国家地震速报备份系统的部署与运行＊

吴永权 黄文辉 康 英 沈玉松 吴叔坤 刘 军 苏柱金 叶繁英

（广东省地震局监测中心，广州510070）

国家地震速报备份系统的部署与运行＊

吴永权 黄文辉 康 英 沈玉松 吴叔坤 刘 军 苏柱金 叶繁英

（广东省地震局监测中心，广州510070）

国家地震速报备份系统是由中国地震局出资，在广东省地震台网中心建设的一套全自动地震速报系统。本文介绍了国家地震速报备份系统的职责、系统架构、主要功能模块、系统工作原理、部署情况与台网规模，分析了系统2009—2010年运行两年来的工作情况，并对系统自动产出的地震定位结果进行初步的统计与比较，对系统运行的总体效果给予了初步评价。

国家地震速报备份系统；JOPENS系统；部署；运行效果

引言

根据中国地震局监测预报司 “关于建设国家地震速报功能备份系统的通知”（中震测函［2008］249号）要求，在广东省地震台网中心建立“国家地震速报备份系统”（以下简称：“速报备份系统”），系统安装一套由广东省地震局开发的全球地震自动定位软件，负责自动测定发生在全球范围的地震，并提供自动测定结果的速报信息服务。“速报备份系统”2008年6月开始立项，2008年12月建设完成开始试运行，2009年6月通过验收正式运行。本文旨在介绍“速报备份系统”的职责、架构、主要功能、工作原理与部署情况，对系统产出的地震定位结果进行初步统计分析，以此作为对系统运行近两年来的一个阶段性总结，为系统以后的运行与完善提供参考。

1 国家地震速报备份系统的职责

随着社会经济的发展和信息化程度的提高，突发重大事件的信息传播速度越来越快，像某地发生地震这种大量群众能直接感受到的重大公共事件，信息传播速度会更快。汶川大地震以后，社会各界和政府对地震信息越来越重视，这也对地震部门进行地震速报的时效性、可靠性提出了更高的要求。“速报备份系统”是中国地震局为了适应新形势下地震速报工作的发展需要，进一步提高全国地震速报的自动化程度，从而提高地震速报的时效性与可靠性而建立的地震自动速报系统。中国地震局在中震测函［2008］249号文件里，明确规定了“速报备份系统”的职责是负责国内M≥4.0、国外M≥5.0级地震参数的自动产出并上传至国家地震台网中心；承担国内M≥5.0、周边M≥6.0、国外M≥7.0级地震自动速报信息的短信服务。

目前“速报备份系统”已经能够在震后快

速将地震速报信息发送到国家地震台网中心的EQIM服务器、中国地震局领导及相关机构人员的手机上。除履行中国地震局规定的职责外，我们还积极拓展系统的功能，建立了“速报备份系统”的网站，能够在网页上显示系统测定的地震参数，在Google地图上显示地震分布图等。系统自2009年6月正式运行以来，取得了很好的运行效果，地震速报信息发布快速而准确，满足了社会各界在震后快速获取地震信息的需求，为政府部门快速启动地震应急措施争取了时间。例如，在2009年9月30日印尼苏门答腊南部7.7级、2010年4月14日青海玉树7.1级、2011年3月11日日本9.0级等造成重大破坏的地震发生后，“速报备份系统”均能在震后3～5分钟内快速准确地测定出地震参数，发出地震速报信息。

2 国家地震速报备份系统的结构

“速报备份系统”是在地震台网数据处理系统JOPENS的基础上开发建立的全球地震自动定位处理系统。它的系统架构与JOPENS系统的架构一致，均是采用基于中间件技术的多层分布式系统架构（图1）。“速报备份系统”由多个软件模块组成，包括数据流服务SSS、震相自动检测RTS－PICK、地震自动定位RTS－LOC、中间服务JBOSS、数据库DB、自动EQIM速报、TraceView显示、地震信息发送、P波S波走时模拟、自动归档、自动速报结果Web网页显示等模块。各模块均可以分开部署到不同的计算机上以独立的进程运行。除少数几个模块由于需要传输大量波形数据而采用直接连接之外，其余模块之间通过JBOSS上的ActiveMQ消息中间件传递消息，有效地降低了软件模块之间的耦合关系［1］。

虽然“速报备份系统”由众多软件模块组成，但是按照软件的功能属性，我们可以把系统划分为4个子系统，分别是实时数据流服务子系统、地震自动定位子系统、地震自动速报信息发布子系统、地震自动速报信息显示子系统等［2］。下面将分别介绍这4个子系统的功能和软件模块构成。

2.1 实时数据流服务子系统

图1 国家地震速报备份系统架构示意图

实时数据服务子系统由数据流服务SSS模块组成，负责为“速报备份系统”获取分布于全球各地的地震台站实时观测数据流，形成一个虚拟的全球地震观测台网。由于全国

各省级地震台网已经将各自所属的地震台站实时数据发送到中国地震台网中心，系统的SSS流服务可以从中国地震台网中心的流服务获取全国地震台站的实时数据。美国地震学联合研究会（IRIS）的波形数据服务器上已经汇集了几百个国际数据共享台站的实时数据，这些台站分布于全球各地，对测定发生在境外的地震参数非常有用，因此，我们开发了能从IRIS的波形数据服务器上获取实时数据的接口程序Seedlink，让它负责获取国际数据共享台站的实时数据，并发送给“速报备份系统”的流服务。另外，中国援助印尼建设了地震台网，因此，我们可以通过Internet从印尼地震台网的流服务器上获取印尼台站的实时数据。这些国际地震台站与国内地震台站的实时数据汇集以后，一起提供给地震自动定位子系统使用。图2示出实时数据流服务子系统的原理。

图2 实时数据流服务子系统的原理示意图

2.2 地震自动定位系统

地震自动定位子系统由RTS－PICK震相检测、RTS－LOC地震定位、DB数据库、JBOSS服务等模块组成。它是“速报备份系统”的核心部分，负责实时检测系统记录到的全球各地地震，并自动测定出地震的基本参数。RTS－PICK模块能自动处理流服务器收集到的地震台站实时数据，采用带通滤波器进行滤波、利用仪器的传递函数进行仿真，采用STA/LTA算法进行触发位置检测、震相到时估计，从而拾取震相。RTSLOC模块对RTS－PICK拾取的震相采用Beams震相组合算法进行组合与筛选，用LocSAT定位算法进行地震定位，最后自动量取最大振幅计算震级，从而完成地震参数的自动测定。RTS－LOC还具有定位管理功能，能利用自动定位的台站数、残差、空隙角、震相数等质量参数对定位结果进行过滤，确认定位结果可靠时发出触发警报、发送自动处理结果。定位完成后，自动定位系统能截取地震波形和震相数据，用地震发震时刻和震级等参数做事件的ID，把地震事件自动截取存入数据库。地震自动定位系统各模块之间的消息通讯采用JBOSS的异步消息传输机制，简化模块之间的耦合关系［3］。该系统的工作原理见图3。

图3 自动定位子系统的原理示意图

2.3 地震自动速报信息发布系统

地震自动速报信息发布系统由自动EQIM速报、地震短信发送、DB数据库、JBOSS服务等模块组成。它负责对系统自动测定的地震参数信息进行筛选，符合条件的信息就发送给地震速报信息交换共享系统（EQIM），由此发送给登记在册的用户手机。地震自动速报信息发布系统通过“MAS移动代理服务器”给用户发送手机短信。短信发布前需要经过发送条件过滤，只给符合发送条件的用户发送信息。发布完成后自动形成发送报告，记录地震信息短信发送的情况，包括发送内容、发送成功名单、发送失败名单，使得系统管理员可以手工对发送失败名单重新发送。

地震自动速报信息发布系统具有一个智能化的策略管理模块，能为用户分级和分组，设置个性化的信息接收条件，能在数据库中存储用户姓名、组别、优先级、手机号码、接收条件等信息。用户可以根据需求定制接收特定区域和特定震级大小的地震信息。可选的定制条件有震中位置范围、震级范围、发送优先级、用户组别等，其中震中位置范围能和地图数据关联，除可以用经纬度设定外，还可以根据行政区划来设定。地震自动速报信息发布系统发送信息前，会先从数据库中调入所有用户的信息，把地震速报参数与用户的接收条件对比，筛选出符合条件的用户，再根据用户的分级分组进行发送，保证用户及时收到关心区域的地震信息，又不必被其他区域的地震信息打扰。

2.4 地震自动速报信息显示系统

地震自动速报信息显示系统由TraceView显示、P波S波走时模拟、自动速报结果Web网页、JBOSS服务、DB数据库等模块组成，它负责通过多种方式显示备份系统自动测定地震参数的过程和测定结果（图4）。TraceView显示模块能显示备份系统接收到所有台站的数据波形，并在波形上标注RTS－PICK模块检测到的震相位置。当有地震发生时，TraceView模块能按照台站震中距由近及远地自动排列显示台站的顺序。P波S波走时模拟模块在地震发生后，能在地图上动态模拟显示出当前时间下该地震P波和S波的走时情况。自动速报结果显示Web网页挂载在JBOSS服务上，与备份系统的数据库相关联，能为用户提供远程Web访问服务。该网页能与Google Earth

服务器连接，把备份系统自动测定的地震事件显示在Google地图相应的位置上，并能显示各事件的基本参数、定位质量参数、参与定位的震相数据等详细资料。任何用户都可以通过Internet网络访问备份系统的Web网页，获取备份系统自动测定的地震基本参数和事件列表［4］。

图4 地震自动速报信息显示系统原理示意图

3 国家地震速报备份系统的部署

“速报备份系统”是模块化分布式系统，系统的每个功能模块都能以独立进程运行，因此，我们根据各模块的功能属性把软件模块分为核心部分和辅助部分来分开部署（图5）。

图5 “速报备份系统”部署情况示意图

核心部分有核心服务器和事件管理服务器两台服务器。核心服务器是一台高性能的服务器，部署有流服务模块（SSS）、震相拾取模块（RTS－PICK）、地震自动定位模块（RTS－LOC）、自动EQIM速报模块、数据库模块（DB）、JBOSS模块等软件。核心服务器软件模块的功能如下：SSS负责国内及国际台站实时数据流的汇集与传输，组成一个虚拟全球地震台网；RTS－PICK和RTSLOC负责自动测定地震参数，并将结果提交到数据库存储；自动EQIM速报模块负责将地震自动定位的结果发送到EQIM系统上；DB负责存储实时波形数据、台站参数、自动定位系统截取的地震事件数据、地震震相数据和地震定位结果信息等。地震事件目录管理数据库服务器负责管理地震事件目录。由于一个地震事件的多次定位修正可能会生成同一事件的多条地震目录，因此专拿一台数据库服务器进行过滤，存放唯一的事件目录以供Web服务器显示，避免出现由于一个地震事件显示多条记录而误导公众的情况。

辅助部分由处理结果显示、实时波形显

示、处理结果发布3台工作站组成，部署有TraceView实时波形显示模块、MSDP模块、自动速报短信发送模块等软件，负责完成地震自动速报信息显示子系统的所有功能。

4 国家地震速报备份系统的运行

4.1 运行处理的台站数量

“速报备份系统”从2009年7月底完成验收正式运行以来，获取了国内各省区大部分的测震台站的实时数据，数量为849个，从美国IRIS的实时数据服务器上获取了全球地震台网214个（含10个CDSN台）地震台站实时数据，从印尼地震台网获取了112个印尼地震台站数据进行处理。图6、图7分别示出“速报备份系统”的国内和国际地震台站分布情况。

图6 “速报备份系统”使用的国内台站分布图

图7 “速报备份系统”使用的国际台站分布图

4.2 国家地震速报备份系统运行效果

“速报备份系统”能在震后1min开始初步定位，但不测定震级。随着系统检测到的震相信息越来越多，震后3min内准确测定震中位置和震级等参数，3min之后能不断利用新检测到的震相信息修定地震参数。“速报备份系统”自正式运行以来，能稳定地为用户提供国内M4.0以上、国外M5.0以上的地震事件自动速报服务。截至2010年底已经自动速报了1 000个以上地震事件，我们从中随机抽取了近600个国内M4.0以上的事件、国外近200个M6.0以上事件做样本进行自动速报时间、震中位置误差、震级误差等指标的统计分析。速报速度方面，发现“速报备份系统”对国内及周边地区的地震事件速报的平均时间为震后3.5min，国外地震事件平均速报时间为震后11min；位置误差方面，我们发现这些事件的震中位置误差基本在50km以内，位置误差与台站密度和震级有关，国外地震的位置误差比国内地震的误差大，震级小的地震比震级大的地震位置误差大；震级误差方面，大部分地震事件的震级误差在M0.3以内，震级较小的事件震级误差反而比较大，这可能是由于我们自动计算震级时使用的是初至P头那一段数据，而对震级较小的事件，那段数据振幅通常比较小，容易受到背景噪声的影响。我们还把这些事件样本与国内外同时期官方正式发布的地震观测目录进行对比分析，发现“速报备份系统”对国内M5.0以上地震的触发率达到97%以上，对国外M6.0以上地震的触发率达到91%以上。部分事件未能触发是由于数据通讯网络不稳定，部分台站信号未能正常接收，特别是通过Internet下载的国际共享台站信号时有中断。当地震发生时有一些区域的台站信号中断，导致台站密度降低，系统未能准确触发。“速报备份系统”详细的误差分析与评估，我们已有专文进行论述。

5 结论

“速报备份系统”在广东省地震台网中心部署运行以来，取得了良好的运行效果，在多次破坏性地震中快速准确地速报了地震信息。实践表明系统具有数据处理能力强、自动速报速度快、自动测定结果精度高、全自动智能运行等特点，而且系统运行稳定可靠，达到了国际上地震自动速报系统的先进水平。当然，系统也还存在一些问题，例如在处理一些非常极端情况的地震时，还有可能出现误触发、漏触发的情况。比如一个较大地震发生后，受大震后尾波的影响，大震后几分钟内发生的余震或异地地震都可能会漏触发；又比如在很短的时间间隔内，台网同时记录到发生在不同地区的两个地震，这两个地震波互相叠加影响，可能会造成系统误触发等。今后我们将在这方面投入更多精力开发，提高系统处理复杂情况的能力，从而提升系统的可靠性。

（作者电子信箱，吴永权：wyq＠gddsn.org.cn）

［1］吴永权，黄文辉.数据处理软件系统JOPENS的架构设计与实现.地震地磁观测与研究，2010，31（6）：58－63

［2］广东省地震监测中心.国家地震速报备份系统设计方案，2008

［3］广东省地震监测中心.地震自动定位系统技术文档，2008

［4］广东省地震监测中心.数字地震台网数据处理软件系统JOPENS技术文档，2007

Deployment and performance of China National Automatic Earthquake Location System

Wu Yongquan，Huang Wenhui，Kang Ying，Shen Yusong，Wu Shukun，Liu Jun，Su Zhujin，Ye Fanying
（Earthquake Administration of Guangdong Province，Guangzhou 510070，China）

China National Automatic Earthquake Location System was established in the Seismic Networks Center of Guangdong Province under the auspices of CEA.The authors describe here the responsibility，framework，main function，operating principle，deployment and network scale of the System.We also summarize its performance and analyze the earthquake location results of the System during its operation in 2009—2010.

National Automatic Earthquake Location System；JOPENS system；deployment；p erformance

P315.71；

A；

10.3969/j.issn.0235－4975.2011.12.007

2011－04－20；

2011－05－21。

广东省科技计划项目“地震预警与自动速报技术研发［20090308］”资助。