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。     

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。     

MyShake:全球智能手机地震台网的初步观测结果

MyShake是利用众包之力建立起来的一个全球智能手机地震台网。在MyShake应用程序发布后的最初6个月,下载量接近20万。平均每天大约有8 000部手机向MyShake档案库提供加速度波形数据。手机中的MyShake应用程序可以检测到P波并被P波触发,还能记录到震级为2.5及以上的地震事件。截止目前,MyShake已经记录到超过200个地震事件,包括发生在智利、阿根廷、墨西哥、摩洛哥、尼泊尔、新西兰、中国台湾、日本,以及横跨北美范围的地震。目前单次地震事件中记录到地震波形最多的是发生在美国加利福尼亚南部博里戈斯普林斯的M5.2地震,MyShake收集了该地震103条有用的三分量波形记录。随着Google Play商店上MyShake的不断下载,和公众对诸如地震序列发生期间的地震峰值产生兴趣,台网规模得到了迅速发展。关键点当今第一个利用个人智能手机提供加速度波形的全球地震台网;震级M2.5或更大时,手机上的地震检测算法被触发;20万部手机下载了MyShake应用程序,并为其提供了来自六大洲的地震波形数据。     

地震预警日志分析系统设计与实现

目前河北地震预警系统有JEEW和EEW两套系统,两套产出的日志文件内容没有参数说明,不便于后期分析处理工作。新设计的地震预警日志分析系统（以下简称“本系统”）采用B/S架构,可将两套预警系统产出的日志信息进行分析提取,以表格和地图展示的形式将日志文件内的信息进行数据可视化,清晰、直观地看出预警结果产出过程中的数据变化过程,还可对预警信息与人工速报结果对比,提高预警日志文件使用价值。     

地震预警的下限应该是多少?

正地震预警对社会的影响非常重要,但关于这一课题的研究尚不成熟!地震预警(EEW)系统的主要目标是向可能受到特定震级的地震影响的社会群体发出警报,使他们能够采取必要的行动减轻地震造成的影响。例如人员受伤、基础设施损坏或情绪恐慌等。大多数EEW系统的工作原理是快速确定地震的位置和震级水平,估计地震烈度,然后向潜在的可能受影响的群体发布警报。但是,EEW系统会受地震震级确定的速度以及地震破裂传播过程的细节、地震波传播路径和预警系统分布情况的     

地震网络项目:基于大众智能手机的地震预警系统

地震网络研究项目旨在实现利用智能手机作为加速度计的全球地震预警系统。地震波会产生地震动,我们根据没有地震动时的预期报告数目设定阈值,当地震发生后30s报告地震动的智能手机数目超过阈值时,中央服务器的软件就会发布地震事件。本文中,我们分析了地震网络项目的智能手机网手机的数据,以推断是否具有初步确定震中估计值的足够信息。数据包含智能手机空间位置和服务器接收时间。对智能手机数据的初步分析结果表明,信号时间并非如预期一样,能显示出震相的系统偏移。因此,一种利用网络中大量智能手机的新方法应运而生。尤其是,震中估计仅需要考虑报告地震和未报告地震智能手机的空间位置。我们利用非参数方法和基于模型方法,通过利用模拟地震数据和系统检测到的智利49次地震事件数据,研究了两种方法对震中估计的性能。在线资料2015年9月16日至11月11日期间地震网络项目的地震预警系统检测到的49次智利地震事件的估计结果     

新疆天山中段地震预警结果分析

为完成新疆天山中段重点预警区预警结果质量评估，对各地震预警系统产出率、预警时效性、震级偏差、震中偏差进行统计分析。以2022年1月1日至8月31日新疆天山中段重点预警区内的24条人工正式速报地震事件为基础，对新疆地震预警工程中EEW系统、JEEW系统预警首报结果进行统计分析。最终通过决策系统融合EEW与JEEW产出结果后进行发布，预警时效性小于10 s的预警地震事件7条，占比46.7%,震级偏差0～0.7,平均0.4,震级偏差全部小于1.0的地震事件占比100%,震中偏差小于10 km的地震事件14条，占比93.3%。综合分析，新疆两套地震预警系统对重点预警区内M_S3.0以上地震事件基本都能产出预警结果，决策系统发布结果在准确性方面基本满足预警要求，预警时效性方面有待改进与加强。     

云南地震预警基准站双链路设计与应用

为了及时预警和减轻地震灾害的影响,建立地震预警系统至关重要。地震预警基准站是预警系统的基石和数据来源,基于VPDN、NQA等网络技术,设计了双链路热备的云南地震预警基准站链路传输模式,确保基准站数据稳定、快速地传输。通过实验验证,该系统具有较高的稳定性和可靠性,可以有效提高地震预警的准确性和时效性,并成功应用于云南区域预警基准站建设先行先试,为各省预警基准站通信链路建设提供参考。     

日本地震预警系统在2011年3月11日地震中的效能、不足与改进

自2007年10月以来,成熟的公共紧急地震速报(earthquake early warning,EEW)系统(国内称为地震预警系统)在日本得到应用。2011年日本东北近海(Tohokuoki)地震和海啸(也被称为3·11)发生时,震中附近的几百万人在最严重的振动发生前约15~20s,收到了地震预警(EEW)信息,同时更多周边地区的人在不太严重的振动开始前,有更多的预警时间。这些人中大约90%能够预先采取行动拯救自己及其家庭成员的生命,或根据事先计划采取其他措施,有些行为措施是基于对警报的直观反应。如此高的效率,取决于学校及社会中关于EEW系统知识的教育。尽管EEW系统存在着一些不足,但其有效性促使日本加密现有的地震与海啸监测台网。该台网在日本东部近海岛弧有约150个台站,并提供一个特殊的终端,使EEW系统更进一步应用在超过53 000名学生的学校中。当前对其分析和发布方案的改进也正在进行中。     

利用持续监测滤波后的垂直位移更快速短距离地震预警：2010年台湾甲仙地震典型例子研究

收集了台湾强震观测计划（TSMIP）台站记录的2010年袭击台湾南部的甲仙地震（M6．4）的强震加速度图,用来对我们提出的短距离地震预警（EEW）方法进行离线测试。2010年的甲仙地震表明了人们对短距离地震预警的迫切需求。所测试的短距离地震预警方法是一种基于阈值的方法,依赖于滤波后的垂直位移的幅度。我们的结果显示,与台湾当前针对短距离警报的地震预警系统（EEWS）相比,所测试方法的地震预警提前时间有了显著提高。对于震中距约为25km的地方,地震预警的提前时间比强地震动加速度到达时间早了2～4s。我们认为,这种基于阈值的地震预警方法也许可用于目标地区和全球孕震区附近急需地震预警的对象。     

现代地震预警系统中的时间延迟效应分析

地震预警系统(EEW)中时间延迟制约着地震预警的时效性,缩短地震预警延迟时间能显著提高地震预报效能和应急反应能力。通过分析地震预警系统的延迟因素,分解从地震发生到预警信息发布过程的各个环节,计算出每个环节的时间延迟值,并对原地、异地和混合地震预警模式的地震预警水平、预警盲区半径进行对比,分析三种地震预警模式的时间延迟效应。结果显示,预警系统的时间延迟主要包含数据传输和数据处理两方面,实验室理论最少延迟时间为Δt=3.9s;主流预警系统平均延迟时间为Δt=14.3s;最先进的预警系统延迟只有Δt=8.7s。时间延迟同样影响着浅源地震(0~60km)的预警盲区半径,二者呈正相关性,当Δt=8.7s时,盲区半径最高达52.2km;当Δt=3.9s时,盲区半径最大只有23.4km。分析认为,有效缩短地震预警系统中的延迟时间,不仅能提高地震预警的时效性,同时能降低预警的盲区范围,对整个监测预报、预警和防灾减灾事业也有积极的推动作用。     

地震台阵处理在地震预警中的应用

强震来临之前预先发出警告的地震预警(EEW)系统是减轻地震灾害的关键。目前运行的地震预警系统基于的是点源假设,由于忽视有效源的效应导致震级幅度被低估,从而在大地震事件中效用受限。在这里,我们探讨地震预警使用活断层附近的小孔径地震台阵来实时表征破裂尺寸的概念。反向追踪台阵波形可实时估计出破裂前沿的范围(代表破裂的尺寸)和方向性,为现有的地震预警系统针对M7地震提供附加的地震预警性能。我们在模拟的实时环境中对其实际运行,并分析由美国地质调查局帕克菲尔德密集地震台阵(UPSAR)监测的2004年加利福尼亚帕克菲尔德M6地震记录,以及由加利福尼亚圣迭戈强震传感器监测的2010年El Mayor-Cucapah M7.2地震记录。我们发现基于较小事件的数据校正由美国地质调查局帕克菲尔德密集地震台阵下方的倾斜结构引起的反方位角的偏差至关重要。我们估计的破裂长度比其他研究推断的长度短30%,但是对于地震预警的目标仍然是合理的。我们把这种差异归因于破裂方向性效应及单个台阵视野有限。这种方法的准确度也许会随视野重叠的台阵网而改善。我们对此通过九州和北海道北部两个Hi-net台网的台站群追踪2011年日本东北地震的破裂来予以说明。所得结果与远震反投影结果一致且得到了破裂长度及方向性的合理估计值。与提出的其他有限断层地震预警方法相比,该台阵方法受全球定位系统或地震台网的粗略性影响较小,提供了破裂的高频特征而对某些结构获得了比地震动更适合的预报因子。     

河北预警网地震预警处理系统运行现状

基于试运行以来触发预警系统的地震事件,分别统计并分析JEEW、EEW系统的记录及报送数据,结果表明,(1) JEEW系统首报用时均在10 s以内,震级偏差平均值为0.69,震中距偏差均在10 km以内,偏差在5 km内占比达89.36%;EEW系统首报用时在10 s以内占比为64.7%,震级偏差均值为0.60,震中距偏差在10 km以内,占比为76.47%;(2)编目震级M3.0以上地震事件,JEEW系统结果显示：首报用时在4～6 s,震级偏差0.3～0.6,震中位置偏差值0.7～3.5 km;EEW系统结果显示：首报用时在3～8 s,震级偏差值0.0～0.6,震中位置偏差值1.0～5.2 km,因此,3级以上地震事件预警用时较短,定位结果相对精确。     

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.      

地震预警在广西北流Ms5.2地震中的实践与应用

为实现广西区域地震预警需求,广西壮族自治区地震局在2016年部署了福建省地震局研发的地震预警系统。目前,地震预警系统运行正常,多次实现了针对广西地区的地震预警。针对2019年10月12日广西北流5.2级地震的预警事件,对预警系统各主要环节进行检验和效果评估。结果显示:在台网平均台间距25 km左右及波形数据延时约4 s的条件下,与正式报相比,地震预警系统首报发布时间距离首台触发用时10.2 s,其中等待触发时间3.1 s,震后12.0 s,震中距离偏差18.5 km,预警震级偏差0.3;终报震中距离偏差4.4 km,预警震级偏差0.2。结果表明,地震预警系统在广西北流5.2级地震预警事件处理上具备较好的时效性和准确性,具备了一定的预警能力。     

谈城市地震预警系统的建立

地震预警系统近年来在国际上日益引起人们的重视,它不仅可以减少地震造成的人员伤亡,而且还可为震后的紧急救援提供依据.叙述了地震预警的基本思想以及国内外地震预警系统的发展现状.简述了对城市构建地震预警系统的设想.认为,随着城市化进程的加快,人口更加密集,城市建设规模更加扩大,建立地震预警系统是客观形势的要求.     

震源有限性及其对地震早期预警系统的意义

本文通过多个震例的假定情形,讨论了地震破裂的有限性对地震早期预警系统布局设计的重要意义。分析结果认为,地震早期预警系统对地震减灾所能发挥的作用要远大于传统地震学视角下的预期。该观点深化了目前所认为的预警台站应该适当考虑非均匀布设的认识,强调在发生较大地震时,近断层区域密集布设的预警台站可能会使地震早期预警系统更加有效。      

高速铁路地震预警紧急信息服务系统设计与分析

我国高速铁路的快速发展,对铁路安全保障提出了更高的要求。高速铁路地震预警系统的建立是减轻和避免地震灾害的重要手段。介绍了地震预警的基本原理和各国在高铁预警方面的应用及实践,提出了高速铁路地震预警紧急信息发布系统的设计架构,从业务逻辑、信息发布流程、服务产品、通信网络等几个方面分别进行了阐述,为地震预警系统面向行业用户的紧急信息服务系统建设提供了参考和借鉴。     

基于网络的加利福尼亚地震预警算法设计:ElarmS-2

加利福尼亚综合地震台网(CISN)正在为加利福尼亚州开发一种地震预警(EEW)示范系统。在加利福尼亚综合地震台网震动警报(ShakeAlert)项目中,正在检验3种算法,其中之一是基于台网的地震警报系统(ElarmS)的地震预警系统。在过去的3年中,ElarmS算法经历了大量重新评定和解决技术与方法的若干挑战。在新的生产级产品,即ElarmS第2版(简称ElarmS-2或E2)中,对算法的改进扩大到适用当前地震台网的布局,改进了硬件和软件的性能,提高了预警处理速度和警报的准确性。E2设计为模块化的代码,由改进关联器的新事件监测模块组成,可以更迅速地与少数触发关联匹配,同时也增加了几个新的警报过滤检查,从而帮助最大限度地减少虚报。本文概述了这个新的在线实时系统的方法,总结了其性能。从2012年10月2日到2013年2月15日的在线操作性能来看,平均而言,在所有加利福尼亚发生的地震事件中,ElarmS系统在初至P波到达后8.68±3.73s发布预警。这一时间在台站仪器密集地区减少了2s。震级和发震时刻的标准差为0.4级和1.2s,定位误差中值为3.8km。在加利福尼亚发生的29次地震(MANSS3.5)中,E2成功检测到26次,发布了两次虚报。E2现正传送警报给震动警报系统,由震动警报系统发布给测试用户。     

西西里岛东部地震预警参数评估

地震预警系统正在成为适用于实时地震风险管理的一个工具。事实上,由于地震预警系统是在短时间内减轻地震风险的有效方法,因此在全球许多国家已经实施或正在进行试验。地震预警系统是以利用震后地震信号初始部分测量的一些参数之间的关系为基础的。本文我们介绍了在西西里岛东部为实施地震预警系统的初步探索,该地区遭受了几次破坏性地震的袭击。使用意大利国家地球物理和火山研究所的宽频带台站记录的M_L≥2.8的地震数据,我们估算了P波和S波的初至波的峰值地动位移Pd,地面运动周期τ_c和峰值地动速度(PGV)。我们发现P_d与地震的大小有关,可以用来为该地区的地震预警系统估算震级。我们还推导了τ_c和ML之间以及P_d和PGV之间的关系,这些关系可以用于给定台站周围的现场预警,并评估潜在的破坏性影响,这些关系可能对未来在该地区实施地震预警系统有实际的参考意义。