基于ArcGIS的国家台网地震速报地名查询辅助系统设计与实现1

郭 凯 侯建民 闫恩辉

（中国地震台网中心，北京 100045）

基于ArcGIS的国家台网地震速报地名查询辅助系统设计与实现1

郭 凯 侯建民 闫恩辉

（中国地震台网中心，北京 100045）

基于国家台网地震速报的实际工作需求，针对国家台网在全球地震速报中缺乏专门的地名查询系统，通过对国家台网实时、人机交互处理子系统和全国速报信息交换平台（EQIM系统）的相关协议和数据接口进行研究，并结合地震速报相关规定中对地名的要求，基于地理信息系统ArcGIS提供的ArcGIS Engine（AE）组件技术，采用Visual .Net开发平台和COM组件技术，来实现获取地震地名信息的功能，开发设计一套用于国家台网地震速报的地名查询辅助系统，希望可以有效提高国家台网地震速报的效率和准确度。

地震速报 地名查询 ArcGIS

郭凯，侯建民，闫恩辉，2015.基于ArcGIS的国家台网地震速报地名查询辅助系统设计与实现.震灾防御技术，10（4）：913—924.doi：10.11899/zzfy20150409

前言

中国地震台网中心承担着全国地震以及全球范围内一定规模（一般M6.0级以上）的地震速报工作。随着“十五”国家台网的建设，全国1000多个区域地震台站实现了实时数据共享，国内地震的人工速报水平从“九五”时期的30分钟左右提高到了10分钟左右（陈晓辉等，2009；侯建民等，2009；赵永等，2002），同时多个国家援建台网的布设也大大提升了对全球地震监测的能力，一般在60分钟内就可完成对全球M6.0级以上地震的速报工作。

伴随着地震监测能力的较大提升以及国家台网地震速报软硬件系统的升级，地震三要素的测定已经非常准确，但在国外地震地名查询上还缺乏专门的查询系统，主要是通过电子地图搜索、纸质地图以及历史地震的速报信息等方式来确定地震地名，然后人工输入到全国速报信息交换平台（EQIM系统）完成地震速报结果的发送。由于缺乏专用系统进行国外地震地名的查询，在非常紧张的地震速报时间范围内，值班人员需要耗费很大的时间去确认地震地名的正确性，并且在人工输入地名的过程中由于地名的复杂性等也可能产生输入错误，这些对地震速报值班人员完成地震速报任务造成了一定的压力和时间上的延误。本文通过调研分析国家台网地震速报系统地震速报信息发布的数据接口以及地震地名信息获取和发布过程中存在的一些问题和实际需求，设计并研发了一套用于国家台网地震速报的地名查询辅助系统，以期有效提高地震速报的效率以及减少错误情况的出现。

1 国家台网速报系统构成以及地震地名查询系统方案设计

1.1 国家台网速报系统构成

中国地震台网中心的技术系统主要由全国测震实时数据流子系统、国家台网实时处理子系统、国家台网人机交互处理子系统、数据管理与服务子系统、震源机制解快速测定子系统以及全国速报信息交换平台（EQIM系统，图1）构成（陈晓辉等，2009；侯建民等，2009；黄志斌等，2001；刘瑞丰等，2008）。其中全国测震实时数据流子系统汇集了全国所有地震台站的实时数据流，数据格式采用MINISEED格式，国家台网实时处理子系统接入该实时信息流并进行实时检测，对地震进行判定。一旦达到触发阈值条件，系统对实时波形数据截取并发布警报，值班员使用国家台网人机交互处理子系统对截取的实时波形数据进行分析，对地震的发震时刻、地震深度和位置进行测定，结果生成标准格式的数据文件发送到指定位置，EQIM系统对该数据文件进行读取，同时速报值班员要对地震地名信息查询和填入并完成地震速报信息的共享交换，其流程如图2所示。

图1 全国速报信息交换平台（EQIM系统）Fig.1 Platform of data exchange in the National Earthquake Fast Report System （EQIM system）

1.2 地震地名查询系统方案设计

结合国家台网地震速报的需求，本文设计的系统方案主要考虑以下三点：

（1）根据国家台网地震速报系统现有的软硬件环境，应确保开发的程序可稳定、有效运行，并在现有软硬件环境的情况下方便移植和维护。

（2）研究国家台网地震速报系统的数据接口和信息流传输协议，并根据地震速报管理规定的相关要求，所研发的地名查询辅助系统通过读地震速报三要素的信息数据可实现自动获取地名的功能，在该实现过程中应采用国家台网人机交互处理子系统的数据标准接口，来保证本文研发程序可以和现有系统较好的兼容和共同运维。

图2 国家台网地震速报流程图Fig.2 Flow chart of earthquake fast report in China Earthquake Networks

（3）应研究全国速报信息交换平台（EQIM系统）的数据接口和信息流传输协议，所研发的系统应采用该数据接口和信息流传输协议来实现带地名的地震速报信息生成和发布，而不能对现有的系统造成不稳定影响。

基于上述三个方面的考虑，本文提出了如下的技术方案：

（1）数据读取和发送协议

国家台网地震速报系统实时系统、人工交互系统目前在Linux Redhat环境下运行，全国速报信息交换平台（EQIM系统）在Windows XP环境下运行，EQIM系统通过samba服务器的方式来进行国家台网地震速报人工交互结果信息的获取，并基于NetSeis/IP协议实现地震速报信息的发布。通过对上述系统的数据标准接口、信息流传输流程和信息流传输协议进行相关研究，来设计本文研发系统的数据标准接口以及所采用的信息流传输协议，使得开发的系统可以直接应用于国家台网地震速报中的地震地名信息查询和信息发布，减少了人工参与的环节，进一步提升了国家地震速报的效率和准确性。

（2）系统开发架构

根据国家台网地震速报系统的软硬件环境，以及与现有系统更好的兼容和运行维护，本文采用了基于地理信息系统ArcGIS提供的ArcGIS Engine（AE）组件技术，开发工具选择Visual.Net和COM组件技术，来实现获取地震地名信息的功能。ArcGIS提供了一个可伸缩的、功能强大的GIS平台，ArcEngine是独立的嵌入式组件，不依赖ArcGISDesktop桌面平台，直接安装ArcEngine Runtime和DeveloperKit后，即可利用其在不同开发语言环境下开发，通过采用AE进行程序开发，减轻了研发软件对系统软硬件的负担。COM是开发软件组件的一种方法，它们可以给应用程序，操作系统以及其他组件提供服务，程序移植和维护升级都非常方便，对系统负担较小，更符合国家台网系统运维的需求。

（3）地图数据获取

本文采用的地图数据为由测绘局提供的中国地图数据和世界陆地地图数据。设计的地震地名信息获取规则和地图信息的地名格式将严格按照地震速报管理规定执行，国内外地震速报的地名分级不同，故对地图数据整理分析时也按照地震速报管理规定进行标准地名分级处理，并充分考虑一些复杂情况（如地震落在距离城市一定距离范围内的海域等）。

2 国家台网地震速报地名查询辅助系统实现及功能介绍

2.1 系统设计及功能实现

基于上述系统方案的设计，本文完成了国家台网地震速报地名查询辅助系统的设计和开发，系统界面如图3所示。其中地名查询结果以及历史速报地震目录结果为根据输入的信息得到。系统功能主要分为4个模块：基于ArcGIS的地图显示模块、快速地名查询模块、人工交互地震结果处理模块以及历史地震速报目录模块。

图3 地震速报地名查询辅助系统程序界面Fig. 3 Interface of place names query system of earthquakes

2.2 基于ArcGISs的地图显示模块

地图显示模块集成了比较通过的地图显示功能，包括地震放大、缩小、地图漫游、加载地图数据等，为了实现国内地震地名信息查询和国外地震地名信息的查询，结合地震速报管理规定的相关要求，采用ArcGIS的shp格式，共加载了4个面属性图层：①覆盖全球范围的1:100万比例尺的行政区地图；②中国国界地图；③中国省级行政区地图；④中国县级行政区地图。通过经纬度进行地名查询时，地图显示模块会自动漫游到该位置中心并显示改点，并按照一定比例尺显示地图信息。

2.3 快速地名查询模块

随着“十五”国家台网的建设，全国1000多个区域地震台站实现了实时数据共享，国内地震的人工速报水平从“九五”时期的30分钟左右提高到了10分钟左右。而随着2013年新的地震速报管理规定的实施，大量区域的正式速报等级下限从MS5.0降到了MS4.0，一些区域如省会城市、珠三角地区等地震速报时间要求越来越严格，首都圈地区要求在10分钟内完成速报，省会城市、珠三角、长三角地区要求在15分钟内完成速报，这对地震速报值班人员的压力也随之大大增加。结合在地震速报中的实际需求，为了较快地完成对地震地名信息的复核和确认，本文设计了该模块功能，仅输入经纬度即可查得地名信息。如图4所示，输入经度纬度信息后，单击查询按钮，自动获得了地名信息，其中，国内地名信息可查询省市县三级地名，国外地区提供国家和省（州）级地名。

图4 国内地震地名信息查询结果界面Fig. 4 Query results of earthquake name information in domestic earthquake

由于目前还没有按照海洋区域进行划分的地图数据，同时对于判定地震发生在陆地还是海洋上，也是地震速报流程中必须做的工作，而地震落在陆地边界时，使用人工去判定非常耗费时间，为此程序做了这样的功能判定：当地震落在陆地时，程序界面处的地名信息正常显示，当落在海洋时，程序界面处的地名文本框显示为字符串“地震发生在海域”，震源深度文本框信息右边的两个文本框分别显示离该地震最近距离的国家以及震中距，假设在2014年10月11日11点00分24.05秒，在日本附近海域发生1次6.0级地震，震中经度138°，震中纬度34°，查询结果见图5。查询结果表明，该地震距离日本大陆边界约69km处，距离其最近的2个历史地震地名均为日本本州以南海域。

图5 海域区域地震地名信息查询结果Fig. 5 Query results of earthquake name information in oceanic region

2.4 人工交互地震结果处理模块

国家台网人机交互处理子系统在对地震时间波形完成地震三要素测定后，生成相应的标准数据文件，由于不含地名信息，该文件中地名信息由字符串“abc”来表示，单击“打开定位结果按钮”，人工交互地震结果处理模块读取该信息，根据经纬度查询地名后，将查询到的地名信息替换字符串“abc”，生成新的标准数据文件。同时，为了更快捷地发布地震速报信息，可以将复核确认完毕的地震速报参数，单击“发送EQIM按钮”，通过采用EQIM系统的Netsis/IP通信协议，以XML格式可直接发送到EQIM系统。

2.5 历史地震速报目录模块

在地震速报三要素测定的过程中，较短时间内判定难度最大的是地震深度，而发生在其附近的历史地震深度等数据对于速报值班员来说有很大的参考价值。正如上文3.2节中提到的由于缺乏海洋地图数据，如果某一次发生在海洋的地震在一定范围内有离其较近的历史地震，也可以提供很大的参考价值。为此本文将国家台网2008年7月—2015年4月的正式速报地震结果进行处理，生成了ArcGIS格式的数据图层，如图6所示。通过GIS提供的距离计算功能，根据速报信息的震中位置可计算出离其最近的5个历史地震，并在历史地震速报目录模块中显示。

3 实际地震速报震例测试

以2014年4月14日11点27分50秒发生在吉尔吉斯斯坦的M3.4级地震为例，如图7所示。由于EQIM系统无法查询到国外地震地名，如通过查询纸质地图或者查询历史地震信息迅速判定地震所在地，会出现一定的时间延误，而将震中位置直接输入软件地名查询模块，则可以较快确定该地震发生在吉尔吉斯斯坦。由于地图数据由国家测绘局提供，故得到的地名信息对在一些国家交界区域发的地震，比人工判定或者通过Google地图判定要更加准确。

图6 地震速报历史地震分布图Fig. 6 Distribution of historical earthquakes

图7 吉尔吉斯斯坦M3.4级地震的EQIM系统界面Fig. 7 Interface of EQIM system about Kyrgyzstan M3.4 earthquake

以2015年5月30日19时23分在日本小笠原群岛地区发生的M8.0级地震为例。该地震震中位置为北纬27.9°，东经140.5°，震源深度690km。由于该地震为深震且震中位置并不在大陆上，对于速报值班员来说存在一定的难度，需要从震相、定位残差等多方面进行地震深度的判定。在对地震进行人工交互后将定位结果输入地名查询模块，查询结果如图7所示。根据历史地震速报目录，则可以迅速判定该地震发生在距离日本大陆边界约180km处，从历史地震速报情况来看，发生在2011年1月的M6.6级地震以及2010年11月的M6.5级地震均和该地震距离较近，地名为日本小笠原群岛地区，通过双击历史速报地震目录所在行，可以将人工交互地震结果处理模块中的地名信息替换为该行地震信息的地名，这样在完成地名确定的时候避免了手动输入地震地名出现错误或者复制出现乱码的问题；从历史地震的深度分布来看，可以迅速判定该区域发生的地震均为深震，深度均在400km以上，由此在帮助速报值班人员快速确定地震地名的同时还可辅助值班员对地震深度有较好的判定。

图8 日本小笠原群岛地区M8.0级地震查询结果Fig. 8 Query results of Japan M8.0 earthquake in Ogasawara Islands Region of Japan

由于本系统缺乏海洋地图数据，而目前国际上发生在海域的地震地名信息主要通过采用Flinn-Engdahl命名准则给出，为了对本文研发系统产出结果的可靠性进行判定，根据国际Flinn-Engdahl命名准则对从2010年1月到2015年3月以来矩震级在7级以上的发生在海中的32个地震地名信息进行了对比，结果如表1所示。其中历史地震速报目录结果基于震中距分别给出前3个查询结果。从查询结果来看，绝大部分地震地名信息和Flinn-Engdahl命名准则给出的结果较一致，仅编号18、29号地名有些差别，由于历史地震速报目录结果经过人工复核和确认，在命名上更加符合我国地震速报的相关规定。同时，表1中编号3、4、13、14的地震系统查询结果显示发生在陆地上，采用表1中的经纬度进行复核后也确实发生在陆地上，说明Flinn-Engdahl命名准则在区域边界处理上的精度相对较低。

4 结论

（1）由于该系统专门根据国家台网地震速报系统的相关协议和数据接口进行了数据接口的设定，并结合地震速报相关规定中对地名的要求以及地震速报中的实际需求，开发的地名查询辅助系统，对于提高国家台网地震速报的效率和准确度可以发挥一定作用。

（2）本文采用的ArcGIS提供的COM组件技术，使得程序开发者不需要复杂的配置和开发环境，就可以进行相关GIS功能的调用和实现，不需要对现有的地震速报系统运行环境进行较大改动就可实现所开发程序并入国家台网地震速报系统中稳定运行。

（3）由于缺乏海洋地图数据，对于获得落在海洋上的地震地名信息尚未实现，但通过历史地震查询模块也提供了一定的辅助判定功能，通过与Flinn-Engdahl命名准则的历史地震结果对比，表明系统产出结果的陆地海域的边界精度上要高于Flinn-Engdahl命名准则，历史地震目录的产出结果和实际地震地名信息有很大的匹配性。

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

侯建明，黄志斌，余书明，黄静，代光辉，赵永，2009. 中国国家地震台网中心技术系统. 地震学报，31（6）：684—690.

黄志斌，宋锐，顾小红，薛峰，王永力，左如斌，黄金莉，郑斯华. 2001. 国家数字化地震台网中心的技术系统. 地震，23（4）：7—11.

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赵永，薛峰，刘阳，闻军，王斌，2002. 国家数字地震台网中心技术系统与服务.地震地磁观测与研究，23（1）：16—23.

Design and Implementation of Place Names Query System for China Earthquake Networks Center of Earthquake Fast Report Based on ArcGIS

Guo Kai， Hou Jianmin and Yan Enhui

（China Earthquake Networks Center， Beijing 100045， China）

Based on the actual work demands of the earthquake fast report in China Earthquake Networks Center，through the research on the related protocols and data interface for the real time processing system， the interactive analysis system and the Earthquake Instant Messenger exchange platform （EQIM system）， and combining with the relevant provisions of place names in earthquake fast report requirements， design a place name query system for the national network earthquake fast report， which can effectively improve the efficiency and accuracy for the national seismic earthquake fast report.

Earthquake fast report； Place name query； ArcGIS

地震行业科研专项“中国全球地震台网建设预研”（201508007）、中国地震台网中心青年基金“基于ArcGIS的国家台网地震速报地名查询辅助系统”（QNJJSQ-TWB-1401）和国家地震科学数据共享平台项目（503130113）共同资助

2015-03-18

郭凯，男，生于1986年。工程师。主要从事地震监测研究。E-mail：guokai@seis.ac.cn