0 引言

地震发生后，社会各界希望在极短时间内获得地震的准确信息，如地震发生时间、地点和大小（震级）等。为此，地震工作者做了大量工作，如：黄文辉等（2006）开发了JOPENS地震自动处理系统，可在1—3 min内自动产出地震三要素，即发震时刻、震源深度和震级沈玉松等（2011）；金星等（2007）开发了一套区域数字地震台网实时速报系统，可实现台网覆盖范围内地震事件快速、可靠的自动定位；杨陈等（2014）对中国自动地震速报系统进行整体评估，并确定发布策略。

但是，为了达到防震减灾的目的，需要更早、更及时地获悉地震三要素。目前，日本、墨西哥等国家均已建成区域性超快地震速报系统，并多次成功发布超快速报信息，有效减轻了地震灾害损失，取得了良好效果（张红才等，2013），如：在2011年日本M_W 9.0大地震中，日本新干线地震监测与超快速报系统及时发布地震信息，高速列车在地震波到达前提前制动停车，避免了列车出轨和人员伤亡（宋晋东等，2012）。2016年，黄文辉等（2016）开发了广东省地震超快速报系统（JOPENS超快速报系统），并进行试运行，评估结果表明，该系统可在地震发生后几秒至几十秒内自动确定地震三要素，地震自动速报用时从分钟级提高到秒级，且定位精度并未降低。

四川省地震频发，且破坏性较大，在地震台站建设密度加大的同时，为进一步缩短地震三要素自动产出时间，提高自动速报速度，为防灾减灾服务，四川测震台网中心于2016年开始布署JOPENS地震超快速报信息系统，并于2017年3月20日进入试运行阶段。文中对该系统产出的超快速报结果进行统计分析，发现存在震级、震中位置偏差以及漏报、误报等现象。选取地震超快速报系统试运行阶段系统给出的地震的第1次和最后1次自动定位结果（下文简称超快速报首报和超快速报尾报），与传统的人工速报和地震编目定位结果进行对比分析，评估地震超快速报系统的准确性和实效性。

1 系统概述

2017年3月20日，地震超快速报系统（下文简称超快速报系统）开始在四川试运行，主要监测四川及周边地区地震，并完成超快速报。四川及周边省区现有地震台站886个（图 1），均纳入JOPENS超快速报系统，所记录的地震波形数据，经网络传输至四川测震台网中心，通过JOPENS数据流进行汇集，并在系统实时处理，产出超快速报信息。数据处理流程如下：超快速报系统经波形数据流服务接收台站实时数据，当地震发生并被2个以上台站记录后，预警核心模块即开始确定地震参数，并将地震消息发送至AMQ消息服务模块，由EQIM-Sender模块负责将地震预警信息发送至EQIM服务器，实现地震参数的超快速报。该模块从AMQ接收地震预警信息后，立即向用户发送首次信息，并在震后发送该地震的修正结果。超快速报系统架构见图 2。

与传统的人工地震速报相比，超快速报具有明显的速度优势，可在地震发生后几秒至几十秒内即可自动确定地震三要素（黄文辉等，2016）。而人工速报时间则较长：在省界50 km以内，Ⅰ类地震速报时间在12 min内；省界50 km以外，Ⅱ、Ⅲ类地震速报时间在15 min内。

2 数据选取

根据中国地震台网地震编目结果，2017年5月—2019年12月，在研究区（25.0°—35°N，95°—110°E）内共发生M≥2.8地震370次，震中分布见图 3。为验证超快速报系统定位的实效性和准确性，选取相应的人工速报和超快速报系统定位结果进行对比分析，从定位精度（震中位置、震级、发震时刻、深度）、误报、漏报3方面进行评估。

3 对比分析 3.1 震中位置偏差

给定地球上任意两点的经纬度数值，计算两点间的距离D_i（单位km），公式如下

$ {D_i} = 111.199{\left\{ {{{\left({{\varphi _1} - {\varphi _2}} \right)}^2} + {{\left({{\lambda _1} - {\lambda _2}} \right)}^2}{\rm{co}}{{\rm{s}}^2}\left[ {\left({{\varphi _1} + {\varphi _2}} \right)/2} \right]} \right\}^{1/2}} $

(1)

式中，(φ₁，λ₁)为人工编目或人工速报的地震经纬度坐标，(φ₂，λ₂)为超快速报系统自动定位结果（经纬度坐标）。依据式（1）和统计方法，求得370次地震的震中位置及震级、发震时刻、深度偏差，其中超快速报首报与人工速报的偏差结果见表 1，与人工编目的偏差见表 2（受篇幅所限，文中仅给出超快速报尾报的对比结果）。超快速报第1次报是指当地震发生并被2个以上台站记录后，超快核心模块即开始自动确定地震参数，有2个台触发震级达到设定的震级下限时，发送第1报，简称首报。超快速报最后1次报是指在一定时间内加入震相和台站后，重新定位的参数变化不大，稳定可靠时，发送最后1报，简称尾报。

3.2 系统产出评估 3.2.1 定位精度分析

将地震超快速报与人工速报、人工编目总体偏差进行汇总，结果见表 3。由表 3可见：①与人工速报相比，超快速报首报、尾报的震中位置平均偏差分别为9.8 km、8.4 km，震级偏差分别为0.3、0.2，发震时刻偏差分别为1.6 s、1.0 s，深度偏差分别为12.5 km、10.7 km；②与人工编目相比，超快速报首报、尾报震中位置平均偏差分别为10.1 km、8.7 km，震级偏差分别为0.4、0.2，发震时刻偏差分别为1.8 s、1.1 s，深度偏差分别为12.9 km、10.7 km；③人工速报和人工编目相比：震中位置平均偏差为2.7 km，震级偏差为0.1，发震时刻偏差为0.5 s，深度偏差为3.2 km。

绘制超快速报与人工速报定位偏差直方图，见图 4。由图 4可见，超快速报定位精度低于人工速报。主要原因如下：地震定位时，人工速报尽量选择合理的地震台站分布，使所选地震基本被周围台站包围，且台站构成网形合理。此外，并非参与地震定位的台站越多越好，清晰可靠的近台和远台震相联合使用，可获得更为精确的定位结果（张天中等，2007），人工精确识别并使用S波参与定位，可大幅提高定位精度。而超快速报系统利用多个台接收的地震波初至波信号，采用STA/LTA算法检查震相触发，应用“着未着”算法快速分析多个台震相到时数据，确定地震发生时刻和位置，使用P波最大震幅和台站震中距估算地震震级，并向地震波尚未到达的地区发布地震参数（黄文辉等，2016）。超快速报定位未使用S波参与定位，故人工速报定位精度优于超快速报是可以理解的。

超快速报尾报定位精度优于首报，主要是因为首报时参与定位的台站较少。同时发现，四川西北部地区因台站分布稀少，对发震区域监控密度不够，超快速报定位精度低于其他地区，在省界及邻省区域也是如此。将同一地震事件的超快首尾报、人工速报和编目的震中结果投影到一张图上，结果见图 5，可见震中大部分重叠，仅少部分出现不完全重叠现象。

震级偏差分布见图 6，可见超快速报首报震级离散度较大，震级偏差分布在2.5级以内，而尾报偏差则分布在1.5级以内；人工速报震级偏差离散度较低，分布在在0值附近，几乎形成一条直线。

3.2.2 漏报分析

在选取的370次地震事件中，超快速报结果能够与之相匹配的地震共241次，漏报129次（表 3）。统计发现，自2017年3月20日超快速报系统试运行以来，由快、慢流冲突及数采打包格式问题等引起的不稳定现象，导致2017年漏报地震78次，占漏报总数的60%；随着超快速报系统运行逐渐稳定，漏报现象大幅减少，2019年漏报地震22次，占漏报地震总数的17%（图 7）。地震漏报可能是因为：事件震级相对较小，台站稀少且分布不均；台站波形数据传输负延迟；同一时段内，受之前地震尾波的影响，未触发超快速报。

漏报地震分布见图 8，图中右上阴影区为九寨沟M_S 7.0地震余震漏报，左下阴影区为邻省漏报地震密集区域。超快速报系统运行逐渐稳定，波形数据负延迟等问题进一步解决，随着地震台站建设速度的加快，台站分布密度进一步加大，地震漏报现象将逐渐减少。

3.2.3 误报分析

整理超快速报目录，并与人工编目进行匹配，发现超快速报地震多2次（表 3），超快速报出现地震误报现象。分析发现，误报的2次地震为2018年4月4日成都龙泉驿区M 4.0地震和2019年10月5日四川乐山市沙湾区M 5.7地震。前者的首报结果中深度不合理（＞100 km），导致震中、发震时刻、震级与编目结果差别较大而出现误报（黄文辉等，2016）；后者参与定位的台站（CLA）仪器设备出现故障，导致波形记录产生方波，波形失真而引起误报。

4 结论

通过对四川地震超快速报系统试运行产出结果进行分析，可以得出以下结论：①地震超快速报系统总体运行稳定，但震级、震中位置等出现偏差，并存在地震漏报、误报等现象，其速报速度和精确度与地震台站分布密切相关，且定位精度低于人工速报；②与传统的人工速报相比，超快速报具有明显的速度优势，可在地震发生后几秒至几十秒内自动确定地震三要素，地震定位的准确性和实效性满足超快速报要求；③在四川西北部及邻省地区，超快速报定位精度低于其他地区。

超快地震速报系统存在地震漏报和误报现象，主要原因如下：①试运行期间，系统不稳定，事件震级相对较小，且分布在台站稀疏地区，受之前地震尾波干扰未触发地震，导致出现漏报现象；②首报结果中深度不合理，使得定位结果偏差过大，而且台站仪器故障导致波形失真，故出现地震误报现象。