国家地震烈度速报与预警工程山西子项目综述及应用分析

窦立婷，李冬梅，任力伟，冯凯宇，丁学文

(1.山西省地震局,山西 太原 030021；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

0 引言

“国家地震烈度速报与预警工程山西子项目”(以下简称山西子项目)自2015年10月开始初步建设，先后经过四个阶段：可行性研究、初步设计、实施方案编写、进场实施。目前已完成台站勘选、实施方案编制、新建台站招标及合同签订、终端点位复核、土建项目进场施工等各项工作。为保障项目的顺利实施，山西省地震局成立了项目管理和专业实施团队，制定了相应的规章制度(1)李冬梅，贾建喜，梁 艳，等.国家地震烈度速报与预警工程山西子项目实施方案设计和实施预算报告，2018.。各项工作正按照实施方案有序推进。本文将重点介绍地震预警的发展历史、国家地震烈度速报与预警工程概况及山西子项目实施进展情况，浅析在山西地震活动背景下山西子项目的应用前景及存在的不足，以期为“山西国家地震烈度速报与预警工程”项目的后续工作提供参考。

1 地震预警的发展历史[1-7]

地震预警的设想最先由美国库珀博士在1868年提出，但是一直没有技术条件支持实施，直到20世纪90年代，随着计算机通信技术和数字强震观测技术的成熟，墨西哥、日本、土耳其等国家以及我国台湾地区先后建立了自己的地震预警系统，并在防震减灾中取得显著成效。

世界上首个面向公众的可用地震预警是墨西哥城1991年正式运行的SAS系统，主要服务于学校和地铁预警。SAS系统能够探测到灾害性地震的发生并能提供预警，但震级估计的准确性并不能保证公共预警和预防性警告的合理性差别，所以2003年发展起来SASO系统，由于资金等原因，该系统未能持续运行。

1992年日本建成的UrEDAS系统正式在新干线铁路上安装使用，由于1995年神户地震的发生，日本全国建立了一系列的地震台网，极大地推动了日本地震预警系统的发展。随着各类观测台网的建成，在2004年日本新泻中越M6.6破坏性地震中，对正在行驶的火车发布了预警。从2006年8月向部分用户提供预警信息到2007年10月后开始向公众提供预警信息。截至2009年已经有2 100万人可以通过手机收到预警信息，并且各类用户把收到的警告信息收集合并到预警系统中，2014年2月日本气象厅开始对地震早期预警做实验。

土耳其伊斯坦布尔市、中国台湾省分别在1999年、2001年开始使用一个或多个用户提供信息的地震预警系统。地震预警系统正在意大利、瑞士、中国、美国(夏威夷、加利福尼亚)等各类地震台网中进行实时试验。作为一种新型地震减灾手段，地震预警系统得到越来越多的关注和应用，这些地震预警系统的发展可以为我国地震预警系统的设计方案、建设实施、社会服务等方面提供支撑与借鉴。

2 国家地震烈度速报与预警工程概况及其建设意义

中国地处环太平洋地震带和欧亚地震带的交汇地区，是全球地震活动最强烈和地震灾害最严重的国家之一。近年来，四川汶川、青海玉树、四川芦山、云南鲁甸等大震的发生，造成巨大人员伤亡和经济损失。因此，借鉴日本、美国等国家先进经验，建设全国范围内的分钟级烈度速报、秒级地震预警系统就变得十分必要。四川汶川地震发生后，根据震情、灾情、救灾等实际情况，为解决存在的问题，于2009年启动了工程项目的预研究等工作。2010年青海玉树地震发生后，加快了项目进度，正式开启立项工作[8]。2015年6月，项目建议书被国务院获批；2017年2月，国家发展改革委批复项目可研报告；2018年7月项目实施正式启动；计划2021-2022年进行试运行。届时，将建成规模庞大、总数超过10 000个台站的地震烈度速报与预警观测网络[9-10]。

台站系统方面，将在全国新建、改造三大类台站，即1 960个配置测震仪和强震仪的基准站、3 309个配置强震仪的基本站、10 241个配置烈度仪的一般站，共计15 510个台站。所谓“基准站”是“测震”和“强震动”两个测项的组合台站，是地震预警功能的骨干台，辅助用于烈度速报；“基本站”则只观测“强震动”一个测项，主要用于烈度速报，辅助用于地震预警；“一般站”是烈度仪台站，进行密集布设，是地震预警和烈度速报的辅助台站[11]。

近年来，中国的防震减灾工作实现从注重灾后救助向注重灾前预防转变，强调提高对自然灾害的防治能力[12]。国家地震烈度速报与预警工程项目是增强防震减灾服务能力、防范化解地震灾害风险的有效手段。同时，对地球物理学、地质学、地震工程学等科技领域的发展也将起到积极的推动作用。

3 山西子项目建设规模及进展

3.1 建设内容及规模简介

山西子项目建设作为国家地震烈度速报与预警工程的重要项目之一，其中台站建设数量位居全国前5名，主要是由于山西地震强度大，地震灾害频繁，是中国大陆东部地震活动最强烈的省份之一。该项目将于2021-2022年进行试运行，主要实现山西大部分地区形成完善的秒级地震预警能力和基于乡镇实测值的分钟级烈度速报能力，为政府应急决策、公众逃生避险、重大工程地震紧急处置、地球科学研究等提供服务。

项目主要建设内容包括台站观测、通信网络、数据处理、紧急地震信息服务、技术支持与保障五大技术系统(见图1)。各技术系统建设规模如表1所示。

图1 技术系统架构(2)崔庆谷.云南地震预警项目进展情况，2015.Fig.1 Technical system architecture

序号系统内容数量1台站观测系统1 0961.1基准站811.2基本站1541.3一般站8612通信网络系统132.1Ⅰ类省级中心通信分系统12.2汇聚节点通信分系统112.3Ⅰ类省级中心安全保障分系统13数据处理系统13.1Ⅰ类省级数据处理中心14紧急地震信息服务系统2694.1终端I型104.2终端Ⅱ型2484.3市级信息服务平台建设115技术支持与保障系统15.1一类省级保障中心1

3.1.1 台站观测系统

台站观测系统为项目实施和效益体现提供基础数据支撑，是其重要的组成部分。建设内容包括改造和新建基准站81个、基本站154个、一般站861个，共计1 096个台站(见第54页图2)。81个基准站平均台间距约40.67 km，其中51个测震台站作为改造基准站，30个为新建基准站；在重点区内的141个基本站平均台间距约30.29 km，一般区内13个基本站平均台间距约42.06 km；861个一般站间距约12 km。

图2 山西省预警台站分布图Fig.2 Distribution of early warning stations in Shanxi province

3.1.2 通信网络系统

通信网络系统在现有地震通信网络平台基础上，新建覆盖全省重点区及一般区的烈度速报与预警通信系统。建设内容包括1个省级汇聚点、11个市级汇聚点、1个省级中心安全保障分系统。

3.1.3 数据处理中心

数据处理系统是项目主要功能的核心，主要任务是根据站点观测系统汇集的实时观测记录，通过数据处理系统的分析、判断、加工，及时产出地震预警、地震速报、烈度速报以及抗震救灾和行业急需的技术服务产品，并将这些产品分发推送到紧急地震信息发布系统。建设内容包括1个Ⅰ类省级数据处理中心，总建设面积388.8 m2。

3.1.4 紧急地震信息服务系统

紧急地震信息服务系统是直接为最终用户提供服务的窗口，是整个工程项目实现最终目标的关键。该系统建设的核心目标是为政府机构、社会公众、行业企业提供及时有效的紧急地震信息服务，为示范中小学、政府应急部门、新闻媒体、企事业单位、重大工程等提供预警信息，为自愿接收紧急地震信息的公众用户提供基于互联网和移动互联网的烈度速报和预警信息示范应用服务，充分发挥国家地震烈度速报与预警工程的减灾效益。建设内容包括1个省级信息发布中心；安装紧急信息服务平台的省级抗震救灾指挥部成员单位、省应急部门、省电视台共计10个；安装紧急信息服务平台的本省重点预警区内市级地震部门共计11个；安装信息服务终端的本省重点预警区内试点中小学校共计248个。

3.1.5 省级技术保障中心

技术保障系统是国家地震烈度速报与预警工程发挥效能的重要保障，确保项目的时效性、可靠性、运行率。该系统用于支撑国家地震烈度速报与预警系统的运行维护，支撑观测设备的检测和维修，监测系统的运行状态，评估系统的运行质量。建设内容包括1个Ⅰ类省级技术保障中心。

3.2 山西子项目建设进展

子项目于2015年10月进入项目可行性研究阶段，2016年1月至5月完成台站勘选工作，2017年1月至6月完成台站、中心和终端的初步设计信息调查及初步设计方案的确认，2018年8月6日山西子项目得到正式批复，2018年12月完成施工图设计及预算编制、实施方案编写，2019年3月开始土建工程的进场实施，截至9月台站土地合同和终端点位核查工作全部完成。其中，新建基准站已进场实施26个，防雷地网工程已进场实施17个，基准站改造工程已进场实施8个；新建基本站已进场实施10个，场地勘测已完成钻孔73个；中心机房改造工程的招投标工作已完成(见表2)。

表2 工程建设内容及完成情况Table 2 Project construction content and completion

4 山西地震预警项目的应用前景

我国地震预警系统建设虽然起步晚，但系统设计更加完善，服务更加全面，有着较广阔的应用前景。山西子项目的建设完成也将起到重要的作用，得到广泛的应用。主要表现在：

(1) 为开展抗震救灾指挥决策提供科学支撑，服务政府应急救援决策。向314个国家和省级抗震救灾相关单位发布地震参数速报、地震烈度速报、地震动参数速报等信息，为各级政府和抗震救灾指挥机构准确掌握震情、采取有效救援措施、合理配置救援资源提供科技支撑。

(2) 向中央电视台、中央人民广播电台、省市县级电视台、有影响力的新媒体企业等，有针对性地发布原地报警、地震预警、地震参数速报、地震烈度速报等信息，并由其向社会公众传播，服务公众的地震应急行动。

(3) 向重点区内1 500所中小学校发布地震预警信息，服务学校师生的地震逃生避险。

(4) 向铁路部门发布原地报警、地震预警、远场大震预警、地震参数速报、地震烈度速报、地震动参数等定制化紧急地震信息，服务高速铁路的地震紧急处置。

(5) 向核电、水利、燃气、化工、医疗卫生、商业等行业的1至2个示范企业发布定制化紧急地震信息，服务有关企业的地震紧急处置。

(6) 通过公共广播设施或手机版警报软件直接向社会公众发布地震预警信息。

(7) 其他特殊需求的经济体或个人定制的预警信息服务[1]。

为加强社会公众对地震预警及应用前景的了解，6月18日，山西省地震局预警中心主任、高级工程师李冬梅接受媒体采访，做了一次地震预警和地震预报的科普讲解，介绍了预警工程推进情况和主要功能[13]。社会公众对该项目有了一定的了解，对地震预警的应用前景有了一定的认识。

5 山西地震预警系统存在的不足

(1) 存在一定范围的预警盲区。强震动发生后，因预警台站数据接收、处理及预警系统触发需要时间，不能为震中周围部分区域提供地震预警，此区域即为预警盲区。山西地震预警台站平均台间距及盲区半径分布比较合理，但在特定条件下仍然存在一定范围的预警盲区，根据山西省土地面积和1 096个地震预警台站空间分布，山西省预警台站平均台间距集中在10 km和20 km，98.91%的地震台站平均台间距小于20 km，盲区半径集中在22 km、23 km[14]。

(2) 预警终端数量和信息发布方式不能完全满足社会发展需要。以福建省为例，该省作为“国家地震烈度速报与预警工程”的先行示范区，已逐渐形成官方推广样本的“福建经验”。根据计划，到2020年，福建省将在全省18 400个学校、社区(村)建设地震预警信息专用接收终端，而山西预警项目建设的目标终端仅有258个，分布密度还远远不够。另外，随着信息化、智能化的高度发展，人们获取信息的方式发生了显著变化，地震预警信息的发布方式仍然采用“传统”终端，覆盖范围和传播速度受到限制，预警效益还不能实现最大化，预警发布能力还有待加强。下一步应按照山西的人口分布和重点预警区大量增加终端的建设，研究推广智能化、信息化、自动化集成程度更高的发布手段，提高预警效果。