成都市地震预警试验台网建设与讨论

徐水森，郑松林

(成都市防震减灾局，四川 成都 610042)

1 成都市地震预警试验台网概述

成都市地震预警试验台网在成都市地震烈度速报台网的基础上，通过新建57个地震台，对台网系统处理软件进行升级改造后建设而成。成都市地震预警试验台网完全与成都市地震烈度速报台网的数据和功能相兼容，进一步提高了成都市地震烈度台网地震定位的准确性和时效性，并具备地震灾害报警(预警)功能。该台网的建成提高了成都市地震灾害信息的获取能力和地震应急响应能力，为成都市委、市政府抗震救灾快速决策提供科学依据。该台网于2013年1月建成并投入运行，使成都市首次具有地震烈度速报和地震灾害报警(预警)的能力，还可以及时发出地震灾害报警(预警)信息，为有关人员提供地震预警信息服务，从而提高了成都市防震减灾服务社会能力。成都市地震预警试验台网于2011年5月立项建设，新建了57个地震预警监测台和一个地震预警中心，2012年9月完成土建工程，2012年12月完成设备的安装与系统调试，2013年1月投入试运行，经过了一段时间的运行，成都市地震预警试验台网系统稳定、可靠。于2013年5月正式通过验收。

2 预警台网系统设备配置

2.1 地震预警台站设备

地震预警台网由57个监测台和1个数据处理中心组成。各台站均采用相同型号MEMS仪器设备:MH-100地震烈度仪、CDMA2000无线3G通信卡、专用电源、电源避雷器、机柜等。台网将台站加速度计的监测数据实时传输至台网中心。加速度计与数采实现一体化设计，台站采取了有效的三级避雷措施:对入户市电采取第一级避雷、台站仪器供电系统前端采取二级避雷和采用带避雷功能的供电电源，所以具有很强的抗雷击能力，2013年全年57个监测台无雷击事件发生。台站供电系统由市电线路和蓄电池组组成，当采用市电供电时，蓄电池组处于充电状态;当市电断电时，供电系统自动切换为蓄电池组供电，蓄电池组的持续供电时间长于15天。台站地震等信号的传输方式采用CDMA2000无线3 G通信方式，其性价比较高。台网的地面震动监测设备为MH-100型地震烈度仪，仪器采用MEMS三分向加速度传感器。这些监测设备的标定、实时波形和触发正常。根据MEMS三分向加速度传感器特征，通过对仪器进行标定，即输入标准方波，观察其输出波形，从输出波形可以看出，仪器的输出对应了输入的方波，满足了系统特性要求。台站实时观测波形图在正常观测环境下，其地脉动三分向峰值加速度均小于1毫伽，远远小于仪器设置所要求的值，MEMS三分向加速度传感器属低放大倍率，这些技术性能达到预期设计要求。对预警来说，这种性能的仪器完全能满足地震预警目标。

2.2 地震预警试验台网中心

地震预警台网中心主要由服务器与配套软件、计算机、人机交互软件等组成。其功能是将数据流、数据库、WEB服务及烈度速报图生成地震灾害报警(预警)信息并进行推送发布。具体来讲，台网中心系统由数据流、命令、报警服务器、地震灾害报警(预警)发布、烈度速报服务器、波形数据、烈度数据库服务器及相关服务器的相应软件系统等构成。此外，硬件部分包括数据存储、处理、远程控制终端设备，含有操作、控制、展示终端、移动存储设备、监控系统等。台网中心在软件设计上考虑到了兼容、升级原有地震烈度速报系统，编制了实时地震灾害报警(预警)软件系统。台网中心的三套服务器分别为数据流、命令、报警服务器;地震灾害报警(预警)发布、烈度速报服务器、波形数据及烈度数据库服务器。三套服务器均采用双机双系统备份工作方式，确保实时地震烈度速报台网数据和地震预警信息的接收、监测和处理的安全。

3 预警台站建设和台网系统运行

成都市地震预警试验台网台站的建设有如下几项要求或措施。一是要求台间距小于10 km，台站的密度要求为每100 km2设1个台;二是每个台的房屋结构设计成框架式，没有窗，只有排气孔;台站的各房屋面积为11 m2;三是房屋内设有标准仪器墩。使台网系统能够在震后7 s内快速响应并发出地震灾害报警(预警)信息;设计报警(预警)盲区小于25 km;定位误差小于7 km;报警(预警)倒计时误差小于2 s;最终震级测定误差控制在1级以内。至2012年9月共完成57个台站的建设。房屋土建工程完成后，立即进行仪器安装与调试，于2012年12月完成了所有设备的安装与调试，2013年1月投入试运行。

自2013年1月1日投入试运行以来，该台网系统实现了人性化设计、界面友好、系统功能完善、实用等功能。数据处理系统实现自动化，无需人工干预。对于在台网内及台网周边发生的3级以上地震，系统没有发生漏报、误报事件，达到地震预警目标。具体来讲，各台站核心设备(加速度仪、专用电源、一体化数采等)运行正常，没有出现设备损坏。非核心设备，如电源避雷器等遭到雷击后有些损坏，但是起到了很好的避雷作用，之后及时进行备件更换。总体来说，台站的平均运行率达98.78%，能够满足地震灾害报警(预警)和地震烈度速报的要求。台网中心硬件设备运行正常，软件系统没有出现死机、系统崩溃等故障，软硬设备连续运行率达到100%。成都市地震预警试验台网独立运行，采用成都高新减灾研究所研发的ICL地震预警技术系统。从2013年1月1日至10月31日的300天中，台网共监测到需预警的2.5级以上地震500多次，其中包括成功预警破坏性地震4次，每次都由实际地震触发，没有误触发和漏报的情况发生，100%成功预警。

表1 地震监测台站2013年1～10月运行状况统计

表2 台网对于2013年1～10月4次破坏性地震震级统计

4 预警案例简介

成都地震预警台网内地震预警案例一。2013年4月8日07时51分28秒，在四川崇州发生M3.6级地震，系统测定的地震参数如下:发震时刻07时51分28秒;震中30.76°N，103.34°E;预警震级(M)3.8级。系统在第7秒时发出第3报预警信息，其预警震级为3.8级，发震时刻为07时51分28秒，震中位置为30.47°N，103.19°E。震后4分钟时系统自动生成地震烈度速报图。

成都地震预警台网周边地震预警案例二。2013年3月9日20时23分56秒，在四川汶川发生M4.2级地震，系统测定的地震参数如下:发震时刻20时23分56秒，震中31.35°N，103.50°E，预警震级(M)4.2级。成都地震预警台网发出的第5报地震预警信息:震级为4.2级，发震时刻为20时23分56秒，震中位置为31.35°N，103.50°E。震后4分钟系统自动生成地震烈度速报图。

破坏性地震预警案例三。2013年4月20日08时02分48秒，在四川芦山发生M7.0级地震，该地震属于网外地震，距离成都市中心约100千米，系统测定的地震参数如下:发震时刻08时02分48秒，震中30.27°N，102.98°E，预警震级(M)6.4级。系统在第5秒时发出了第3报预警信息，第14秒发出了第9报预警信息，其预警震级为6.4级，发震时刻为08时02分48秒，震中为30.27°N，102.98°E。震后给出地震烈度速报分布图，该烈度图与中国地震局人工调查烈度分布图是十分相似的。

5 讨论

通过分析思考台网在试运行期间的状况，系统还存在如下几个问题:(1)地震烈度仪采用的是CDMA2000通信方式，由于个别台站的电信3G信号较弱，存在设备通信状态时断时续的现象，由此，台站运行率受到影响;(2)部分监测台站使用空气开关过多，台站供电系统有时会因为负载或供电电压波动而出现跳闸现象，导致设备断电，影响连续率。对此采取的解决办法如下:对于3G信号较弱的台站，采用GSM通信方式，从而保证了通信正常;针对部分台站供电经常跳闸的问题，相应减少台站内空气开关的配置数量，以减少跳闸概率，另外还采取专线供电方式，减少中间环节产生的人为断电情况，提高供电的稳定性。

采用ICL地震预警系统的成都地震预警台网很好地解决了地震误触发事件问题，从而避免了地震误报，近1年的系统运行，该台网没有发生误触发事件。

防雷技术的合理利用是成都地震预警试验台网正常运行的重要保证。每个地震预警台站都具有很强的抗雷击能力，2013年全年该台网57个子台无雷击事件发生。关键是台站采取了三级避雷措施，对入户市电采取第一级避雷、台站仪器供电系统前端采取二级避雷和采用带避雷功能的浮充电供电电源。台站供电方式由市电和蓄电池组轮流供电，不对仪器直供市电，从而提高了台网的运行率。建设标准化台站时参考国家强震台网建设规范，结合实际进行标准化建设，包括台站土建，用一种型号的加速度计等。减少仪器故障率。使用加速度计、数据采集器和通信方式的一体化设计，减少连接线，从而减少仪器故障率和差错率。缩小预警盲区。利用单台或多台融合式定位技术，节省计算与处理时间，盲区半径缩小至25千米，从而有效减小预警盲区。实现了地震预警服务社会功能。开展特定场所地震预警应对策略和措施研究，实现面向社会和人员密集场所、重大工程行业的地震预警信息应用，面向公众开展电视地震预警和智能手机地震预警信息接收应用，并在成都市20多所学校、2个政府办公大楼、2个社区以及1个燃气厂和1个精密制造厂进行试验应用，受到大家欢迎。尤其是在手机上的应用更受欢迎，目前，已有超过5万名志愿者通过网络注册手机接收地震预警服务信息。研发了地震预警信息自动推送软件系统。实现了智能手机接收地震预警信息功能，信息的倒计时播报功能;并开发了智能手机接收地震预警信息的GPS自动跟踪功能。研发了地震预警信息自动接收终端，实现信息的倒计时播报功能。

成都市地震预警试验台网通过近1年的运行，系统稳定、可靠，对网内2.5级以上地震全部进行了预警，没有出现误报、虚报和漏报情况。