地震預警服務進展及其國際比較*

曾 露，田兵偉，王 暾

(1.四川大學-香港理工大學 災后重建與管理學院，四川 成都 610207；2.四川大學 水利水電學院，四川 成都 610065；3. 成都高新減災技術研究所，四川 成都 610095；4. 地震預警四川省重點實驗室，四川 成都 610095)

2021年5月21日21：48，云南省大理州漾濞縣發生6.4 級地震，中國大陸地震預警中心通過電視機、手機、大喇叭等多渠道提前74～83 s向昆明發出預警，提前3～4 s向大理市發出預警，有效減少了地震帶來的人員傷亡和經濟損失，加強了地震信息面向社會的公開透明度，實時預警內容及方式如圖1所示。大約4 h后，22日02：04青海果洛州瑪多縣發生7.4級地震，但并未有地震預警系統覆蓋該區域，因此未發出地震預警。

在地震預報技術尚未破解之前，地震預警是獲得地震信息的最快手段，也是減輕地震災害的有效方式。隨著社會發展和預警技術成熟，地震預警及其服務應用日益引發社會公眾的關注[1]。但地震預警系統能否成功實現地震災害預警，有效減少災害損失，不僅取決于預警技術的創新與發展，更取決于地震預警服務的可達性，包括①精準的地震預警信息形成，②預警信息能否有效傳遞，③受眾是否進行過有效的災前教育和預防演練等方面。

同時，由于地震預警技術本身存在地震預警盲區和漏報、誤報，以及地震預警服務在科普教育和推廣宣傳方面相對滯后，地震預警服務體系仍然存在終端覆蓋面小、公眾認知度低、信息內容不明等問題[2]。本文基于地震預警服務的概念和基本內容，比較了當前全球地震預警系統建設較好國家的地震預警服務應用情況，通過對比分析，總結了目前地震預警服務存在的不足，并提出了相應的對策建議。

1 地震預警服務

1.1 基本概念

地震預警最初是在1868 年由美國Cooper 博士針對舊金山大地震實況而提出，利用電波比地震波快、地震縱波比地震橫波快的原理，即通過“跑贏地震波”，在破壞性地震發生時，搶在地震波傳播到設防地區前，快速預測尚未傳播開來的地震動大小、烈度分布、影響范圍和影響程度，向設防地區提前幾秒至數十秒發出警報，為人員避險、重大工程緊急制動爭取有效時間[3-5]，具體過程概念圖如圖2所示。

圖1 地震預警內容及方式

圖2 地震預警原理

地震預警服務是指根據預警系統監測和數據分析，由預警發布部門將地震事件信息發送至面向公眾、工程、政府的信息發布和服務子系統，通過預警信息接收和服務系統的多種媒介，以聲音、圖示、文字等多種形式進行預警，預警服務對象據此采取應急避險措施，過程如圖3所示。聯合國國際減災戰略總結提出了地震預警有效性的四個關鍵要素：風險知識、監測和預警服務、分發和溝通信息、應急能力，后兩者屬于地震預警服務的主要內容[6]，完善地震預警服務對于實現地震預警作用具有必要性。地震緊急處置首先是為工程服務，例如高鐵、燃氣管線等的地震緊急處置服務，以免造成次生災害；其次是為人員、尤其是人員密集場所的人員避險服務，以最大幅度減少人員傷亡[7]。

圖3 地震預警服務示意圖

1.2 地震預警服務內容

1.2.1 地震預警系統安裝

地震預警設備的安裝與應用，是實現地震預警服務于公眾的基本條件。地震預警服務應用到多行業、多領域，以學校、社區、地鐵、重大工程及國家地震臺網中心等為服務對象，設備主要分為地震動監測設備、數據分析設備、信息發布和接收設備，包括地震預警監測儀、專用接收終端、電視服務器、智能手機軟件、重大工程地震預警專用接收終端等。影響地震預警設備安裝與使用的主要因素包括價格、供應量、需求度、安裝方式等，例如安裝在承重墻上的建設、運行維護成本較低，安裝在井下及在地面則需鉆井或建房投入，建設成本高。

1.2.2 地震預警信息內容

地震預警信息傳遞及正確應急避險是實現震后減少人員傷亡的重要方法，面向公眾的地震預警信息以聲音、圖示、燈光、文字四種警報形式為主，內容包括地震事件信息(震時、震中、震級、烈度…)和地震應對信息(倒計時、預估烈度、預估震感/晃動強度、預警指示燈及針對性語音避難指示…)等[8]，不同等級的地震烈度展現不同色彩的預警指示燈，提示不同的預警聲音，公眾根據預警聲音和指示燈進行應急響應[9]。某些終端還具有個性化服務，具備地震預警演習與演示、預警記錄查看與回訪、廣播測試、個性化預警科普等功能，主要內容見表 1 。

1.2.3 地震預警發布方式

地震預警發布方式與公眾生命安全息息相關，如何通過自動或半自動方法，盡可能縮短地震發生到信息傳播至用戶的時間是發布地震預警的關鍵。地震預警信息由預警發布部門通過預警系統專用的接收終端和軟件來對外發布，發布方式以地震預警內置到手機或電視操作系統、發送預警短信到手機、自行下載安裝預警應用程序、大喇叭廣播系統發布及通過新媒體平臺(微博、微信、新聞網等)和郵件發送預警信息等方式為主，都應滿足嚴格的地震預警信息服務標準(誤報率、漏報率、響應時間、盲區半徑、震級偏差等指標)。

表1 地震預警服務

1.2.4 地震預警科普教育

地震預警科普的目的是普及地震預警知識和掌握應急措施，使公眾明白地震預警科學原理和內容方式，提升地震預警意識和應急避險能力。科普和演練作為提升地震預警實用性的重要手段，應注意內容全面性、方式普適性、人員專業性，以公眾易理解、好接受、參與式的方式進行則效果更佳。地震預警科普教育內容包括地震預警原理、發展應用情況、預警內容、警報方式及正確的應急避難措施，常以圖片、文字、視頻和仿真模擬等形式，通過培訓演練、資料發放、展板和報紙、電視、新媒體等方式進行推廣宣傳。

1.3 服務效益和效果分析

面向社會的地震預警服務具有社會效益和經濟效益，在震時為社區、學校等人群高密地區，提供數秒至數十秒的逃生時間，同時實現地震信息的公開化、透明化，降低社會對地震恐慌和過激反應，發揮“大震減災、小震定心”和“近場減災、遠場定心”的社會效益作用[10]。地鐵、高鐵、核電站、水電站等國家重大工程可及時采取緊急啟動重大工程保護措施，城市的生命系統(供電、供水、供氣等)接收到預警信息后能夠自動控制開關，緊急制動。

2008年汶川地震時，我國尚處于無地震預警技術體系、無地震預警監測網、無地震預警服務、無地震預警科普的“四無”境地，汶川地震時若有地震預警可減少人員死亡。地震預警作用的實現取決于公眾對地震預警的認知、應對和措施是否恰當，地震預警的科普教育、宣傳推廣是成功實現地震預警服務的重要因素。據調查研究顯示，能夠接收到地震預警的公眾僅有50%能及時做出正確反應，仍有許多公眾會出現驚慌或采取不正確措施，其原因在于公眾對地震預警的認知程度和應急能力不足，未能有效發揮地震預警的實際效益[11]。

2 各國地震預警服務發展及應用

面對地震災害帶來的嚴重傷害和破壞，在地震預報技術還未突破的情況下，各個國家尤其是多震國家越來越關注地震預警，積極研發、創新地震預警系統，將地震預警服務面向更多地震易發地區的公眾和機構，在一定程度上能夠減少地震造成的傷害和損失[12]，以下便對中國、日本、墨西哥、美國等國家的地震預警系統服務應用情況進行簡要介紹。

2.1 中國

當前中國大陸共有兩張采用不同技術體系的全國性地震預警網，一張是成都高新減災所與應急管理部門在2014年研發建成的覆蓋中國多震區域90%人口(約6.6億)、覆蓋220×104km2的ICL大陸地震預警網[13]；另一張是中國地震局正在研發，擬在2023年建成的由1個國家測震臺網和32個省級測震臺網組成的，覆蓋全國的地震監測臺網[14]。

2011年成都高新減災研究所發布了中國首條地震預警信息，標志著中國地震預警服務誕生。ICL地震預警系統創新了地震預警監測技術體系，平均響應時間為6 s，截至2021年9月，成功預警了64次造成了破壞的地震，包括九寨溝7.0級地震、長寧6.0級地震等[15]。在長寧6.0級地震預警中，成都共有110個社區實現“大喇叭”倒計時預警，實現了通過智能手機、廣播電視、大喇叭、手機推送及接收服務器等同步秒級發布預警信息，使中國成為繼墨西哥、日本后第三個具有地震預警技術能力的國家。2020年1月10日，TCL電視啟用地震預警功能，同時高新減災所“地震預警”應用程序已與華為、小米等國產手機接入，能提供全面的防震減災科普資料和必要的應急避難知識；2021年6月，中國首個手機地震監測預警網在成都上線啟用，是面向更大地域范圍和用戶規模應用的重要里程碑。

2018年5月中國地震局在福建省進行地震預警服務試點，并開展了形式多樣的科普教育活動，至2020年8月，觸發的地震事件600余個；中國地震預警網目前已在京津冀、福建、四川、云南等地開通地震預警示范服務，當地用戶可通過預警終端、應用程序、電視機頂盒等方式獲取地震預警信息[16]，但中國地震局預警服務尚不穩定，在2020年和2021年均出現誤報現象，特別是2021年10月5日[17]和13日[18]出現兩次8級以上地震誤報。中國地震局推出“中國地震預警”應用程序，擬在2023年建成共計15 000個傳感器的地震預警和烈度速報網，包括1 987個配置測震儀和強震儀的基準站、3 269個配置強震儀的基本站以及10 349個配置烈度儀的一般站、平均臺間距約為50 km的地震觀測網絡，并配置1個國家地震烈度速報與預警中心、1個國家備份中心、1個國家技術支持與保障中心、32個省級中心、173個市級發布中心以及3 360個服務終端[19]，建成后將為我國不同用戶提供原地報警、警戒性地震預警、地震烈度速報等信息服務。目前，我國地震預警發布及服務體系尚無國家統一標準，僅有部分省市出臺了地震預警相關的地方政府規章，例如《云南省地震預警管理辦法》[20]等。

2.2 日本

作為地震多發國，日本具有一套完善的地震預警體系，20世紀60年代開始設計并運用于鐵路地震預警，是第一個實現地震預警的國家。在1982年開始運用早期地震監測(UrEDAS)地震預警系統[21]，2001年構建了具有1 000個地震監測儀、覆蓋日本全境的緊急地震速報系統，通過發放傳單、張貼海報、活動日等方式向公眾介紹地震預警的目標作用、基本內容及地震預警時的應急措施等，在2011年日本關東大地震中發揮了重要作用[22]。緊急地震速報系統分為“緊急地震速報(予報)”和“緊急地震速報(警報)”兩種，發布時間分別為3 s和10 s，發報條件分別為推計震度3以上和震度5弱以上，發布方式包括移動終端、應用程序及預警專用端等。公眾可在手機、電視上設置是否接受地震警報信息，但只能告知震源地址及其周邊可能被強烈影響的地區名，缺乏針對性的地震預警信息，同時手機端地震預警缺少倒計時功能、不顯示預警烈度，存在延遲現象。日本地震預警系統信息發布途徑多樣，據統計目前超過2 100萬人可以通過他們的手機接收到地震預警信息，日本的三大電信運營商NTT Docomo、Softbank和au都能夠提供緊急地震速報業務。自2007年起，日本境內生產的手機都需內置警訊速報功能，日本還有“Yurekuru Call”(鯰魚)、Yahoo！防災速報等應用程序，“家庭地震儀”計劃也能夠提供當地預警信息，以學校應用為主。但日本地震預警出現過多次誤報、漏報現象，例如在2020年7月30日，誤報東京500 km以外的千葉縣南部海域發生7.3 級地震，造成出行困難及經濟損失等問題。日本已建立地震預警法律體系，例如《氣象業務法》規定了地震警報的使用名稱、信息發布任務、發布內容和條件等，要求日本氣象廳緊急地震速報發布的內容包括地震發生時間、震源的初步判斷、地震地點等[23]。2021年2月13日福島東部海域發生了7.3 級地震，日本氣象局通過電視、短信、新聞推送等方式發布了地震預警信息和提示音，為公眾提供了數10 s的響應時間。

2.3 墨西哥

當前墨西哥運用的是由墨西哥儀器和地震登記中心研發的SASMEX地震預警系統[24]，自1991年開始運行，由SAS系統和SASO系統在2012年組合而成[25]，是世界上第一個面向公眾的地震預警系統。SASMEX系統擁有97個傳感器(截止2018年)[26]，震級范圍為4.0～8.2 級，覆蓋范圍廣闊，應用城市包括墨西哥城、普埃布拉、阿卡普爾科、奇爾潘辛戈、莫雷利亞等，超過2 500萬人受益，能夠提供數10 s寶貴的逃生時間，在其運行的29 a內僅發布過一次錯誤警報。墨西哥使用世界上最快算法發送地震警報，2019年廣播、電視、專用接收機等部分廣播系統的告警時間縮短了1.2 s，截止2021年5月，已檢測到超過9 780次地震[27]。據墨西哥現有地震預警規定，預警設備必須滿足一定的技術標準，保證在震時發出警報，同時要求所有重要建筑物上都需安裝地震預警設備，包括醫院、學校、寫字樓等。地震預警的啟動取決于地震的估計震級和震中距，若地震發生在非SASMEX系統覆蓋區域，或地震能量估計值未超過既定震級水平時，則不會發出警報[28]。墨西哥城地震警報的發布閾值設置較困難，因為墨西哥城位于軟質泥巖區域的公眾要比較高地區感受到的地震動更強烈，公眾感受到的地震動可能與實際有差，所以公眾更信任地震預警。自1993年以來，地震警報通過廣播電視臺播送地震公共警報、“CellBroadcast”手機內置地震預警技術、CIRES開發的SASPER專用無線電接收器、EAS-SAME警報接收器系統、無線電接收器系統、12 000個桿狀揚聲器、公共揚聲器系統等進行服務，所有警報開關都由SASMEX獨立操作控制開關，后期主要通過傳真、郵件、網頁等進行預警服務。SASMEX警報聲音是一段警笛聲音，它力求獨特且與緊急情況下使用的其他聲音無異，持續時間為一分鐘。另墨西哥城具有加速網絡RACM，該網絡通過其80個站點生成大量數據，形成地震信息交互式地圖，提供可抗震信息，可免費查閱1989年至今登記的傳感器和地震信息[27]。

2.4 美國

美國是地震預警概念提出者，其在1989年將ElarmS系統投入使用，以美國南加州Trinet臺網為基礎，可提供20 s左右的預警時間，每1 s都會更新對震級、地震動的估計結果，實時提供地震動分布“警報圖”等地震信息，還研發了ShakeAlert、VirtualSeismologist地震預警技術[29]。美國地質勘探局建立了覆蓋全國的地震臺網，即由城市臺網、區域臺網和骨干站點組成國家地震監測系統(ANSS)，通過國家強震項目開展數據搜集，并將預警信息發送至公眾、新聞平臺及政府等，2019年1月開始在洛杉磯推出手機地震預警軟件服務，同年10月預警服務延伸至加州。ShakeAlert地震預警系統，主要服務于地震危險性較高的美國西海岸地區，按地區向政府機構和私人用戶發布警報信息，提供地震預警警報服務和相關標準性參數[30]，在震動到來之前提供長達數10 s的預警。2019年10月，ShakeAlert系統在加利福尼亞州全州范圍進行公共警報測試，通過兩種方法提供地震預警服務，第一種是通過無線緊急警報WEA消息系統，兼容智能手機、平板電腦或其他移動設備，由聯邦緊急事務管理局 (FEMA) 的綜合公共警報和警告系統 (IPAWS) 發送。第二種是2019年10月加州推出的MyShake智能手機地震預警應用程序，能利用手機應用程序或內置加速傳感器進行地震預警，成本較低[31]。目前該系統正與大規模警報系統運營商合作，包括FEMA、運營商、大規模推送公司等，旨在提供更廣泛的公共性地震預警警報，并制定了全面的預警教育和培訓計劃。在法律法規上，《美國法典》第42大項第86章規定了地震預警發布內容包括：可能的時間、地點、情況描述、逃生避險指示、就近避險場所指示等[23]。2021年5月4日起，ShakeAlert為地處地震高危險性的太平洋西北地區提供地震預警，超過5 000萬人將享用地震預警服務。

2.5 對比分析

從表 2中對比分析來看，在地震預警技術上，中國的ICL系統創新了地震預警監測技術體系，以技術創新為核心解決精準判定地震、快速準確測算預警震級和烈度、預警監測網投資嚴重不足、面向億級公眾秒級傳播等難題，從無到有形成了精準的智能化地震預警與烈度速報技術體系，實現了中國地震預警從0到1的突破。同時日本、美國、墨西哥作為世界上地震預警技術較強的國家不斷提升預警準確性和覆蓋范圍，減少系統響應時間，預警信息內容更加詳實。從應用上看，日本是地震預警服務范圍最廣、應用規模最廣的國家之一，不僅預警系統發展早，且在實踐中良好地發揮了作用，所有重要建筑物上都需安裝地震預警設備，其他國家還需增加地震預警服務公眾覆蓋面，全面運用于重大工程或人群密集區。當前日本的地震預警法規或標準最為完善，《災害對策基本法》《大地震對策特別措施法》和《氣象業務法》中都有關于地震預警的規定[23]，墨西哥和美國已確定地震預警的部分標準和相關法規，而中國缺乏國家地震預警標準和法規，僅有部分省市出臺了相關的地方政府規章。

表2 各國地震預警服務對比

3 全球地震預警服務現狀及提升策略探究

3.1 地震預警服務現狀

3.1.1 地震預警設備分布不均，終端安裝數量少

當前提供地震預警服務的國家較少，主要原因有：強震監測的加速度傳感器價格較高，臺網建設較慢，預警工程建設和維護成本較高，多震地區布設以太網、光纖的難度較高，井下安裝或專用觀測安裝也增加了費用等。此外，地震預警傳感器較多，移動或維修后的傳感器若被設定錯誤的經緯度，則可能導致地震預警存在誤差或失誤；加之國家地震預警網面臨傳感器造價高、監測站需單獨隔離房等問題，限制了大規模地震預警監測系統的建設。

3.1.2 地震預警信息內容不足，提示信息未分級

圖文信息的地震預警方式在出現通訊中斷時用戶難以及時接收，預警指示燈和警報提示音大多未進行分級分類，實際應用中缺乏有效性和真實性；在預警服務信息內容上，電視地震預警有效信息不足，缺乏針對性預警信息和國際標準；運用于各行業和重大工程的地震預警，缺少針對性的預警信息、方式和應急措施指示。現有地震預警終端較多尚無設置接收預警信息的震級和烈度閾值的功能，容易出現一旦有地震，便會馬上發送預警信息給用戶的現象，增加了社會恐慌和通信費用。

3.1.3 地震預警發布方式傳統，接收用戶覆蓋低

地震預警信息發布主要通過終端或通信媒介等，但民眾難以主動下載地震預警應用程序，預警信息秒級精準傳遞到風險區用戶仍是重要難題，存在信息堵塞、無渠道及覆蓋范圍不足等問題。同時，我國預警相關法律滯后，無法規要求電視、手機廠家內置預警功能到手機、電視，當前全球較多地震預警服務缺乏法律制度支撐，信息發布缺乏國際標準，發布主體尚不明確。預警信息還可能引發社會恐慌和過激反應、避險不當，如何合理運用預警信息、啟動應急響應也具有一定難度[32]。

3.1.4 地震預警科普教育缺位，公眾預警認知低

社會公眾接受的地震預警科普教育和培訓演練普遍較少，仍難以區分地震預報和地震預警，對于地震預警信息僅有一定程度了解[11]。科普教育多以地震預警系統原理和相關部門工作內容進行展示宣傳，過于專業晦澀、枯燥無趣，缺少地震預警內容和避難操作培訓；在科普教育形式上，多采用散發資料傳單、展板宣傳和人員講解等傳統方式，通過報紙、電視、廣播等傳統媒介進行推廣普及，形式單調統一；科普工作者缺乏扎實理論基礎，缺乏科學性和專業性。

3.2 提升地震預警服務對策建議

3.2.1 以有效預警為目標，降低設備安裝成本，增加地震預警終端數量

具有邊緣計算能力的MEMS預警型強震儀，價格降至不足1萬元(臺)，能普遍滿足用戶需求，增加了地震儀應用數量和分布密度。地震預警傳感器可安裝在距離地面高度小于30 cm內的墻上，無需建設井下或專門的觀測房，減少對日常生活的干擾。從技術手段保障地震預警監測儀的位置變動后能夠被地震預警網識別，提升系統經緯度的準確性，實現在臺站處分析地震波形信息，僅在震時向中心傳送地震波的特征信息，減少經濟投入和維護費用，有利于地震預警系統更多更好地服務于公眾。

3.2.2 以精準預警為目標，完善地震預警信息內容，提供針對性預警信息

針對不同的服務對象，發布針對性的預警信息和避難措施指示，服務終端設置接收預警信息的烈度和震級閾值，將小于閾值的地震信息記錄在預警終端歷史中以便查看，對大于閾值的地震，立即發出地震預警信息并進行相應等級(紅橙黃藍)的預警提示[33]。地震預警信息應結合聲音、圖示、燈光、文字等形式，通過聲音或震動提示用戶地震預估烈度和倒計時間，讀秒間隔里增加提示音，通過提示音的次數變化、音強及音高變化的不同組合方式，向服務對象提示針對預警服務區域的烈度信息和應對措施。

3.2.3 以全民預警為目標，改善地震預警發布方式，擴大預警應用范圍

通過法律確定預警信息發布主體和程序，明確責任與義務，樹立地震預警信息的權威，降低震后社會恐慌風險。優化地震預警信息發布架構技術，使廣播、電視、手機等的地震預警終端進行網絡長連接保持，實現地震預警信息傳遞渠道可秒級觸達數億用戶；同時，將地震預警內置到電視、手機的操作系統中，通過統一協議規范發布地震預警信息，減少第三方應用程序服務。持續推進利用手機傳感器的地震監測預警技術創新，一方面利用手機數量多的優勢，提升預警網的覆蓋面和精準度，利于逐步消除預警盲區；另一方面由于建設和運維成本低，無需地震預警監測儀，有助于擴大地震預警服務覆蓋范圍。

3.2.4 以應用預警為目標，加強地震預警科普教育，發揮預警實際效益

將地震預警原理及避難措施進行圖示化科普，進行可操作的預警應急演練，使科普更具針對性、普適性和通俗化，讓公眾認識地震預報與地震預警的區別，科學理解地震預警存在的不足，完全熟悉地震預警不同的信息內容和提示方式所代表的意義。形式上，以基層社區更易接受的傳統方式為主，與新媒體結合開展科普教育互動活動，在學校、社區等地，采用“互聯網+”來科普、推廣地震預警。提升地震預警科普教育專業人員的技能和指導能力，進行有效的科普教育，并抓住良好時機加大宣傳頻次，例如震后熱門時間對公眾進行有效的地震預警科普教育[34]。

4 總結與展望

在目前還無法準確預報地震的情況下，地震預警是防震減災的重要方法，地震預警服務是實現地震預警系統防震減災效益的最終環節，完善地震預警服務體系具有緊迫性和必要性。地震預警服務體系主要包括設備安裝、信息內容、發布方式、科普培訓等方面，能夠向公眾提供寶貴的響應時間，減少社會惶恐程度，提高個人應急避險能力，為政府及防震減災部門快速提供決策依據，加強國家應急管理能力等，具有良好的社會效益和經濟效益。當前國內外地震預警系統建設及應用已取得較快發展，結合地震預警實際運用情況，概括了當前地震預警服務各方面存在的不足，例如地震儀成本高，應用數量較少；預警信息內容不完善，提示方式未分級；預警發布方式傳統，接收信息用戶少等問題。并提出相應解決策略，創新技術降低成本，提高運用率；詳化預警信息內容，進行針對性提示；更新發布方式，擴大預警應用范圍，實現地震預警服務的真正意義。

如何完善地震預警服務體系，如何建立覆蓋大多數人口的地震預警服務系統，如何將翔實、充足的地震預警信息內容以秒級速度更有效、更精準地傳遞給用戶，是建設發展地震預警系統中急需解決的問題。地震不可避免，但相信在公眾、行業用戶、科研機構和政府的共同努力下，地震預警服務系統將不斷得到完善，更好地發揮地震預警系統作用，減少地震帶來的損失。