国家地震烈度速报与预警工程建设进展

赵国峰 高 楠 杨大克

1）中国北京 100045 中国地震台网中心

2）中国北京 100081 中国地震局地球物理研究所

0 引言

1868 年美国Cooper 提出构建地震预警设想，随着科技的进步，目前全球已有多个国家和地区建成或正在建设地震预警系统，美国、日本、墨西哥等国家和中国台湾地区均已开展了地震预警实践（赵纪东等，2009；保罗·盖斯帕里尼等，2014；刘赫奕等，2020；金星，2021）。

中国是世界上地震灾害严重的国家之一。2008 年5 月12 日，四川省发生汶川MS8.0地震，造成巨大的人员伤亡和经济损失，带给人们难以磨灭的惨痛记忆。据报道，截至2008 年9 月25 日，此次地震共造成69 227 人遇难，17 923 人失踪，374 643 人受伤（汶川特大地震四川抗震救灾志编纂委员会，2018），直接经济损失逾8 451 亿元（http://www.npc.gov.cn/zgrdw/npc/zt/2008-09/05/content_1448390.htm）。地震工作者在认真总结并反思以往工作的基础上，学习并借鉴国际先进技术和成功经验，探索通过地震预警和烈度速报方式减轻地震灾害损失。2010 年1 月，中国地震局启动国家地震烈度速报与预警工程（以下简称“预警工程”）项目立项建议书的编制工作①中国地震局.《国家地震烈度速报与预警工程》项目建议书编制取得阶段性成果.https://www.cea.gov.cn/cea/xwzx/xydt/ 5224686/index.html.。2015 年该项目建议书经中华人民共和国国务院常务会议同意后获批，历经可行性研究、初步设计等，于2018 年7 月启动建设②中国地震局.中国地震预警网示范运行新闻发布会.https://www.cea.gov.cn/cea/xwzx/zyzt/ 5599030/5599037/5601650/index.html.，计划2022 年完成建设，2023 年投入运行，对外开展试服务。本文结合预警工程的目标、主要内容、技术体系等，介绍该工程中各项技术工作的进展情况。

1 工程建设目标和主要内容

预警工程是国家“十三五”期间重大工程项目，在综合历史地震灾害、地震预测、经济发展等基础上，以“重点突出、厉行节约和效果最大化”为原则，将全国分为重点区和一般区，以形成不同的地震预警能力和烈度速报能力。其目标为，通过项目建设，在全国构建地震烈度速报与预警观测网络，建设“国—省”两级处理、“国—省—市”三级发布平台，建立地震烈度速报与预警业务体系，在华北、南北地震带、东南沿海、新疆天山中段、西藏拉萨重点区形成完善的地震预警能力和基于乡镇实测值的烈度速报能力，其他一般区内形成远场大震预警能力和基于县级城市实测值的烈度速报能力③中国地震局.国家地震烈度速报与预警工程可行性研究报告.2016 年7 月.④中国地震局.国家地震烈度速报与预警工程初步设计方案.2017 年11 月.（表1，图1），强化地震参数与地震动参数速报能力，大幅提升地震观测数据获取能力，为防震减灾、应急指挥、快速救援等提供有力保障。

表1 预警工程重点区和一般区功能指标Table 1 Indicators of key and general areas of the NSIRR &EW project

图1 预警工程项目建设目标Fig.1 Construction goal of the NSIRR &EW project

其核心业务目标是，实现地震预警和烈度速报2 项主要功能，其中：地震预警功能是，在（潜在）震源附近通过加密观测，尽可能早地捕捉地震信号，及时发布地震预警（警报）信息，在破坏性地震波到来前告知用户，以减轻地震灾害；烈度速报是，在震后通过实测地震动数据来评估地震对城镇（构筑物等）的影响，确定重点破坏区域，以便于大震后开展有针对性的救援工作等。

建设内容包括1.5 万余个地震台站、3 个国家级中心、31 个省级中心和3 300 余套服务终端等的建设或改造，以及专用定制化软件系统研制和应用部署等。

2 预警工程系统组成

预警工程系统由台站观测系统、通信网络系统、数据处理系统、信息服务系统及技术支持与保障系统5 部分组成（图2），其中：台站观测系统是基础，是地震预警的“哨兵”，主要承担地震数据的实时采集；数据处理系统是核心，是技术系统的“大脑”，负责数据的实时处理及预警信息、烈度产品等的产出；信息服务系统是工程效益的集中体现，负责向各类用户及时提供项目产出的数据和信息；通信网络系统是关键，承担数据和信息的实时传输和交换，肩负全网的安全保障；技术支持与保障系统是支撑，实时监控整体运行状态，保障整个业务系统的正常运行。

图2 预警工程技术系统构成Fig.2 Technical system composition of the NSIRR &EW project

2.1 台站观测系统

台站观测系统采用“多网融合、一网多用”的设计思想，将地震（测震）台网、强震动台网、烈度仪等融合为预警网，预警网除支撑地震预警和烈度速报业务外，还支撑地震速报、震源参数速报（震源机制、破裂过程）等业务。预警工程台站分为基准站、基本站和一般站，不同类型台站部署不同的传感器（表2），以实时监测地震地面运动的速度和加速度情况，并实时传输至数据处理系统。台站布局考虑了地震活动、社会需求、科学性、经济性等多方面因素，在具体布设时，考虑了局部地震危险性的差异，潜在地震活动性强的区域，台站间距相对较小；基准站布设要求台站空间布局均匀、台址环境噪声水平较低，能够监测近场微震、中小地震和强震。四川广元东溪河基准站和新疆昌吉市庙尔沟乡基本站示例见图3。

图3 预警工程建设台站(a)四川广元东溪河基准站；(b)新疆昌吉市庙尔沟乡基本站Fig.3 Station photos of the NSIRR &EW project

表2 预警工程台站类型特征Table 2 Features for stations of the NSIRR &EW project

2.2 数据处理系统

数据处理系统采用国家级和省级两级处理模式，含波形（实时）交换、地震烈度速报、地震参数速报、地震预警等分系统（图4）。其中地震预警分系统关键在于快速、准确地识别地震事件，产出地震预警信息，兼顾预警信息的快（时效性）与准（质量），降低大震预警误触发和漏触发风险等；地震烈度速报分系统主要通过仪器烈度，结合场地衰减等计（估）算受影响区域的地震烈度，确定重点破坏区域。

图4 数据处理系统框架Fig.4 Frame diagram of data processing system

2.3 信息服务系统

信息服务系统采用“国—省—市三级发布”模式，各中心按不同层级可分别向所辖区域内的设定对象提供紧急地震信息服务，建设专用终端、手机APP、PC 终端等系统（图5），可通过政府部门、高铁、核电、水库、燃气、化工厂、商场、医院、中小学校和地震新媒体等向用户直接提供服务，同时预留第三方接入接口，可授权通信运营商、广播、电视、媒体和移动互联网科技公司等第三方接入地震预警信息，向用户提供地震预警信息服务等。

图5 信息服务系统组成Fig.5 Composition diagram of information service system

2.4 通信网络系统

通信网络系统包括通信网络（台站节点网络、省级和国家中心区域网和骨干通信网）、预警信息发布网络、全网统一授时系统、网络安全系统等，用于保障全网数据和信息的实时安全传输、快速交换等。

2.5 技术支持与保障系统

技术支持与保障系统包含专业仪器质检测试、运行质量评估、运行监控、台站运行维护、软件测试等，以及时发现系统运行异常，是保障系统运行，实现高时效性、高可靠性和高运行率的重要环节。

3 项目进展

在中国地震局组织下，地震系统集中优势力量先后在四川、云南、京津冀等先行先试地区组织开展了现场攻坚工作，打通了台站观测、数据处理、信息发布、应用服务、运维监控全链条业务，实现了地震预警服务试运行。2019 年12 月18 日，四川省资中发生MS5.2 地震，震后8.6 s 四川预警系统通过终端等对外发布报警信息（图6）⑤四川省人民政府网站.四川地震烈度速报与预警系统在资中5.2 级地震后8 秒对成都地区作出报警.https://www.sc.gov.cn/10462/10464/13271/13272/2019/12/18/a3a219e467784e2facfda44886c1742c.shtml，引起各大媒体的高度关注，中央电视台、新华社、四川电视台等多家媒体进行了报道，社会反响良好，之后四川省地震局相继与支付宝、村村响等系统开展了对接和集成。2021年，在云南漾濞MS6.4、双柏MS5.1和盈江MS5.0等地震期间，云南地震预警系统通过移动终端、有线电视等向公众发布了地震预警信息（图7），初显减灾潜力（赵至柔等，2021；中国地震局，2021）。

图6 四川资中MS 5.2 地震预警倒计时回放图Fig.6 Early warning of Sichuan Zizhong MS 5.2 earthquake

图7 2021 年5 月21 日云南漾濞4 次地震预警情况Fig.7 Early warning of 4 earthquakes in Yangbi,Yunnan on May 21,2021

2021 年7 月27 日，中国地震局在唐山召开中国地震预警网示范运行新闻发布会，宣布在四川、云南、京津冀和福建地区开展示范运行，标志着“国家地震烈度速报与预警工程”在建设期开始试验性的对外服务②。根据预警工程第二批重点地区建设单位专项攻坚工作安排，广东、山西、甘肃、青海和新疆等地区的地震预警系统通过评估后也将上线试运行。

4 结束语

截至目前，预警工程相关观测系统建设基本完成，其中基准站、基本站建设、专业设备整体安装率超过99%，一般站建设全部完成，开始转入数据回传和数据质量提升阶段，具备开展预警和烈度速报观测基础，国家预警中心和各省级中心基本完成预警工程主体建设任务，3 300 余套紧急信息服务终端完成部署，专业定制化软件已开始分批部署和集成，并结合实际运行情况不断优化完善。预计2022 年底前，各单位进入内部试运行，2023 年项目完成后进入整体试运行，并开展对外试服务工作。