國家地震烈度速報與預警工程建設進展

趙國峰 高 楠 楊大克

1）中國北京 100045 中國地震臺網中心

2）中國北京 100081 中國地震局地球物理研究所

0 引言

1868 年美國Cooper 提出構建地震預警設想，隨著科技的進步，目前全球已有多個國家和地區建成或正在建設地震預警系統，美國、日本、墨西哥等國家和中國臺灣地區均已開展了地震預警實踐（趙紀東等，2009；保羅·蓋斯帕里尼等，2014；劉赫奕等，2020；金星，2021）。

中國是世界上地震災害嚴重的國家之一。2008 年5 月12 日，四川省發生汶川MS8.0地震，造成巨大的人員傷亡和經濟損失，帶給人們難以磨滅的慘痛記憶。據報道，截至2008 年9 月25 日，此次地震共造成69 227 人遇難，17 923 人失蹤，374 643 人受傷（汶川特大地震四川抗震救災志編纂委員會，2018），直接經濟損失逾8 451 億元（http://www.npc.gov.cn/zgrdw/npc/zt/2008-09/05/content_1448390.htm）。地震工作者在認真總結并反思以往工作的基礎上，學習并借鑒國際先進技術和成功經驗，探索通過地震預警和烈度速報方式減輕地震災害損失。2010 年1 月，中國地震局啟動國家地震烈度速報與預警工程（以下簡稱“預警工程”）項目立項建議書的編制工作①中國地震局.《國家地震烈度速報與預警工程》項目建議書編制取得階段性成果.https://www.cea.gov.cn/cea/xwzx/xydt/ 5224686/index.html.。2015 年該項目建議書經中華人民共和國國務院常務會議同意后獲批，歷經可行性研究、初步設計等，于2018 年7 月啟動建設②中國地震局.中國地震預警網示范運行新聞發布會.https://www.cea.gov.cn/cea/xwzx/zyzt/ 5599030/5599037/5601650/index.html.，計劃2022 年完成建設，2023 年投入運行，對外開展試服務。本文結合預警工程的目標、主要內容、技術體系等，介紹該工程中各項技術工作的進展情況。

1 工程建設目標和主要內容

預警工程是國家“十三五”期間重大工程項目，在綜合歷史地震災害、地震預測、經濟發展等基礎上，以“重點突出、厲行節約和效果最大化”為原則，將全國分為重點區和一般區，以形成不同的地震預警能力和烈度速報能力。其目標為，通過項目建設，在全國構建地震烈度速報與預警觀測網絡，建設“國—省”兩級處理、“國—省—市”三級發布平臺，建立地震烈度速報與預警業務體系，在華北、南北地震帶、東南沿海、新疆天山中段、西藏拉薩重點區形成完善的地震預警能力和基于鄉鎮實測值的烈度速報能力，其他一般區內形成遠場大震預警能力和基于縣級城市實測值的烈度速報能力③中國地震局.國家地震烈度速報與預警工程可行性研究報告.2016 年7 月.④中國地震局.國家地震烈度速報與預警工程初步設計方案.2017 年11 月.（表1，圖1），強化地震參數與地震動參數速報能力，大幅提升地震觀測數據獲取能力，為防震減災、應急指揮、快速救援等提供有力保障。

表1 預警工程重點區和一般區功能指標Table 1 Indicators of key and general areas of the NSIRR &EW project

圖1 預警工程項目建設目標Fig.1 Construction goal of the NSIRR &EW project

其核心業務目標是，實現地震預警和烈度速報2 項主要功能，其中：地震預警功能是，在（潛在）震源附近通過加密觀測，盡可能早地捕捉地震信號，及時發布地震預警（警報）信息，在破壞性地震波到來前告知用戶，以減輕地震災害；烈度速報是，在震后通過實測地震動數據來評估地震對城鎮（構筑物等）的影響，確定重點破壞區域，以便于大震后開展有針對性的救援工作等。

建設內容包括1.5 萬余個地震臺站、3 個國家級中心、31 個省級中心和3 300 余套服務終端等的建設或改造，以及專用定制化軟件系統研制和應用部署等。

2 預警工程系統組成

預警工程系統由臺站觀測系統、通信網絡系統、數據處理系統、信息服務系統及技術支持與保障系統5 部分組成（圖2），其中：臺站觀測系統是基礎，是地震預警的“哨兵”，主要承擔地震數據的實時采集；數據處理系統是核心，是技術系統的“大腦”，負責數據的實時處理及預警信息、烈度產品等的產出；信息服務系統是工程效益的集中體現，負責向各類用戶及時提供項目產出的數據和信息；通信網絡系統是關鍵，承擔數據和信息的實時傳輸和交換，肩負全網的安全保障；技術支持與保障系統是支撐，實時監控整體運行狀態，保障整個業務系統的正常運行。

圖2 預警工程技術系統構成Fig.2 Technical system composition of the NSIRR &EW project

2.1 臺站觀測系統

臺站觀測系統采用“多網融合、一網多用”的設計思想，將地震（測震）臺網、強震動臺網、烈度儀等融合為預警網，預警網除支撐地震預警和烈度速報業務外，還支撐地震速報、震源參數速報（震源機制、破裂過程）等業務。預警工程臺站分為基準站、基本站和一般站，不同類型臺站部署不同的傳感器（表2），以實時監測地震地面運動的速度和加速度情況，并實時傳輸至數據處理系統。臺站布局考慮了地震活動、社會需求、科學性、經濟性等多方面因素，在具體布設時，考慮了局部地震危險性的差異，潛在地震活動性強的區域，臺站間距相對較小；基準站布設要求臺站空間布局均勻、臺址環境噪聲水平較低，能夠監測近場微震、中小地震和強震。四川廣元東溪河基準站和新疆昌吉市廟爾溝鄉基本站示例見圖3。

圖3 預警工程建設臺站(a)四川廣元東溪河基準站；(b)新疆昌吉市廟爾溝鄉基本站Fig.3 Station photos of the NSIRR &EW project

表2 預警工程臺站類型特征Table 2 Features for stations of the NSIRR &EW project

2.2 數據處理系統

數據處理系統采用國家級和省級兩級處理模式，含波形（實時）交換、地震烈度速報、地震參數速報、地震預警等分系統（圖4）。其中地震預警分系統關鍵在于快速、準確地識別地震事件，產出地震預警信息，兼顧預警信息的快（時效性）與準（質量），降低大震預警誤觸發和漏觸發風險等；地震烈度速報分系統主要通過儀器烈度，結合場地衰減等計（估）算受影響區域的地震烈度，確定重點破壞區域。

圖4 數據處理系統框架Fig.4 Frame diagram of data processing system

2.3 信息服務系統

信息服務系統采用“國—省—市三級發布”模式，各中心按不同層級可分別向所轄區域內的設定對象提供緊急地震信息服務，建設專用終端、手機APP、PC 終端等系統（圖5），可通過政府部門、高鐵、核電、水庫、燃氣、化工廠、商場、醫院、中小學校和地震新媒體等向用戶直接提供服務，同時預留第三方接入接口，可授權通信運營商、廣播、電視、媒體和移動互聯網科技公司等第三方接入地震預警信息，向用戶提供地震預警信息服務等。

圖5 信息服務系統組成Fig.5 Composition diagram of information service system

2.4 通信網絡系統

通信網絡系統包括通信網絡（臺站節點網絡、省級和國家中心區域網和骨干通信網）、預警信息發布網絡、全網統一授時系統、網絡安全系統等，用于保障全網數據和信息的實時安全傳輸、快速交換等。

2.5 技術支持與保障系統

技術支持與保障系統包含專業儀器質檢測試、運行質量評估、運行監控、臺站運行維護、軟件測試等，以及時發現系統運行異常，是保障系統運行，實現高時效性、高可靠性和高運行率的重要環節。

3 項目進展

在中國地震局組織下，地震系統集中優勢力量先后在四川、云南、京津冀等先行先試地區組織開展了現場攻堅工作，打通了臺站觀測、數據處理、信息發布、應用服務、運維監控全鏈條業務，實現了地震預警服務試運行。2019 年12 月18 日，四川省資中發生MS5.2 地震，震后8.6 s 四川預警系統通過終端等對外發布報警信息（圖6）⑤四川省人民政府網站.四川地震烈度速報與預警系統在資中5.2 級地震后8 秒對成都地區作出報警.https://www.sc.gov.cn/10462/10464/13271/13272/2019/12/18/a3a219e467784e2facfda44886c1742c.shtml，引起各大媒體的高度關注，中央電視臺、新華社、四川電視臺等多家媒體進行了報道，社會反響良好，之后四川省地震局相繼與支付寶、村村響等系統開展了對接和集成。2021年，在云南漾濞MS6.4、雙柏MS5.1和盈江MS5.0等地震期間，云南地震預警系統通過移動終端、有線電視等向公眾發布了地震預警信息（圖7），初顯減災潛力（趙至柔等，2021；中國地震局，2021）。

圖6 四川資中MS 5.2 地震預警倒計時回放圖Fig.6 Early warning of Sichuan Zizhong MS 5.2 earthquake

圖7 2021 年5 月21 日云南漾濞4 次地震預警情況Fig.7 Early warning of 4 earthquakes in Yangbi,Yunnan on May 21,2021

2021 年7 月27 日，中國地震局在唐山召開中國地震預警網示范運行新聞發布會，宣布在四川、云南、京津冀和福建地區開展示范運行，標志著“國家地震烈度速報與預警工程”在建設期開始試驗性的對外服務②。根據預警工程第二批重點地區建設單位專項攻堅工作安排，廣東、山西、甘肅、青海和新疆等地區的地震預警系統通過評估后也將上線試運行。

4 結束語

截至目前，預警工程相關觀測系統建設基本完成，其中基準站、基本站建設、專業設備整體安裝率超過99%，一般站建設全部完成，開始轉入數據回傳和數據質量提升階段，具備開展預警和烈度速報觀測基礎，國家預警中心和各省級中心基本完成預警工程主體建設任務，3 300 余套緊急信息服務終端完成部署，專業定制化軟件已開始分批部署和集成，并結合實際運行情況不斷優化完善。預計2022 年底前，各單位進入內部試運行，2023 年項目完成后進入整體試運行，并開展對外試服務工作。