基于Earthworm平臺的地震烈度速報系統架構設計

薛蕾 周藍捷 付萍

摘 要：地震是一種突發的破壞性大的自然災害。地震烈度用于評定地震影響的破壞程度，能夠迅速了解災情。但由于地震烈度要綜合人的感覺、建筑物破壞、地面破壞和器物反應等，有一定的不確定性，且時效性不能滿足需要。近年來通過測震儀器測定地震動參數大小，通過計算機處理，能夠迅速的指出受地震影響的地區，并提供震害影響的大小。Earthworm平臺是一個地震信息匯集，處理的模塊化平臺，通過對各模塊的適當選擇使用和架構設計，在地震發生時，可實現在較短時間內對地震事件的識別和處理，并輸出儀器烈度圖，用于指導地震應急和抗震救災。

關鍵詞：地震烈度；Earthworm；烈度速報

中圖分類號：P315.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）17-0000-00

1 引言

地震是一種破壞性大，突發性的自然災害，給人民生命財產帶來巨大傷害。為評定地震對地表和建筑物的影響程度，即地震影響和破壞程度，地震學家引入了地震烈度的概念。地震烈度表示地震的影響范圍和不同區域的破壞程度，這是震后政府和公眾迫切關心的資料。快速的地震烈度評定能夠迅速了解災情、指導應急救災。

地震學家李善邦于在20世紀50年代修改了卡利烈度表使之適應中國的情況。1957年地震學者謝毓壽參照麥德維捷夫的工作，考慮我國建筑類型和特點編制了《新的中國地震烈度表》。地震工程學家劉恢先總結我國邢臺、通海、海城、唐山等地震的烈度評定經驗，于1980年修訂編制《中國地震烈度表》，簡化了烈度評定標準，便于應用。此后，中國地震烈度表又經過多次修訂[1]。

地震烈度具有震害大小和地震動強弱雙重概念，使得它并不是一個嚴格意義上的物理概念。烈度評定需要綜合考慮一定地域內的人的感覺、建筑物破壞、地面破壞和器物反應，主要依靠技術人員協作完成，評價標準的模糊性和不同人員間的差異也造成了烈度評定的不確定性。以往地震烈度的評定往往依靠地震專業技術人員在震后通過烈度調查來進行。隨著現今測震儀器發展，以地震動參數作為烈度評定已成為發展趨勢。通過測震儀器測定的地震動參數的大小，借助計算機網絡技術進行自動的分析和處理，能夠迅速的指出受震害影響的地區并測定震害影響的大小，并用于指導地震應急和抗震救災。

2 Earthworm系統介紹

Earthworm系統創立于1993年，支持在多系統下運行，包括：Windows、CentOS、MacOS、Solaris和Ubuntu等系統。Earthworm平臺是為了解決美國區域臺網老化和維護成本增加出現的問題，避免早期地震處理系統設計缺陷而建立的，它具有以下幾個特性：（1）模塊化，系統把所執行的每一種功能封裝成一個模塊，模塊之間相互獨立地運行，并能在不破壞現有系統的基礎上根據實際需要添加；（2）系統獨立性：模塊可以運行在不同的計算機操作系統中，不同類型的計算機可連接作為一個系統來運轉；（3）可擴展性：適應各種層次的網絡需求，成本經濟；（4）連通性：該系統能夠與其他實時系統、互動分析系統等其他發布方式進行快速可靠通信；（5）穩定可靠性：針對在地震發生時，可能的出現輸入數據和電源可能中斷、系統負荷急劇增加等問題，該系統對錯誤檢測及恢復、故障控制、負荷控制等做了特別優化。

3 系統架構與功能實現

3.1 Earthworm烈度速報系統架構

Earthworm系統主要以模塊和Ring（數據存儲緩沖區）組成，模塊的功能是用以實現特定的數據處理任務，Ring的功能是用以存放數據處理過程中產生的中間數據。模塊從指定的Ring中讀取數據，處理完畢后，將符合條件的數據再放入指定的Ring中。Earthworm平臺下的烈度速報系統可按圖1中所示來建立，主要分為三個大的部分。

圖1 Earthworm平臺烈度速報的系統架構

（1）數據輸入部分。在圖1中以①來表示，主要功能數據的輸入。系統可從SAMTAC-802U、Q330、K2、Guralp及其它Earthworm支持的儀器中通過相應的數據接收模塊中讀取測震數據，或者可從其他系統的數據輸出接口通過相應的Import模塊輸入測震數據，并將它們放入指定的存儲空間中（如Wave _Ring）。

（2）數據處理部分。在圖1中以②來表示，主要實現數據分析功能，是系統的核心，主要分為兩個部分：

①從Wave Ring中讀取測震數據，進行P波撿拾，當加速度大于設置的閾值，則將這些資料放入Pick Ring中。計算模塊接下來從Pick Ring中讀取數據，逐一判定上述已觸發的數據包，如判定為已觸發，則計算震源位置和發震時間，生成地震報告。

②監視各個測站數據情況，若PGA和PGV大于設置的閾值，則根據計算模塊生成的地震報告按儀器烈度標準進行計算。若達到一定數量的測站的與地震報告中的時間和空間的條件相符，則生成烈度圖報告。

（3）其他部分。在圖1中以③來表示，主要實現的功能有：波形數據監控，可使用波形數據終端實時查看波形數據，及儀器工作狀態；波形數據服務，進行波形數據的的歸檔，以供日后進行波形數據的提取和分析。

3.2 模塊設計及功能

（1）數據源模塊。通過串口、TCP數據包等，接收從地震儀或服務器發來的數據包。可使用官方提供的數據源模塊，配置好相應參數即可接收到地震數據文件。

（2）數據處理模塊。該部分是本系統的核心部分。earthworm系統的撿拾器可使用官方提供的pick_ew模塊和eqporc模塊。Pick_ew模塊以TYPE_TRACEBUF格式（Earthworm波形消息格式）獲取每個通道的實時數據，隨后生成拾取消息，發送到指定的Ring空間（如Pick_Ring中）中。Eqproc模塊主要進行尾波震級的確定。該模塊與pick_ew模塊協同工作完成尾波計算。[2]

計算模塊，讀取Pick_Ring中的數據文件，按一定的計算方法確定震中、震級和發震時間。

烈度圖模塊，實時監測Wave_Ring中的數據，當在一定時間內達到一定數目的測站超過設置的閾值時，啟動運算程序。

（3）其他。數據跟蹤可通過官方提供的Wave_serverV模塊來實現。該模塊提供指定通道的數據跟蹤信息，并為每個通道設置Ring（數據緩沖區）。

Swarm軟件是一個由JAVA語言編寫的波形終端。基于Wave_serverV模塊，可使用Swarm實時查看各個臺站的運行情況和波形數據。

基于Wave_serverV模塊，可掛載需要的存儲模塊，完成各測站波形數據的存儲。

4結語

Earthworm系統的模塊架構為我們提供了地震數據的匯入、處理、存儲、查看功能，并可實現地震事件的識別和輸出。在此基礎上，結合烈度圖模塊，可實現地震儀器烈度的快速計算，運用計算機制圖可快速得到地震儀器烈度圖。當地震發生時，該系統能迅速反應，在較短時間內得到儀器烈度圖，可用于指導抗震救災工作。

參考文獻

[1]張敏政.地震烈度及其評定[J].防災科技學院學報，（2010），12（1）：1-6.

[2]李麗.基于Earthworm的地震報警軟件框架研究[D].中國地震局工程力學研究所，2012.

收稿日期：2018-05-29

作者簡介：薛蕾（1985—），女，陜西漢中人，碩士研究生，工程師，研究方向：地震監測。

Design of Seismic Intensity Rapid Report System Based on Earthworm

XUE Lei， ZHOU Lan-jie， FU Ping

（Xiamen Seismic Survey Research Center，Xiamen Fujian 361021）

Abstract： Earthquake is a sudden and destructive natural disaster. Seismic intensity can be used to assess the extent of damage caused by earthquake. It can quickly understand disaster. However， the determination of seismic intensity must include human feelings， building damage， ground damage and utensil response. These factors have certain uncertainties. Its timeliness can not meet the needs. In recent years， the earthquake ground motion parameters have been measured by seismometer. By computer processing， it can quickly indicate the areas affected by earthquakes， and provide the magnitude of seismic damage. Earthworm is a modular platform for seismic information gathering and processing. Through the proper selection and structure design of each module， the seismic events can be identified and processed in a relatively short time， and the instrument intensity map can be output. It is used to guide earthquake emergency and relief.

Key words：seismic intensity；Earthworm；intensity rapid report