中国研发的地震预警系统:精准定位并与时间赛跑

6月17日晚，四川发生长宁发生地震。据@中国地震台网速报，截至6月18日8时30分共记录到2.0级及以上余震65次。其中5.0～5.9级地震2次，4.0～4.9级地震3次，3.0～3.9级地震11次，2.0～2.9级地震49次。截至18日5时20分，地震共造成11人死亡，救援仍在进行。

四川长宁6.0级地震余震统计

就在刚刚，中国地震台网正式测定：06月18日07时34分在四川宜宾市长宁县（北纬28.37度，东经104.89度）发生5.3级地震，震源深度17千米。

有研究已经表明，人们如果如果能在地震发生时提前3秒，伤亡人数可降低14%，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%。

而在2017年8月8日发生在四川阿坝县九寨沟的7.0级地震中，王暾团队研发的ICL地震预警系统，成功提前61秒通过手机及专用终端为成都市发出预警信息，提前19秒为甘肃陇南市发出预警。而这次预报，其实已经是这套系统第38次成功预警我国的破坏性地震。

这是第38次成功预警

从成都高新减灾研究所获悉，由其建立的大陆地震预警网提前10秒向宜宾预警，提前61秒向成都预警。成都高新减灾研究所所长王暾表示，地震预警系统在地震发生时，利用电波比地震波传播速度快的原理，在地震造成破坏前，提前几秒到几十秒为用户发出全自动秒级响应的地震预警警报，目前中国的地震预警技术已达世界先进水平。

“不要小看这几秒到几十秒的时间，”王暾说，研究表明，预警时间为3秒时，可减少伤亡14%，时间为10秒时，减少伤亡39%，时间为20秒时，减少63%。

原理：电波比地震波传播速度快

成都高新减灾研究所成立于2008年，创始人王暾是四川达州人。“5·12”地震发生时，王暾正在奥地利科学院从事理论物理博士后工作。看到地震造成的惨重伤亡，王暾决定回国研发地震预警系统。经过三年的技术攻关，王暾带领的技术团队在2011年首次成功向外界发出地震预警信息，中国也成为继日本、墨西哥之后第三个具备地震预警能力的国家。

“电波的传播速度是每秒30万千米，地震波的传播速度是每秒 3.5千米，地震预警就是打电波和地震波传播速度的时间差”。王暾介绍，地震发生时会产生地震波，地震预警仪探测到地震波后，以电波的形式传到地震预警中心，地震预警中心分析处理数据后通过网络向外界发出预警信号。王暾表示，成都高新减灾研究所的地震预警技术核心是其独立研发的软件和算法，及时准确产出地震预警信息的技术。

“地震预警的难点在于排除干扰，放炮、打雷、触碰仪器等都会对仪器造成干扰，如果不能有效排除，系统整天都会发出警报”。王暾表示，传感器检测到的数据传到预警中心后，基于算法的软件会实时处理相关数据，识别这些信号是否属于地震波，如果属实就对外发出警报，系统处理的过程只有零点几秒。

“我们的技术水平处在世界先进水平，主要体现在准确性和及时性两个方面。”王暾介绍，过去7年成都高新减灾研究所从来没有误报过，而日本每年都有误报；从地震发生到用户接受到警报平均时间为6.2秒，偶尔甚至会达到4秒，日本的平均时间是9秒，速度比日本快了将近30%。

荣县电视台发出长宁地震预警信息。 受访者供图

一台地震预警仪的监测范围是350平方公里，成都高新减灾研究所在全国范围内布有5600台地震预警仪。地震预警中心由一组服务器组成，其核心部分是成都高新研究所开发的软件。5600台地震预警仪和5个地震预警中心构成了世界上最大的地震预警网。

目前，这张世界上最大的地震预警网主要分布在南北地震带、华北地震带、东南沿海地震带、新疆西北部等区域，已经延伸至31个省份，覆盖面积达220万平方公里、覆盖我国地震区人口90%(6.6亿人)。

“350平方公里乘以5600台并不等于220万平方公里”，王暾说，这是因为在诸如甘孜阿坝的某些地方，个别村镇之间相隔很远，在这些地方布局的相对稀疏，因此拉大了总体的监测范围。

成都高新减灾研究所的地震预警技术近年得到了实践的检验，距离震中越远，获得的预警时间越长。

2013年4月20日，四川雅安芦山县发生7.0级地震，成都高新减灾研究所为雅安市和成都市分别提供了5秒、28秒的预警时间；2014年11月22日，四川甘孜康定县发生6.3级地震，成都高新减灾研究所为康定县和成都市分别提供了7秒、53秒预警时间；在2017年8月8日发生的九寨沟地震中，为汶川县和成都市提供了54秒和71秒的预警时间。

地震预警系统发出预警信号后，用户可通过多种途径获知消息并采取避险措施。跟成都高新减灾研究所合作的电视台在接受到地震预警信号后，会在电视屏幕上弹出“何地正发生地震，地震横波将于多久到达当地”的信息；正在运行的高铁、地铁在接受到相关信息后，可采取紧急制动措施；一些人员密集的园区可通过大喇叭对外广播，园区内接入紧急响应的电梯，能实现自动平层关停并开门，避免人员被困等。

而一般民众，则可直接在手机应用市场下载并安装“地震预警”APP，在设置好相关参数后，便能在第一时间知悉地震发生情况。

据了解，包括辽宁红沿河核电站、西昌卫星发射中心、四川石化等重大工程，四川省委、四川省政府等党政机关，国家预警信息发布中心、国家减灾中心等应急部门，一些学校、医院、办公楼等人员密集场所都已应用地震预警。

不过，王暾也同时指出，尽管我国地震预警网已覆盖6.6亿人口，但真正应用地震预警信息的人仅在4%左右。他希望接下来能够跟更多部门进行相应合作，建设更为畅通的地震预警信息传播渠道。

地震预警系统的关键究竟在哪里？

在了解“地震预警”这个世界性难题的关键点之前，我们要先了解什么是地震预警与地震预报：

“地震预警”则指在地震发生后，利用纵波（P波，主要使地面上下颠簸）比横波（S波，主要使地面左右颠簸）传播速度不同而产生的时间差，与时间赛跑，在威力更大的横波到达预警目标之前对外发出预警。

而“地震预报”则是指的是在地震发生之前，预知地震发生的地点和时间，从而快速将人员提前撤离地震区，关闭次生灾害源，将地震灾害降低到最低。

因此，作为一种“超级新闻速报”，地震预警对于信息时效性与准确性的要求是前所未有的，传统的地震定位与算法基本不能在预警系统中使用。而这两个模块也就成了全球地震监测技术发展过程中的关键性技术难题。也正因为如此，地震预警至今仍然是一个世界性难题。

总之，一个完整的地震预警系统至少应该包括实时地震定位、实时震级计算、预警目标区烈度估计以及预警信息发布等几个重要功能模块。而“定位算法”与“实时震级计算”则是整个预警系统中最重要、最关键、也是决定地震预警成败的两个主要功能模块。

没错，地震预警，算法必不可少。

其中，实时震级计算则是整个地震预警系统中最复杂、也是最困难的一部分。由于地震预警对于信息有着超高的时效性要求，计算预警震级时往往只有震中附近的少数几个触发台站、有限时间长度内的信息可以利用。因此，相关技术人员就必须找到一些非常规的、稳定可靠的实时震级计算方法。

目前，国际上也已发展了实用的实时震级计算方法，这些方法大致可以归纳为三大类：与周期／频率相关算法，与幅值相关的算法，以及与强度相关的算法。

中国“出品”的ICL地震预警系统

在九寨沟7.0级地震中发挥效用的ICL地震预警系统，是由国家“千人计划”入选者，成都市高新区减灾研究所所长王暾及其团队研发，并与四川阿坝州防震减灾局联合建立一整套体系。

而2008年的汶川地震，就是这个出生在四川省达州市的力学和物理学博士开始研发ICL地震预警系统的契机，其英文名ICL是Institute of Care-life（关爱生命组织）的缩写，你就应该能明白其蕴含的重要意义。

ICL地震预警系统分为地震监测，预警信息分析和处理，预警信息发布，以及预警信息接收和应用4个环节。大致包含了如下几个部分：地震监测仪器、数据收集与计算中心、发布预警的各种途径，可接受预警信号的行业/个人终端。

成都市高新区减灾研究所所长王暾

在地震发生时，它能够利用地震危险区域布设的高密度台网对震源进行监测，进而通过检测仪将检测到的关键信息发送至预警中心畸形分析处理，然后预警中心再通过各种信息接收终端发布预警信息给用户，最终用户接收信息并进行避险。

最值得注意的是，该预警系统已经实现了通过智能手机、广播电视、微博、地震预警信息接收服务器等同步实时发布预警信息，也使得我国成为继墨西哥、日本后，第三个具有地震预警技术能力的国家。

目前，我国已建立了覆盖31个省区，220万平方公里，覆盖6.6亿人口的地震预警网络，主要分布在南北地震带、华北地震带、东南沿海地震带、新疆西北部。覆盖了中国地震预警一线区90%的面积。

几十秒真的很关键

很多人也许会有疑问，只能提前几秒到几十秒的地震预警，到底能有多大作用？大家可别小瞧了这短短几十秒。

笔者今天凌晨在小区里测试了一下，假设自己在成都第一时间看到这则预警推送，那么在迅速反应的前提下，1分钟是可以从2楼通过走楼梯迅速冲到居民楼前的空地上的。

当然，如果你在第一时间看到这则信息并迅速躲到厕所的反应时间是相对充裕的，经测试为5~7秒左右。这也是为何微博有不少网友在感慨地震预警系统的重要性。

此外，也有数据表明，普通建筑在遭遇地震时大约可以抵御地震袭击约12秒后倒塌。

譬如在汶川地震发生时，四川省地震局位于地震重灾区的地震观测站内，没有抗震设防的围墙是在地震波到达10秒后倒塌的。同时，由于人们在遇到突发状况时不太容易能快速而准确的判断情况，地震预警系统能够帮助人们在地震发生时快速判断，增加逃生成功的可能。

除此之外，地震预警系统还可以有效避免高铁，燃气管道等工程遭受地震后带来的不利影响。以燃气管道为例，若能在地震波到达之后短时间内关闭管道，就能有效控制燃气泄漏的数量而降低火灾或者爆炸的风险。

虽然地震预警系统有诸多益处，但是由于地震波由震中向外传播，导致距离地震震中越近，最先受到影响的重灾区，接受地震预警信息和进行反应的时间极短，很难避免较大人员伤亡。

而距离震中越远，受到地震影响较小的地区，则有更多时间接收预警并作出反应。这也使得能否通过改进预警原理机制，减小震中地区的人员伤亡成为未来地震预警的研究方向之一。

地震预警很重要，自救手段也很重要

而我们在最后需要提醒大家的是，无论如何，技术手段只是保障地震预警系统成功运行的一部分，地震预警系统各项功能的发挥还取决于民众的防震减灾素质以及对地震预警系统的熟悉程度。

而这就需要民众通过各种途径增加对地震预警系统的了解，并能够在接收到地震警报信息时从容选择最合理的紧急逃生避险措施进行自救（政府开展的宣传教育很重要），这才能让预警系统的各项功能得到最大发挥。