0 引言

地震速报是省级区域测震台网的一项基本产出，它直接体现了地震部门防震减灾工作成效，而衡量地震速报工作质量最重要的因素是速报人员能否快速准确地测定地震事件的三要素并完成初报(郑黎辉等，2009；张帆等，2017；郁建芳等，2014；刘平仁等，2017；刘军等，2013；刘方斌等，2018)。在地震速报分析处理过程中，要求速报人员必须了解本省地震速报范围并于第一时间判识出已发生地震是否属于本省地震速报范围。地震速报范围是中国地震局对我国各省级测震台网中心进行地震速报工作的区域划分(刘胜国等，2012)。

现阶段，各省级区域测震台网中心普遍通过JOPENS地震业务系统的Msdp地震分析与处理模块和全国速报数据交换平台EQIM软件进行地震事件分析和初报。判识省界附近及省界外地震是否属于本台网中心速报范围仍利用上述已有的技术系统，即是对已发生地震进行震相识别并采用外挂定位程序给出定位结果，然后通过EQIM软件调取定位计算结果，在软件的矢量化震中地图中手动量取震中位置距本省边界的距离，根据震级大小和速报规定，人工判断是否需要速报，完成初报流程。上述判断速报范围的方法严重影响了地震速报的时效性。尤其对于内蒙古测震台网，其行政区域边界极不规则，速报责任区较大，内邻8个省份，外接蒙古、俄罗斯，且速报范围内的地震震相特征也较为复杂(郝美仙等，2015、2016；宋晓燕等，2018)，速报人员需要花费较多时间去完成地震事件的分析处理。目前人工判识省界附近及省界外地震是否属于本台网中心速报范围的方式大大降低了内蒙古台网地震速报的效率和质量，与地震速报要求的“快”与“准”相违背(吴国瑞等，2015)。

当前关于地震速报区域自动确认的研究相对较少，且只有广东省地震局在JOPENS系统内的Msdp6.0模块外挂了关于速报范围的程序。其原理是利用谷歌地球(Google Earth)软件自定义生成KML策略文件，该文件中包含多个速报范围，并且针对每一个速报范围可设置速报方式和震级阈值(苏柱金等，2014；刘军等，2011)，从而在Msdp中对地震速报范围实现可视化。该方法基于谷歌地球软件缓冲区功能实现，只能在Msdp6.0中应用，而当前全国各省台网中心应用Msdp5.2仍较多，无法实现地震速报范围可视化的功能。

本文基于快速判断确定速报责任区，在Msdp5.2系统中开发部署精准快速的地震速报区域的自动确认功能，省去人工处理的环节，提高速报业务软件系统的自动化程度。

1 速报区域自动化的原理与步骤

根据《地震速报技术管理规定(2015年修订版)》 ^①对内蒙古测震台网中心地震速报范围的规定：10min内完成呼和浩特市M≥2.5地震、15min内完成本行政区内(呼和浩特市区除外)M≥2.7地震、本行政区边线外50km范围内(不含本行政区)M≥3.0地震、100km范围内(不含本行政区)M≥4.0地震、200km范围内(不含本行政区)M ≥5.0地震、300km范围内(不含本行政区)M≥6.0地震的初报(闻军等，2007)，利用几何学中的包络线原理，基于Matlab在Msdp软件中实现内蒙古地震速报区域的自动确认。

① 中国地震局震害防御司, 2015, 《地震速报技术管理规定(2015年修订版)》，内部资料(中震测发[2015]51号).

1.1 原理

内蒙古地震速报区域在Msdp中的自动确认是基于带有内蒙古速报范围的jpg格式地图，在Msdp中完成对速报范围的呈现。当速报人员拾取地震事件的震相特征并进行定位后，即可在Msdp的定位信息中清晰地看到震中位置所属的速报范围，并结合相应的速报震级立刻判断该事件是否需要速报。因此，地震速报区域自动确认的关键在于：①自动生成具有内蒙古地震速报范围的地图；②地震定位后在Msdp软件中实现将震中位置显示于带有地震速报范围的地图中。

(1) 自动生成具有内蒙古地震速报范围的地图是基于美国Mathwork公司研发的商业数字软件Matlab，利用几何学中的包络线原理实现的。在几何学中，包络线是指与某一曲线族的每条线都有至少1个相切点的1条曲线。即1个曲线族的每条曲线表示为$ Cs:t \to {\rm{(}}x(s, {\rm{ }}t), {\rm{ }}y(s, {\rm{ }}t))$ (s为曲线族的参数，t为特定曲线的参数)。设$(x(s, h(s)), y(s, h(s))) $表示Cs和包络线相切的点，Cs的切向量为$\left(\frac{\partial x}{\partial t}, \frac{\partial y}{\partial t}\right) $，包络线的切向量为$ \left({\frac{{\partial x}}{{\partial s}}, \frac{{\partial y}}{{\partial s}}} \right)$，λ为系数，则局部求导有

$ \frac{\mathrm{d} x}{\mathrm{d} s}=\frac{\partial x}{\partial h} \frac{\mathrm{d} h}{\mathrm{d} s}+\frac{\partial x}{\partial s} \frac{\mathrm{d} s}{\mathrm{d} s}=\frac{\partial x}{\partial h} h^{\prime}(s)+\frac{\partial x}{\partial s} $

(1)

$ \frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} s}=\frac{\partial y}{\partial h} h^{\prime}(s)+\frac{\partial y}{\partial s} $

(2)

因包络线和Cs在切点处的切向量互相平行，有

$ \frac{\partial x}{\partial t}=\lambda\left(\frac{\partial x}{\partial h} h^{\prime}(s)+\frac{\partial x}{\partial s}\right) $

(3)

$ \frac{\partial y}{\partial t}=\lambda\left(\frac{\partial y}{\partial h} h^{\prime}(s)+\frac{\partial y}{\partial s}\right) $

(4)

由式(3)、式(4)消去h′(s)，得

$ \frac{\partial y}{\partial h} \frac{\partial x}{\partial s}=\frac{\partial y}{\partial s} \frac{\partial x}{\partial h} $

(5)

由式(5)可求得h(s)，从而求得包络线方程。

根据上述原理，可在Matlab中利用一维插值函数interp1进行3次样条插值运算(苏金明等，2004；陈宝柱等，2011)，并编写相应算法将距离内蒙古边界外一定距离的包络线绘出，取其作为相应的速报范围圈。

(2) 生成具有地震速报范围的地图后，还需将其应用在Msdp软件中。Msdp软件是一种地震交互分析处理软件，由广东省地震局在“九五”、“十五”数字测震台网建成后开发(孙业君，2015)。该软件兼有地震速报、地震编目和数据服务等功能(苏莉华等，2012；翁少林，2007；戚浩等，2011)。为了能够在Msdp定位系统中实现内蒙古地震速报区域的自动确认，需修改与完善Msdp的map与Main.cfg文件。

1.2 步骤

基于上述原理，在Matlab软件中实现内蒙古速报区域的自动确认主要分为3个步骤(图 1)：

(1) 以内蒙古行政区域边界数据为基础，基于Matlab软件，应用包络线原理，编写相应算法依次将省边界外50km、100km、200km、300km的边界绘出，并生成相应的离散坐标点文件；

(2) 将Matlab产出的坐标点文件做相关处理，在Mapsis中绘出具有本区地震速报范围的地图，该图的分辨率为(3770×2724)px，经度90°~135°E，纬度33°~56°N；

(3) 在生成速报范围地图的基础上，解译Msdp地震分析软件的数据接口，编写接口程序，将地图外挂到Msdp程序内的map文件内，编写地图的PAR文件(图 2)，并设置msdp中main.cfg文件的Default.map、Default.map Ctl、Local. Map与Local. Map Ctl参数，从而可在Msdp中运行该地图，实现内蒙古地震速报范围在msdp软件中的自动生成。

2 应用与分析

为检验地震速报区域自动确认的应用效果，从内蒙古台网记录到的地震事件中挑选出与内蒙古接壤的2个国家的地震和7个邻省地震(表 1)。在Msdp中对挑选地震进行重新定位，利用地震速报区域的自动确认功能，判定地震事件是否属于本台网的地震速报范围。同时，利用原有手动量取震中位置与本省边界间距离的方式，再次判断是否需要对地震进行速报，对比分析二者的一致性。

2.1 速报区域自动确认的应用

在Msdp中分别对挑选的9个地震进行震相分析与定位，定位结果见图 3~7，定位后可在点阵地图中生成可视化的地震速报范围。各地震的定位结果如表 2所示，可清晰看出：①蒙古地震距离内蒙边界100km，位于M≥4.0的速报范围圈内(图 3)，其震级M为4.8，需要快速初报；②吉林地震距离内蒙边界200km，位于M≥5.0的速报范围圈内(图 4)，其震级M为5.3，需要快速初报；③俄罗斯地震、甘肃景泰地震、宁夏灵武地震、陕西榆林塌陷、山西大同地震、河北张北地震、黑龙江呼玛地震均距离内蒙边界50km，位于M≥3.0的速报范围圈内(图 5~7)，其中俄罗斯地震、甘肃景泰地震、黑龙江呼玛地震的震级M分别为3.1、3.7、3.9，需要快速初报，而宁夏灵武地震、陕西榆林塌陷、山西大同地震、河北张北地震的震级M分别为2.7、2.2、1.1、1.7，不需要快速初报。

2.2 传统手动量取的应用

将上述地震数据加载到Msdp中，分别进行震相分析与定位，在确定地震三要素后，利用外挂定位程序产出定位计算结果，通过EQIM软件调取定位计算结果文件，然后在软件的矢量化震中地图界面中手动量取震中位置距本省边界的距离(图 8)。根据速报规定，并结合每次地震震级，从而判断各边界地震是否需要快速初报。由表 2可知，蒙古地震、俄罗斯地震、甘肃景泰地震、黑龙江呼玛地震、吉林地震需要速报，而宁夏灵武地震、陕西榆林塌陷、山西大同地震、河北张北地震则无需速报。

通过速报区域自动确认功能与手动量取方式的应用对比，可以看出，速报区域的自动确认功能在地震三要素确定后，便可直观清晰地看到地震所属的速报范围，无需调用其它程序，相较于手动量取方法更加方便有效。同时，通过分析二者结果的一致性，进一步验证了地震速报区域自动确认的可靠性。因此，实现速报范围的智能化不仅能为速报人员减少速报用时，还可提高速报准确度。

3 结论

通过对内蒙古测震台网地震速报区域自动确认功能的应用，得到以下结论：

(1) 对比分析地震速报区域的自动确认功能与目前普遍采用的手动量取方式的应用效果，发现速报区域的自动确认功能在判断地震是否需要速报方面更加直观与省时，且判别结果也较为可靠。因此，在Msdp软件中实现内蒙古测震台网的地震速报区域自动确认，解决了速报人员需人工手动量取来判断地震是否在本台网速报责任区的实际问题，可提高测震台网速报业务软件系统的自动化程度。

(2) 在Msdp中实现内蒙古地震速报区域的自动确认功能，缩短了速报人员对本台网的地震速报时间，同时也可改善地震速报后相关图件的产出质量，提高内蒙古测震台网地震速报工作的效率与质量。

(3) 速报范围圈的精度会影响地震速报区域自动确认的应用效果，本文地震速报区域的自动确认功能在判断区外地震是否属于本区速报范围方面仍存在一定的误差。今后将进一步优化算法，以期给出较为精确的地震速报范围，使地震速报范围的智能化在Msdp软件中达到更佳的应用效果。