地震监测系统在我国海啸预警业务中的应用

1 引言

21世纪以来，全球地震海啸活跃，海啸巨灾频发[1]。我国周边海域及南海区域位于环太平洋地震带的边缘，面临着区域海啸和越洋海啸的双重威胁[2-5]。然而，我国的海啸预警业务起步较晚，自上世纪加入太平洋海啸预警系统政府间协调组（ICG/PTWS）以后，海啸预警所需的地震参数都是从国内外地震监测机构获取的，这无疑增加了海啸预警的发布时间。

2012年，中央机构编制委员会办公室正式批准设立国家海洋局海啸预警中心，并依托国家海洋环境预报中心开展建设和业务运行，以加强我国的海啸预警业务，增强防灾减灾能力。为了快速获取地震参数，提高海啸预报效率，海啸预警地震监测系统建设工作于2012年开始进行，本系统能在海啸发生后获取到快速可靠的地震参数，使得我国在海啸预警业务领域具备了独立的海底地震监测能力，实现了全球及区域海底地震的实时监测，标志我国初步具备全球海底地震及其引发海啸的自动化监测预警能力。

我来到了一间临时用来停放遇难者尸体的大房间。那是一个废弃的木工车间。这会儿还有许多大小不一的木材堆放在里边。现在，房子里剩余的空间已经被成堆的死尸占去了每一个角落，雪花一样的白色木板上粘满了黑污的血迹。

2 系统组成

海啸预警地震监测系统结构图如图1所示，系统主要由3个子系统组成，分别为数据获取子系统、地震快速定位子系统以及震源机制子系统。数据获取子系统将各个不同网段的地震数据收集起来并发送给地震快速定位子系统以获得地震事件的基本参数，同时震源机制子系统将根据地震事件的基本参数并应用地震波形数据计算该地震事件的震源机制解，为快速准确的海啸数值模拟提供保障。

2.1 数据获取子系统

地震数据是进行地震定位及计算震源机制解准确性的决定性因素，因此数据获取子系统是整个系统的重要组成部分。2014年，国家海洋局牵头建设完成25个宽频地震台用于地震海啸预警，提升了地震监测系统对于我国近海地震的监测能力。但由于海洋局建设地震台站地理位置的特殊性，从南至北呈近直线分布，如果仅应用这些台站对地震进行定位，定位结果必然存在较大偏差，很难满足海啸预警的基本业务需求。

我们统计了这37次地震事件地震监测系统所给出的最快震级与哈佛大学全球震源机制解（Global Centroid-Moment-Tensor，GCMT）项目所得震级的关系如图7所示，二者之间的偏差在0值附近呈均匀分布，绝大部分事件的偏差在0.2～0.4之间（约占62%），平均偏差约为0.22。同阶段PTWC发布的第一波海啸信息震级最大偏差为0.4，平均偏差为0.19。可见在第一波海啸信息的震级准确性方面，我们与国际先进水平的差距也在缩小。

水工建筑结构受动力荷载作用而损坏将影响它的动力学特性。因此，从受损结构测得的动力反应与正常状况下的反应比较中，必然包含了关于损坏构件及其位置和程度的信息，这些信息以传统方法是很难提取出来的，必须有一套指导因果显式关系的规则，而且利用这样关系的方法也要预先开发好。

为了解决这一问题，我们收集更多的地震数据来进行定位，通过SeedLink协议[6]实时获取美国地震学联合研究会（Incorporated Research Institutions for Seismology，IRIS）以及欧洲GEOFON台网的共享地震数据，并于2015年通过与中国地震局的合作获取了中国东南沿海附近54个高质量的宽频大地震台数据。经过数据融合之后，目前数据获取子系统收集了包括全球共享地震台站数据、海洋局自建的海啸预警宽频地震台数据以及中国地震局共享台站共600余个地震台的数据（台站分布见图2）。

  

图1 海啸预警地震监测系统结构图

  

图2 海啸预警地震监测系统台站分布图

2.2 地震快速定位子系统

制约海啸数值预报准确性的瓶颈是快速地获取强震的震源机制解。在此前的海啸预警工作中，由于不能及时获取地震的震源机制解，预报结果无论从时效性还是从准确性来说都相对较差。

我们计算了南中国海区域发生地震后运用4个台站进行定位所需要的理论时间，即地震监测能力（见图3）。结果表明我国近海、泰国湾、马来西亚及新加坡地区发生地震的监测理论监测延时在1 min以内，在南中国海其他区域包括马尼拉海沟、苏拉威西海沟等地震频发地区的监测延时也能达到100 s以内。

  

图3 地震监测系统在南中国海区域的理论监测能力

2.3 快速震源机制解子系统

地震快速定位系统由Antelope与Seiscomp3两套地震监测系统组成，二者都是目前国际上主流的监测系统[7-14]，且都拥有地震数据的实时显示、实时地震处理（初至拾取、地震事件关联、事件定位、存档）、数据存储与管理等功能[15]。同时，二者在运行机制及定位计算所采用的算法上又有一定的差异，二者同时运行能够互为参考，互为备份，确保海底地震监测业务的稳定运行。

该子系统采用地震波形数据应用W-Phase震相方法[16]计算震源机制，可在10～20 min内快速反演得到强震的震源机制解，摆脱了对国外相关地震监测机构的依赖，也使得利用数值模式快速计算海啸波幅成为现实，为海啸预警提供快速准确的定量预报结果（见图4）。

3 运行状况统计

参考文献：

3.1 监测情况统计

针对这37次地震事件第一波海啸信息的发布延时统计如图6所示，上述事件中7次事件的监测延时在3 min内，主要分布在台湾地区、日本东部以及太平洋东海岸等台站较为密集的地区；23次事件的监测延时在3～5 min，主要分布在菲律宾海沟、阿留申海沟以及美洲中部南部等地区；其余6次事件的监测延时在5 min以上，主要分布在巴布新几内亚以及大西洋等台站较为稀疏的地区，统计结果与我们所计算的南中国海地区地震监测能力大体一致。

[3]赵联大,于福江,滕骏华.南海定量海啸预警系统[J].海洋预报,2015,32(2):1-6.

  

图4 2016年6月—2017年7月监测的强震震源机制结果

  

图5 2016年6月—2017年7月发布海啸信息的地震分布

  

图6 地震监测延时统计

食管癌 吞咽食物有迟缓、滞留或轻微哽噎感，可自行消退，数日后又可出现，反复发作，逐渐加重。或在吞咽时，总感觉胸骨有定位疼痛。平时感觉食管内有异物且与进食无关，持续存在，喝水及咽食物均不能使之消失。

样本共计3168个，2010—2017年99家生产性服务业上市公司32个季度的销售利润率的平均值为11.25%、总税负的平均值为8.26%。其中总税负的最大值为41.57%，最小值为0，原因是部分企业享受税收优惠或亏损。营改增政策以外的6个变量描述统计性分析如表5：

3.2 个例分析

2016年12月9日01时38分（北京时，下同），新西兰南岛东岸远海海域发生强震（震中位置及周边历史地震信息如图8所示），地震系统定位结果与各机构定位结果对比见表1。

SeisComp3地震监测系统于地震发生后约5 min给出定位结果，Antelope地震监测系统由于应用震相较多，于8 min给出定位结果。考虑到地震发生后最初一段时间台站数目较少，定位结果不稳定，我们通常选取地震发生后8 min左右的定位结果作为海啸信息的地震参数。本次地震事件的第一期海啸信息发布延时为11 min，虽然发布延时略长于国际先进的海啸预警中心，但是得到的地震参数的准确性相对较高。

  

图7 监测系统最快震级偏差统计

  

图8 2016年12月9日新西兰南岛地震震中位置及周边地质构造信息（红色五角星为震中位置；圆圈代表历史地震，圆圈大小代表震级大小，颜色代表不同的震源深度；黑色线段为区域内俯冲带[17]；彩色线为区域内平均俯冲深度[18]）

针对本次地震事件，震源机制子系统于18 min给出震源机制解，从该结果与哈佛大学震源机制结果对比来看（见表2），精度较为理想，为预报人员快速准确的发布海啸信息提供了坚实的基础。

4 结论

海啸预警地震监测系统的建立使得我国的海啸预警不再受地震参数获取时效的制约，为海啸业务提供了重要的数据保障和科技支撑，有力地促进了海啸预警预报工作模式的发展。首次实现了以全球地震触发报警为基础的海啸预警标准业务流程（Standard Operating Procedures，SOP)，大幅地提高了海啸预警的时效性及准确性，进一步缩短了与国际先进预警中心之间的差距。

[4]王培涛,于福江,赵联大,等.温州瓯江口浅滩地区越洋海啸影响评估计算[J].海洋预报,2013,30(4):18-26.

5.攻坚克难，多种措施共同推进。一是省局不定期联合省国土厅召开土地确权发证工作专题协调会，共同协商下一步工作计划，召集农场面对面研究商讨，针对症结查找出解决办法，联动推进。二是省局多次与省国土厅组成督查组对全省9市进行专项督查，重点督促各市工作进展，帮助协调各类纠纷调处工作，现场研究解决确权工作中遇到的问题，做到有的放矢。三是省国土厅、财政厅、农业厅联合发文，分别建立山西农垦国有土地使用权确权登记发证工作进度月报和周报制度，全面掌握全省农垦国有土地使用权确权登记发证工作进度，便于及时做出针对性措施。

 

表1 新西兰南岛地震事件定位结果及其他机构发布结果对比

  

经度/°E 173.45 172.26 173.48 173.00 173.05纬度/°S 42.80 42.40 42.82 42.80 42.74深度/km 10 10 10 10 15震级7.7 8.0 7.5 7.4 7.8发布延时/min 1 9 —5 8 1震相个数8 41— —174结果来源SeisComp3 Antelope国家海洋局海啸预警中心太平洋海啸预警中心美国地质调查局

 

表2 新西兰南岛地震事件震源机制解对比

  

预警中心震源机制解GCMT震源机制解界面1界面2走向角/°219 354倾角/°38 61滑动角/°128 64矩震级/Mw 7.8走向角/°226 350倾角/°33 70滑动角/°141 63矩震级/Mw 7.8

该系统自2016年6月开始试运行，运行一年以来针对37次地震事件发布了海啸信息，震中分布图如图5所示。

[1]National Oceanic and Atmospheric Administration(NOAA),National Geophysical Data Center(NGDC).NOAA/WDC global historical tsunami database[DB/OL].Washington DC,USA:NGDC,2015.www.ngdc.noaa.gov/hazard/tsu_db.shtml.

[2]张鑫,毛献忠.马尼拉海沟潜在地震海啸对我国华南沿海危险性研究[J].海洋预报,2017,34(2):43-50.

这37次地震事件第一份海啸信息的平均发布延时为11.5 min，相比于2012年的平均发布延时36 min已经了很大的提高，部分海啸信息发布时间较长主要是有由于这些地震事件的震级或是临近发布阈值，或是震级较大需要进行数模计算来预报海啸波高，可见地震海啸系统在提高海啸信息发布效率方面发挥了重要的作用。同阶段内太平洋海啸预警中心（Pacific Tsunami Warning Center，PTWC）发布海啸信息的平均延时约为8 min（网站更新时间与地震发生时刻之间的时间）。我们与国际先进机构的发布时效还存在一定的差距，这些差距主要体现在地震定位流程、发布流程、模型的效率等多个方面。

将沥青混合料层分为7个分层，利用弹性层状体系理论，各层永久变形累加得到沥青混合料层总永久变形量Ra＝4.8（mm），沥青层容许永久变形为15.0（mm），本项目的路面结构永久变形满足要求。

海啸地震监测系统增强了我国的海啸预警预报能力，为建立南中国海区域海啸预警中心打下了坚实的基础，提升了我国在海啸预警领域的国际影响力，标志着我国海啸预警业务工作进入一个新的发展阶段。

[5]王培涛,赵联大,侯京明,等.中国的海啸灾害危险性及海啸预警系统——解读2011年太平洋海啸演习[J].海洋预报,2012,29(5):9-16.

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出院指导：①避免长时间坐卧，尤其是交叉腿坐位，应定时活动肢体，患者下肢自我按摩或嘱咐家属多进行下肢肌肉的按摩，以促进血液循环；②注意清淡饮食，避免寒冷刺激，戒烟；③下肢静脉曲张或存在深静脉血栓危险因素的患者建议穿弹力袜。

[13]Grunberg M,Engels F.Earthquake monitoring at different scales with Seiscomp3[C]//AGU Fall Meeting Abstracts.San Francisco:AGU,2013:2308.

在进行会计核算的学习过程中，由于学生从未进入企业，对企业的工作组织、核算要求等都不熟悉，本课程在进行理论和实训授课时，非常注重设置工作情境，让学生身临其境,亲自体验。例如，课程实训所用的各类账证资料等耗材，全部按实际工作中形式配备，从市场购买的直接购入各类空白原始单证、会计账簿、会计报表等，其他各类原始凭证按照企业真实的业务进行编制提供给学生；会计手工实验室按企业会计部门形式布置，一进实训室，就如置身于一个实际会计部门办公室，为学生模拟出了企业真实工作环境及氛围，使学生在学校就能置身于企业的实际情景中，从而极大拉近了教学与实践的距离。

水利建筑行业的工作环境很特殊，员工大多工作生活在施工一线，工作环境艰苦，生活环境和生活条件较差，更为严重的是水利建筑行业的员工工资普遍偏低。因此导致了部分技术人员的跳槽，造成了企业的人才流失。员工离职最多的当属具有中高级专业职称的技术骨干，这些拥有工作经验和能力的人员都是企业的主力军，对企业发展具有重要影响。企业需要针对人才的培养、使用和合理流动制定一套严格的机制，同时要充分考虑每个员工的个性、特点和基本素质，针对不同人使用不同的方法，发现员工的潜在能力并加以教育培养。

[14]Melis N S,Konstantinou K I.Real-time seismic monitoring in the Greek region:an example from the 17 October 2005 East Aegean Sea Earthquake Sequence[J].Seismological Research Letters,2006,77(3):367-373.

HOG(梯度方向直方图)+SVM(支持向量机)的目标识别由法国研究人员Dalal提出,主要思想是使用HOG对目标进行特征提取,利用线性SVM分类器对目标进行分类从而实现目标检测[7]。本文使用OpenCV2.4.9库中现成的HOG+SVM行人检测函数对目标进行检测,目标检测方法的步骤为:对输入图像进行颜色空间标准化;计算像素梯度,计算得到的梯度结果统计在梯度方向直方图上;对重叠块中的对比度进行归一化,生成特征向量;使用SVM分类器对生成的特征向量进行训练,其流程图如图2所示。

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