張珂 王鑫 郝美仙 蘇柱金 劉芳

1)內蒙古自治區(qū)地震局，呼和浩特 010080 2)廣東省地震局，廣州 510070

0 引言

地震速報是省級區(qū)域測震臺網的一項基本產出，它直接體現(xiàn)了地震部門防震減災工作成效，而衡量地震速報工作質量最重要的因素是速報人員能否快速準確地測定地震事件的三要素并完成初報(鄭黎輝等，2009；張帆等，2017；郁建芳等，2014；劉平仁等，2017；劉軍等，2013；劉方斌等，2018)。在地震速報分析處理過程中，要求速報人員必須了解本省地震速報范圍并于第一時間判識出已發(fā)生地震是否屬于本省地震速報范圍。地震速報范圍是中國地震局對我國各省級測震臺網中心進行地震速報工作的區(qū)域劃分(劉勝國等，2012)。

現(xiàn)階段，各省級區(qū)域測震臺網中心普遍通過JOPENS地震業(yè)務系統(tǒng)的Msdp地震分析與處理模塊和全國速報數(shù)據交換平臺EQIM軟件進行地震事件分析和初報。判識省界附近及省界外地震是否屬于本臺網中心速報范圍仍利用上述已有的技術系統(tǒng)，即是對已發(fā)生地震進行震相識別并采用外掛定位程序給出定位結果，然后通過EQIM軟件調取定位計算結果，在軟件的矢量化震中地圖中手動量取震中位置距本省邊界的距離，根據震級大小和速報規(guī)定，人工判斷是否需要速報，完成初報流程。上述判斷速報范圍的方法嚴重影響了地震速報的時效性。尤其對于內蒙古測震臺網，其行政區(qū)域邊界極不規(guī)則，速報責任區(qū)較大，內鄰8個省份，外接蒙古、俄羅斯，且速報范圍內的地震震相特征也較為復雜(郝美仙等，2015、2016；宋曉燕等，2018)，速報人員需要花費較多時間去完成地震事件的分析處理。目前人工判識省界附近及省界外地震是否屬于本臺網中心速報范圍的方式大大降低了內蒙古臺網地震速報的效率和質量，與地震速報要求的“快”與“準”相違背(吳國瑞等，2015)。

當前關于地震速報區(qū)域自動確認的研究相對較少，且只有廣東省地震局在JOPENS系統(tǒng)內的Msdp6.0模塊外掛了關于速報范圍的程序。其原理是利用谷歌地球(Google Earth)軟件自定義生成KML策略文件，該文件中包含多個速報范圍，并且針對每一個速報范圍可設置速報方式和震級閾值(蘇柱金等，2014；劉軍等，2011)，從而在Msdp中對地震速報范圍實現(xiàn)可視化。該方法基于谷歌地球軟件緩沖區(qū)功能實現(xiàn)，只能在Msdp6.0中應用，而當前全國各省臺網中心應用Msdp5.2仍較多，無法實現(xiàn)地震速報范圍可視化的功能。

本文基于快速判斷確定速報責任區(qū)，在Msdp5.2系統(tǒng)中開發(fā)部署精準快速的地震速報區(qū)域的自動確認功能，省去人工處理的環(huán)節(jié)，提高速報業(yè)務軟件系統(tǒng)的自動化程度。

1 速報區(qū)域自動化的原理與步驟

根據《地震速報技術管理規(guī)定(2015年修訂版)》(1)中國地震局震害防御司，2015，《地震速報技術管理規(guī)定(2015年修訂版)》，內部資料(中震測發(fā)[2015]51號).對內蒙古測震臺網中心地震速報范圍的規(guī)定：10min內完成呼和浩特市M≥2.5地震、15min內完成本行政區(qū)內(呼和浩特市區(qū)除外)M≥2.7地震、本行政區(qū)邊線外50km范圍內(不含本行政區(qū))M≥3.0地震、100km范圍內(不含本行政區(qū))M≥4.0地震、200km范圍內(不含本行政區(qū))M≥5.0 地震、300km范圍內(不含本行政區(qū))M≥6.0地震的初報(聞軍等，2007)，利用幾何學中的包絡線原理，基于Matlab在Msdp軟件中實現(xiàn)內蒙古地震速報區(qū)域的自動確認。

1.1 原理

內蒙古地震速報區(qū)域在Msdp中的自動確認是基于帶有內蒙古速報范圍的jpg格式地圖，在Msdp中完成對速報范圍的呈現(xiàn)。當速報人員拾取地震事件的震相特征并進行定位后，即可在Msdp的定位信息中清晰地看到震中位置所屬的速報范圍，并結合相應的速報震級立刻判斷該事件是否需要速報。因此，地震速報區(qū)域自動確認的關鍵在于：①自動生成具有內蒙古地震速報范圍的地圖；②地震定位后在Msdp軟件中實現(xiàn)將震中位置顯示于帶有地震速報范圍的地圖中。

(1)

(2)

因包絡線和Cs在切點處的切向量互相平行，有

(3)

(4)

由式(3)、式(4)消去h′(s)，得

(5)

由式(5)可求得h(s)，從而求得包絡線方程。

根據上述原理，可在Matlab中利用一維插值函數(shù) interp1進行3次樣條插值運算(蘇金明等，2004；陳寶柱等，2011)，并編寫相應算法將距離內蒙古邊界外一定距離的包絡線繪出，取其作為相應的速報范圍圈。

(2)生成具有地震速報范圍的地圖后，還需將其應用在Msdp軟件中。Msdp軟件是一種地震交互分析處理軟件，由廣東省地震局在“九五”、“十五”數(shù)字測震臺網建成后開發(fā)(孫業(yè)君，2015)。該軟件兼有地震速報、地震編目和數(shù)據服務等功能(蘇莉華等，2012；翁少林，2007；戚浩等，2011)。為了能夠在Msdp定位系統(tǒng)中實現(xiàn)內蒙古地震速報區(qū)域的自動確認，需修改與完善Msdp的map與Main.cfg文件。

1.2 步驟

基于上述原理，在Matlab軟件中實現(xiàn)內蒙古速報區(qū)域的自動確認主要分為3個步驟(圖1)：

圖 1 地震速報區(qū)域自動確認流程

(1)以內蒙古行政區(qū)域邊界數(shù)據為基礎，基于Matlab軟件，應用包絡線原理，編寫相應算法依次將省邊界外50km、100km、200km、300km的邊界繪出，并生成相應的離散坐標點文件；

(2)將Matlab產出的坐標點文件做相關處理，在Mapsis中繪出具有本區(qū)地震速報范圍的地圖，該圖的分辨率為(3770×2724)px，經度90°～135°E，緯度 33°～56°N；

(3)在生成速報范圍地圖的基礎上，解譯Msdp地震分析軟件的數(shù)據接口，編寫接口程序，將地圖外掛到Msdp程序內的map文件內，編寫地圖的PAR文件(圖2)，并設置msdp中main.cfg文件的Default.map、Default.map Ctl、Local. Map與Local. Map Ctl參數(shù)，從而可在Msdp中運行該地圖，實現(xiàn)內蒙古地震速報范圍在msdp軟件中的自動生成。

圖 2 地震速報區(qū)域地圖的PAR文件結構示意圖

2 應用與分析

為檢驗地震速報區(qū)域自動確認的應用效果，從內蒙古臺網記錄到的地震事件中挑選出與內蒙古接壤的2個國家的地震和7個鄰省地震(表1)。在Msdp中對挑選地震進行重新定位，利用地震速報區(qū)域的自動確認功能，判定地震事件是否屬于本臺網的地震速報范圍。同時，利用原有手動量取震中位置與本省邊界間距離的方式，再次判斷是否需要對地震進行速報，對比分析二者的一致性。

表1 內蒙古測震臺網記錄到的9個邊界地震事件

2.1 速報區(qū)域自動確認的應用

在Msdp中分別對挑選的9個地震進行震相分析與定位，定位結果見圖3～7，定位后可在點陣地圖中生成可視化的地震速報范圍。各地震的定位結果如表2 所示，可清晰看出：①蒙古地震距離內蒙邊界100km，位于M≥4.0的速報范圍圈內(圖3)，其震級M為4.8，需要快速初報；②吉林地震距離內蒙邊界200km，位于M≥5.0的速報范圍圈內(圖4)，其震級M為5.3，需要快速初報；③俄羅斯地震、甘肅景泰地震、寧夏靈武地震、陜西榆林塌陷、山西大同地震、河北張北地震、黑龍江呼瑪?shù)卣鹁嚯x內蒙邊界50km，位于M≥3.0的速報范圍圈內(圖5～7)，其中俄羅斯地震、甘肅景泰地震、黑龍江呼瑪?shù)卣鸬恼鸺塎分別為3.1、3.7、3.9，需要快速初報，而寧夏靈武地震、陜西榆林塌陷、山西大同地震、河北張北地震的震級M分別為2.7、2.2、1.1、1.7，不需要快速初報。

圖 3 Msdp軟件中蒙古地震(a)與吉林寧江地震(b)的定位結果

圖 4 Msdp軟件中俄羅斯地震(a)與甘肅景泰地震(b)的定位結果

圖 5 Msdp軟件中寧夏靈武地震(a)與陜西榆林塌陷(b)的定位結果

圖 6 Msdp軟件中山西大同地震(a)與河北張北地震(b)的定位結果

圖 7 Msdp軟件中黑龍江呼瑪?shù)卣鸬亩ㄎ唤Y果

表2 地震速報區(qū)域自動確認方式與手動量取方式判斷結果

圖 8 手動測量震中位置與內蒙邊界間距離

2.2 傳統(tǒng)手動量取的應用

將上述地震數(shù)據加載到Msdp中，分別進行震相分析與定位，在確定地震三要素后，利用外掛定位程序產出定位計算結果，通過EQIM軟件調取定位計算結果文件，然后在軟件的矢量化震中地圖界面中手動量取震中位置距本省邊界的距離(圖8)。根據速報規(guī)定，并結合每次地震震級，從而判斷各邊界地震是否需要快速初報。由表2 可知，蒙古地震、俄羅斯地震、甘肅景泰地震、黑龍江呼瑪?shù)卣?、吉林地震需要速報，而寧夏靈武地震、陜西榆林塌陷、山西大同地震、河北張北地震則無需速報。

通過速報區(qū)域自動確認功能與手動量取方式的應用對比，可以看出，速報區(qū)域的自動確認功能在地震三要素確定后，便可直觀清晰地看到地震所屬的速報范圍，無需調用其它程序，相較于手動量取方法更加方便有效。同時，通過分析二者結果的一致性，進一步驗證了地震速報區(qū)域自動確認的可靠性。因此，實現(xiàn)速報范圍的智能化不僅能為速報人員減少速報用時，還可提高速報準確度。

3 結論

通過對內蒙古測震臺網地震速報區(qū)域自動確認功能的應用，得到以下結論：

(1)對比分析地震速報區(qū)域的自動確認功能與目前普遍采用的手動量取方式的應用效果，發(fā)現(xiàn)速報區(qū)域的自動確認功能在判斷地震是否需要速報方面更加直觀與省時，且判別結果也較為可靠。因此，在Msdp軟件中實現(xiàn)內蒙古測震臺網的地震速報區(qū)域自動確認，解決了速報人員需人工手動量取來判斷地震是否在本臺網速報責任區(qū)的實際問題，可提高測震臺網速報業(yè)務軟件系統(tǒng)的自動化程度。

(2)在Msdp中實現(xiàn)內蒙古地震速報區(qū)域的自動確認功能，縮短了速報人員對本臺網的地震速報時間，同時也可改善地震速報后相關圖件的產出質量，提高內蒙古測震臺網地震速報工作的效率與質量。

(3)速報范圍圈的精度會影響地震速報區(qū)域自動確認的應用效果，本文地震速報區(qū)域的自動確認功能在判斷區(qū)外地震是否屬于本區(qū)速報范圍方面仍存在一定的誤差。今后將進一步優(yōu)化算法，以期給出較為精確的地震速報范圍，使地震速報范圍的智能化在Msdp軟件中達到更佳的應用效果。