提前61秒！能救命的地震预警系统是如何运作的？

(给CPP开发者加星标，提升C/C++技能)

综合整理：程序员的那些事（id：iProgrammer）

根据@中国地震台网 速报消息，6 月 17 日 22 时 55 分在四川宜宾市长宁县（北纬28.34度，东经104.90度）发生 6.0 级地震，震源深度 16 千米。

四川当地很多群众都通过电视、手机接收到来自地震台网的预警。成都就提前 61 秒收到地震预警信息。

再强调一下，是地震预警，不是地震预报（目前还做不到地震预报）。

什么是地震预警系统？

地震预警系统是指依托潜在震源地附近的地震台网，在震后数秒内快速估算地震影响范围和震害程度，在破坏性的 S 波和面波到达设防区域前发布警报的实时地震信息处理系统。

地震预警系统利用：

1. P 波（纵波，主要使地面上下颠簸）传播速度较快、幅值较小；

2. S 波（横波，主要使地面左右颠簸）和面波传播速度较慢、幅值和破坏性较大；

3. 电磁波传输速度远大于地震波；

通过读取分析布设在各地的实时传输地震监测台站的记录数据，快速对地震要素进行评估，来向预警设防区域发布警报，以避免人员伤亡和财产损失。

地震预警系统运作原理（图示）

此次四川长宁地震预警信息，由成都高新减灾研究所大陆地震预警中心发布。该研究所成立于 2008 年 5.12 汶川地震后，由国家“千人计划”人才王暾博士创建。

王暾曾在 2018 年 5 月 9 日介绍上游新闻时表示，自从 2011 年首次成功发布地震预警以来，高新减灾研究所通过广播、电视、手机、专用接收终端等多种途径公开预报40 次破坏性地震，无一漏报误报。

据媒体报道，有研究已经表明，如果能在地震波到达时前 3 秒收到警报，伤亡人数可降低 14%；提前 10 秒获得警报，伤亡人数可减少 39%；提前 20 秒，伤亡人数可降低63%。

// 以上就是本文标题问题的简要回答。

// 以下是更详细的回答。

地震预警的原理（详细版）

地震预警技术是指在地震发生后、而未及造成严重破坏前，通过无线电向外界发布警报的技术。地震预警系统必须首先侦测确定一个破坏性的地震后才能发布有用的地震预警信息。

地震发震后，具破坏性的 S 波（3.2~4千米/秒）传播速度较慢，而由于电磁波比地震波快，系统可以把监测设备观测到的 P 波（5.5~7千米/秒）信息转为电磁波，在地震波到达前数秒甚至几十秒向公众发出预警。

一般而言，地震预警系统可分为异地预警模式、现地（原地）预警模式与混合预警模式。

地震预警系统的架构

就功能模块而言，一套完整的地震预警系统至少应当包括实时地震定位、实时震级计算、预警目标区烈度估计及预警信息发布等 4 个重要功能模块。

而就基本流程论，地震预警系统由 3 个子系统组成：

• 1、观测系统；

• 2、数据分析处理系统；

• 3、决策及信息发布系统；

分布在各地的监测台站构成了观测系统，观测系统在获取数据后通过实时传输通信线路将观测数据传送至分析处理中心。数据分析处理系统作为地震预警系统的核心，实时接收自观测系统上传的数据流，对数据流加以实时处理，并对地震动参数予以实时测算，亦对地震动场给以实时估计。

决策及信息发布系统根据预先设定好的预警信息发布策略对数据进行判读，根据对应的预警级别在手机短信、广播电视、警报汽笛、计算机手机等信息渠道发布预警信息。

1、观测系统

由于地震预警系统的首要职能是检测灾害性地震的发生，因此观测系统被认为是地震预警系统的核心要素之一。在地震预警最初始阶段称为“波前探测”。在这一阶段内，预警台网需要探测某点位的强地面震动强度，并根据初始信息对地震震中进行实时定位，从而触发邻近台站进行观测定位。当第 1 个台站触发后，观测系统每隔 1 秒扫描震源在三维空间内的概率值，通过搜索空间中概率的极大值来给出震源可能的位置。

单台预警定位沃罗诺伊图。每个地震台站依据其监测范围形成职守区域。观测系统可以依据单台或多台观测数据和职守区域粗略判定地震发震区域，为台网中心提供决策辅助

在获知地震震源的大致位置后，预警台站通过分析其捡拾到的 P 波波形来预估地震规模的大小。在现地（原地）预警模式中，单台观测系统根据 P 波的变化来估计地面峰值加速度（PGA）、峰值速度（PGV）及烈度参数，上传至数据分析处理系统以供预警决策。

2、数据分析处理系统

地震预警系统的数据分析处理系统由监控主机、通信设施、数据处理服务器、Web服务器和数据库服务器等硬件组成。采用现地（原地）预警模式时，监控主机设置在预警监测台站内，处理本台的地震数据，自行决定采取的措施。而在使用异地预警模式时，监控主机利用数据处理服务器接通地震预警系统各子系统的通信联络、自动分发强震仪的数据包、捡拾地震波震相。数据库服务器分析各台站的震相到时，再根据数据库内各台站的地理位置及活动断层信息，生成地震震级、震中、破坏程度、震动图等参数的估计值。

在拾取到地震波的同时，观测系统通过小时延高速网络用尽可能少的时间将地震数据传送到分析处理中心。分析处理中心利用台站获得的地震动参数与信噪比（SNR）进行地震的观测，在单一台站超过预警阈值即播发地震预警信息。数据分析处理系统通过选定的地震动参数进行预警触发。不同预警系统对地震动参数的选择略有不同，如美国地质调查局使用地面峰值加速度（PGA）和峰值速度（PGV）来计算仪器烈度值，而中国地震台网则主要选用进行基线校正处理后具有一定有效持时的三方向合成峰值加速度计算地震仪器烈度。

3、决策及信息发布系统

数据分析处理系统在完成参数分析后，会将需要发布的预警信息传送至决策系统进行判读，随后以各种形式向预警终端和用户播发地震警报。

广播电视机构是公众预警的首要播送对象之一，亦可通过专用报警器、计算机软件、移动应用程序、小区广播等形式发布。

地震预警系统的局限性

1、准确率

地震预警系统对快速响应的要求制约了其预警准确性的发挥。有研究者指出，地震预警系统当前存在大震震级难以准确测定、断层参数难以快速获取、漏报误报难以识别避免三大问题。

首先，由于地震预警系统需要在有限的时间段内利用 P 波段初始破裂的、局部有限的信息对地震规模和影响进行估计，因此当前地震预警系统对大震震级的预测准确性尚有待提高。地震学界现今主要采用长周期地震动数据、地震动幅值、地震动强度等三大类方式加以解决。而在面向普通公众发布预警时，则多采用预警分级和减少干扰信息的方式以避免对接收者造成困扰。譬如日本广播协会在发布“紧急地震速报（警报）”时一般仅列出震中参考位置、预警地区名称和地图三个信息，以提高公众地震预警的实用性。

其次，在破坏性地震发生后，由于发震断层的走向和倾向会对峰值地面运动的分布产生重大影响，并进而影响对地震破坏程度和影响范围的判定。因此，需要预先将断层分布、地表地质情况等数据录入预警系统。

最后，由于地震预警系统预警算法的局限和台网观测条件的不足，使得漏报和误报的情况无法避免。同时，地震预警漏报和误报容易导致不必要的停产误工、交通混乱、人员受伤等情况，更可能造成预警系统的信用损失和预警失效。具体的事例如，2013年8月8日，日本气象厅发布“奈良县发生7.8级地震”的紧急地震速报（警报），但实际上并未观测到有感地震，该次误报造成多对铁路列车停驶。

2、覆盖率

地震预警系统对大范围地震台网的需求导致预警系统的台网覆盖范围有很大不足。如中国大陆尽管建设地震预警台站 15510 个，但仍然不足以覆盖全国，仅能对地震危险性较高的中国华北、南北地震带、闽粤沿海和新疆天山中段地区进行重点预警。

对地震预警的教育和培训工作也是影响地震预警系统覆盖效果的重要因素。于 2012  年进行的一项面对中国内地公众的抽样调查显示，在室内收到地震预警后能作出正确反映的被调查者比例仅为 45%。

如何在地震发生第一时间科学避震

请参考中国地震台网中心制作的视频：

参考：维基百科、南方网、微博、上游新闻。

因维基百科中文词条的更新问题，本文中有些数据可能不是最新的。

往期热文（点击图片即可阅读）

看完本文有帮助？请分享给更多人

关注「CPP开发者」加星标，提升C/C++技能

好文章，我在看❤️