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地震预警日志分析系统设计与实现

马旭东 蒋弘毅

马旭东,蒋弘毅. 地震预警日志分析系统设计与实现[J]. 华北地震科学,2022, 40(4):12-18. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.04.003
引用本文: 马旭东,蒋弘毅. 地震预警日志分析系统设计与实现[J]. 华北地震科学,2022, 40(4):12-18. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.04.003
MA Xudong,JIANG Hongyi. Design and Realization of Earthquake Early Warning Log Analysis System[J]. North China Earthquake Sciences,2022, 40(4):12-18. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.04.003
Citation: MA Xudong,JIANG Hongyi. Design and Realization of Earthquake Early Warning Log Analysis System[J]. North China Earthquake Sciences,2022, 40(4):12-18. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.04.003

地震预警日志分析系统设计与实现

doi: 10.3969/j.issn.1003-1375.2022.04.003
基金项目: 河北省地震科技星火计划攻关项目(DZ202108090025)
详细信息
    作者简介:

    马旭东(1987—),男,石家庄人,工程师,主要从事地震监测预报方面工作. E-mail:ma.xudong@hotmail.com

  • 中图分类号: P315-391

Design and Realization of Earthquake Early Warning Log Analysis System

图(11)
计量
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-15
  • 网络出版日期:  2022-10-13
  • 刊出日期:  2022-10-31

地震预警日志分析系统设计与实现

doi: 10.3969/j.issn.1003-1375.2022.04.003
    基金项目:  河北省地震科技星火计划攻关项目(DZ202108090025)
    作者简介:

    马旭东(1987—),男,石家庄人,工程师,主要从事地震监测预报方面工作. E-mail:ma.xudong@hotmail.com

  • 中图分类号: P315-391

摘要: 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。

English Abstract

马旭东,蒋弘毅. 地震预警日志分析系统设计与实现[J]. 华北地震科学,2022, 40(4):12-18. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.04.003
引用本文: 马旭东,蒋弘毅. 地震预警日志分析系统设计与实现[J]. 华北地震科学,2022, 40(4):12-18. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.04.003
MA Xudong,JIANG Hongyi. Design and Realization of Earthquake Early Warning Log Analysis System[J]. North China Earthquake Sciences,2022, 40(4):12-18. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.04.003
Citation: MA Xudong,JIANG Hongyi. Design and Realization of Earthquake Early Warning Log Analysis System[J]. North China Earthquake Sciences,2022, 40(4):12-18. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.04.003
    • 目前,地震预警系统作为有效减轻地震灾害的新方法受到了很高的关注[1]。地震预警的设想最早是在1868年美国旧金山大地震后,由Cooper提出的。地震预警的原理是利用电磁波的传播速度大于地震波传播速度,抢在破坏性地震波到达之前,发出预警信息[2]。地震预警系统提供的预警时间,可以让公众提前躲避、逃生,让企业实施紧急处置。积极推进地震预警系统建设,在减少人员伤亡和减轻重大工程损失方面具有重要意义[3]

      地震预警需要在提高信息可靠性的同时,信息传输和处理的速度也需增强,以达到发布速度与发布信息准确度之间最大的平衡[4]。随着地震观测技术和仪器性能的提高以及地震数据处理方法的改进,地震预警系统也取得了提升,获得了良好的减灾效果[5]

      中国大陆地震预警系统的建设起步较晚,目前处于应用研究的早期阶段。前期只是对少数地区及重大工程建立了地震预警系统, 2018年7月正式启动实施了国家地震烈度速报与预警工程项目[6-8]。河北省地震局最早于2012年开始预警系统建设,经过唐山地震烈度速报与预警实验系统、河北地震预警示范项目、国家地震烈度速报与预警工程(河北子项目)不断完善和改进,目前河北地震预警台网已开始对公众发布地震预警信息。

      本系统可将预警系统产出的日志信息进行分类提取和可视化,能够清晰、直观地看出预警结果产出过程中的数据变化过程,还可将预警信息与速报结果对比,提高预警日志文件使用价值。

    • 河北省地震局最早于2012年开始建设唐山地震烈度速报与预警实验系统,历时2年,共建设完成烈度台147个、市级数据中心1个和省级数据处理中心1个。河北地震预警示范项目建设开始于2015年,历时3年共建设完成烈度台100个、市级展示中心1个,部署信息终端7个。目前,河北地震预警台网共包含基准站、基本站和一般站等各类台站共1 653个,其中北京199个、天津203个、河北1 251个(图1)。

      图  1  河北地震预警台网分布图

    • 目前,河北地震预警系统有JEEW和EEW两套系统,两套系统产出的所有预警事件信息都存放在日志文件中,以文本格式存储。其中:JEEW系统为XXXXX.report,EEW系统为XXXXX.promul.ees,日志内包含所有触发台站信息、台站触发时间、震级等信息。日志文件内容大多没有参数说明,可读性有待提升,不便于后期分析工作。预警系统运行过程中会产出震级、预估预警时间、触发且被使用台站等图件信息,但触发未被使用台站、触发和使用台站数量、发布用时等信息不会产出图件信息,这些大量的日志信息对于后期的震例分析、系统分析、预警仪器参数标定等工作都非常重要。地震预警系统日志格式样本见图2

      图  2  JEEW与EEW日志格式

    • 系统用户包含普通用户和管理员,普通用户可进行日志信息分类查看和检索、预警信息与速报结果对比、地图显示震中及台站位置、查看台站触发及被使用情况等操作,系统管理员可对预警日志进行同步(图3)。

      图  3  系统功能图

    • 系统分为前端模块和后端模块,前端模块包含页面布局、数据通讯、地图管理等功能,后端模块包含数据管理功能(图4)。

      图  4  系统架构图

    • 本系统为B/S架构,主界面分为左右两部分,左侧为信息显示区,右侧为地图显示区(图5)。信息显示区可显示日志信息和台站信息;地图显示区在未读取日志信息时可显示台站空间分布,读取日志信息后可展示震中、触发且被使用台站、触发未被使用台站、未触发台站、初动方向等信息。下文中详细功能介绍以2021年6月24日滦州3.0级地震为例。

      图  5  系统界面

    • 本系统读取JEEW日志信息后,显示本次地震预警系统共产出系列地震警报8报(图6)。震后5 s,预警系统发布了第1次处理结果,本次结果共8个台站触发,使用5个台站信息。将速报信息输入对话框,点击“对比”,可将处理结果与速报信息进行对比,计算差值(图7)。通过与速报信息对比,发震时刻偏差0.19 s,定位偏差3.27 km,震级偏差1.0。预警系统在震后19 s发布了第8次处理结果,本次结果共53个台站触发,使用52个台站信息,处理结果与速报信息对比,发震时刻偏差0.02 s,定位偏差0.72 km,震级偏差1.1。随着触发台站的增加和时间的扩展,处理结果逐渐稳定,除震级一直偏大外,其他数据误差逐渐减小。

      图  6  JEEW系统日志信息读取结果

      图  7  参数对比界面

      日志读取及参数对比主要代码如下:

      日志读取:

      if (!fileType.value) {ElMessage.error('请选择txt/ees文件')}

      else {const reader = new FileReader( )

      reader.readAsText(file)

      reader.onload = function(e) {if (fileType.value === 'txt') {

      resolveTXT(this.result)}}}

      参数对比:

      onst onCompare = (index, row) => {refQuery.value.validate(valid) => {

      if (valid) {let nums = 0

      Object.values(query).forEach(item) => {if (item) { nums++}}}}}

    • 本系统可将每次产出结果在地图区进行显示(图8)。预警系统计算的震中显示为红色圆点,未触发台站显示为蓝色三角,触发未使用台站显示为黄色三角,触发且使用台站显示为绿色三角,蓝色圆圈区域为震中50 km范围。

      图  8  JEEW系统产出结果地图显示

      通过对比图8a和8b发现,随着时间的扩展,使用台站数在明显增加,主要增加区域在震中50 km范围内。本次地震震中50 km范围内共有92个台站,其中第1次产出触发5个台站,使用率为5.43%;第8次产出50公里范围内触发45个台站,使用率提高到48.91%,其中33个台站清晰地记录到了波形的初动,标明初动方向台站占触发台站总数的73.33%。初动时间偏差在2.0 s以内的台站会被触发且参与定位,初动偏差在2.0~2.5 s的台站会在中间处理过程中参与定位,初动误差在2.5 s以上的台站不会参与定位[9]。本次地震震中50 km范围内使用台站45个,预警系统自动拾取到时与实际到时相差0.02 s,说明震相拾取精度较高。

      地图显示主要代码如下:

      getStations( ).then(res => {const lnglatArr = res.map(v => [v.lng, v.lat])

      AMap.convertFrom(lnglatArr, 'gps', function(status, result) {

      if (result.info !== 'ok') {console.log(status, result);}

      else {let minLng = 180, minLat = 90, maxLng = 0, maxLat = 0

      result.locations.forEach((item, i) => {if (item.lng < minLng) { minLng = item.lng }

      if (item.lat < minLat) { minLat = item.lat }}}}}

    • 本系统读取EEW日志信息后,显示本次地震预警系统共产出系列地震警报8报(图9)。震后5 s,预警系统发布了第1次处理结果,本次共触发3个台站,使用1个台站信息,与速报结果进行对比,发震时刻偏差0.07 s,定位偏差2.48 km,震级偏差0.5。预警系统在震后36 s发布了第8次处理结果,本次结果共触发台站85个,使用7个台站信息,处理结果与速报对比发震时刻偏差0.07 s,定位偏差0.61 km,震级偏差0.1。随着触发台站的增加和时间的扩展,处理结果逐渐稳定,数据误差逐渐减小,但被使用台站数目较少。

      图  9  EEW系统日志信息读取结果

      通过对比图10a和10b,随着时间的扩展,触发台站数量增长较多,但被使用台站增长不明显。本次地震EEW系统在第8报中使用的台站基本为50 km范围内触发台站,50 km范围外触发79个台站,只有1个台站信息被使用。

      图  10  EEW系统产出结果地图显示

    • JEEW和EEW两套地震预警系统产出日志信息存在差异,JEEW日志信息中包含台站初动方向信息,EEW日志信息中未包含此项信息,因此在本系统读取数据时,地图显示区也存在差异。EEW不显示初动方向(图11a),JEEW将日志信息中初动方向以箭头形式显示在绿色三角标志中央(图11b)。EEW系统在日志中产出地震波到周围主要市区的预警时间预测,JEEW系统根据终端安装位置预测预警时间。

      图  11  EEW与JEEW两套系统日志信息初动截图

    • 本系统为B/S架构,通过vite构建,使用了vue3.0+前端框架和elementUI框架;地图显示以高德地图为平台,通过MVVM思想实现数据的双向绑定;数据存储主要采用客户端存储,不必每次都向服务器请求获取同一个信息。本系统通过对预警系统产出的日志信息分析处理,将文本格式存储的日志信息进行分类提取,并进行数据可视化,提高了预警日志文件使用价值。

      通过本系统对JEEW和EEW两套地震预警日志分析,就2021年6月24日滦州3.0级地震而言,JEEW系统触发台站数量少于EEW系统,但使用台站数量更多,EEW系统触发台站数量较多但只使用了距离震中较近的少量台站信息;在两套系统产出的日志信息中,JEEW系统对发震时刻计算更加精确,EEW系统对震级计算更加准确。河北地震预警系统后期会进行完善升级,产出的日志信息也会更加丰富,本系统后期会根据预警系统升级情况做同步升级。

参考文献 (9)

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