基金项目:中国地震局地震信息青年重点任务(CEAITNS202514);云南省地震局青年项目(2023K06)联合资助。
作者简介:赵至柔(1995-),女,硕士研究生,工程师,主要从事地震预警信息发布研究。E-mail:601344129@qq.com
Yunnan Earthquake Agency , Kunming 650224, China
Earthquake early warning;Emergency wake-up;Mechanism implementation;Wake-up system
DOI: 10.13512/j.hndz.2025.04.19
地震预警作为近年来防灾减灾领域的研究热点,其核心原理在于利用地震纵波与横波、电磁波与地震波间的时间差,在破坏性地震波到达之前,向可能受影响的地区发出几秒至几十秒预警[1-2]。这一技术可为目标区域争取数秒至数十秒的应急响应时间,其价值不仅体现在公众避险,更在于为生命线工程提供自动化处置窗口,例如高铁通过紧急制动、核电站启动安全停堆程序、化工厂管道控制等,以有效减少人员伤亡和财产损失[3-4]。
日本、墨西哥、美国、土耳其等国家均已建成区域性预警系统,且面向社会公众发布预警信息[5-6]。例如2011年日本9.0级大地震,早期预警系统(EEW)为东京争取到超过1分钟的关键避险时间,显著降低了高铁脱轨、核电站事故等次生灾害风险[7-8]。中国于2024年建成覆盖全国的地震预警网,成为全球第2个建成全国性地震预警系统并公开发布预警信息的国家。重点预警区首报时间平均仅需7 s,一般地区为10~30 s[9]。云南作为中国地震预警网的第一批试运行单位实现了面向政府应急决策部门、全省中小学校、近1000万电视用户和重要工程的秒级地震预警、分钟级地震参数速报和地震烈度速报等各种产品的快速产出,实现了预警终端、大喇叭、电视、微信小程序、手机客户端等多种信息大部渠道的预警发布[10-11]。但在实际地震应急响应中这些发布渠道还未能覆盖所有群体,产出产品未能很好的发挥其作用。例如:学校预警终端因供电、日常维护不到位等原因长期离线,导致临灾“叫应”渠道不畅通,信息无法及时传达到预警对象;地震应急“第一响应人”没有接收预警信息的渠道,导致响应不足。由此可见,现有地震应急响应机制存在信息传递延迟、覆盖范围不精准以及关键人员响应率不足等问题。
因此,在震情形势严峻的云南,建立快速、覆盖范围精准的云南省地震预警紧急叫应叫醒机制意义重大。本文设计了基于地震预警紧急叫应叫醒系统的叫应机制,与云南省重特大地震灾害“123”快速响应机制衔接联动,为省委、省政府、各级抗震救灾指挥部应急处置和社会群众紧急避险,自救互救提供科学可靠的信息服务,进一步发挥地震预警减灾实效,提升地震应急处置能力。
为全面做好云南省重特大地震灾害应急处置工作,云南省制定了重特大地震灾害“123”快速响应机制,即1小时内各级指挥系统要全面运行、2小时内应急救援队伍要全面派出、3小时内救援工作要全面展开[12]。为了能达到该总体要求,则预警信息需要全场景、全人类的精准覆盖。目前云南省地震预警信息仅通过预警终端、电视、手机进行发布,只覆盖了全省中小学校、正在看电视的用户、以及开通预警功能的手机用户,针对政府系统及一线应急人员缺乏有效的接收预警信息的渠道,导致重大地震灾害发生后不能快速反应。因此,为确保地震叫应叫醒时效,进一步提升地震应急叫应叫醒效率,建立云南省地震预警紧急叫应叫醒机制。
该机制的构建应满足4个方面的需求:①构建一线人员的地震预警紧急叫醒机制,实现震后5 min内生成应急资源调度方案;②建立地震预警紧急叫应叫醒系统,支持地震预警消息的自动分级触发;③采用语音通知系统智能分级播报技术,可根据震级自动生成播报内容,并通过移动手机终端同步下发;④系统需在规定时间内完成地震预警生成到终端触发的全流程操作,满足并发处理能力。
根据重大地震应急响应特点及需求,设计云南省地震“5618”紧急叫应叫醒机制,主要包括以下内容:“5”表示预警震级≥5.5级时启动机制;“6”表示以预估烈度≥6度以上区域为发送范围;“18”表示18 s内将地震“必达信”霸屏信息发送至地震应急响应“关键人”。当预警震级≥5.5级时,系统在震后18 s内通过“必达信”同步触发普通短信、霸屏信息和语音电话,分级叫应四类对象:省领导、省级层面、震区层面、部队层面。具体机制流程如图1所示。
四类对象采用分级发送,分三个批次进行发送,第一、二批次对象接收全省范围内的地震预警信息,第三批次按预警震级5.5~7.9级动态调整发送范围,发送范围根据预估烈度经验总结为距离震中50~200 km范围,主要覆盖省、市、县三级抗震救灾指挥部成员及“第一响应人”。具体发送规则、发送范围及见表1。
图1 地震预警紧急叫应叫醒机制流程Fig.1 Earthquake early warning emergency wake-up mechanism process
为了进一步使地震预警“5618”紧急叫应叫醒机制落实落地,建立地震预警紧急叫应叫醒系统,在地震发生时以“必达信”方式第一时间将地震预警信息发送至各级应急响应“关键人”。
系统主要由地震预警信息发布平台、地震预警前置安全系统、电视地震预警发布系统、云信大数据平台、必达信消息平台及手机终端组成(图2)。位于云南省地震预警中心的地震预警信息发布平台通过数据专线网络将地震预警信息推送到运营商网络的电视地震预警发布系统[13-15],电视地震预警发布系统将接收到的地震预警信息推送至云信大数据平台,云信大数据平台根据地震信息(震中经纬度、震级)和推送规则识别分析目标发送号码后,将预警信息推送至必达消息平台,必达消息平台完成预警信息发送。
图2 地震预警紧急叫应叫醒系统总体架构Fig.2 The overall architecture of earthquake early warning emergency wake-up system
根据系统总体架构设计和发布规则,对系统业务流程进行设计,如图3所示。电视地震预警系统发布地震预警信息,云信大数据平台接收到地震预警三要素后,根据地震经纬度、发送规则、乡镇所在经纬度及预置通讯录,识别并匹配地震区域目标号码清单,再根据预警信息、模版生成必达信内容,然后将识别的号码清单、短信内容推送至必达消息平台,必达消息平台接收到发送信息后进行信息的发送。
图3 地震预警紧急叫应叫醒系统业务流程图Fig.3 Flow chart of earthquake early warning emergency wake-up system business
(1)消息发送规则:根据表1可以看出,针对不同的震级需要根据震中经纬度匹配范围区域的半径r。

式(1)中:M为震级。
(2)全省乡镇位置所在经纬度信息:主要用来识别乡镇是否在需要识别号码的区域范围内,包括乡镇名称、行政区编码、经纬度等信息,如表2所示。
表2 全省乡镇经纬度信息Table 2 Latitude and longitude information of townships in the province
(3)全省工作人员通讯录数据表:第一、二批次人员包括姓名、电话号码,第三批次人员包括所属乡镇名称、姓名、电话号码等信息,以便根据式(1)筛选出对应乡镇的号码清单。
(4)数据预处理:云信大数据平台根据表2和全省工作人员通讯录数据表,对数据进行加工、处理和映射。通过乡镇名称及行政区编码等信息,完成每个号码到乡镇经纬度的映射关系,输出第三批次人员号码清单、乡镇名称、乡镇经纬度信息数据表,并将数据表存入Redis内存数据库。
(5)地震影响区域计算:
首先将以纬度θ-经度ϕ方式标识的震中P 1 ( θ 1,ϕ1)与距乡镇P 2 ( θ 2,ϕ2)转换为直角坐标标识的震中P1 (x1, y1, z1)与乡镇P2 (x2, y2, z2)。转换方法如下:

式(2)中,R为地球平均半径,取6378 km。
然后计算震中与乡镇的直线距离d如下:

通过震中经纬度与乡镇经纬度计算出来的直线距离d与需要识别的区域半径r进行比对,当d<r时,即表示该乡镇为目标区域,如下图所示,符合条件的目标区域为乡镇B和乡镇D:
(6)根据目标区域读取区域对应的号码清单:云信大数据平台识别目标区域后,根据已处理的数据表直接读取区域内相对应的号码清单。
发布形式包括普通短信、霸屏形式的必达通知、智能语音外呼三种形式,如图5所示。必达信消息包括地震信息发布单位、信息类型标识、地震基本信息(发震时间、震中位置、震级)等,例如:“【云南省地震局】地震必达信:XXXX年XX月XX日XX时XX分XXX发生X.X级左右地震。请迅速处置”。该模版信息可以根据需求进行定制化设置。其中霸屏展示会持续到人工干预后取消,智能语音外呼是通过拨打电话的形式对必达信息的内容进行播报,电话接通后会显示回落短信。所需叫应要求有:手机终端需保持24小时开机,确保通信畅通。
图4 地震影响区域示意图Fig.4 The schematic diagram of earthquake affected area
云南地震预警紧急叫应叫醒机制实行边运行、边优化,其中紧急叫应叫醒系统已于2025年2月正式上线运行。截止2025年5月31日,必达信信息接收用户共计21 973人,如图6所示。由于人员变动、需求增加等原因,会对人员名单进行不定期更新。
图5 必达信发布的三种形式Fig.5 Three forms of information dissemination
图6 必达信信息接收用户Fig.6 Receiving users of information dissemination
本文采用模拟发送+虚拟号码的方式,选取不同时段进行10次测试,测试震级大于5.5级。每次测试根据当前接收用户数量进行对应虚拟号码分配,并模拟该时刻下用户手机畅通状态,最后成功发送、发送失败、发布总人数如图7所示。由图可见,除测试2发送成功率为83.58%,其余9次测试发送的成功率均在98%以上。发送成功率与设置的能正常通讯的号码数量基本一致。由此可见,发送失败的主要原因是手机未处于通信畅通状态,测试2为凌晨0时发布,设置了少量用户处于关机状态。
图7 发送人次统计Fig.7 Statistics of people sent
通过统计测试触发时间和每个用户接收并反馈发送结果的时间,可计算得到平均用时如图8所示。10次测试发送信息的平均用时为10.9 s,其中最小用时为9 s,最大用时为13 s,满足18 s内将地震“必达信”霸屏信息发送至地震应急响应“关键人”的要求。由图可见,不同批次间发送信息的平均用时差在4s以内,这是因为系统并发处理能力为500条/秒,第三批次人数较多会产生几秒钟的时间间隔差。
图8 发送用时统计Fig.8 Statistics of sending time
为了验证地震预警紧急叫应叫醒系统的运行情况,2025年2月20日进行了云南省地震紧急叫应叫醒演练,模拟2025年2月20日00时00分,在云南省红河州A县发生7.0级地震,震源深度10 km。根据发送规则,本次演练的发送范围包括:省委、省政府主要领导、有关领导,省政府总值班室,省抗震救灾指挥部成员单位有关人员,全省所有州(市)党委、政府主要负责同志和州(市)应急管理局、地震局负责同志,震中200 km范围内“第一响应人”、抗震救灾指挥部成员单位有关人员。00时00分发出演练信息,电话接通后短信回落效果如图9所示。本次演练系统管理后台收到共9318人收到必达信信息的反馈,反馈数据显示第三批次的人员范围为马鞍底乡、铜厂乡、平河镇等443个乡镇共8696人。通过接收范围(图 10)可以看出,距震中200 km范围内的“第一响应人”、抗震救灾指挥部成员单位有关人员可以快速、精准收到地震预警信息,有效提升了重特大地震应急响应效率。
图9 短信回落演练效果Fig.9 Exercise effect of SMS fallback
图 10 地震预警紧急叫应叫醒演练发送范围Fig.10 The sending range of earthquake early warning emergency wake-up exercise
云南地震预警紧急叫应叫醒机制尚处于刚刚起步阶段,从信息处理到发布阶段,还存在4个问题:①需完善发布模式和发布策略,面对全省分区域发送的对象,需研究一套科学合理的信息发送算法,能快速精准的实现影响范围区内对象叫应叫醒的全覆盖;②需设计关键算法的功能拓展,包括数据加工处理、地震区域识别匹配、行政区及号码清单映射、分级分类自动触发机制开发等;③需扩容短信播发和语音呼叫能力,目前发送人员数量较大,平台的呼叫能力即将不能满足增长的人数需求,需提升预警大范围、高并发信息发送保障能力,并拓展业务功能模块及数据接口;④需提升信息发送全过程安全保障能力,加强全链条预警紧急叫应叫醒系统的网络安全、信息安全和数据监控,优化必达信发布平台,规范信息发布渠道,建立异常情况处置机制。
本文基于云南省重特大地震应急响应需求,建设了“5618”紧急叫应叫醒机制,明确了发送规则和叫应叫醒流程,设计了地震预警紧急叫应叫醒系统,地震发生后通过强制触达方式,在个人用户手机上显示满足地震预警紧急叫应叫醒发布条件的地震基本信息(发震时刻、震中位置、震级)及语音播报。
通过开展多轮次测试和演练,结果表明地震预警紧急叫应叫醒系统的发送成功率和响应时间均能满足机制要求。但目前建成的地震预警“5618”紧急叫应叫醒机制系统还存在较多亟待完善的技术问题,需进一步优化策略、丰富手段,提高紧急叫应叫醒的准确性、时效性和服务性,让紧急叫应叫醒机制更贴合用户的需求,更好地为省委、省政府、各级抗震救灾指挥部应急处置和社会群众紧急避险,自救互救提供科学可靠的信息服务。积极探索业务应用成熟的第三方信息发送渠道,充分利用各类触达渠道建立重特大地震灾害预警紧急叫应叫醒信息全网发送机制,实现对特定人员的全覆盖触达,以便地震发生时目标用户能及时、快速知晓并做出反应,全面提升区域性防灾减灾服务能力。