陕西地震烈度速报与预警系统一般站运行对比分析*

王卫平 赵 韬 古云鹤 徐一斐 白若冰 常 城

（陕西省地震局，陕西西安 710068）

引言

陕西地震烈度速报与预警系统一般站共建设1000个站，包含国家发改委批复的485个站和陕西省发改委批复的515个站，建设地点主要布设在重点地区乡镇级行政单元。一般站的主要功能是烈度速报的骨干台站和辅助开展预警，主要特点是仪器灵敏度不高，仪器价格、场址要求、建设成本低[1]，其技术系统由烈度仪、供电系统和通讯系统3部分组成[2]，设备安装遵循中国地震局《地震台站建设规范地震烈度速报与预警台站》（DB/T60-2015）标准设计建设[3]，采用壁挂或地表方式，将烈度仪安装在室内的墙壁或地表上。陕西省内建设的1000个一般站，大多数采用自由场地地表安装方式，少部分采用壁挂安装方式，全部安装在陕西铁塔基站里[4]。

1 基本情况

国家地震预警项目一般站主要分布在国家地震重点预警区[5]，包括关中全部、陕南的宁强、略阳两县、陕北的定边县西部；省地震预警项目一般站主要分布在全省重点预警区之外的地方（图1）。国家和省地震预警一般站建设标准和安装规范均一致，烈度仪均为中国地震局入网定型设备。

图1 陕西省地震烈度速报与预警系统一般站分布图Fig. 1 Distribution of general stations of Shaanxi earthquake intensity quick report and early warning system

国家地震预警项目一般站在各地市的安装中，设备类型按照一般站点位顺序，珠海泰德和瑞琪皓迪依次均匀分布；省地震预警项目一般站在各地市安装中，按照地市尽可能选用一个厂家设备进行安装，一般站按照厂家数量划分见表1。

表1 一般站按照厂家划分表Table 1 Classification of general stations by manufacturers

2 数据传输组网方式

国家预警项目一般站接入方式是国家中心和各省中心通过VPN方式接入铁塔公司汇聚节点（上海），建立与一般站的通信信道，接收一般站的数据，实现对一般站的监控。在国家中心和各省中心部署波形交换管理系统，实现一般站实时流和触发流数据的接收和转发。一般站同时提供实时数据流和触发事件流，其中实时数据流传至所属省中心，触发事件流传至国家中心；各省中心向国家中心和国家备份中心转发本省实时流数据，同时可从国家中心和国家备份中心转发本省实时流数据；国家中心向各省中心转发触发事件流数据，各省中心可从国家中心或国家备份中心获取本省和其他省的一般站的触发事件流数据；国家备份中心从各省中心获取各省级一般站的实时流数据，从国家中心获取全部一般站的触发事件流数据（图2）。

省预警项目一般站接入方式是数据上传至FSU动环监控模块，然后通过运营商公网提供的VPN隧道经陕西铁塔将本省实时数据流回传至省局一般站数据流服务器，为保障授时同步，以中国地震局提供的NTP授时服务器为根节点进行统一授时（图2和图3）。

图2 国家一般站数据传输框图Fig. 2 Data transmission block diagram of national general stations

图3 省级一般站数据传输框图Fig. 3 Data transmission block diagram of provincial general stations

3 产出资料

国家一般站和省级一般站在2021年10月均进行了为期一个月的试运行考核，且考核结果初步符合验收要求。2022年3月开始，国家和省级一般站分别进行了站点IP地址修改及省级一般站VPN路由器搬迁，所以选取了2021年11月—2022年2月为期4个月的运行率和延时资料。2021年11月—2022年2月国家一般站月平均运行率分别为96.54%、96.46%、97.01%、96.19%，省级一般站分别为95.12%、93.01%、95.76%、97.29%（图4）。另外，还统计了月平均运行率≤95%站点个数及其百分比（表2）和各地市月平均运行率≤95%站点个数（表3）。

表2 月平均运行率≤95%站点个数及其百分比Table 2 Number and percentage of stations with monthly average operation rate ≤95%

表3 各地市月平均运行率≤95%站点个数统计表Table 3 Statistics of number of stations with monthly average operation rate ≤95% in various cities

图4 国家和省级4个月月平均运行率对比图Fig. 4 Comparison chart of four months average operation rate between the country and the province

国家和省级一般站2021年11月—2022年2月实际运行期间，以单个站点月平均延时小于等于1 s、2 s、5 s、10 s、60 s为指标，统计了不同延时标准下的站点个数及其百分比（表4）和不同延时标准下的各地市站点个数（表5）。

表4 不同延时标准下的站点个数及其百分比Table 4 Number and percentage of stations under different delay time standards

表5 不同延时标准下的各地市站点个数统计表Table 5 Statistics of number of stations in different cities under different delay time standards

国家和省级一般站背景噪声计算原则是，选取断记台站最少、环境干扰最小的时段。国家一般站背景噪声计算选取2022年4月4日01:00—02:00的数据，省级一般站背景噪声计算选取2022年3月22日01:00—02:00的数据，对于选取时间段出现断记台站重新选择其他时间段数据进行计算。国家有3个一般站无法计算，省级有5个一般站无法计算，背景噪声计算的算法一致，都是计算1—20 Hz aRMS均值作为结果，计算过程一方面可以得到aRMS结果，另一方面还会获得台基PSD曲线图，PSD曲线在大于0.1 Hz时，功率谱密度值小于-60 dB为优。初步计算结果是国家和省级一般站的aRMS计算结果均符合建台标准。同时国家一般站有64个疑似有外界干扰的台站信息（西安17个、铜川5个、宝鸡6个、咸阳18个、渭南15个、汉中1个、榆林2个），10个疑似某分向异常的台站信息（西安1个、铜川1个、宝鸡1个、咸阳4个、汉中1个、商洛1个、延安1个），7个PSD曲线异常明显的台站信息（西安1个、铜川2个、宝鸡1个、咸阳1个、延安1个、榆林1个）；省级一般站有50个疑似有外界干扰的台站信息（铜川1个、汉中4个、商洛2个、延安18个、榆林25个），6个疑似某分向异常的台站信息（咸阳2个、汉中2个、延安1个、榆林1个），17个PSD曲线异常明显的台站信息（咸阳2个、汉中8个、商洛1个、延安5个、榆林1个）。

国家一般站珠海泰德烈度仪腐蚀7台、瑞祺皓迪腐蚀8台，省级一般站珠海泰德腐蚀5台、东立博远腐蚀7台，腐蚀的一般站都采用的是地表安装方式，造成腐蚀的主要原因是一般站安装的铁塔基站进水或者安装区域是盐碱地。

4 资料对比分析

4.1 月运行率

分析产出资料发现，国家一般站2021年11月—2022年2月为期4个月时间的月平均运行率中有11月、12月、1月共3个月是高于省级一般站月平均运行率，只有2022年2月国家一般站月平均运行率低于省级一般站（图4）；国家一般站2021年11月—2022年2月月平均运行率高的3个月份，其低于95%的站点个数百分比比较小（表2）；国家一般站月平均运行率低于95%的站点集中在西安、咸阳、渭南及汉中地区，省级项目月平均运行率低于95%的站点集中在汉中、商洛、延安、榆林和安康地区（表3）。

国家一般站运行率优于省级一般站的主要原因是由于组网方式的不同。国家一般站使用的是承载网，经由中国铁塔云中心进行数据传输，其通信信道及技术保障相对较强；而省级一般站通信链路主要经由陕西铁塔机房进行数据传输，通信信道及技术支持相对较弱，缺乏专业网络维护人员，从而造成多次短暂数据中断，最终导致国家一般站运行率优于省级一般站。

4.2 延时情况

国家一般站和省级一般站所选用的3种烈度仪均为国家预警项目统一定型入网设备，符合预警相关技术规范，3种设备的打包时间一致。根据不同延时标准下的站点个数百分比（表4和图5）发现，省级一般站总体延时情况均优于国家一般站，国家和省级一般站延时基本集中在≤2 s。根据不同延时标准下的各地市站点个数统计表（表5）发现，国家一般站满足≤1 s的主要是西安、宝鸡、咸阳、渭南地区，省级一般站满足≤1 s的主要是汉中、延安、榆林、安康。

图5 4个月不同延时标准下的站点个数百分比图Fig. 5 Comparison diagram of percentage of stations under different delay time standards in four months

省级一般站延时优于国家一般站的主要原因是台站选址问题，由于国家项目一般站建设较早，在建设初期缺乏相关经验，对物联卡运营商选择、站点选择均缺乏经验，而在后期省级一般站建设时期，由于已经开展了国家一般站项目建设，初步明确物联卡运营商选择方案和站点选址方案，因此，省级一般站网络运行状况优于国家一般站，省级一般站延时情况也优于国家一般站。

从运行情况上看，延时均达不到≤1 s的要求。主要可能存在以下3方面原因： ① 一般站数采参数设置未更新，我们对一般站的数采设置进行了核对，其中国家项目232个、省级项目221个一般站的数据打包时间为1 s，未根据中国地震台网中心最新要求更改为0.5 s，导致数据延时≤1 s的台站相对较多。 ② 无线通信链路延时较大，由于一般站建设选择场址均为通信铁塔机房，其网络通信状况受运营商影响较大，例如在移动通信铁塔机房内部使用电信物联网卡会存在信号较差的情况，或者部分通信铁塔机房建设在铁塔正下方，而通信塔正下方的信号普遍偏弱，从而导致网络延时较大。 ③ NTP授时服务器存在问题，一般站主要通过网络授时进行时钟校正，在项目试运行期间，陕西省级一般站主要使用两台虚拟服务器进行授时，我们发现，虚拟服务器授时性能存在很大的不确定性，当授时请求访问量大、授时频率高时，虚拟服务器时间本身就会存在较大偏移，从而影响一般站整体授时。

4.3 背景噪声

国家和省级一般站分别有81个和73个站点存在疑似有外界干扰问题需要核实。国家一般站集中在西安、咸阳和渭南，省级一般站集中在延安和榆林；国家和省级一般站疑似某分向异常的台站都是个别站点存在；省级一般站PSD曲线异常明显的台站多于国家一般站。

5 结论与讨论

（1）国家一般站月运行率相对比较稳定，但延时较大；省级一般站月运行率变化较大，但通讯延时优于国家一般站。运行率不同的主要原因是组网方式不同，建议各省省级一般站通信传输方式采用国家项目方式。通讯延时问题主要原因是台站选址问题，建议物联卡运营商选择方案应与站点选址方案相近。

（2）国家和省级一般站按照相关技术要求是平均运行率不低于95%、通讯延时≤1 s。根据实际运行情况，满足该要求较为困难，建议降低相关要求。一般站要使用稳定、可靠的物理授时服务器进行时间管理，从而保证数据连续、可靠。

（3）通过抽查发现，个别地表安装方式一般站的设备出现了腐蚀情况，分析认为造成腐蚀的设备大多未安装仪器接地导线，与地面存在电位差，由于仪器外壳多为铝制造，铝的活跃特性引发了电解腐蚀。建议今后在选址中应避开环境潮湿、盐碱地等特殊地区；如实在无法避开，则建议壁挂安装方式，同时要严格按照安装规定对仪器进行接地处理，以降低设备电解腐蚀风险。

（4）由于陕西省内1000个一般站数量大、仪器种类多，因此，出现故障的数量也会更多，在一般站试运行时期，共有8个站点因为缺乏仪器备机备件而停测。为了保障地震预警及烈度速报工作的顺利开展，建议在今后项目建设中要充分考虑备机备件，针对每个地区、不同型号配备足量的备机备件，加强一般站运行维护工作。