0 引言

北京市人口稠密，经济发达，作为中国首都，是国家地震灾害重点设防城市（张桂欣等，2018），一旦发生中强地震，将会严重影响经济发展和社会稳定（谢卓娟等，2019）。

北京市地处燕山地震带与华北平原中部地震带交会处，紧邻汾渭地震带和郯庐深大断裂带，历史上遭受多次强烈地震的破坏和影响（毛锋等，2008），其中：M 8.0地震1次，M 7.0—7.9地震4次，M 6.0—6.9地震26次；1679年三河—平谷M 8.0地震（谢卓娟等，2017）造成4.5万人死亡。其所处的地质构造位置和历史地震背景，决定了该区未来始终面临大震巨灾风险（王飞等，2020）。

加强强震观测台网建设是减轻地震灾害的一项重要基础工作（周雍年，2001）。北京市数字强震动观测台网经过多年发展已初具规模，具备快速地震烈度速报和地震预警能力。今后将进一步提高台站密度，为政府应急决策、公众逃生避险等提供坚实的地震信息服务支持。本文全面阐述了北京市数字强震动观测台网的现状，并对台网的运行管理和故障处理等方面进行总结与分析。

1 台网概况

自1997年初以来，北京市地震局数字强震动观测台网（刘博等，2011）历经“‘九五’首都圈”“十五”“奥运保障”“背景场”“国家地震烈度速报与预警工程”等多个项目建设，目前台站密度居全国前列，城区台间距约5 km，郊区台间距约10 km（图 1）。台站观测室根据《地震台站建设规范-强震动台站》（中国地震局，2006）的设计标准建设，不同项目所建台站观测室外观、材质有所不同，以户外小型观测室为主（图 2）。

北京市地震局强震动台站数据主要采用实时传输，可在地震发生后相对较短时间内将强震动台站获得的地面运动加速度数据传输至北京市地震局强震动监控中心，中心采用统一平台对强震动台站记录数据进行接收和管理，实现了不同观测仪器在同一网络平台的操作，提高了工作效率和工作质量。

通过多年对仪器设备和传输方式的升级改造及台站的布局优化，北京数字强震动台网仪器设备呈多样性、标准化，观测数据的实时性、完整性、可靠性大幅提升，为科研成果产品产出和对外服务奠定了坚实基础。对于北京市及周边地区的有感地震，该台网具备快速产出强震烈度速报信息和秒级地震预警能力。

截至2023年7月，北京市数字强震动观测台网共配备7种类型共计235台仪器设备，其中数据采集器以北京港震科技股份有限公司EDAS-24GN、珠海市泰德企业有限公司TDE-324CI/FI和美国REF-TEK公司生产的130B/REN型数字强震动记录器居多。统计结果见表 1。

2 台网运行与管理 2.1 地震记录

北京数字强震动观测台网（下文简称北京台网）会记录到本市及周边省市地区发生的地震。以2022年度为例，北京台网共记录以上地区地震44次，其中北京地区地震28次（M_L≥1.2地震16个）、河北地区地震13次、天津地区地震2次、海域地震1次，共计获得加速度记录6 432条。例如2022年2月3日北京朝阳区M_L 2.7地震（39.98°N，116.52°E），北京台网共接收163个台站记录，其中2个台站仪器烈度为Ⅲ度，9个台站仪器烈度为Ⅱ度，其他台站仪器烈度均为Ⅰ度。仪器烈度最大台站是朝阳区崔各庄乡马泉营强震台，该台距震中6 km，EW向峰值加速度为11.9 Gal，NS向峰值加速度为18.9 Gal，UD向峰值加速度为3.5 Gal（图 3）。

北京台网丰富的地震记录，为研究该区域强震动特性提供了良好的数据基础。

2.2 维护管理

台站维护管理工作是确保地震台网正常运行的核心保障（周雍年，2011）。北京地震台基于中国地震局震害防御司颁布的《强震动台网管理办法》，制定《北京强震动台网运维管理办法》。该办法对台站巡检流程、工作日志记录进行了规范化，并明确了现场功能测试、人工触发操作、仪器设备故障维修等流程，责任到岗、到人，确保台网的安全、稳定和可靠运行。

地震台工作人员每周一次例行远程通讯检查，监控台站工作状况，检查内容包括通信状态、记录情况、记录器和传感器工作状况等。若发现问题，当日即通知中心站监测运维室工作人员，确保迅速对故障台站进行必要的维护工作。现场工作期间，地震台应与野外维护人员密切配合，协助完成故障处理、检查以及检查单填写工作。为确保数据通讯管理平台的稳定运行，北京台网对服务器等设备软硬件每周例行检查和维护，同时负责整理和归档台站和中心站的维护记录。

根据《强震动台网管理办法》中对台站检查的规定要求，需每半个月执行一次台网的远程检查，整理汇总台站工作情况，并撰写查台报告。同时，每半个月对所有台站仪器进行功能测试，即方波标定（图 4，图中130B/REN、Etna2、EDAS-24GN、TDE-324CI/FI为地震数据采集记录器），通过记录波形分析，检验加速度计和记录器是否正常运行（周雍年，2011）。将测试结果和其他工作状态记录进行汇总并发送至中国地震台网中心服务器。

“国家地震烈度速报与预警工程”北京子项目于2018年正式启动实施，采取集中管理模式，并构建了一套可行的运行、维护、管理制度。

地震烈度速报与预警工程项目管理机构通过正式文件明确了运行维护管理机构的职能和责任，以及各级机构间的业务联系和管理目标。实行岗位责任制，确保系统运行、管理、维护都有明确的岗位职责，按各级各层次各专业管理部门的实际需求定岗、定人、定责、定权。上级管理部门负责考核，以保障岗位责任制的落实执行。建立技术人员培训档案和考核制度，坚持培训和考试合格人员才能上岗原则，逐步提升技术人员的知识结构、业务水平和运行问题处理能力，培养一批能够熟练操作系统和各种仪器设备的管理人员、操作人员和维护人员（陈红兵等，2012），为系统的稳定运行提供坚实的技术人员素质保障。

地震烈度速报与预警工程项目的设备管理包括信息采集、通信、计算机网络以及决策支持应用系统等多个方面，涉及的软、硬件种类繁多、数量巨大。北京地震台对观测设备的操作使用、保养维护、故障处理等做了严格规定，重视基础数据管理，包括对数据收集和统计渠道、计量手段、原始数据以及系统内部各种运行文件和历史文件归档等管理。此外，强调实施安全管理的重要性，包括建立安全管理体系、制定安全管理措施、执行身份验证、操作授权、访问控制等，对信息的保密性进行了明确规定，并按有关规定对系统运行进行安全检查。

依据中国地震台网中心发布的《全国测震台网站点设备标定方案》，为避免不同站点同时标定引发的数据处理风险，按全国预警台站设备标定工作流程，对辖区内基准站和基本站设备进行定期标定，其中：加速度计每年进行2次方波标定，上下半年各1次。

2.3 技术创新

截至2015年，北京强震动台网主要由“‘九五’首都圈”项目、“十五”项目、“奥运保障”项目、“背景场”项目建设而成，台网未进行仪器设备的升级改造。其中：“首都圈”项目建设台站已运行多年，设备进入报废年限，导致大部分台站停运；“十五”项目和“奥运保障”项目建设台站已运行10年以上，设备老化，故障频发；除“背景场”项目建设台站外，其他台站仪器记录方式均为触发式，不具备实时传输功能。因此，当时的台网总体观测数据质量不高，产品产出与服务保障水平相对较低。

基于上述问题，北京地震台陆续引入OVDP管理平台、Reftek管理平台、Etna2实时管理平台和简易烈度计管理平台，对非实时传输台站仪器设备实现运行状态检测和台站事件获取；2017年底，实现智能化实时监控，进一步减小了软硬件故障对台网数据质量的影响。为提高各种仪器数据格式转换效率，北京强震台网解决了syscom、geosig、reftek、etna等数据采集器触发文件格式的解析和各型号强震仪观测数据的格式转换，并生成统一格式的数据文件，实现了从手动到自动、从低效到高效的转变。

为提高地震烈度速报响应速度，北京地震台使用北京强震台网强震数据快速处理软件，实现了约5—8 min的自动烈度速报，同时改进了人工烈度速报的相关产出。即实现了无人工干预的自动波形数据下载、数据截取、烈度计算以及报告产出（第一报），为及时了解震中附近震动信息提供支持；在人工地震烈度速报（第二报）方面，将人工截取波形数据升级为自动下载，并按震中距进行排序，实现了仪器烈度分布图及仪器烈度等值线的快速产出。此外，自动产出震后强震观测记录报告，并在产出人工烈度速报后，自动产出事件波形文件和事件记录表，确保能够及时向中国地震台网中心提交震后地震事件数据。

3 故障解决方案 3.1 远程维护

为保障北京强震动台网的稳定运行，结合近年来台网运维经验，对台站管理流程进行细化分解，远程和现场维护任务分别由地震台网运行质量监控室和中心站负责完成（图 5）。

若在日常检查中发现台站异常，首先选择远程操作，如采用设备重启、存储卡格式化、设置更改等措施排除故障，远程手段无效则需现场维护，台站工作人员需当日将台站故障详情整理汇总上报中心站，由中心站安排运维人员前往野外台站进行现场维护。

3.2 现场维护

据2020年度北京市数字强震动观测台网现场维护记录统计结果，在该年度现场维护故障中，断电故障占比约43%，通讯故障占比约30%，记录器故障占比约19%，传感器故障占比约8%（图 6）。结合现场实际情况，可快速诊断故障原因并及时排除，以保障台站的正常运行。现场维护工作中常见问题及解决方案如下：

（1）断电故障。此类故障在台站故障中出现比例较大，多数由电源跳闸引发，需现场排查，判断线路损坏或短路情况，及时更换受损线路即可。对因未及时缴纳电费或台站搬迁等原因导致的断电情况，地震台应迅速进行沟通、协调，指派专人负责，避免此类现象再次发生。此外，应逐步为台站配备智能电源，以减少电源故障对仪器的潜在影响。对于数据采集器或路由器死机等情况，可通过远程控制开关电源进行重启，以减少现场操作，避免人为干扰。

（2）通讯故障。此类故障是现场维护工作的常见问题之一，通常由信号质量差、路由器死机或损坏、网络欠费或通讯卡损坏等原因所致，一旦通讯中断，将严重影响数据传输。故障出现后，由中心站进行现场维护，一般采取调整天线位置、重启或更换路由器、更换通讯卡等措施，以期尽快恢复通讯功能。目前，强震台网通讯以3G、4G网络为主，信号差、数据传输不稳定，未来应考虑将有条件的台站逐步改造为光纤网络传输，以提高台网通讯质量。

（3）记录器故障。针对此类故障，运维人员将携带专业工具进行现场维修，确实无法修复的设备需及时更换，以确保台站的正常运行。此类故障一般表现为记录器死机、内存不足、参数丢失，可通过重启记录器、清理内存卡、重新设置参数来排除。此外，对于Reftek仪器GPS周期翻转问题，可进行软件升级，若此操作无效，应尽快更换仪器。

（4）传感器故障。此类故障多由元件老化或损坏引起，一般是由于环境条件恶劣所致。因此，建议采取相应预防措施，如：对观测室进行防水、防尘处理，将显著降低传感器故障率；新建观测室选址时，应尽量避免潮湿低洼地带；对于不常见的数据电缆损坏故障，及时更换受损电缆即可。

4 问题讨论

目前，北京市强震动观测台网仍存在以下问题：

（1）制度问题：预警台网管理制度与现有强震动台网运行管理要求存在较大差异，有必要尽快对强震动台站日常运行管理、数据存储、数据提交等制度进行相应调整，以适应预警台网数据实时性、结果高时效性和台站强关联性的特点。

（2）人员问题：由于单位机构改革、业务调整等因素，台网运维团队人事变动较大，要求现有人员必须尽快全面掌握运维业务技能。为此，需定期组织相关人员开展业务培训，并通过现场实际操作来排除各种故障，以保证野外运维工作的有序和高效。

（3）仪器设备维护问题：北京市地震局大部分强震台站已运行10年以上，观测设备老化现象严重，如Geosig、Etna仪器出现GPS周期翻转。台网故障率较高，备机、备件不足，导致运维效率持续偏低，今后应逐步更换老旧设备。此外，交流供电线路使用多年，线路老化，存在一定故障和安全隐患，建议定期检测，发现问题应及时更换，以避免不必要的损失。

（4）台站密度问题：强震台网现有台站数量已实现对北京市的全覆盖。然而，与台站网格化管理的精细化建设要求仍有一定差距，今后应加强北京地区台站建设，优化台网布局，并通过不断探索与创新，提升北京强震动台网观测记录质量。

5 结束语

北京市强震动观测台网建设至今运行稳定，北京地震台通过优化管理制度和自主技术创新，有效解决了台网运行中的常见问题，实现了相对高效的产品产出，并在多次地震事件中展现了出色性能。随着台站数量的逐年递增，台站密度的逐渐加大，观测数据质量将显著提升。大量详实的基础观测数据，将使得震后烈度速报更加精准，并显著增强了北京市防震减灾和社会服务能力。

文中所用地震数据由北京地震台强震台网提供，在此表示感谢。