基于Earthworm平台的地震烈度速报系统架构设计

薛蕾 周蓝捷 付萍

摘 要：地震是一种突发的破坏性大的自然灾害。地震烈度用于评定地震影响的破坏程度，能够迅速了解灾情。但由于地震烈度要综合人的感觉、建筑物破坏、地面破坏和器物反应等，有一定的不确定性，且时效性不能满足需要。近年来通过测震仪器测定地震动参数大小，通过计算机处理，能够迅速的指出受地震影响的地区，并提供震害影响的大小。Earthworm平台是一个地震信息汇集，处理的模块化平台，通过对各模块的适当选择使用和架构设计，在地震发生时，可实现在较短时间内对地震事件的识别和处理，并输出仪器烈度图，用于指导地震应急和抗震救灾。

关键词：地震烈度；Earthworm；烈度速报

中图分类号：P315.7 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）17-0000-00

1 引言

地震是一种破坏性大，突发性的自然灾害，给人民生命财产带来巨大伤害。为评定地震对地表和建筑物的影响程度，即地震影响和破坏程度，地震学家引入了地震烈度的概念。地震烈度表示地震的影响范围和不同区域的破坏程度，这是震后政府和公众迫切关心的资料。快速的地震烈度评定能够迅速了解灾情、指导应急救灾。

地震学家李善邦于在20世纪50年代修改了卡利烈度表使之适应中国的情况。1957年地震学者谢毓寿参照麦德维捷夫的工作，考虑我国建筑类型和特点编制了《新的中国地震烈度表》。地震工程学家刘恢先总结我国邢台、通海、海城、唐山等地震的烈度评定经验，于1980年修订编制《中国地震烈度表》，简化了烈度评定标准，便于应用。此后，中国地震烈度表又经过多次修订[1]。

地震烈度具有震害大小和地震动强弱双重概念，使得它并不是一个严格意义上的物理概念。烈度评定需要综合考虑一定地域内的人的感觉、建筑物破坏、地面破坏和器物反应，主要依靠技术人员协作完成，评价标准的模糊性和不同人员间的差异也造成了烈度评定的不确定性。以往地震烈度的评定往往依靠地震专业技术人员在震后通过烈度调查来进行。随着现今测震仪器发展，以地震动参数作为烈度评定已成为发展趋势。通过测震仪器测定的地震动参数的大小，借助计算机网络技术进行自动的分析和处理，能够迅速的指出受震害影响的地区并测定震害影响的大小，并用于指导地震应急和抗震救灾。

2 Earthworm系统介绍

Earthworm系统创立于1993年，支持在多系统下运行，包括：Windows、CentOS、MacOS、Solaris和Ubuntu等系统。Earthworm平台是为了解决美国区域台网老化和维护成本增加出现的问题，避免早期地震处理系统设计缺陷而建立的，它具有以下几个特性：（1）模块化，系统把所执行的每一种功能封装成一个模块，模块之间相互独立地运行，并能在不破坏现有系统的基础上根据实际需要添加；（2）系统独立性：模块可以运行在不同的计算机操作系统中，不同类型的计算机可连接作为一个系统来运转；（3）可扩展性：适应各种层次的网络需求，成本经济；（4）连通性：该系统能够与其他实时系统、互动分析系统等其他发布方式进行快速可靠通信；（5）稳定可靠性：针对在地震发生时，可能的出现输入数据和电源可能中断、系统负荷急剧增加等问题，该系统对错误检测及恢复、故障控制、负荷控制等做了特别优化。

3 系统架构与功能实现

3.1 Earthworm烈度速报系统架构

Earthworm系统主要以模块和Ring（数据存储缓冲区）组成，模块的功能是用以实现特定的数据处理任务，Ring的功能是用以存放数据处理过程中产生的中间数据。模块从指定的Ring中读取数据，处理完毕后，将符合条件的数据再放入指定的Ring中。Earthworm平台下的烈度速报系统可按图1中所示来建立，主要分为三个大的部分。

图1 Earthworm平台烈度速报的系统架构

（1）数据输入部分。在图1中以①来表示，主要功能数据的输入。系统可从SAMTAC-802U、Q330、K2、Guralp及其它Earthworm支持的仪器中通过相应的数据接收模块中读取测震数据，或者可从其他系统的数据输出接口通过相应的Import模块输入测震数据，并将它们放入指定的存储空间中（如Wave _Ring）。

（2）数据处理部分。在图1中以②来表示，主要实现数据分析功能，是系统的核心，主要分为两个部分：

①从Wave Ring中读取测震数据，进行P波捡拾，当加速度大于设置的阈值，则将这些资料放入Pick Ring中。计算模块接下来从Pick Ring中读取数据，逐一判定上述已触发的数据包，如判定为已触发，则计算震源位置和发震时间，生成地震报告。

②监视各个测站数据情况，若PGA和PGV大于设置的阈值，则根据计算模块生成的地震报告按仪器烈度标准进行计算。若达到一定数量的测站的与地震报告中的时间和空间的条件相符，则生成烈度图报告。

（3）其他部分。在图1中以③来表示，主要实现的功能有：波形数据监控，可使用波形数据终端实时查看波形数据，及仪器工作状态；波形数据服务，进行波形数据的的归档，以供日后进行波形数据的提取和分析。

3.2 模块设计及功能

（1）数据源模块。通过串口、TCP数据包等，接收从地震仪或服务器发来的数据包。可使用官方提供的数据源模块，配置好相应参数即可接收到地震数据文件。

（2）数据处理模块。该部分是本系统的核心部分。earthworm系统的捡拾器可使用官方提供的pick_ew模块和eqporc模块。Pick_ew模块以TYPE_TRACEBUF格式（Earthworm波形消息格式）獲取每个通道的实时数据，随后生成拾取消息，发送到指定的Ring空间（如Pick_Ring中）中。Eqproc模块主要进行尾波震级的确定。该模块与pick_ew模块协同工作完成尾波计算。[2]

計算模块，读取Pick_Ring中的数据文件，按一定的计算方法确定震中、震级和发震时间。

烈度图模块，实时监测Wave_Ring中的数据，当在一定时间内达到一定数目的测站超过设置的阈值时，启动运算程序。

（3）其他。数据跟踪可通过官方提供的Wave_serverV模块来实现。该模块提供指定通道的数据跟踪信息，并为每个通道设置Ring（数据缓冲区）。

Swarm软件是一个由JAVA语言编写的波形终端。基于Wave_serverV模块，可使用Swarm实时查看各个台站的运行情况和波形数据。

基于Wave_serverV模块，可挂载需要的存储模块，完成各测站波形数据的存储。

4结语

Earthworm系统的模块架构为我们提供了地震数据的汇入、处理、存储、查看功能，并可实现地震事件的识别和输出。在此基础上，结合烈度图模块，可实现地震仪器烈度的快速计算，运用计算机制图可快速得到地震仪器烈度图。当地震发生时，该系统能迅速反应，在较短时间内得到仪器烈度图，可用于指导抗震救灾工作。

参考文献

[1]张敏政.地震烈度及其评定[J].防灾科技学院学报，（2010），12（1）：1-6.

[2]李丽.基于Earthworm的地震报警软件框架研究[D].中国地震局工程力学研究所，2012.

收稿日期：2018-05-29

作者简介：薛蕾（1985—），女，陕西汉中人，硕士研究生，工程师，研究方向：地震监测。

Design of Seismic Intensity Rapid Report System Based on Earthworm

XUE Lei， ZHOU Lan-jie， FU Ping

（Xiamen Seismic Survey Research Center，Xiamen Fujian 361021）

Abstract： Earthquake is a sudden and destructive natural disaster. Seismic intensity can be used to assess the extent of damage caused by earthquake. It can quickly understand disaster. However， the determination of seismic intensity must include human feelings， building damage， ground damage and utensil response. These factors have certain uncertainties. Its timeliness can not meet the needs. In recent years， the earthquake ground motion parameters have been measured by seismometer. By computer processing， it can quickly indicate the areas affected by earthquakes， and provide the magnitude of seismic damage. Earthworm is a modular platform for seismic information gathering and processing. Through the proper selection and structure design of each module， the seismic events can be identified and processed in a relatively short time， and the instrument intensity map can be output. It is used to guide earthquake emergency and relief.

Key words：seismic intensity；Earthworm；intensity rapid report