位方法。

在程序實現的研究中，重點考察模擬突發地震速報結果與地震編目結果的相似程度。所以在模擬突發地震為網緣和網外地震時，該程序依然適用。目前，各個地震臺網進行地震速報時多使用由計算機軟件通過相應定位深度方法自動生成的地震深度，較少涉及人工操作。而深度的精確性主要取決于地震定位方法，為了增加地震速報考評程序的適用性，在評價程序中不考慮地震定位深度評價。

2 程序實現

2.1 評價過程

選取當前地震臺網的歷史地震事件波形、地震編目定位結果及地震編目的震相信息，序列化以后，形成歷史地震震例。考慮到各個臺網的實際情況，歷史震例的格式使用國際通用的SEED格式。模擬地震突發時，由指揮員從中挑選某次地震進行觸發。系統接收到地震觸發指令，推送相應地震事件波形到客戶端，客戶端調用地震分析軟件進行地震分析定位，并將定位結果通過模擬地震消息傳遞系統(EQIM)報送到服務端。服務端通過和編目結果的震相、定位信息對比，結合地震速報時間和速報評比標準，完成地震速報過程的評價。

對于地震速報過程的評價，必然需要設定正確的地震特征參數，在假定標準答案為地震編目結果的前提下，根據《省級測震臺網速報評比標準》（中國地震局監測司，2013），將地震分為3類：①1類地震指本行政區邊線外50 km范圍內（含本行政區）的速報地震，首都圈地區省級地震局的1類地震指首都圈地區（含北京市、天津市、河北省3個完整行政區）M≥3.0地震以及本行政區內大中城市有感地震；②2類地震指本行政區邊線外50 km至邊線外100 km范圍內的地震；③3類地震指1類和2類以外的速報地震。

在評分過程中，照此分類方法劃分模擬速報的地震，分別進行評分。

2.2 評分方式

圖2 速報評價程序流程Fig.2 The earthquake rapid report evaluation algorithm flow chart

在系統進行突發地震模擬時，設定原始地震編目結果為標準答案，在服務端提取其地震波形及震相信息，按照其各種要素經過計算后提取特征序列，經過程序封裝后，以結構體的形式到客戶端。

客戶端報警響起以后，地震速報員進行地震定位分析，對比殘差，計算結果。結果被程序再次封裝并返回服務端，在服務端經過拆解成可供計算的序列，通過速報評價程序計算，完成地震特征參數對比，實時得出成績。

成績發回客戶端和網頁公示界面。供指揮員裁定比賽結果。客戶端自動給出地震速報員的相應評價，當次速報地震所用到的各種震相信息和速報用時等評分依據，由此可明確指出該次地震速報失誤所在，以此提高速報員地震速報能力。速報評價程序流程見圖2。

以地震編目定位結果作為正確答案與模擬速報的結果進行對比，以百分制評分。具體按照以下的評分標準。

（1）地震速報速度評分（30分）。速報時間為ΔT，服務器收到客戶端傳送地震特征參數時間為T2，服務器推送事件波形時間為T1，則ΔT=T2-T1。因1類地震規定速報時間為12 min，2類地震和3類地震及深源地震速報時間為15 min，則判別標準為：①若ΔT≤0，0分；②若ΔT> 0，-（ΔT/60×3）分；③當ΔT≥30 min，該地震事件按漏報處理，計為0分；④當本地震其他參數項為滿分時，給予速度加分：實報時間≤7 min，+1分。

（2）發震時刻評分（5分）。將計算出的發震時刻與地震編目的發震時刻誤差記為Δt，則：①1類地震：Δt≤±7.5 s，-2.5分；Δt>±7.5 s，-5分；②2類地震：Δt≤±12.5 s，-2.5分；Δt>±12.5 s，-5分；③3類地震：Δt≤±17.5 s，-2.5分；Δt>±17.5 s，-5分。

（3）震級評分（15分）。將計算出的震級與地震編目震級誤差記為ΔM，則：①1類地震：ΔM≤±0.5，-5分；ΔM>±0.5，-15分；②2類地震：ΔM≤±0.5，-5分；ΔM>±0.5，-15分；③3類地震：ΔM≤±0.5，-5分；ΔM>±0.5，-15分。

（4）震中位置（30分）。將計算出的震中位置坐標與地震編目震中位置的坐標距離記為ΔP，則：①1類地震：ΔP≤15 km，-10分；ΔP≤25 km，-20分；ΔP>25 km，-30分；②2類地震：ΔP≤20 km，-10分；ΔP≤30 km，-20分；ΔP>30 km，-30分；③3類地震：ΔP≤25 km，-10分；ΔP≤35 km，-20分；ΔP>35 km，-30分。

震源深度由于各個臺網地震編目結果受限于目前使用的定位軟件和方法，對于地震深度，在本程序的實現中未進行評價。

（5）參考地名評分（5分）。地名與地震編目結果不一致，-5分；地名命名不符合規定，-2.5分。

（6）事件類型評分（5分）。事件類型錯誤，-5分。

（7）震相數據評分（10分）。參加計算震級的臺站數量小于4，-2.5分；無震相數據，-10分。另外，在震相評價中，通過循環查詢模擬速報的震相信息，對比地震編目同一個震相的標注信息，誤差超過0.5 s的-1分。

3 程序應用

基于本研究成果，實現河南省地震臺網速報模擬演習系統（圖3），經過多次實際模擬演練的檢驗，確定其可以可靠評價震相匹配程度，總評地震速報成績合理（圖4），能夠顯著提高區域地震臺網地震速報員的地震速報技術水平。

圖3 演習系統控制界面Fig.3 Exercise to earthquake quick report system interface

4 結束語

圖4 速報成績界面Fig.4 Earthquake quick report examination results

由于時間較短，本文提供的評分程序還有不足，如：在地震速報評價過程中，對各個分支考慮較細，對程序執行效率有一定影響。在對此速報模擬演習系統的后續研發中，將繼續優化評分程序，以提高地震速報人員的工作效率。

論文參考了國家臺網地震速報綜合信息發布系統（侯建民等，2009）、中國大陸地震宏觀震中與速報定位偏離的分區研究(劉吉夫等，2006)、全國地震速報信息共享與服務系統（陳曉輝等，2009）、地震快速數據發布系統（梁建宏等，2005）、全國自動地震速報系統評估（楊陳等，2013）等的觀點，在此向原作者表示感謝。在評分程序研究和成文過程中，得到朱元清教授的悉心指導，在此表示感謝。

侯建民，黃志斌，代光輝，黃靜.國家臺網地震速報綜合信息發布系統研究[J].中國地震，2009，25（4）：45-454.

劉吉夫，王曉青，陳颙，黃輔瓊.中國大陸地震宏觀震中與速報定位偏離的分區研究[J].地震學報，2006，28（1）：37-41.

陳曉輝，侯建民，劉瑞豐.全國地震速報信息共享與服務系統[J].地震地磁觀測與研究2009，30（3）：132-135.

梁建宏，劉瑞豐，代光輝，鄒立曄，楊輝.地震快速數據發布系統[J].地震地磁觀測與研究，2005，26（6）：77-80.

楊陳，黃志斌，杜廣寶，翟璐媛.全國自動地震速報系統評估[J].地震學報，2013，35（2）：272-282.

中國地震局監測司.地震速報管理規定——中震測發[2013]26號[S].2013.