地震模拟速报评价程序

贾漯昭 王志铄 张亚琳 陈力刚

（中国郑州 450016 河南省地震局）

0 引言

地震速报是地震发生消息来源的主要产生途径，也是省级地震台网承担的一项重要任务。而地震发生频率的区域性比较明显，地震多发省份，地震台网速报员实训机会多，职业素质较高，地震速报能力较强。而地震少发省份，地震台网速报员锻炼机会较少，地震速报技术相对生疏，容易在辖区内突发地震时出现纰漏。

这就需要提供模拟地震突发实训环境，训练并提高地震速报技术。实现地震突发模拟环境，关键问题是解决地震速报过程中计算机自动评价问题，而如何正确定义地震特征参数及定义匹配度是解决该问题的难点。研究对地震速报的管理规定和具体流程进行，参考国内同行具体实践经验，设计地震速报自动评价的计算机程序方法，帮助地震速报人员提高地震速报技术是本文的研究内容。

1 速报评价研究

1.1 运行流程

地震速报流程是，地震发生后在给定的有限时间内，完成正确的地震参数测定，并通过地震消息传递系统(EQIM)完成地震参数的报送。地震速报评价需要给定正确的地震特征参数，基于此，假定：对于一个模拟突发地震，地震速报员在限定时间内，采用地震分析软件定位地震，给出地震定位结果，完成地震消息传递系统(EQIM)的速报过程，认为此次地震速报有效，可以参与评价。

在地震速报环节中，考核地震速报员以下能力：①震相识别、量图精度、结果的正确性检验和判断；②对地震学理论的认知程度，判断数据是否需要预处理及如何处理；③应用计算机程序的熟练程度及花费时间。

自动对地震速报给出以上几方面的评价是程序设计的关键，即评分的重要依据，分别是震相标注的到时信息；震相标注的数量，类型；以及整个地震速报环节所需要的时间和与国家台网对省级测震台网速报评比标准的切合程度。

1.2 模块划分

考虑到地震速报员操作的便捷性和控制的便利性，地震模拟速报评价程序划分为3个模块：模拟速报客户端、计算服务端和控制端。

在模拟地震速报演习时，地震速报员在客户端计算机上完成地震分析定位和地震速报工作，按照正常的速报流程完成地震速报，速报结果将自动上传至服务端。服务端系统提供实时计算和存储，速报成绩的最终核定、对比工作，及对外系统状态显示服务。管理端通过网页或者移动应用的形式提供系统管理操作。模块划分见图1。

图1 模块划分Fig.1 The module partition

1.3 地壳模型

影响地震定位结果的客观原因与所在区域使用的地壳模型有较大关系，只有地震定位时使用的地壳模型与当地真实的地壳模型相匹配时，才能产出比较好的地震定位结果。对于网缘和网外地震，还需考虑是否需要切换到相应地区的地壳模型，需要考虑地震定位的震源深度等问题如何界定。就此，使用历史地震作为突发地震的模拟触发地震，把编目地震结果作为正确的地震定位答案（地震编目工作指，在地震发生后，对地震正式测量分析，形成正式的地震目录结果）。地震编目的特点是，地震分析使用尽可能多的地震台站和地震震相，比地震速报过程慢且精细得多。相对地震速报结果，地震编目结果较可靠。在程序设计中，把此次地震的编目结果认定为正确答案。也就是说，在地震速报中，地震速报结果越接近地震编目结果，则此次地震速报成绩可能越高。

目前，在各区域地震台网中，地震速报和地震编目一般采用同一套地壳模型，甚至同一种地震定位方法。因此，在程序研究中，假设进行地震速报、地震编目及地震模拟速报使用同一套地壳模型和同一种地震定位方法。

在程序实现的研究中，重点考察模拟突发地震速报结果与地震编目结果的相似程度。所以在模拟突发地震为网缘和网外地震时，该程序依然适用。目前，各个地震台网进行地震速报时多使用由计算机软件通过相应定位深度方法自动生成的地震深度，较少涉及人工操作。而深度的精确性主要取决于地震定位方法，为了增加地震速报考评程序的适用性，在评价程序中不考虑地震定位深度评价。

2 程序实现

2.1 评价过程

选取当前地震台网的历史地震事件波形、地震编目定位结果及地震编目的震相信息，序列化以后，形成历史地震震例。考虑到各个台网的实际情况，历史震例的格式使用国际通用的SEED格式。模拟地震突发时，由指挥员从中挑选某次地震进行触发。系统接收到地震触发指令，推送相应地震事件波形到客户端，客户端调用地震分析软件进行地震分析定位，并将定位结果通过模拟地震消息传递系统(EQIM)报送到服务端。服务端通过和编目结果的震相、定位信息对比，结合地震速报时间和速报评比标准，完成地震速报过程的评价。

对于地震速报过程的评价，必然需要设定正确的地震特征参数，在假定标准答案为地震编目结果的前提下，根据《省级测震台网速报评比标准》（中国地震局监测司，2013），将地震分为3类：①1类地震指本行政区边线外50 km范围内（含本行政区）的速报地震，首都圈地区省级地震局的1类地震指首都圈地区（含北京市、天津市、河北省3个完整行政区）M≥3.0地震以及本行政区内大中城市有感地震；②2类地震指本行政区边线外50 km至边线外100 km范围内的地震；③3类地震指1类和2类以外的速报地震。

在评分过程中，照此分类方法划分模拟速报的地震，分别进行评分。

2.2 评分方式

图2 速报评价程序流程Fig.2 The earthquake rapid report evaluation algorithm flow chart

在系统进行突发地震模拟时，设定原始地震编目结果为标准答案，在服务端提取其地震波形及震相信息，按照其各种要素经过计算后提取特征序列，经过程序封装后，以结构体的形式到客户端。

客户端报警响起以后，地震速报员进行地震定位分析，对比残差，计算结果。结果被程序再次封装并返回服务端，在服务端经过拆解成可供计算的序列，通过速报评价程序计算，完成地震特征参数对比，实时得出成绩。

成绩发回客户端和网页公示界面。供指挥员裁定比赛结果。客户端自动给出地震速报员的相应评价，当次速报地震所用到的各种震相信息和速报用时等评分依据，由此可明确指出该次地震速报失误所在，以此提高速报员地震速报能力。速报评价程序流程见图2。

以地震编目定位结果作为正确答案与模拟速报的结果进行对比，以百分制评分。具体按照以下的评分标准。

（1）地震速报速度评分（30分）。速报时间为ΔT，服务器收到客户端传送地震特征参数时间为T2，服务器推送事件波形时间为T1，则ΔT=T2-T1。因1类地震规定速报时间为12 min，2类地震和3类地震及深源地震速报时间为15 min，则判别标准为：①若ΔT≤0，0分；②若ΔT> 0，-（ΔT/60×3）分；③当ΔT≥30 min，该地震事件按漏报处理，计为0分；④当本地震其他参数项为满分时，给予速度加分：实报时间≤7 min，+1分。

（2）发震时刻评分（5分）。将计算出的发震时刻与地震编目的发震时刻误差记为Δt，则：①1类地震：Δt≤±7.5 s，-2.5分；Δt>±7.5 s，-5分；②2类地震：Δt≤±12.5 s，-2.5分；Δt>±12.5 s，-5分；③3类地震：Δt≤±17.5 s，-2.5分；Δt>±17.5 s，-5分。

（3）震级评分（15分）。将计算出的震级与地震编目震级误差记为ΔM，则：①1类地震：ΔM≤±0.5，-5分；ΔM>±0.5，-15分；②2类地震：ΔM≤±0.5，-5分；ΔM>±0.5，-15分；③3类地震：ΔM≤±0.5，-5分；ΔM>±0.5，-15分。

（4）震中位置（30分）。将计算出的震中位置坐标与地震编目震中位置的坐标距离记为ΔP，则：①1类地震：ΔP≤15 km，-10分；ΔP≤25 km，-20分；ΔP>25 km，-30分；②2类地震：ΔP≤20 km，-10分；ΔP≤30 km，-20分；ΔP>30 km，-30分；③3类地震：ΔP≤25 km，-10分；ΔP≤35 km，-20分；ΔP>35 km，-30分。

震源深度由于各个台网地震编目结果受限于目前使用的定位软件和方法，对于地震深度，在本程序的实现中未进行评价。

（5）参考地名评分（5分）。地名与地震编目结果不一致，-5分；地名命名不符合规定，-2.5分。

（6）事件类型评分（5分）。事件类型错误，-5分。

（7）震相数据评分（10分）。参加计算震级的台站数量小于4，-2.5分；无震相数据，-10分。另外，在震相评价中，通过循环查询模拟速报的震相信息，对比地震编目同一个震相的标注信息，误差超过0.5 s的-1分。

3 程序应用

基于本研究成果，实现河南省地震台网速报模拟演习系统（图3），经过多次实际模拟演练的检验，确定其可以可靠评价震相匹配程度，总评地震速报成绩合理（图4），能够显著提高区域地震台网地震速报员的地震速报技术水平。

图3 演习系统控制界面Fig.3 Exercise to earthquake quick report system interface

4 结束语

图4 速报成绩界面Fig.4 Earthquake quick report examination results

由于时间较短，本文提供的评分程序还有不足，如：在地震速报评价过程中，对各个分支考虑较细，对程序执行效率有一定影响。在对此速报模拟演习系统的后续研发中，将继续优化评分程序，以提高地震速报人员的工作效率。

论文参考了国家台网地震速报综合信息发布系统（侯建民等，2009）、中国大陆地震宏观震中与速报定位偏离的分区研究(刘吉夫等，2006)、全国地震速报信息共享与服务系统（陈晓辉等，2009）、地震快速数据发布系统（梁建宏等，2005）、全国自动地震速报系统评估（杨陈等，2013）等的观点，在此向原作者表示感谢。在评分程序研究和成文过程中，得到朱元清教授的悉心指导，在此表示感谢。

侯建民，黄志斌，代光辉，黄静.国家台网地震速报综合信息发布系统研究[J].中国地震，2009，25（4）：45-454.

刘吉夫，王晓青，陈颙，黄辅琼.中国大陆地震宏观震中与速报定位偏离的分区研究[J].地震学报，2006，28（1）：37-41.

陈晓辉，侯建民，刘瑞丰.全国地震速报信息共享与服务系统[J].地震地磁观测与研究2009，30（3）：132-135.

梁建宏，刘瑞丰，代光辉，邹立晔，杨辉.地震快速数据发布系统[J].地震地磁观测与研究，2005，26（6）：77-80.

杨陈，黄志斌，杜广宝，翟璐媛.全国自动地震速报系统评估[J].地震学报，2013，35（2）：272-282.

中国地震局监测司.地震速报管理规定——中震测发[2013]26号[S].2013.