基于地震P波初至2 s功率信息的高速铁路地震预警系统快速震级估算方法

震级估算是高速铁路地震预警系统的关键技术参数,更加快速、准确的震级估算模型能够更好地保障人民的生命财产安全。利用日本K-net强震动数据,建立基于地震P波到达后携带功率信息的地震动衰减模型并用于震级估算,并将本文算法与传统算法对比。结果表明,在1~5 s的时间窗下,模型的震级估算误差均明显小于传统的方法,且小震高估现象也明显改善;随着时窗长度的增加,模型的震级估算误差及标准差也逐渐降低,实现率也逐步提升,在1 s的时窗长度下,模型的单台震级估算实现率满足规范要求;对7级以下地震,模型的震级估算实现率可在地震P波到达1 s后满足规范要求;对7级以上地震,模型的震级估算实现率可以在地震P波到达2 s后满足规范要求。

基于分形维数的高速铁路地震预警系统地震P波震相识别方法

为更好保障高速铁路的运营安全,高速铁路地震预警系统的实施十分必要。5级以下的小震事件占据地震事件的95%以上,提高高速铁路预警系统在小震震相识别的速度与精度能有效保障高铁安全运营。提出一种基于分形维数的地震震相识别算法,优化传统分形维数的计算方法,提高分形维数的计算速度。引入分形斜率曲线并划分为4个阶段,分析临界点的分形斜率特征,通过识别分形斜率极值时刻判断地震波精准到达时刻。提出的算法平均误差达到0.006 3 s,标准差达到0.043 8 s,满足高速铁路地震预警系统的时效性和准确度要求。

基于机器学习预测模型的现地警报级别地震预警试验——以2022年9月5日四川泸定6.8级地震为例

2022年9月5日12时52分四川省甘孜州泸定县发生6.8级地震,造成严重的经济损失和人员伤亡.本文利用此次地震中台站记录到的强震动数据,离线模拟基于机器学习预测模型的现地警报级别地震预警方法.该方法首先构建基于支持向量机的震级预测模型与现地地震动速度峰值(peak ground velocity,PGV)预测模型,而后将每个台站的震级和PGV预测值分别与震级阈值5.7和PGV阈值9.12 cm·s^(-1)做比较,进而得到现地警报级别(0,1,2,3),并用于判断台站附近是否发生潜在破坏.其中,警报级别3为预测震级和预测PGV都超过了阈值,表明在该台站附近有潜在地震破坏且震级偏大.此次地震的离线模拟结果表明:使用P波到达后3 s时间窗,基于支持向量机震级预测模型的单台震级估计标准差为0.35、平均绝对误差为0.27;基于支持向量机PGV预测模型的现地PGV预测标准差为0.34、平均绝对误差为0.32;震级估计误差和PGV预测误差主要分布在±2倍标准差范围内.在不考虑数据打包与传输延时的条件下,地震烈度Ⅶ度区域内的触发台站在震后8 s几乎都发布了警报级别3.在此次地震的震后初期,基于机器学习预测模型的现地警报级别地震预警方法可以得到可靠的警报预测结果,并为中国地震预警系统升级提供了潜在参考.

地震重大工程建设项目档案管理实践——以山西地震预警工程项目为例

地震是对人类生存安全危害最大的自然灾害之一,地震监测是地震科学研究的基础,是开展地震预测预警探索、有效震灾预防和地震应急救援的基础。根据中国地震局安排部署,山西省地震局目前参与实施了“中国数字地震监测系统”“中国数字地震观测网络”“中国地震背景场建设”“国家地震烈度速报与预警工程”“‘一带一路’地震监测台网项目”5项地震监测建设工程项目,形成了大量的地震重大工程建设项目档案。笔者以国家地震烈度速报与预警工程-山西子项目(以下简称“预警工程项目”)为例,重点介绍此类档案的特征及其收集管理方法和取得实效。

吉林省地震预警台网监测能力及时效性评估

基于吉林省地震预警台网数据,充分考虑地震预警的时效性要求,利用地震预警的最小震级评估方法,系统评估该预警台网的地震预警最小震级,并对该省预警首报时间进行分析。结果表明:①吉林省地震预警台网的地震计、强震仪、烈度仪背景噪声水平依次增大;②强震仪、烈度仪单网以及地震计—强震仪—烈度仪三网融合可预警地震最小震级均高于地震计单网,三网融合后,吉林全省95%区域可预警地震最小震级为ML 4.4,预警监测能力明显优于烈度仪单网;③吉林地震预警台网首台触发后首报时间平均约5.4 s,震后首报时间平均约10 s。本研究结果可为吉林省地震预警台网布局优化及地震预警能力提升提供参考依据。

江苏地震预警信息服务系统分析

对国家地震烈度速报与预警工程江苏预警信息服务系统进行了介绍,分析了2023年6月系统试运行以来的预警信息发布情况。结果显示,预警信息发布的主要延时存在于地震发生到国家一级融合决策系统正式发布预警信息的过程,最短延时为4 s,平均延时为14.358 6 s,江苏省预警系统的预警信息发布各环节延时较少,平均总延时不超过0.9 s,Ⅱ类省级预警中心所在地发生地震后,预警信息发布时延会略长于Ⅰ类。整体来看,江苏地震预警信息服务系统满足时效性要求并具有良好的稳定性,在省预警项目建设完成后,将实现省内破坏性秒级地震预警信息发布与示范服务。

基于机器学习和迁移学习的地震预警震级估计

震级估计是地震预警的重要环节之一。快速且可靠的震级估计可以为地震预警系统提供有效的地震预警信息。传统的地震预警震级估计方法主要利用从P波信号中提取单一的特征建立震级估计经验预测方程,且震级估计误差较大。为了提高地震预警震级估计的可靠性以及探索机器学习方法在中国川滇地区地震预警震级估计的可行性,基于日本K-NET台网记录的强震动数据建立用于震级估计的机器学习预训练模型(CRnet-M),CRnet-M模型结合了卷积神经网络和循环神经网络;结合迁移学习和中国川滇地区的强震动数据,对预训练的CRnet-M模型进行微调和训练,进而建立了用于中国川滇地区的震级估计模型(TLCRnet-M)。研究结果表明:对于日本的测试数据集,在P波触发后3 s,和传统的地震预警震级估计方法相比,预训练的CRnet-M模型有更小的震级估计误差,且绝对误差在0~0.5震级单位范围内的百分比达到了86.89%;对于川滇地区的测试数据集,在P波触发后3 s,和传统的地震预警震级估计方法以及未使用迁移学习的CRnet-M模型相比,使用迁移学习的TLCRnet-M模型提高了震级估计的可靠性,且绝对误差在0~0.5震级单位范围内的百分比为76.25%。方法在一定程度上提高了地震预警震级估计的可靠性,且对于地震预警系统有一定意义。

辽宁地震预警系统效能检验——以2022年9月19日辽宁盖州海域M3.0地震为例

2022年9月19日辽宁盖州海域M3.0地震是辽宁地震预警系统部署完成后发生在预警区内的首个3.0级地震。通过对本次地震JEEW和EEW两套地震预警超快定位模块产出结果与中国地震台网正式目录结果进行偏差分析,得到以下几点结论:(1)JEEW和EEW两套预警超快定位模块对于辽宁盖州海域地震定位的发震时刻、震中位置结果较好,可以作为预警发布结果对外推送;(2)辽宁地震预警系统对于预警区边缘地带地震事件的定位比较可靠;(3)辽宁预警系统在震后11.1秒时给出预警发布结果,预警信息产出速度符合要求;(4)地震预警震级可能存在偏小的风险,需要后续开展预警台站场地校正、区域量规函数计算等相关工作,以减小场地带来的测定震级的偏差,提高单台特别是首台测定震级的准确性。

山西台网地震预警系统和测震台网数据对比分析

收集整理2021年9月至2023年1月山西及邻省所有触发的地震预警事件,针对山西预警JEEW和EEW两套系统产出预警参数和测震数据统一编目数据,从发震时刻、震级、震中位置和震源深度几方面进行对比分析。总体来说,山西地震预警区内地震预警参数基本稳定,可满足山西地震预警条件。

山西省地震预警区域网的运行与分析

山西省地震预警区域通信网络已运行两年多,通过对网络运行情况、通信链路的运行率、故障原因等进行系统分析,得出网络故障主要包括线路类、供电类、设备类和其他类,其中线路类故障占比最高,达72%,并针对不同的故障给出相应的故障处置措施。采用网络运行监控系统可在第一时间发现故障,有效提高地震预警网络的运行质量,保障地震预警业务系统的可靠稳定运行,提高地震速报预警的时效性。

大同、朔州地震预警基准、基本站运行质量分析

2015年以来,我国为加快推进地震预警技术体系建设,在全国范围内启动“国家地震烈度速报与预警工程”建设工作,其中在大同、朔州新建地震预警基准、基本站33个,新建一般站146个。为深入了解新建基准、基本站运行状况,本文对各站点试运行以来运行情况和台基噪声、地震记录及地震预警触发等情况进行分析。结果显示,各站点运行状况良好,运行率呈稳定上升趋势,延时率呈稳定下降趋势,站网总体观测环境噪声、波形记录、地震预警触发良好,山西地区地震预警初见成效。

地震预警法律制度体系的构建与完善

国家地震预警工程要发挥真正的减灾实效离不开相应的法律制度的支撑和保障。与地震预警系统的建设进程相比,地震预警的法律制度建设呈现出滞后状态,制度建设工作亟待跟进和完善。地震预警法律制度应进行体系化构建,确立以《防震减灾法》为引领,以部门规章、地方性法规或地方政府规章为依托,以相关技术标准为补充的制度化体系,以确保地震预警法律体系和法律秩序的稳定性。构建与完善地震预警法律制度体系的工作主要包括:积极推进《防震减灾法》的修订工作,补充地震预警规范条款;在总结地方立法经验基础上,推进地震预警部门规章的制定工作;补充制定地震预警信息发布行业标准,健全地震预警标准体系;进一步科学地规范和细化地震预警法律制度的具体内容。

日本地震预警系统研究综述

为深入了解日本地震预警系统在防震减灾中的有效应用,本文首先,介绍了日本地震预警系统的研究现状,包括铁路地震预警系统、陆域和海域地震预警系统以及长周期地震预警系统;其次,阐述了预警发布标准、发布方式和发布后的避险措施,总结了地震预警的特点、局限性和注意事项,讨论了我国在地震预警系统建设时遇到的问题。通过对日本地震预警系统的全面介绍和深入分析,有利于了解该系统的运行机制、应用效果以及面临的挑战,为我国地震预警事业的发展提供重要参考。

基于概率功率谱密度的山西地震预警台网地噪声水平计算与分析

地震监测预警要求高质量台站波形数据记录,而测震台站设备的异常运行导致波形异常时有发生,影响了台站数据质量。面对数量骤增的预警台站,仅依靠人工浏览波形方式难以及时发现波形异常台站,无法保证观测数据质量。以山西预警台网基准站、基本站及一般站实时记录的波形数据为基础,采用概率功率谱密度(PPSD)计算方法,实现对预警台站地噪声水平的计算,同时利用PDF图对比分析部分台站正常与异常波形特点。结果表明:地震计能有效记录较宽频带内的台基噪声;加速度计能记录大于0.1 Hz的台基噪声;烈度计仅记录自噪声,无法有效记录台基噪声。分析认为,可利用该方法检验台站仪器的运行状态,以便及时发现异常台站,进而实现对台站波形数据的质量监控。

2022年9月5日泸定M6.8地震预警分析

2022年9月5日,四川省泸定县发生M6.8地震。针对四川地震预警台网部署的EEW和JEEW地震预警处理软件产出的地震预警信息进行分析,从观测数据质量、预警参数测定、减灾效能等方面对地震预警处理过程进行系统性分析,检验预警软件处理结果的可靠性。结果表明,EEW和JEEW分别在震后4.4、8.2 s产出了首报预警信息,震级偏差分别为−1.6、−0.8,震中位置偏差分别为11.2、0.8 km,随着时间的延长和触发台站的增多,预警处理结果最终与正式目录结果趋于一致;本次地震预警盲区半径为14.7 km,预警盲区以外,烈度Ⅵ度以上区域的预警时间为0~21 s,预警有效获益区内减灾效能显著。

地震烈度仪对卷积神经网络模型地震预警震级估计的影响

为探索地震烈度仪对卷积神经网络模型地震预警震级估计的影响,以2022年中国发生的5次破坏性地震(M_S≥5.8)为例,将地震数据应用到卷积神经网络震级估计模型中,分析引入烈度仪地震数据后的震级估计。结果表明:在P波到达后3 s,烈度仪和强震仪的单台震级估计误差主要分布在±1震级单位范围内;对于震中距100 km以内的数据,在P波到达后10 s内,与强震仪相比,烈度仪震级估计误差均值更接近0;对于信噪比小于20的数据,强震仪震级估计误差均值比烈度仪的震级估计误差均值更接近0,且烈度仪有更大震级估计误差的不确定度。此外,对于这5次地震,与强震仪相比,烈度仪的数量更多、分布更密,引入烈度仪地震数据后,卷积神经网络模型更快地获得鲁棒的震级估计。研究结果为地震烈度仪在卷积神经网络震级估计模型中的适用性提供了依据,也为地震预警系统震级估计提供参考。

甘肃及邻区基于地震预警参数τ_(c)和P_(d)的震级快速计算模型研究

地震预警作为目前能够有效减轻地震灾害的手段之一,可以在破坏性地震动来临之前提供几秒至几十秒的预警时间,提醒预警区域采取紧急处置措施以减轻人员伤亡和财产损失。地震预警是一个复杂的系统,其中利用地震参数快速、准确地进行实时震级估算是其有效发挥减灾作用的关键。文章基于2012—2020年发生在甘肃省及邻区的190个地震共821条记录(3.1≤M≤6.6),计算分析在P波1~10 s时间窗长度内,两种地震预警参数(卓越周期τ_(c)和位移幅值P_(d))分别在垂直向、水平向和三分向均值测项三种不同条件下与峰值参数PGV、PGD的相关性,拟合相应的预警震级快速计算模型,并将估算震级M_(E)与实际震级M_(C)进行比较。结果表明:时间窗长度的改变对结果有一定的影响,而测项改变造成的差别较小。此外,在拟合度、预测残差均值和标准差,以及残差分布等预测效果方面,采用参数P_(d)的模型性能优于参数τ_(c)。考虑到参数和震级的实时计算以及预警信息发布的时效性要求,推荐在该地区应用垂直向记录P波到时3 s后的参数P_(d)来进行地震预警震级实时快速计算。

中国地震预警技术测试平台建设与应用

为解决国内地震预警专业软硬件稳定性和可靠性不足、列装测试不充分的技术难题,尽可能降低地震预警系统运行的风险,建设了专业化的中国地震预警技术测试平台。该平台构建了软件和硬件两大测试系统,明确了测试方法、测试用例、测试流程和评价指标,具备在线功能测试、离线回溯测试、预警信息测试和信息安全测试等功能模块。通过系统性测试和综合评估测试结果,为地震预警专业软硬件完善和升级提供科学依据,筑牢地震预警系统的安全防线。

2023年6月15日上海青浦M3.1地震预警处理结果分析

2023年6月15日1时39分上海市青浦区发生M3.1地震。上海地震预警台网成功接收中国地震预警网发布的地震预警信息,本地部署的福建预警系统EEW也成功处理并产出了本次地震预警结果。本文对上海地震预警系统产出的7次地震预警处理结果,以及中国地震预警网发布的地震预警信息进行比对分析。此次地震震中位于上海地震预警网内,震后6.8 s发布首次预警信息,全部7次预警处理结果均在震后15 s内产出。与正式地震目录相比,第一次预警处理结果震中位置偏差为5 km,震级偏差为−0.1。随着参与计算的预警台站数量增多,震中位置最终与正式目录一致,震级偏差也保持在0.5。本次地震预警结果表明,上海及周边地区虽然属于地震活动主要以小微震为主的预警一般区,但是由于预警台站密度较大,发生地震后也可以在较短时间内产出比较精确的预警处理结果,这对正在进行的长三角监测预警业务一体化工作具有重要参考意义。

福建地震预警工程网络设计与应用

国家地震烈度速报与预警工程是一项旨在建立全国范围的地震烈度速报与预警观测网络的重大项目。福建地震预警工程作为一个子项目,涵盖台站观测、数据处理、信息服务、通信网络等体系,其中,通信网络作为该项目的重要组成部分,全力保障地震预警网安全可靠运行,为公众提供及时、准确的地震预警信息。该文主要介绍福建地震预警工程网络设计原则、核心网络建设方案以及省中心网络路由规划,同时给出预警区域中心网络建设的技术方案,最后介绍预警网络建成后的运行情况。福建地震预警工程提升了福建省紧急地震信息的发布能力,丰富了防震减灾公共服务产品,增强了信息服务的能力。