四川紧急地震信息服务系统设计与实现

程思智，申 源，赵 俊，梁厚朗

（四川省地震局，四川 成都610041）

1968年，Cooper提出为旧金山市建设地震早期预警系统的构想，但限于当时的技术水平，该构想未能得以实现。1985年，Heaton为美国的南加州提出构建现代地震计算机化预警网络思想，创造了一种基于密集监测台网的地震预警简单模型（马强，2008）。20世纪90年代以来，日本、美国、墨西哥、中国和欧洲部分国家及地区逐渐开展了地震预警系统建设。其中，日本是最早将Cooper地震预警构想付诸实施并应用于地震灾害防御的国家，目前日本、墨西哥已正式对社会开展地震预警信息服务，并在2011年日本9.0级和2017年墨西哥8.2级等重特大地震中取得了实际减灾效益（宋彦云等，2021）。台湾是我国第一个部署地震预警系统的地区，1995年在花莲地区装设的预警系统投入使用（高峰等，2014）。2017年12月28日，四川省人民政府办公厅印发了《关于印发“8·8”九寨沟地震灾后恢复重建规划项目的通知》，明确提出要实施《地震烈度速报与预警项目》，建设紧急地震信息服务平台。本研究通过构建紧急地震信息服务平台，实现四川紧急地震信息服务体系的建设，可以提高地震预警发布的时效性，丰富紧急地震信息内容，拓宽信息发布手段，并在第一时间通知省委省政府和抗震救灾指挥部成员单位，为决策层正确判断灾情和部署救援力量提供重要科学依据。

1 系统架构及功能

四川紧急地震信息服务平台以“国家地震烈度速报与预警工程”项目建设为基础，通过建设省级紧急信息服务平台和市州级、县级紧急地震信息转发接收平台，搭建涵盖社会公众、政府机构、行业用户、新闻媒体等示范用户的信息接收服务系统，将“国家地震烈度速报与预警工程”项目建设的“国家、省、市州”三级紧急地震信息服务体系延伸到“区县”级，最终将服务范围覆盖全川，并构建“国家、省、市、县”四级立体联动的地震烈度速报与预警监测能力体系。系统采用J2EE技术架构、B/S系统访问模式。J2EE是当前使用最广泛的Web程序设计技术，具有安全性、可伸缩性、负载平衡性和可重用性等特点，适合分布式运算、具有良好的多线程处理能力，安全性较高，已成为业界模范（汪金营，2004）。B/S模式具有客户端零部署及未来可在各业务部门扩展的特点，比较适合多目标系统的用户，且操作简单、易于维护、信息共享度高、扩展性好，技术平台稳定是当前应用范围广泛的先进网络体系结构（谭骏珊等，2003）。

1.1 系统架构设计

四川紧急地震信息服务系统主要由数据资源层、业务逻辑层、展现层及服务对象层组成（见图1）。数据资源层是信息输入端，输入数据主要包括省级地震预警处理系统推送的地震预警信息、地震速报信息、灾情快速评估产品、气象信息、其它灾害信息以及面向公众的地震科普宣传信息等。业务逻辑层是系统的核心，具有紧急信息来源接收（用于融合地震、气象和速报机器人等的灾害预警信息）、实时信息和非实时信息发布、终端状态监控、终端运维管理和基础信息管理等功能，能为各类用户提供地震预警、地震速报、科普宣传和地震演练等服务，日常可提供当前时间、日期和天气预报等服务。展现层是系统的集中展现，主要包括地震预警专用接收终端、移动App接收终端、微信/微博、12322地震短信社会服务平台和第三方接口等。服务对象层也是用户层，是系统产出产品的最终受益者，主要包括部署终端的政府机构、抗震救灾指挥部成员单位、中小学示范学校以及社会公众等。

图1 四川紧急地震信息服务系统总体逻辑架构

1.2 系统网络架构设计

紧急地震信息服务发布网络充分利用社会和行业网络资源，实现紧急地震信息的三级发布、四级服务。省级预警发布平台与相对应的数据处理系统通过局域网高速互联，省、市、县三级平台之间通过地震行业网互联。发布平台与服务对象之间的链路，主要包括电子政务外网、教育网、互联网、VPN及其他行业专网等。省级中心负责上连国家中心、下连台站和市县，并与政府、学校、企业以及社会公众连接，提供信息服务。省级中心网络涉及专线、VPN、电子政务网、互联网等多种接入方式。在省级中心局域网按照业务功能及管理划分子网，包括服务器区、办公接入区、安全管理区与紧急信息发布子网等。省级中心采取运营商双物理链路方式接入，接口类型为千兆以太网接口。市（州）、县节点通过专线直连省级中心，局域网、广域网接口类型为以太网接口，路由协议支持静态路由、OSPF、GRE、IPSEC、MPLS-VPN等协议（见图2）。

图2 四川紧急地震信息服务系统逻辑网络拓扑架构

市州及区县紧急地震信息服务转发平台是国家、省、市州、县四级信息服务体系中的重要部分，处于省级部门服务中心和触控终端之间，相对省级平台来说，同时起到分散流量，分担传送压力，分摊故障风险的作用，同时管理部署在县级部门的紧急地震信息服务接收客户端具有监控各个工作客户端状态的功能。紧急地震信息服务市县转发平台主要包括信息接收、属地信息配置、资源转发三个子系统，平台功能主要有县级平台接入管理、资源接收转发管理、系统管理等。

1.3 主要功能设计

紧急地震信息服务系统由紧急地震信息服务端、市州信息转发服务、触控屏终端服务、移动终端服务四部分构成（见图3）。紧急地震信息服务端对各分系统生成的地震预警数据、地震速报数据、地震烈度速报数据、灾情快速评估等紧急地震信息进行分拣，基于用户服务需求进行定制，按照设置的转发优先级将结果向市州县转发平台、信息接收终端推送，或者以手机短信、手机APP终端进行展示。市州信息转发平台接收紧急地震信息服务端发布的信息产品，并向政府相关机构和所管辖范围内县级、示范学校转发紧急地震信息。触控屏终端和移动终端负责接收展示相关信息。

图3 紧急地震信息服务平台构成

2 信息发布及产品服务

地震预警发布系统主要从省局地震预警分系统接收地震预警数据，通过对数据进行解析并根据发布规则封装预警信息，同时向各类用户分发实时紧急地震预警信息（见图4）。

图4 预警信息发布流程图

2.1 地震速报和地震烈度信息发布

地震速报发布信息主要包括JEEW超快速报、AU自动速报、四川台网初报和国家局正式报数据，其处理系统通过信息整合策略对数据进行解析并根据发布规则封装信息，向用户发布实时速报信息（见图5）。烈度速报发布信息主要为烈度速报信息报文和地震烈度分布图。

图5 地震速报发布流程

2.2 地震动参数和灾情评估产品服务

地震动参数产品服务系统主要接收强震数据处理系统产出的台站仪器烈度分布图、加速度反应谱分布图和加速度动态震动图等产品，再根据相应的发布策略以及用户配置进行产品推送服务。灾情评估产品的推送主要面向政府部门以及防震减灾部门。地震发生后，只要省内某地区烈度达到6度，强震数据处理系统在3～10分钟产出第一报灾情评估图，30分钟后产出第二报灾情评估图，并同时采用人工上传或修正的方式来推送主震破裂过程、余震序列和震源机制等图件。

3 效果展示

3.1 紧急地震信息服务平台

四川紧急地震信息服务系统自2021年2月5日起进入试运行，平台部署了国家预警项目I型终端11台，II型终端298台，省项目触控屏终端239台（含转发平台），“村村响”广播终端48台，共计596台。以2021年3月19日四川北川3.9级地震为例，四川紧急地震信息服务平台从JEEW超快速报处理系统接收了1次地震预警自动处理结果，并于18时57分59秒开始向地震预警终端推送，时间为震后10秒，震级为4.0（见图6）。四川紧急地震信息服务平台共有514台预警终端接收到该预警信息，其中有121台预警终端有屏显和闪爆灯，67台预警终端有屏显、闪爆灯并发出警报声音。

图6 四川省紧急地震信息服务平台地震预警推送展示界面

四川紧急地震信息服务平台在震后1分41秒接收到AU自动速报信息，4分32秒接收到四川台网初报信息，5分52秒接收到国家局正式报信息。震后6分钟，强震数据处理系统陆续产出了乡镇仪器烈度分布图、仪器烈度图、PGA等值线图和PGV等值线图等地震动参数和灾情评估产品（见图7）。

图7 四川省紧急地震信息服务平台烈度速报推送展示界面

紧急地震信息服务系统的紧急地震信息APP在震后及时推送了预警信息，该平台包括终端状态监控、终端远程运维管理、地震模拟演练和基础信息管理等模块。以四川省成都市武侯区林荫街的用户为例，用户距离2021年3月19日四川北川3.9级地震震中144千米，收到信息时预警时间为30秒（见图8）。目前，四川省地震局已与支付宝、川观新闻APP、华为手机、西南油气田转发系统和四川省监狱管理局戒毒所信息发布管理系统等第三方平台展开合作，授权其对外发布预警信息。

图8 紧急地震信息APP地震预警信息展示界面

4 结束语

四川紧急地震信息服务系统建成后，极大地提高了地震应急响应速度，丰富了紧急地震信息的内容，拓展了服务渠道，提升了地震部门服务水平，实现了向公众快速准确传递地震信息的目标，能第一时间向省、市州政府发送通知。系统上线（2019年11月）至今，共接收地震速报信息898条，接收地震预警信息267条，达到预警标准向社会公众发布的紧急地震预警信息267条。系统通过专用预警终端、手机APP、手机短信和第三方转发等方式多渠道拓展地震信息社会化服务能力，使地震应急联动机制更加成熟。该系统的建成对全面提升四川省地震监测和应急救援能力、减轻灾害损失和保护人民生命财产安全、实现地震监测现代化具有重要意义。