地震台网速报模拟考评系统实现

贾漯昭　张亚琳　陈力刚　赵大鹏

摘 要 根据地震台网地震速报特征，研究并解决了地震台网速报模拟过程中遇到的系统的时间同步问题，模拟过程控制问题，地震速报评价问题，把研究结果形成算法并程序化，形成了河南省地震台网速报模拟考评系统。

【关键词】地震速报 MSDP 地震台网 速报模拟

目前各个省级地震台网和国家基准台都承担着地震速报任务，但由于国家多数地区地震事件少，地震速报员缺乏临场实战机会，容易导致速报工作生疏，从而影响地震速报效率和地震速报分析精度。如何对地震速报工作整体流程做一个完备而有效的评价，增加地震速报临场工作的机会，是提高台网工作人员工作能力重要方法。

在研究的过程中，我们发现时间的精确控制，速报流程的按环节监控以及速报整体流程的客观评价是系统实现难点。我们通过类似软件系统的研究，参考国内同行的实践经验，解决了这些难点，并把解决方法形成算法实现了河南地震台网速报模拟考评系统。

1 系统设计

考虑速报员操作的便捷性和控制的便利性，整个系统设计为三个部分，分别为模拟速报客户端，计算服务端和控制端。

客户端由若干安装有JAVA运行环境的Windows平台计算机组成，在模拟地震速报演习时，速报员在速报工作计算机上完成地震的分析定位和速报工作。速报成绩的初步评定在客户端运行。服务端由高性能的逻辑服务器云系统组成，为整个系统提供实时计算以及存储服务。速报成绩的最终核定、对比工作以及对外状态显示服务在该部分实现。控制端为管理操作界面，通过WebService的方式对服务端发送指令，管理端通过WEB方式和移动APP的形式提供用户界面。可支持平板计算机，手机以及普通计算机。

整个系统主要用到了三种主要的程序算法：时间同步算法、速报评价算法和速报过程控制算法。现将算法的研究原理和实现过程详述如下。

2 算法实现

2.1 时间同步算法实现

要做到服务器系统与所有的参与演练的客户端系统准确对接，需要有误差在5秒以内的时间同步体系。直接的办法是使用NTP（NetworkTimeProtoco）服务，但复杂的客户机环境，并不是都可以随时成功部署NTP服务，为提高系统整体的健壮性，做到所有的客户机绿色部署，就必须设计一个适合于本系统的时间同步算法并无缝集成到软件系统中来，以求得所有客户机时间基本同步，体现速报考评的公平性。本文所设计的时间同步算法，不依赖传统的NTP时间服务，自成体系。不需要另外的部署。具体实现如图1。

在该算法中，客户端和服务端同时并发执行。服务端首先获得服务器本地时间，然后使用NTP服务从互联网国家授时中心获得标准时间，对比和校正服务器本地时间。以WebService函数服务方式向客户端提供统一的时间服务。

客户端首先获得本地时间后，调用服务端时间服务函数服务器端获得时间，与本地时间对比，如果时间误差超过5秒，则使用服务器时间同步本地时间。在此时间传输中，可能因为网络延迟产生误差，但考虑到系统主要部署于局域网以及本系统所要求的误差范围，所以时间误差可以忽略。在算法中直接使用静态Win32 API时间函数可减少网络传输等因素带来的时间误差。

2.2 速报评价算法实现

对速报整体流程及速报最终结果准确度的评价需要一个客观，公平，量化，程序资源消耗少的算法以供系统对地震速报过程及结果实时评价。理论来说，地震速报目的是快速得出准确的地震要素信息，包含震中地点（坐标及地名），震级，震源深度，发震时刻等。而地震速报的好坏与这几个要素的准确度有直接的关联关系。因此，设定地震速报成绩为函数 f（x），根据《省级测震台网速报评比标准》 （中国地震局监测司，2013）。设定震中地点要素特征为f（x1），震级特征为f（x2），震源深度特征为 f（x3），发震时刻为特征为f（x4）。同时记录速报耗时为评定加权值lt。

则有震相交汇结果指纹特征序列 f（x）=f（f（x1），f（x2），f（x3），f（x4））（1），即得出总评定成绩S =f（x）+lt （2）。

设定原始正确速报结果为标准答案，提取其地震要素，经过上述特征序列运算，得出答案特征序列值，即地震特征唯一指纹。

系统运行时，收集速报员当次地震分析定位计算出的地震要素，经过同样的特征序列运算，得出当次地震速报特征序列值，即当次地震速报的唯一特征指纹值。与计算出的标准答案指纹值对比，其匹配度即为本次速报的震相交汇正确性，加上速报耗时加权值lt，即得出本次速报的速报员总评成绩。

具体过程：服务端从地震速报答案文件中提取地震要素经过速报评价模块的特征序列运算，得出地震标准答案的指纹特征值，附加在地震信息结构体中，推送到客户端。

客户端首先提取震相结果，经过速报评价模块的特征序列运算，生成了本次地震速报的指纹特征值，与服务器发送过来的标准答案特征值进行匹配度计算，得出震相匹配评价分数。

而后提取本次速报耗时，根据速报管理规定，进行加权处理，得出最终速报总成绩，如图2。

2.3 速报过程控制算法实现

在模拟地震速报的过程中，需要设计一套整体控制算法，全过程监控速报员速报程度，以及速报结果的传递和正确性判研。在本系统中，设计了速报过程控制算法。

首先在控制端进行模拟速报地震事件选取，模拟演习地震触发时间设置，在服务端进行信息封装，以加密结构体的方式推送到客户端，客户端设计轮循接收模块接收该加密结构信息。在算法中设计轮循间隙时间为1秒。

当包含时间戳的地震触发结构体到达客户端后，客户端检测时间戳与本地时间差异，如果符合要求，则触发报警，初始化波形接收。速报员这时可以接收地震事件波形，并调用MSDP分析软件，进行地震分析定位。