0 引言

强震动观测是支撑中国震害防御体系的重要组成部分，同时为震后应急救援、结构抗震提供重要数据支撑（根据中国地震局应急救援司2015年最新要求：震后4小时内提交所有应急产品）。中国现有强震动观测台网主要由6种国内外强震动动观测仪器组成，国家强震动台网中心现已实现对此6种强震动记录数据的标准格式转化（二进制文件到UA文件），但对国外强震动观测数据尚未提供统一的数据处理方法。随着中国强震动记录数据共享平台的技术发展（刘瑞丰等，2007），对数据用户提供定制化服务的同时，需逐步加入国外观测数据标准化服务，掌握国外多种强震动记录数据标准处理方法势在必行。

1 国外标准强震动记录数据格式 1.1 美国USGS数据格式

美国USGS数据格式（http://escweb.wr.usgs.gov/nsmp-data/smcfmt.html）对转换后的原始加速度记录进行数据编辑形成的记录文件(未校正加速度记录、校正加速度记录、速度记录、位移记录、傅式谱及反应谱)，包括文本头段、整数头段、实数头段、注释及数据区5部分，均以ASCⅡ码格式给出（Haddadi H et al，2012）。

1.1.1

记录数据头段。在此对4SGS数据中文本头段、整数头段、实数头段及注释进行说明。

（1）文本头段。文本头段第1行有以下7种表示方法：①"0 UNKNOWN"：BAP将为未校正加速度记录进行处理；②"1 UNCORRECTED ACCELEROGRAM"：未校正加速度记录；③"2 CORRECTED ACCELEROGRAM"：校正加速度记录；④"3 VELOCITY"：速度记录；⑤"4 DISPLACEMENT"：位移记录；⑥"5 RESPONSE SPECTRA"：反应谱；⑦"6 FOURIER AMPLITUDE SPECTRA OF CORRECTED ACCELERATION"：傅式谱。

美国USGS数据文本头段结构见表 1。

（2）整数头段。记录数据的整数头段字段详细描述如下：1字段：-32768代表未定义或者空；2字段：年（4位）；3字段：年记日；4字段：时；5字段：分；6字段：秒；7字段：毫秒；8字段：记录器序列号；9字段：传感器通道号（通道顺序从上到下），最上面为1；10字段：记录中所有通道数；11字段：台站中所有通道数；12字段：传感器序列号；13字段：垂直方向（以方向上到下顺时针计算度数，范围在0—180°），通常为0（方向上= 0，方向下=180）；14字段：水平方向（以方向北到东顺时针计算度数，范围在 0—360°），空值被用来表示传感器垂直部分；15字段：传感器代码（具体代码参见备注）；16字段：头文件信息后注释部分行数；17字段：时间序列点数；18字段：程序标志，通常设置为undefined（如果记录有问题，设置为 1，并在注释中说明）；19字段：结构类型（1 =建筑物，2 =桥梁，3 =水坝，4 =其他，null =不是结构）；20字段：符合打印信息的结构序号；21字段：图上显示的记录仪传感器序号；22字段：这个结构的全部传感器通道数；23字段：地面上的楼层数（包含屋顶）；24字段：地面下的层数；25字段：传感器放置位置（-1=地下二层，0=地下1层，1=一层，2 =二层）；26.跨度；27字段：传感器放置位置（0=自由场地，1=在码头或桥墩基础上，2 =在桥墩上，3=在码头甲板上，4=码头之间的甲板上或码头桥墩之间）；28字段：传感器放置位置（0=上游或游自由场地，1=坝底，2=坝顶，3=大坝桥墩）；29字段：结构类型（1=钢筋混凝土重力坝，2=拱形钢筋混凝土坝，3=回填土，4=其他）；30字段：台站序号；31字段：原始记录采样率；32字段：校正后记录采样率；33字段：指向另一个文件的标志；34—39字段：未定义；40—41字段：用户保留；42—47字段：未定义；48字段：时间源（kinemetric altus）（0 = RTC，1 =键盘，2 =与外部参考脉冲同步，3 = GPS）。

字段19设置为1、2、3时有以下规则：①字段19=1时，23—25字段是仅为建筑物结构设置时使用；②字段19=2时，26—29字段是仅为桥梁结构设置时使用；③字段19=3时，28—29字段是仅为大坝结构设置时使用，

另外，针对字段15的传感器类型有以下表示：2 Sprengnether SA-3000 3-component fba、30 Kinemetrics FBA-13 3-component fba、31 Kinemetrics FBA-11 1-component fba、101 SMA-1、102 C&GS Standard、103 AR-240、104 RFT-250、105 RFT-350、106 MO-2、107 RMT-280、108 SMA-2/3、109 DSA-1/DSA-3、110 DCA-300、111 DCA-333、112 A-700、13 SSA-1、114 CRA-1、115 MO-2、116 FBA-3、117 SMA-2、118 DCA-310、119 FBA-13、120 SSA-2、21 SSR-1、122 BIDRA、123 CR-1、125 Kinemetrics FBA-23、126 Kinemetrics Episensor、127 Kinemetrics FBA-4g、128 Kinemetrics FBA-2g、129 Kinemetrics FBA-1g、130 Kinemetrics FBA-0.5g、131 Kinemetrics FBA-0.25g、132 Kinemetrics FBA-0.1g、133 WR1、134 S6000、135 Mark Products L22、136 Products L4C、137 CMG3、138 CMG3T、139 CMG40T、140 CMG5、141 KS-2000、900 自定义仪器类型。

（3）实数头段。记录数据实数头段的字段详细描述如下：1字段：1.7e+38 代表未定义或空；2字段：采样率；3字段：震中纬度（十进制，“+”代表北半球）；4字段：震中经度（十进制，“+”代表西半球）；5字段：震源深度（相对于海平面的千米数）；6字段：矩震级；7字段：面波震级；8字段：本地震级；9字段：其他震级；10字段：地震时刻；11字段：台站纬度（十进制，“+”代表北半球）；12字段：台站经度（十进制，“+”代表西半球）；13字段：台站高程；14字段：台站偏移北向（m）；15字段：台站偏移东向（m）；16字段：台站偏移垂直向（m）；17字段：震中距（km）；18字段：台站与震中之间的方位角（0.0—360.0）；19字段：单位（模拟仪记录：数字单位/cm，数字仪记录：康特/电压）；20字段：模拟仪数据：未定义，数字仪数据：反混叠滤波器角频率（Hz）；21字段：模拟仪数据：未定义，数字仪数据：反混叠滤波器极点（6 dB/倍频程）；22字段：传感器自振频率（Hz）；23字段：传感器阻尼系数；24字段：模拟仪数据：记录器灵敏度（cm/g），数字仪数据：线圈常数(volts/cm/sec/sec)；25字段：模拟仪数据：未定义，数字仪数据：放大器增益（dB）；26字段：模拟仪数据：未定义，数字仪数据：预放大增益（dB）；27字段：在第2个版本中未定义；28字段：在第2个版本中未定义；29字段：时间的最大值（最大正值，s）；30字段：数据最大值(cm/sec/sec，cm/sec，cm)；31字段：时间的最小值（最大负值，s）；32字段：数据最小值(cm/sec/sec，cm/sec，cm)；33—36字段：指示低通滤波器和高通滤波器的转换效果；37字段：未定义；38字段：校正基线校加速度记录经过1次积分和低通滤波后的初始速度（cm/s）；39字段：校正基线校加速度记录经过2次积分和低通滤波后的初始位移（cm）；40—50字段：至今未定义。

（4）注释。注释行开始按照惯例用一个"|"字符在第一行，可能会有80个字符长。注释部分经常提供发表文档的参考，包括记录的地震、台站和其他方面。注释也被用于解释记录的一些特点，包括数字化时的困难等，特别是当整数头部#18被设置为1。在卷标2文件中，注释部分可能会提供已经接收的处理时间序列信息。

1.1.2

未校正加速度记录数据区。数据区开始于第39行。校正加速度记录数据为等间隔数据，1行8列数据，数据格式为E13.7。

1.2 日本K-NET、KIK-NET数据格式

日本K-NET、KIK-NET数据格式（http://www.kyoshin.bosai.go.jp/kyoshin/man /knetform_en.html）对转换后的原始加速度记录进行数据编辑和未校正处理后，形成未校正加速度记录文件，包括头段和数据区2部分，均以ASCⅡ码格式给出。

1.2.1

未校正加速度记录数据头段。字段9如设置为9999，则代表数据库中无对应的台站高程数据；字段10表示的记录开始时间为真实的开始时间是记录开始时间减掉15 s；字段13中N—S、E—W、U—D分别代表传感器南北、东西、垂直方向；字段15最大加速度为已去除漂移和均值的结果。

KIK-NET台站有6个通道的强震动记录数据，数据格式规定，第1组3通道数据对应井下传感器获取的数据，而另外3通道数据对应地表传感器获取的数据。由于井下很难调整传感器方位角，通道1和通道2可能是南北向和东西向交换后的数据；在同一仪器内，认为Hi-net传感器方向与KIK-NET传感器一致。在Hi-net网站获取的数据可以做为KIK-NET数据的参考。

日本K-NET、KIK-NET数据头段结构见表 2。

1.2.2

未校正加速度记录数据区。数据区开始于第18行。原始数据用带符号的7位整数来表述，数据每行8列。加速度序列是用这些数据乘以灵敏度转换因子（第14行）得出的。所有原始数据都是没有经过校正处理，包含漂移值。

1.3 美国PEER数据格式

美国PEER数据格式（http: //ngawest2.berkeley.edu/site）对转换后的原始加速度记录进行数据编辑和校正处理后形成校正加速度记录文件（Chiou B et al，2008；Ancheta T D et al，2014），包括头段和数据区2部分，均以ASCⅡ码的格式给出。

1.3.1

未校正加速度记录数据头段。数据头段结构见表 3。

1.3.2

未校正加速度记录数据区。数据区开始于第5行，校正加速度记录数据为等间隔数据，1行5列数据，数据格式为E13.7。

1.4 土耳其数据格式

土耳其数据格式（http://kyhdata.deprem.gov.tr/2K/kyhdata_v4.php）对转换后的原始加速度记录进行数据编辑和校正处理后形成未校正加速度记录文件，包括头段和数据区2部分，均以ASCⅡ码格式给出(Sandıkkaya M A et al，2010)。

1.4.1

未校正加速度记录数据头段。1字段：数据来源、2字段：震中位置、3字段：地震时间、4字段：震中位置、5字段：震源深度、6字段：震级、7字段：台站编号、8字段：台站位置、9字段：台站高程、10字段：仪器型号、11字段：仪器编号、12字段：记录开始时刻、13字段：记录点数、14字段：记录采样间隔、15字段：三通道加速度峰值、16-17字段：版权单位、18字段：通道名称土耳其数据头段结构见表 4。

1.4.2

未校正加速度记录数据区。数据区开始于第19行。数据为3列，每列分别代表N-S方向、E-W方向和U-D方向。数据格式为1F14.9。

2 中国UA格式

中国强震动记录数据格式（UA）是对转换后的原始加速度记录进行数据编辑和未校正处理后形成未校正加速度记录文件，包括头段和数据区2部分，均以ASCII码格式给出（于海英等，2003）。

2.1 未校正加速度记录数据头段

文本头段的字段详细描述如下：5.UT代表世界时间，BTM代表北京时间；8.国家英文缩写；9.EPICENTER；11.北纬(N)或南纬(S)；3.东经(E)或西经(W)；14.DEPTH；16.单位为公里；17.MAGNITUDE；19.(M_S)或(M_L)等；20.STATION：；21.其中代码5位；23.北纬(N)或南纬(S)；25.东经(E)或西经(W)；27.台站所用强震仪（记录器/加速度计）的型号；28.OBSERVING POINT：；29.如GROUN代表地面、**F代表在建筑物的第**层等；0. COMP.；31.EW代表东西向、NS代表北南向、UD代表垂直向；32. UNCORRECTED ACCELERATION；33.UNIT：CM/SEC/SEC；34. NO. OF POINTS：；36. EQUALLY SPACED INTERVALS OF：；38.数据采样的时间单位为秒；9.PEAK VALUE：；41.AT；43.记录时间的单位为秒；44.DURATION：；46.记录长度的单位为秒；47. PREEVENT TIME：；49.事前预存时间的单位为秒。

中国 UA 格式数据头段结构见表 5。

需要注意，字段52为进行数据处理的部门（CSMNC代表国家强震动台网中心，XN代表西南区域强震动台网部，XB代表西北区域强震动台网部，DN代表东南区域强震动台网部）。

2.2 未校正加速度记录数据区

数据区在头段末端之后开始，在数据区和头段末端之间空1行。未校正加速度记录数据为等间隔数据，数据格式为E12.6。

3 中国强震动记录数据格式发展

针对国内外6种主流强震动记录数据格式进行深入研究，详细解释每种数据格式头文件区和数据区的标准内容，为强震动记录数据处理人员提供技术支持。文中6种数据格式中以美国的USGS格式关于台站、观测场息、地震等信息描述最为详细，其他国家的强震动记录数据格式大多参考美国数据格式精简而来。从中国强震动记录数据应用和共享层面看，5种数据格式尚不完善，例如：数据头文件部分缺失台站场地属性的详细描述；缺失传感器型号、方位角描述；缺失数据所有人、存储位置的详细描述；地形观测台站、结构观测台站场地分类不全，元数据格式未按照《地震科学数据》系列标准（刘瑞丰，2006）编写等。特别是针对近年来中国地震局应急救援司和监测预报司针对强震动台网应急产出做出的规范性要求，如何从地震数据中掌握台站观测信息（台站参数），对提高数据处理时效性具有至关重要的作用。

随着“九五”数字化改造、“十五”数字地震网络建设的完成，以及“地震预警与烈度速报工程”项目的实施，中国已建立相当规模的数字化强震动观测台网，实现实时或准实时向强震动台网中心传输和汇集强震动记录数据的功能。由于强震动记录数据来源各异，格式多样，在空间参考、时空尺度、存储记录等方面的差异，给数据共享和数据应用带来诸多不便。在某种程度上，能否掌握多种强震动记录数据格式直接关系到强震动记录数据的开发利用程度。未来2年依托于国家强震动台网中心数据共享网站的改版，集成应急数据自动处理、自动发布功能，借助Web Service跨平台和互操作的优势，可为用户提供在线计算、多条件筛选、多种类、多格式定制化下载服务。

掌握多种强震动记录数据基本格式，为强震动记录数据自动化处理提供必要的技术支持，保证地震预警准确性，提高强震应急时效性，为强震动记录数据多种应用提供服务。