Earthquake magnitude estimation using the τc and Pd method for earthquake early warning systems

Earthquake early warning （EEW） systems are one of the most effective ways to reduce earthquake disaster. Earthquake magnitude estimation is one of the most important and also the most difficult parts of the entire EEW system. In this paper, based on 142 earthquake events and 253 seismic records that were recorded by the KiK-net in Japan, and aftershocks of the large Wenchuan earthquake in Sichuan, we obtained earthquake magnitude estimation relationships using the τe and Pa methods. The standard variances of magnitude calculation of these two formulas are ±0.65 and ±0.56, respectively. The Pd value can also be used to estimate the peak ground motion of velocity, then warning information can be released to the public rapidly, according to the estimation results. In order to insure the stability and reliability of magnitude estimation results, we propose a compatibility test according to the natures of these two parameters. The reliability of the early warning information is significantly improved though this test.     

福建省地震台网预警能力评估

由于常用的均方根值法和噪声功率谱法不能消除不同传感器记录的噪声干扰,为提高噪声水平计算的准确度,本文选用最大概率峰值位移作为背景噪声评估指标。基于可靠的噪声数据,借鉴震级-最大距离监测能力法并考虑预警时效,提出了地震预警最小震级评估方法,系统评估福建三类传感器网及其融合网的地震预警最小震级和预警首报时间。结果表明：测震强震融合网的地震预警最小震级高于单测震网,但明显低于强震网;强震烈度计融合网与单烈度计网的结果相近;三网融合后95%区域的地震预警最小震级约为M_L3.2。由于烈度计网比测震和强震网密集,其预警首报时间最短;三网融合相对于单测震网或单强震网,其震后地震预警首报时间得到了明显缩短,预计95%区域的首报时间为4—6 s。本文研究为福建省的台网布局的优化和重点区域监测能力的提升提供了参考依据。     

Applications of cumulative absolute velocity to urban earthquake early warning systems

An early warning system forewarns an urban area of the forthcoming strong shaking, normally with a few seconds to a few tens of seconds of early warning time before the arrival of the destructive S-wave part of the strong ground motion. For urban and industrial areas susceptible to earthquake damage, where the fault rupture system is complex and the fault-site distances are short, there is usually insufficient time to compute the hypocenter, focal parameters and the magnitude of an earthquake. Therefore, simpler and robust early warning algorithm is needed. The direct (engineering) early warning systems are based on algorithms of the exceedance of specified threshold time domain amplitude levels. The continuous stations’ data are processed to compute specific engineering parameters robustly and compared with specified threshold levels. The parameters can be chosen as band-pass filtered peak ground accelerations and/or the bracketed cumulative absolute velocity (BCAV). In this paper, an enhancement to bracket cumulative absolute velocity for the application of online urban early warning systems results in a new parameter called window based bracketed cumulative absolute velocity (BCAV-W). The BCAV-W allows computation of cumulative absolute velocity in a specified window size and to include the vertical component of the motion. The importance of choosing optimum window size for the cumulative absolute velocity BCAV-W is discussed and the correlations between BCAV-W and the macro-seismic intensity are studied for three combinations of horizontal and vertical components of the motion. Empirical relationship is developed to estimate BCAV-W as a function of magnitude, distance, fault mechanism, and site category based on 1,208 recorded ground motion data from 75 earthquakes in active plate-margins.     

Pd-τc相容性检验方法在触发事件判别分析中的应用

结合福建地区地震预警系统的运行情况和处理能力, 利用日本KiK-net台网和福建地震台网记录的天然地震事件和人工爆破事件实测数据, 探讨了P_d-τ_c相容性检验方法在触发事件类型实时判别中应用的可行性． 结果表明, P_d-τ_c相容性检验方法能够较好地区分大震级地方震与误触发事件, 也能对远震事件进行粗略判别, 但对于小震级地方震和人工爆破事件则无法有效判别． 随后, 以P_d-τ_c相容性检验结果为基础, 本文设定强度参数P_d=10-3 cm为界线, 即可从众多触发事件中甄选出可能产生破坏的大震级地方震事件． 本文方法有助于提高触发事件类型判别结果的可靠性、 预警系统的处理效率和系统产出信息的准确度．      

新型雷电预警系统在地震台站的应用

福建地区的雷电活动频繁,地震台站的数据完整性和数据质量因雷电灾害严重降低。为确保台站仪器稳定运行及数据有效可靠,福建局实施多个措施对地震台站内、外部防雷进行整体改造。新型雷电预警系统设定多级报警阀值,并实时监视台站20km范围内大气电场强度,当系统监测值超阀值时,则发出预警并自动切换电源,为前兆仪器设备的防雷发挥着至关重要作用,也为取代人工断电模式提供安全保证,有利于地震台站稳定运行。     

中国地震预警延迟时间算法及其对预警盲区的影响研究

通过分析预警系统的预警步骤来探讨影响获得预警时间的因素,并与瑞士地震台网预警延迟各步骤进行对比,得出中国地震预警系统仪器延迟时间为7.6s。提出地震波到台站所需时间的算法,较震中假设在台站中间的传统算法更为准确,在此算法下采用双台法和四台法计算接收地震波所需时间,得到中国地震预警延迟时间。讨论双台法和四台法在不同震源深度和台站密度下对预警盲区大小的影响,在台间距小于20km时,2种方法预警盲区差异不大。通过理论计算得出,在台站到达一定密度时,预警系统仪器延迟时间缩短比台站加密对预警盲区的缩小更有效。     

手机端地震预警研究进展与展望

传统地震预警方法通过在地震频发区域部署高密度地震监测台网,进而构建区域地震预警系统。但此方法所需投资较高,同时还需要政府和不同行业间的密切合作,使得大部分位于地震频发区域的国家和地区无力支撑地震预警系统的建设与运维。随着微机电系统技术的发展以及智能手机的普及,地震预警技术出现了新的研究方向,利用智能手机开展地震预警具有巨大的发展潜力。迄今为止,国内外已研发完成多款诸如MyShake、i-jishin之类的手机端APP地震预警软件。本文详细描述了利用手机端内嵌MEMS芯片开展地震预警的研究进展,较为系统地总结了在手机端进行地震预警时所涉及的处理流程以及相关算法。     

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。     

高速铁路地震预警系统控车方案研究

随着中国高速铁路建设的飞速发展,对高速铁路地震预警系统的要求越来越迫切。目前我国建成的几条高速铁路地震监测及预警系统,都是在铁路沿线布置的台网,没有与当地地震台网实现地震信息共享,对于地震的精确定位以及强度估计存在一定的偏差。在高速列车快速制动后,如果能从地震台网获得相应的地震信息,对于制定高速列车恢复行车策略能够起到很大的作用。本文在对国外和国内高速铁路地震预警系统建设调研的基础上,结合我国目前建设的地震预警系统实际情况,提出了高速铁路地震预警系统快速制动及恢复行驶方案,以期对我国下一步高速铁路地震预警系统的建设提供参考。     

2018年海峡MS6.2地震社会影响调查与分析

以2018年台湾海峡M_S6.2地震造成的社会影响作为主要调查内容,选取了福建省东山县普通群众作为调查对象,从震时人的感觉、灾时应急避险情况、社会心理、防震减灾及地震预警知识普及情况等方面进行调查研究,目的是了解东山县居民地震应急避险情况及防震减灾知识普及程度等,为今后有针对性的做好防震减灾宣传,提升社会公众抵御地震灾害能力提供一定的参考。      

地震预警连续定位方法研究

本文首先总结了地震预警系统中采用的一些实时定位方法,随后结合我国地震监测台网实际运行情况,提出了一套从单个台站触发开始逐渐过渡到利用前四台触发信息的完整地震预警连续定位方法.利用福建省地震监测台网记录的68个M3.0级以上地震观测记录,对本文方法的验证结果表明,对于网内地震,采用本文方法的单台定位结果误差均小于为50 km,双台定位结果误差均小于35 km,三台定位结果误差约为15 km,四台定位结果误差约为6 km;网外地震的三台、四台定位结果误差均小于30 km.推导了采用本文三、四台预警定位方法的误差公式.利用福建地区现有及"十一五"完成后的地震观测台网分别计算得到了定位误差分布图.根据误差分析结果即可对定位结果的可靠性预先做出判断,有利于提高地震预警系统运行的可靠性.     

Rapid and reliable seismic source characterization in earthquake early warning systems: current methodologies,results, and new perspectives

In the present paper, we provided a review of the main principles and methodologies on which the current earthquake early warning systems are grounded and will also provide a perspective view for next future developments and improvements. First, we introduce the standard methodologies for the source characterization in earthquake early warning, with a special focus on the real-time earthquake magnitude determination. We discuss the suitability of existent methodologies and empirical regression laws for very large events. We then present the different approaches for the rapid prediction of the ground shaking and of the potential damaged zone, both based on traditional seismic data and on the use of continuous GPS data. Finally, the last part of the paper provides the perspective view toward a next generation of early warning systems, linking new research achievements about the earthquake rupture nucleation and the development of new methods/technologies aimed at a fast and high-resolution, real-time modeling of the ongoing source process and accurate prediction of the quake shaking at the regional and local scale.     

核电站强震动观测与地震预警述评

简要介绍强震动观测和地震预警技术及其在核电站工程中的应用情况.基于有关导则相关要求的介绍,对核电站强震观测系统的一般要求进行说明,分别以Beznau核电站和我国某核电站为例,介绍了强震仪测点的布置情况.以立陶宛Ignalina核电站为例,对地震预警技术在核电站中的应用情况做了分析和探讨.最后,提出了今后核电站地震观测和地震预警中值得关注的有关问题.     

日本地震预警系统发展历程

地震预警（EEW）或实时地震预警系统是指,几秒内检测到临近区域可能发生的强烈地震后,对本地提供预警信息的系统。地震预警的目标是,通过相应决策让人们能够在多种环境中保护自己,并减轻与地震相关的次生灾害。本文详细介绍了地震预警系统在日本的发展历程,指出预警信息已不再局限于向高级用户和公众用户进行发布,私人定制用户已成为预警信息发布的重要需求。未来地震预警技术的发展,特别是实时断层源成像识别技术,对改善预警系统并快速识别震源参数具有重要意义。     

四川地震预警网外玛多7.4级地震预警分析研究

2021年5月22日2时4分青海省玛多县发生M7.4地震。四川地震预警台网成功地处理并产出了本次地震预警结果。本文针对四川地震预警系统产出的8次地震预警处理结果及预警减灾效能进行了分析。此次地震震中距四川地震预警网55km,首台触发后12.19s发布首次预警处理结果,前5次预警处理结果用时距离首台触发时间均小于35s。与正式地震目录对比,第1次预警处理结果震中位置偏差为17.1km,震级偏差为-1.8,盲区半径为121km。随着参与计算台站数量增多,震中位置偏差和震级偏差不断减小,盲区半径不断增大。由于地震破裂时间长和台站限幅等原因,8次预警震级均偏小。本次地震预警的有效获益区为震中距121～324km的环形区域,此区域内减灾效能显著。本次地震预警结果表明,四川地震预警系统在本次地震中预警产出效果较好,对于网外大地震预警有重要参考意义。     

地震预警信息快速发布系统研究

为了以最小的延时和最便捷的方式向公众提供最准确的地震预警信息,本文基于互联网技术,面向移动端及桌面端用户,提出了地震预警信息发布系统总体架构设计方案,对比分析了各类数据交换方式,推荐使用MQTT+JSON的数据格式作为服务端与客户端的交互方式,并利用LBS及GIS等关键技术实现了一体化地震预警信息发布系统。通过综合测试,验证了系统在实时性、可靠性等方面的优势。     

地震预警定位方法研究

实时地震定位是地震预警系统中必须解决的关键问题之一.文中在借鉴已有实时地震定位方法的基础上并结合我国台网的实际情况,推导得到一套利用前三/四台P波、S波到时信息进行实时定位的算法.作者选取2000年至2008年问福建省地震监测台网记录到的68个3.0级以上地震对该算法进行验证.研究结果表明,采用文中方法的定位结果具有一...     

模拟PLUM方法在2021年日本福岛县近海M7.3级地震中的表现

2021年2月13日晚,日本福岛县近海发生M7.3级地震,产生强烈振动,此次地震被认为是"3.11"地震的余震。首先介绍了PLUM方法的原理及日本气象厅地震预警系统对于PLUM方法的应用,评述了JMA地震预警结果。通过模拟PLUM方法在此次地震中的表现,由预测精度和有效预警时间两个指标来评估该方法的性能,并与日本气象厅发布的预警信息对比。模拟结果显示:受限于地震数据以及PLUM方法本身的原理,在震后第24 s发出第一次警报,不及使用P波预警与PLUM相结合的JMA地震预警系统及时。在地震前期0~40 s处于烈度剧烈上升阶段,预测精度较差;40 s之后的预测结果较为准确,预测精度高达100%。PLUM方法可以有效克服点-源模型中的弊端,特别是在多个地震同时发生的情况下预警效果良好,将PLUM方法纳入我国地震预警系统可以有效提高预警能力。     

“地震预警”法律概念的构成及延展

“地震预警”法律概念是讨论和规范地震预警相关行为的基础,也是地震预警立法首先要明确的问题。目前,国家层面尚未制定专门的地震预警法律法规,地方已经颁布的管理办法中对“地震预警”法律概念的规定也不完全一致。随着地震预警立法进程的不断推进,“地震预警”法律概念的确定和统一愈发重要和迫切。“地震预警”法律概念应涵括其技术属性和社会属性,秉持完整规范、避免歧义的原则,将时间、空间、机理和影响等要素排列组合而成。为深入理解这一概念,本文还讨论了发布主体、预警客体、技术服务、法律责任等地震预警法律规范的基本内容。     

地震预警系统的效能评估和社会效益分析

本文从地震预警系统可减少的人员伤亡和可挽回的经济损失两个角度出发, 研究了地震预警系统的效能和社会效益. 通过对兰州市及周边地区潜在震源各个震级档的年平均发生概率进行计算, 并结合以兰州市为中心布设的80个强震预警台站信息, 计算了有效的预警时间及地震烈度. 基于生命易损性模型方法, 计算了地震预警系统可减少的人员伤亡系数; 采用基于宏观GDP的损失评估方法, 计算了地震预警系统可减少的经济损失, 分析了地震预警系统的社会效益. 计算结果表明: 减小地震预警盲区范围对提高地震预警系统的效能非常关键; 地震预警系统的建设和台网布局应重点考虑布设区域的人口密度、 经济情况及地震发生概率.