云南地震預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)設(shè)計(jì)及在2021年云南漾濞MS6.4地震中的應(yīng)用

趙至柔 吳艷梅 李敏 曹彥波 賈召亮 壯延

摘要：基于云南省地震局預(yù)警平臺(tái)，設(shè)計(jì)了云南本地化地震預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)。該平臺(tái)可對(duì)云南范圍內(nèi)的地震烈度速報(bào)信息、重點(diǎn)地震監(jiān)視防御區(qū)域的地震預(yù)警信息等內(nèi)容進(jìn)行發(fā)布，可對(duì)接入的預(yù)警信息發(fā)布終端進(jìn)行日常監(jiān)控與管理，并提供多元化的服務(wù)產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)云南省地震預(yù)警信息發(fā)布演練和真實(shí)地震檢驗(yàn)，云南地震預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)能較好地為政府應(yīng)急決策、公眾逃生避險(xiǎn)、重大工程地震緊急處置以及相關(guān)科學(xué)研究提供地震預(yù)警信息服務(wù)。

關(guān)鍵詞：地震預(yù)警;預(yù)警信息;發(fā)布平臺(tái);漾濞MS6.4地震

中圖分類(lèi)號(hào)：P315-391?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1000-0666（2021）03-0507-07

0 引言

地震預(yù)警是指在地震發(fā)生后，利用電磁波與地震波之間的時(shí)間差，在破壞性地震波尚未到達(dá)時(shí)，提前幾秒到幾十秒發(fā)出預(yù)警，以有效減少人員傷亡，達(dá)到防震減災(zāi)實(shí)效，消除民眾恐慌情緒（Lee et al，2019）。地震預(yù)警可細(xì)分為異地預(yù)警、現(xiàn)地（原地）預(yù)警以及混合預(yù)警3種模式。目前常用的預(yù)警算法有ElarmS3、FinDer等（盧建旗，李山有，2021）。

一些國(guó)家及地區(qū)的地震預(yù)警工程發(fā)展較早，如日本、美國(guó)、墨西哥及中國(guó)臺(tái)灣等（張紅才等，2013）。日本境內(nèi)運(yùn)行著多個(gè)地震預(yù)警緊急信息服務(wù)系統(tǒng)，如為新干線鐵路系統(tǒng)服務(wù)的UrEDAS/Compact UrEDAS系統(tǒng)、為日本全體民眾服務(wù)的“緊急地震速報(bào)”系統(tǒng)等（楊程等，2018）。美國(guó)于1994年開(kāi)始研究地震預(yù)警，最初使用的是Elarm系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)不斷完善，在ElarmS3的基礎(chǔ)上建成了目前正在運(yùn)行的ShakeAlert系統(tǒng)（王紅蕾等，2019）。墨西哥于2005年，將原有墨西哥城地震預(yù)警系統(tǒng)SAS和瓦哈卡市地震預(yù)警系統(tǒng)SASO合并為墨西哥地震預(yù)警系統(tǒng) SASMEX（楊陳，2018）。中國(guó)臺(tái)灣于1994年開(kāi)始進(jìn)行地震預(yù)警相關(guān)研究工作，建立了“及時(shí)強(qiáng)地動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)”（袁志祥等，2007）。

我國(guó)作為世界上遭受地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，建立一套完善的地震預(yù)警系統(tǒng)勢(shì)在必行（高峰等，2014;郭紅梅等，2019）。2015年6月，“國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程”獲批，項(xiàng)目工作進(jìn)入可行性研究階段（蔣長(zhǎng)勝，劉瑞峰，2016）。2018年7月該項(xiàng)目正式啟動(dòng)。2019年7月，云南地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程項(xiàng)目納入“國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程”先行先試范疇，力爭(zhēng)在2021年底，在云南全省全面形成預(yù)警能力。目前云南已建成202個(gè)基準(zhǔn)站、228個(gè)基本站和1 110個(gè)一般站，共1 540個(gè)臺(tái)站，緊急地震信息服務(wù)終端共計(jì)746套，覆蓋全省16個(gè)州（市）的學(xué)校、政府、應(yīng)急管理部門(mén)、地震行業(yè)部門(mén)、生命線工程單位等領(lǐng)域。

地震預(yù)警信息服務(wù)是地震預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的“最后一公里”，地震預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)作為地震信息服務(wù)的關(guān)鍵部分，其研發(fā)就顯得尤其重要（曹彥波等，2015;許瑞杰等，2019;李兆隆等，2019）。本文設(shè)計(jì)了基于互聯(lián)網(wǎng)的云南本地化地震預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)（下文簡(jiǎn)稱發(fā)布平臺(tái)），實(shí)現(xiàn)了以云南省地震局預(yù)警平臺(tái)為基礎(chǔ)，對(duì)云南范圍內(nèi)的地震烈度速報(bào)信息、重點(diǎn)地震監(jiān)視防御區(qū)域的地震預(yù)警信息、地震相關(guān)科普宣傳視頻等內(nèi)容進(jìn)行發(fā)布，對(duì)接入的預(yù)警信息發(fā)布終端進(jìn)行日常監(jiān)控與管理并提供地震預(yù)警模擬演練、第三方平臺(tái)接入預(yù)警信息等多元化的服務(wù)產(chǎn)品。

1 發(fā)布平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 總體架構(gòu)

發(fā)布平臺(tái)主要由臺(tái)站、地震信息處理中心、地震信息發(fā)布中心、地震信息轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器以及各類(lèi)終端組成（圖1）。地震發(fā)生時(shí)，臺(tái)站監(jiān)測(cè)到地震波的信息后傳輸給地震信息處理中心，該中心將處理后的地震信息傳輸至地震信息發(fā)布中心，發(fā)布中心將獲取到的地震信息推送至地震信息轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器運(yùn)算后，分發(fā)至各類(lèi)終端實(shí)現(xiàn)地震預(yù)警功能。

1.2 體系結(jié)構(gòu)

發(fā)布平臺(tái)分為5層，分別為信源層、物理層、應(yīng)用層、展現(xiàn)層、用戶層（圖2）。信源層主要包括地震預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)推送的地震預(yù)警信息等、第三方提供的氣象數(shù)據(jù)信息、其它災(zāi)害信息、面向公眾的地震科普宣傳信息、主要為服務(wù)器以及各類(lèi)終端提供統(tǒng)一的時(shí)間服務(wù)信息。物理層包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器（用于保存終端位置信息、終端運(yùn)行狀態(tài)等）、多災(zāi)種數(shù)據(jù)融合服務(wù)器（用于融合地震、氣象等災(zāi)害預(yù)警信息）、信息加工處理服務(wù)器（用于對(duì)各類(lèi)預(yù)警信息進(jìn)行加工處理）、消息中間件服務(wù)器（用于各類(lèi)信息的發(fā)布）、運(yùn)維保障服務(wù)器（用于監(jiān)控各終端運(yùn)行狀態(tài)、用戶發(fā)布平臺(tái)等）。應(yīng)用層主要是為各類(lèi)用戶提供地震預(yù)警、地震速報(bào)等服務(wù)，還提供當(dāng)前時(shí)間和日期、天氣預(yù)報(bào)等日常服務(wù)。展現(xiàn)層主要包括各類(lèi)地震預(yù)警終端。用戶層主要指預(yù)警信息發(fā)布的對(duì)象。

2 發(fā)布平臺(tái)功能實(shí)現(xiàn)

2.1 技術(shù)流程

當(dāng)發(fā)布平臺(tái)獲取到地震預(yù)警信息后，首先進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，對(duì)需要發(fā)布的信息進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)換，形成標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)警信息;然后，根據(jù)不同終端的數(shù)據(jù)交互方式，按照消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議（MQTT）及JSON數(shù)據(jù)格式封裝為地震預(yù)警信息包，推送至移動(dòng)端與Web端。地震預(yù)警終端在接收到預(yù)警信息后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析計(jì)算，生成向用戶展現(xiàn)的圖形要素并在前端進(jìn)行可視化展示。預(yù)警終端登錄到地震信息發(fā)布通信服務(wù)器，并向其發(fā)送心跳包來(lái)保持長(zhǎng)連接，以確保預(yù)警終端可以實(shí)時(shí)向通信服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)。通信連接的建立過(guò)程如下（圖3）：

（1）預(yù)警終端登錄到通信服務(wù)器。預(yù)警終端向通信服務(wù)器發(fā)送登錄通信報(bào)文，如果通信服務(wù)器給予反饋，則表示預(yù)警終端登錄成功。

（2）預(yù)警終端與通信服務(wù)器的連接。登錄成功后，預(yù)警終端按設(shè)定的時(shí)間周期T1主動(dòng)給通信服務(wù)器發(fā)送心跳包維持長(zhǎng)連接，通信服務(wù)器對(duì)心跳包予以應(yīng)答。心跳包發(fā)送、應(yīng)答及維持長(zhǎng)連接要求如下：①當(dāng)通信服務(wù)器在周期T2內(nèi)沒(méi)有收到心跳包，認(rèn)為通信鏈路中斷，釋放會(huì)話資源。②當(dāng)預(yù)警終端在連續(xù)發(fā)送了n個(gè)心跳包后，沒(méi)有收到通信服務(wù)器的心跳應(yīng)答包，就認(rèn)為通信鏈路中斷，應(yīng)重新登錄通信服務(wù)器。

2.2 主要功能

發(fā)布平臺(tái)服務(wù)端主要包含終端管理、預(yù)警終端管理系統(tǒng)、終端內(nèi)容管理、地震預(yù)警速報(bào)、避難場(chǎng)所管理、系統(tǒng)管理6個(gè)功能。客戶端功能模塊主要有地震速報(bào)、地震預(yù)警、科普宣傳、軟件設(shè)置，其中地震速報(bào)和地震預(yù)警模塊有震例目錄、震例回放等信息，軟件設(shè)置里可以進(jìn)行用戶注冊(cè)登錄、版本更新等（表1）。

3 發(fā)布平臺(tái)應(yīng)用分析

云南地震預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)自建成以來(lái)，在終端的日常管理、預(yù)警信息發(fā)布和科普宣傳方面發(fā)揮了較好的作用，尤其是在2020年9月25日云南省地震預(yù)警信息發(fā)布演練中，依托發(fā)布平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了地震預(yù)警信息的管理與發(fā)布，并在2021年1月2次地震和5月21日漾濞MS6.4地震中該平臺(tái)的穩(wěn)定性和可靠性得到了進(jìn)一步檢驗(yàn)。

3.1 預(yù)警終端部署與管理

目前已完成全省746套地震預(yù)警終端的安裝部署，同步開(kāi)展調(diào)試及試運(yùn)行工作，具備了地震預(yù)警信息發(fā)布能力。預(yù)警終端覆蓋了省級(jí)抗震救災(zāi)指揮部成員單位、各州（市）政府、試點(diǎn)縣（區(qū)）政府、部分生命線工程和覆蓋16個(gè)州（市）的600余所中小學(xué)校，并向25個(gè)重點(diǎn)市（縣）的185套預(yù)警終端用戶提供地震預(yù)警試運(yùn)行服務(wù)（表2）。

通過(guò)發(fā)布平臺(tái)可以查詢終端在線情況，主要包括每個(gè)終端的累計(jì)在線時(shí)長(zhǎng)、總時(shí)長(zhǎng)、在線率等，以及所有終端分日期、分地區(qū)的在線數(shù)量、在線率等。以2020年11月為例，筆者統(tǒng)計(jì)了所有終端每日在線數(shù)量及在線率，結(jié)果顯示：發(fā)布平 臺(tái)接入的終端連續(xù)運(yùn)行數(shù)均大于等于715套，正常運(yùn)行率大于等于95.8%，滿足云南省已安裝終端運(yùn)行率要求（圖4）。

3.2 預(yù)警信息發(fā)布演練

為了驗(yàn)證已安裝部署終端和發(fā)布平臺(tái)的運(yùn)行情況，2020年9月25日進(jìn)行了云南省地震預(yù)警信息發(fā)布演練，模擬在云南省紅河州A縣發(fā)生7.0級(jí)地震，震源深度13 km。演練選取震中距不同的10個(gè)地區(qū)的預(yù)警終端模擬接收預(yù)警信息的情況。除云南省地震局指揮大廳的終端外，其余終端均開(kāi)啟警報(bào)聲和閃光燈，將音量調(diào)至“3”;所有終端均設(shè)置成地震局演練主題，在地震模擬演練模塊中演練主題設(shè)置成與終端統(tǒng)一的演練訂閱主題，此時(shí)之前設(shè)置好參演的終端就會(huì)加入演練的群組里。然后再在地震模擬演練模塊中分別設(shè)置模擬演練的發(fā)震地點(diǎn)為云南省紅河州A縣，設(shè)定A縣的具體經(jīng)度、緯度，并假定震級(jí)為7.0級(jí)。

演練場(chǎng)景設(shè)定為1個(gè)主會(huì)場(chǎng)和5個(gè)分會(huì)場(chǎng)的模式，主會(huì)場(chǎng)設(shè)置在云南省地震局，分會(huì)場(chǎng)分別設(shè)置在紅河州地震局、玉溪市第六小學(xué)、玉溪市某家庭、云南電網(wǎng)公司、云南省消防救援總隊(duì)（圖5）。云南地震預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)發(fā)送模擬地震預(yù)警信息后，所有會(huì)場(chǎng)的預(yù)警終端、電視、手機(jī)APP均成功接收到地震預(yù)警信息。

3.3 真實(shí)地震預(yù)警響應(yīng)

發(fā)布平臺(tái)經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試和測(cè)試，達(dá)到了平臺(tái)設(shè)計(jì)所預(yù)期的各項(xiàng)性能指標(biāo)，在2021年1月云南昌寧、鹽津2次4級(jí)以上地震和2021年5月21日漾濞MS6.4地震中，預(yù)警處理系統(tǒng)快速計(jì)算出地震三要素等信息，通過(guò)發(fā)布平臺(tái)有序發(fā)送至處于試運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)警終端。

發(fā)布平臺(tái)服務(wù)端的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2021年1月17日昌寧4.1級(jí)地震后7 s，全省試點(diǎn)地區(qū)有166臺(tái)預(yù)警終端接到預(yù)警信息，距離震中14 km的施甸縣舊城鄉(xiāng)中心完全小學(xué)預(yù)警終端響應(yīng)烈度為4度，4所示范小學(xué)終端響應(yīng)烈度為2度，其余162個(gè)終端響應(yīng)烈度為1度。2021年1月23日鹽津4.7級(jí)地震后6 s，全省試點(diǎn)地區(qū)有162臺(tái)預(yù)警終端接收到預(yù)警信息，距離震中37 km的永善縣團(tuán)結(jié)鎮(zhèn)團(tuán)結(jié)中學(xué)終端響應(yīng)烈度為4度，大關(guān)縣2臺(tái)終端、永善縣5臺(tái)終端響應(yīng)烈度為3度，7臺(tái)終端響應(yīng)烈度為2度，其余147臺(tái)終端響應(yīng)烈度為1度。2021年5月21日漾濞縣MS6.4地震后6.1 s，全省共有675臺(tái)預(yù)警終端收到預(yù)警信息，其中有3臺(tái)預(yù)警終端達(dá)到最大響應(yīng)烈度5度，分別位于云南省大理州漾濞彝族自治縣蒼山西鎮(zhèn)漾濞縣第一中學(xué)初中部、云南省大理州漾濞彝族自治縣蒼山西鎮(zhèn)上街中心完全小學(xué)、云南省大理州漾濞彝族自治縣蒼山西鎮(zhèn)蒼山西鎮(zhèn)初級(jí)中學(xué);4臺(tái)預(yù)警終端響應(yīng)烈度為4度;24臺(tái)預(yù)警終端響應(yīng)烈度為3度;84臺(tái)預(yù)警終端響應(yīng)烈度為2度;其余預(yù)警終端響應(yīng)烈度為1度（圖6）。

從服務(wù)端統(tǒng)計(jì)的3次真實(shí)地震預(yù)警終端響應(yīng)情況來(lái)看，地震預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)從接收到預(yù)警信息并發(fā)布至終端需要6～7 s，滿足地震預(yù)警的技術(shù)要求;越靠近震中的終端，預(yù)測(cè)烈度越大，這一點(diǎn)與理論上的地震烈度相符。在漾濞MS6.4地震中，通過(guò)學(xué)校預(yù)警終端的監(jiān)控視頻可以看出地震波緊隨預(yù)警終端倒計(jì)時(shí)結(jié)束后到達(dá)，為學(xué)生、老師緊急避險(xiǎn)提供了寶貴的時(shí)間，震后實(shí)地調(diào)研也證實(shí)了這一點(diǎn)。綜合3次真實(shí)地震的檢驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為云南地震預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)目前已經(jīng)基本滿足為社會(huì)公眾提供地震預(yù)警信息發(fā)布的需求。

4 結(jié)論

云南地震預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)自建成以來(lái)，在終端信息管理服務(wù)、預(yù)警信息發(fā)布服務(wù)、科普宣傳服務(wù)、第三方接入服務(wù)等方面發(fā)揮了較好的社會(huì)效益。經(jīng)過(guò)地震預(yù)警信息發(fā)布演練和實(shí)際震例檢驗(yàn)，證實(shí)了該平臺(tái)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，能為政府應(yīng)急決策、公眾逃生避險(xiǎn)、重大工程地震緊急處置以及相關(guān)科學(xué)研究提供及時(shí)豐富的地震預(yù)警信息服務(wù)。

但是試運(yùn)行過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，如設(shè)備在正式服務(wù)時(shí)存在大用戶量并發(fā)、預(yù)警信息發(fā)布出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)和誤報(bào)、發(fā)布渠道的拓展性和適用性等問(wèn)題。結(jié)合現(xiàn)階段信息服務(wù)成果分析認(rèn)為，未來(lái)在地震預(yù)警信息服務(wù)應(yīng)用中應(yīng)該提高大用戶量短時(shí)間內(nèi)并發(fā)對(duì)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)的需求能力;建立預(yù)警信息發(fā)布糾錯(cuò)和誤報(bào)預(yù)案，明確相關(guān)處理程序;結(jié)合現(xiàn)有主流應(yīng)用、程序、產(chǎn)品（如支付寶、一部手機(jī)游云南、交通信息指示牌、智能樓宇系統(tǒng)）等，不斷拓展預(yù)警信息發(fā)布渠道，提高云南的地震預(yù)警信息發(fā)布能力。

參考文獻(xiàn)：

曹彥波，李兆隆，李永強(qiáng).2015.云南地震應(yīng)急快速評(píng)估模型本地化集成研究[J].地震研究，38（1）：148-154.

高峰，楊學(xué)山，馬樹(shù)林.2014.地震預(yù)警系統(tǒng)綜述[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，23（5）：62-69.

郭紅梅，張瑩，趙真，等.2019.基于天地圖的地震災(zāi)情綜合研判系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].地震研究，42（2）：210-217.

蔣長(zhǎng)勝，劉瑞豐.2016.國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程——測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J].工程研究，8（3）：250-257.

李兆隆，呂佳麗，鄭川，等.2019.云環(huán)境下的云南地震應(yīng)急指揮技術(shù)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].地震研究，42（2）：196-203.

盧建旗，李山有.2021.地震預(yù)警斷層參數(shù)實(shí)時(shí)識(shí)別方法（FinDer）詳解及其性能初步評(píng)價(jià)[J].世界地震工程，37（1）：152-164.

王紅蕾，Walter M，高景春，等.2019.美國(guó)地震預(yù)警系統(tǒng)ShakeAlert 測(cè)試與評(píng)估[J].國(guó)際地震動(dòng)態(tài)，（5）：17-25.

許瑞杰，李敏，曹彥波.2019.云南地震信息綜合服務(wù)平臺(tái)研發(fā)及應(yīng)用[J].中國(guó)應(yīng)急救援，（1）：43-49.

楊陳.2018.地震預(yù)警設(shè)計(jì)中的若干系統(tǒng)工程問(wèn)題研究[D].北京：中國(guó)地震局地球物理研究所.

楊程，解全才，劉泉，等.2018.日本地震預(yù)警系統(tǒng)發(fā)展歷程[J].地震地磁觀測(cè)與研究，39（4）：126-134

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

袁志祥，單修政，徐世芳，等.2007.地震預(yù)警技術(shù)綜述[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，16（6）：216-223.

Lee T，Noh J，Hong S，et al.2019.Development of earthquake early warning system nearby epicenter based on P-wave multiple detection[J].Journal of the Korean Geosynthetics Society，18（4）：107-114.

Design of the Yunnan Earthquake Early Warning InformationRelease Platform and Its Application in the 2021 Yangbi，Yunnan MS6.4 Earthquake

ZHAO Zhirou，WU Yanmei，LI Min，CAO Yanbo，JIA Zhaoliang，ZHUANG Yan

（Yunnan Earthquake Agency，Kunming 650224，Yunnan，China）

Abstract

In order to better provide earthquake early warning services to the public in Yunnan，we have developed an earthquake early warning information release platform，which issues the quick report of the earthquake intensity，the earthquake early warning information of the key areas of earthquake monitoring and preparedness，etc.It also conducts daily monitoring and management of the access terminals and provides diversified service products.The earthquake early warning information release drills and earthquake events have proved that the Yunnan Earthquake Early Warning Information Release Platform is capable of providing earthquake early warning information services for emergency decision-making of the government，emergency hedging of the public，emergency disposal of major projects，and related scientific research.

Keywords：earthquake warning;warning information;publishing platform;the Yangbi MS6.4 earthquake