地震预警系统(提前发布警报的实时地震信息处理系统)

地震预警系统是指实现地震预警的配套设施，其特点是高度集成、实时监控、飞速响应。按照响应的顺序，该系统可包括地震监测台网、地震参数快速判测系统、警报信息快速发布系统和预警信息接受终端四部分。

2012年9月2日，由成都高新减灾研究所自主研发的“ICL地震预警技术系统”通过四川省科学技术厅组织的科技成果鉴定，这也是中国首个通过科技成果鉴定的地震预警技术系统。

研发背景

2008年5月12日14时28分，5·12汶川地震爆发，截至2008年9月18日12时，地震共造成69227人死亡，374643人受伤，17923人失踪。地震发生时，家乡位于四川达州的王暾正在奥地利科学院从事理论物理博士后研究。地震发生后，他决定回国，成立了成都高新减灾研究所，开发中国自己的地震预警系统。

系统概念

“地震预警”是指突发性大震已发生、抢在严重灾害尚未形成之前发出警告并采取措施的行动，抢在地震波传播到设防地区前，向设防地区提前几秒至数十秒发出警报，以减小当地的损失，也称作“震时预警”。地震预警是震中正在发生地震时，基于秒级响应的地震监测预警网络，利用电波比地震波快的原理，对地震还未波及的区域提前几秒到几十秒发出的警报。而地震预测，是对还未发生的地震，通过一定的方法预计某地将来会发生一定级别的地震。

地震预警系统是指实现地震预警的配套设施，包括地震监测台网、地震参数快速判测系统、警报信息快速发布系统和预警信息接受终端。地震预警系统具有高度集成、实时监控、飞速响应特点；尤其是飞速响应这一点至关重要。

也就是说当地震发生后，离震中最近的几个预警台站会陆续接收到地震信号，触发地震参数快速判测系统；在收到信号的几秒至十几秒内，快速判测系统将估算出地震的发震时刻，发震位置，震源的类型和震级的大小；然后利用这些参数模拟出相关区域内地面运动的强烈程度；根据模拟的结果，抢在相应地震波以前，向不同地区发出相应的预警信息。

系统原理

地震的成因是由于地下几公里至数百公里的岩体发生突然破裂和错动。而这些破裂和错动释放的能量又以地震波的形式向四周辐射出去，就像往平静的水面投入一块石头，石头运动的能量会以水波的形式向四周辐射。地震波是一种机械波，具有一定的传播速度，也就是说，当地震发生后，大家不会立刻感觉到地面的震动，而是要等相应的地震波传播到人所在的位置。这个时间差给地震预警留下了时间差的可能。

事实上地震预警系统其实就是在和地震波赛跑。地震预警系统的工作原理就在于可以探测到地震发生最初时发射出来的无破坏性的地震波，而破坏性的地震波由于传播速度相对较慢则会延后10～30秒到达地表。深入地下的地震探测仪器检测到纵波（P-波）后传给计算机，即刻计算出震级、烈度、震源、震中位，于是预警系统抢先在横波到达地面前10～30秒通过电视和广播发出警报。并且，由于电磁波比地震波传播得更快，预警也可能赶在P波之前到达。

当地震发生后，离震中最近的几个预警台站会陆续接收到地震信号，触发地震参数快速判测系统；在收到信号的几秒至十几秒内，快速判测系统将估算出地震的发震时刻，发震位置，震源的类型和震级的大小；然后利用这些参数模拟出相关区域内地面运动的强烈程度；根据模拟的结果，抢在相应地震波以前，向不同地区发出相应的预警信息。

拿5·12汶川地震举例：地震波从震中传到北川羌族自治县县城大概需要25秒。如果预警系统在发震5秒后感受到了地震波，并花了15秒钟打电话告诉北川地区地震波即将来临，那么北川的群众将会获得5秒的应急时间。

系统效果

美国

预警系统的原理决定了地震预警系统能够提供的应急时间是有上限的。美国虽然没有部署地震预警系统，但相关研究已经开展了很多年，其中包括一个在旧金山湾区进行研究的名为ElarmS的地震预警系统。结果表明，这套ElarmS预警系统，对于不到一半的地震，能够提供10秒以上的预警时间；对于绝大多数地震，能够提供的有效预警时间不超过30秒。在几秒至数十秒的时间内，我们能够采取什么样的措施减少损伤——停止高速列车、从电梯撤离、终止或保护关键仪器和设备、人员撤离到安全地带等等。我们可以做的很多，但是我们不能做的却更多。

此外，预警系统面临一个尴尬的规律：越是地面运动强烈的极震区，能提供预警的时间就越短；对预警系统依赖越弱的地区，能提供的预警时间反而越长。再拿5·12汶川地震举两个极端的例子：离震中不到20公里的映秀镇，处于预警系统的响应盲区，基本没有可能获得提前预警；而距离震中约1500公里的北京，可获得大约3分钟的提前预警，但又几乎没有意义。

日本

日本国土交通省所属的日本气象厅于2006年8月1日启用高度利用向紧急地震速报系统，并于次年10月1日上午9时开始向全国的一般大众发布警报。日本紧急地震速报分为“预报”和“警报”，“预报”向高度利用者提供，警报的发报条件为“预测震度5弱以上”。在其预警系统的宣传手册中提到，如果您距离震中太近，预警信息和地震波可能同时到达。

2008年6月14日，日本发生的里氏7.2级地震中，距离震中30公里的鸥州，在3.5秒后收到了预警信息，但此时破坏性的S波已经到达。在遭受严重冲击的栗原市，地震预警信息只提供了0.3秒的应急时间。对应于距离震中50公里和80公里的居民，则分别获得了5秒和15秒的应急时间。

2011年3月11日的东北太平洋冲9.0级地震中，系统分别在地震发生后5.4秒和8.6秒向高度利用者和一般民众发布了地震预警，几乎是在地震波到达陆地的一瞬间，在警报地域居住的居民都收到了警报。其中距离震源较近的岩手县大船渡市县（观测震度6弱）获得了12秒的预警时间，摇晃最剧烈的极震区宫城县栗原市（观测震度7，最大加速度约3.8个重力加速度）则获得了18秒的预警时间，而东京（震度5强）在警报发出1分钟后也感受到了剧烈的摇晃。

预警系统在关键技术上还没能做到十全十美，尤其是地震参数的快速判定，以及复数个地震同时发生时，震源参数分离独立判定。作为5个部署了地震预警系统的国家地区之一，日本的投入最大，性能也是最好的。然而2008年1月27日，日本时报（The Japan Times）一则标题为“地震预警系统再次失效”的新闻，从一个侧面反映出了地震预警系统的现状。

中国

2023年8月6日33分，中国地震台网正式测定：在山东德州市平原县（北纬37.16度，东京116.34度）发生5.5级地震，震源深度10千米。

2022年5月20日8时36分在四川雅安市汉源县发生4.8级地震，震源深度20千米，震中位于北纬29.67度，东经102.48度，本次地震为2013年雅安7.0级地震的一次强余震。而在地震发生时，雅安市民提前14秒收到预警，成都市市民则提前47秒就已收到预警。同样，在2017年8月8日阿坝县九寨沟县的7.0级地震中，ICL地震预警系统成功提前71秒通过手机终端为成都市发出预警信息，提前19秒为甘肃省陇南市发出预警。

2014年5月，中国首都圈地震预警系统经过近1年半的建设，已建成并于投入运行，为首都圈民众和地铁、化工等重大工程提供地震预警服务。此次系统覆盖了北京、天津市、唐山、承德、张家口市、保定市、廊坊市、大同市等首都圈区域13万平方公里范围。当首都圈及周边区域发生地震时，预警系统可以在地震发生7秒内为民众和重大工程发出警报，减少人员伤亡和次生灾害。首都圈地震预警系统应用了该所自主研发的ICL地震预警技术。该技术是2008年汶川地震后，在来自中国地震局等国内外专家的支持下研发的，经过大量汶川余震检验而逐渐完善与成熟，形成了我国具有完全自主知识产权的地震预警技术。

截至2014年，中国已有15个省市开始应用ICL地震预警技术建设地震预警系统，覆盖区域近100万平方公里，其中包括南北地震带、郯庐地震带等。其所建设的地震预警系统已经成功预警包括芦山7级强震等破坏性地震，并通过手机、电视、新浪微博和专用接收终端等发布预警信息。首都圈中的一些学校、社区、科普馆已经应用了地震预警信息。

系统部署

地震预警系统的部署，并非一个简单的技术问题，需要综合考虑科技因素、经济因素和社会因素。截至2014年，全世界仅有中国、罗马尼亚、土耳其、墨西哥和日本拥有投入使用的地震预警系统。据2004年《科学》杂志报道，日本2004年花费9000万美元完成的地震预警系统是迄今最为全面的预警系统。

一般来说，开发地震预警系统的地区，有如下特点：

1.地震发生频繁

如日本、中国台湾、墨西哥和加利福尼亚州都位于环太平洋地震带上，地震活动频繁。只有频繁的地震活动才需要频繁的地震预警，来减轻地震造成的损失。如果不能减少一定的损失，那么部署这套昂贵的系统本身就是一笔损失。

2.有较强的经济实力

地震预警系统由于整合度高，对地震台站密度有要求且需要长期不间断运作。地震预警系统的警报终端还需要与相关行业和部门合作开发，如电视台、铁道部门、工厂、医院等等，都需要装备相应的警报终端才能发挥预警系统的功效。因此预警系统的部署成本并不算是低廉，对当地可能有一个长期的经济压力。

3.设防区域小，预警价值高

日本，中国台湾均为整体设防，因为他们需要防御的总面积偏小，美国的地震预警系统主要也是针对旧金山周边区域。同时，这些防御区域经济相对发达，高科技产业密集，人口密度大，长期预警的经济社会价值可观。

综合上述的情况，对于是否需要地震预警系统，科学界内仍未能形成一致的看法。支持的学者认为这是一个很棒的想法，可以减少地震灾害的损伤；不支持的学者认为这套系统成本高昂、功能有限，前途并不光明。2004年《科学》杂志有文章标题用“打赌”来形容各个国家对于地震预警系统的态度。

地震预警

2013年2月，中国地震局“国家地震烈度速报与预警工程”已经进入发改委立项程序，计划投入20亿元，用五年时间建设覆盖全国的由5000多个台站组成的国家地震烈度速报与预警系统。

云南省省昭通市巧家县、四川省凉山彝族自治州宁南县交界2013年2月19日10时46分58秒发生4.9级地震，有媒体报道称，成都高新减灾研究所与云南昭通市防震减灾局联合建设的地震预警系统对该次地震进行了成功预警。

中国地震局在科技部的支持下，从2009年开始启动“地震预警与烈度速报系统的研究与示范应用”项目，项目进展顺利，即将在今年3月份进行正式验收。通过这个项目，中国地震局已经掌握了地震预警系统的关键技术，将来会直接应用到国家地震预警系统工程里去。

现状

中国虽然是个多地震国家，由地震造成的人员伤亡与经济损失巨大，但除大亚湾核电站在法国人承建时建立了一个由地震监测网络和人工决策相结合的地震预警系统外，中国尚未自主建设过其他重大工程地震预警系统，有关研究工作也仅是刚刚在个别高校和研究所兴起。尽管地震预警在国外已有近50年的实践历史，但在中国无论从理论还是实践上都是一片空白。强震动数据的实时处理与地震三要素的快速确定；地震动场的生成；基于地震动参数的震害快速评估等都是我们需要进一步研究的科学和技术问题。

中国从上世纪末开始开展地震预警技术先期研究，已在测震台网和强震动台网观测数据实时处理、地震事件的实时检测、基于有限台站记录的实时地震定位、基于地震动初期信息的震级测定以及和地震动场实时预测等方面都取得了一些成果。但是由于地震本身是地质问题，由于相关研究费时费力所以造成很多学者选择其他研究方向。

方案

存在两种地震预警方案，一是基于地震速报系统，即利用地震观测网中离震中最近的几个监测台，快速确定地震的三要素（时间、地点、震级），然后利用现代通讯和破坏性地震波的传播时间，让离震中较远的人们有一定的时间采取措施。此方案（网络预警）确定了地震的基本要素，可以向比较远的区域发布预警。但该方案有比较大的盲区，需要几个监测台才能确定地震的信息。

另一方案是单点地震预警，此方案利用地震纵波和横波的特点，进行地震预警。其工作流程是，该点的地震仪连续监测震动，如果检测到很强的纵波，则产生预警，警告破坏性地震波即将到达。该方案只需要一个监测台，所以盲区小。但只能对该地点进行预警，其应用有一定的局限性。比较好的方案是把网络预警和单点预警结合起来，以减少盲区和增加预警范围。

5·12汶川地震发生后，国家地震监测部门在5分钟左右确定了地震位置及强度，十几分钟后上报地震信息。而在地震发生十几分钟后，地震面波基本上已经离开中国，所有的地震直接灾害及影响已经形成，达不到地震预警的效果。而确定地震何时结束、何地结束及通过地震破裂模型评估地震灾害，做出地震震动图，则是地震一天后的事情了。

福建省地震局和中国地震局工程力学研究所在2007年合作研发了“区域数字地震台网实时速报系统”，实现了震后一分钟自动测定地震基本参数，已经成功应用于地震的自动速报，并解决了与地震预警系统相关的实时数据流传输、地震数据实时处理和地震基本参数自动速报等基础问题。

中国《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》和《地震科学技术发展规划（2006-2020年）》都明确提出了应该在中国建设地震预警系统。但是，当《科学新闻》问道“中国应该如何加强地震极早期预警系统？”时，倪四道纠正，“现在，我们要做的不是加强地震极早期预警系统，而是建立！中国没有极早期预警系统！”

困难

地震预警系统面临三个困难：

一是硬件条件的限制。

二是技术上的困难——地震发生后，只能用到近震源有限台站的初期信息来确定地震基本参数，并实时预测尚未到达的破坏性地震波的强弱。信息的有限性会影响地震事件自动判别的可靠性和地震基本参数的测定的准确性。

三是地震预警的局限性——地震预警系统并不是万能的，其应用受到台网条件、技术发展及震源所处位置等客观条件的限制。

地震预警系统建立的阻碍在于思路、体制和科技三方面。同时由于部门利益分割严重致使地震相关工作大多是地震局在负责，打破部门分割，少一些“本位主义”；发动多部门参与研究，避免思路僵化，引入竞争机制也是地震预警系统建立中需要克服的困难。

进展

速报系统

中国在“九五”期间，在首都圈建立了由72台卫星传输、80台电话拨号传输的数字强震台站组成的地震烈度速报系统，目标是当首都圈内发生里氏3.5级以上地震时，在5分钟内提供初步地震位置、10分钟内给出地震参数与地震烈度分布。在“十五”期间，还计划在北京、天津市、兰州市、昆明市、乌鲁木齐市五大都市建设以强震动观测台网为基础的地震动强度速报系统。但是这一系列的成果都不足以说明中国预警机制的进展。

台站密度

地震预警系统可以通过增加地震监测网点、完善信息传播机制来建立，硬件上，在中国只需两年就可建成。中国非常有必要把中国的相关地震学研究力量组织起来，形成有效的应急地震学研究体系，使中国尽快建立起强地震早期预警系统。中国要建立预警系统，地震监测台站密度还不太够。中国西部地区台站密度比较小，做起来难度大，需要再加密。首都圈台站密度比较大，做起来容易些。

手机预警

2021年5月，小米手机地震预警现已经支持全国 25 个省份（含直辖市、自治区）的大部分地区。

小米、华为、OPPO、vivo等多款国产手机都已接入地震预警功能。手机操作系统接入地震预警，可以使手机用户无需安装地震预警App就可以享用地震预警功能，解决了民众平时难以专门下载灾害预警App的问题。手机操作系统级接入，还可使得地震预警信息按最高优先级传递，最大限度降低通信延迟。智能手机内置的加速度传感器可以感应震动，一旦手机监测到地震信息，就会向预警中心服务器发送信息。而预警中心服务器，则会结合众多手机信息判定是否发生了地震，并在判定后秒级测算地震预警震级、震中位置、发震时刻，并向震中周边受影响人群发出预警信息。

完善系统

建立和完善地震预警机制已成为当务之急。地震预测、预报、预警是三个不同的概念。地震预测是通过资料分析、规律研究提前判断地震发生信息，预报是把预测结果进行发布；而预警是指在地震发生后，抢在地震波传播到设防地区前，向设防地区提前几秒至数十秒发出警报，以减小当地的损失。

研究成果

2011年8月，美国发生一场地震并导致一座核电站关闭。一个月后，加利福尼亚州的地震学家成功测试了一个地震预警系统。这一系统能够在探测到断层断裂产生的第一个能量脉冲时发出早期预警。

评审专家认为该系统处于国内先进水平，部分技术具有国内领先和国际先进水平。这是中国首个通过省部级科技成果鉴定的地震预警技术系统。该系统通过对地震波波形的监测、分析、汇总、综合分析，实现地震预警的有关参数计算和估算，生成地震预警警报，实现了地震预警信息的秒级响应发布。同时，该系统还实现了地震预警的多途径发布，预警信息可以通过手机、计算机、广播、电视及地震预警信息专用接收终端等途径进行发布。

2013年3月14日，美国地震学家凯特·哈顿14日接受新华社采访时说，加利福尼亚州正在测试的地震预警系统11日在南加州发生地震前30秒成功发出警报。据哈顿介绍，这一地震预警系统通过设置在各地的感应器，将破坏力较小但速度较快的P波信息传递到与之相连的电脑，进而对地震位置、震级、时间等进行预测和报警。

2013年3月18日，成都高新减灾研究所，宣布该研究所在相关部门支持下，初步建成了覆盖面积为40万平方公里的地震预警系统。成都高新减灾研究所所建设的地震预警系统包括了布设在甘肃、陕西省、四川、云南等8个省市的部分区域的1213台地震监测仪器、预警中心和通过多种方式的预警信息实时发布和接收系统，总价值1.6亿元，得到了科技部、中国地震局、四川省科技厅、四川省应急办和成都市高新区等相关部门的支持。

研究机构

系统简介

QuakeSolutionTM预警系统是王暾博士领导的成都高新减灾研究所在国内外专家的支持下，自5·12汶川地震后，通过技术创新而实现的软硬件一体化的、具有自主知识产权的地震预警系统。该系统的重要创新是其误报率低、软硬件一体化技术等。另外，该系统还可具备烈度速报功能。与无预警系统相比，地震预警系统可以在地震灾难到来前给出警告，缩短反应时间、判断时间、决策时间，减少人员伤亡。

成立于汶川地震后的成都高新减灾研究所，从2008年汶川地震后开始研制地震预警技术；在来自国内外地震、应急专家的帮助下，成都高新减灾研究所初步掌握了地震预警和烈度速报的核心技术，且已经将这些技术融入到其开发的软硬件一体化系统中，形成了自主知识产权。

从2010年底开始，研究所已经先后在2万余平方公里的汶川余震区域包含18个县市，覆盖了四川省、甘肃省、陕西省三省交界区域）布设了预警试验网络，自2011年4月15日起，已经对试验区域内发生的110次余震实现了预警，并在国内首次实现了参试人员先收到预警短信，然后才感觉到地震。

自主研发

地震预警系统就是在一定地域布设相对密集（例如，台站间距15公里）的地震观测台网，在地震发生时，利用地震波与无线电或计算机网络传播的速度差，在破坏性地震波(横波或面波)到达之前给预警目标发出警告，以达到减少地震灾害和地震次生灾害的技术。地震预警的关键是利用地震波的前几秒的数据准确估计震级、震中位置以及快速估计地震对预警目标的影响等。