0 引言

我国的地震速报信息依靠中国地震台网中心(以下简称“台网中心”)发布，在这种信息发布架构下，地震监测数据集中传输、汇集、处理依赖一个中心节点，一旦因自然灾害或人为灾害等不确定性因素导致其技术系统发生数据传输中断或整个毁坏，地震速报将会受到影响，人民群众生命财产安全可能会受到严重损失(侯建民等，2009a、2009b；陈晓辉等，2009)。因此，亟需在继续加强台网中心通讯、网络、计算机业务系统安全的基础上，借鉴国内外灾备系统建设和运营经验，建设国家地震速报灾备中心(以下简称“灾备中心”)，保证地震速报业务的连续稳定运行。

根据中国地震局建设国家地震数据灾备中心的要求^①，广东省地震局于2015年开始实施灾备中心项目建设，陆续完成基础设施和支持环境改造、数据通信网络、灾备地震处理系统、灾备地震速报信息交换和信息发布平台的建设工作。2016年9月29日，项目通过验收，灾备中心技术系统开始业务化运行。此后，台网中心和中国地震局监测预报司先后印发《关于报送国家中心与灾备中心地震速报业务切换约定的函》、《关于进一步加强国家地震速报灾备中心运行管理工作的通知》，明确了灾备中心职责任务、业务切换流程、启动条件和考核评估等内容。

① 中国地震局，2011. 中国地震局关于印发《中国地震局事业发展规划纲要》的通知.

本文旨在介绍灾备中心平台技术构成、业务数据库系统、承载业务功能及流程等情况，对平台技术特点和功能特性进行总结，对平台应用成效进行初步统计分析，以此对平台运行情况进行阶段性总结，为平台的进一步完善提供参考。

1 平台技术构成 1.1 整体技术架构

灾备中心由数据处理系统、速报信息交换平台、自动速报综合触发平台和速报信息发布平台组成。数据处理系统以地震台网数据处理系统JOPENS为基础架构，其系统架构同JOPENS系统保持一致，均采用基于中间件技术的多层分布式系统架构(吴永权等，2010；欧阳龙斌等，2022)(图 1)。速报信息交换平台部署全国地震速报信息共享服务系统(EarthQuake Instant Messenger，简称EQIM)，其结构采用树型结构，由根服务器系统和节点服务器系统构成(杨陈等，2010、2013；支明等，2023)。为确保速报信息发布与台网中心保持数据、策略的一致性以及系统管理上的连贯性，速报信息发布平台备份部署了台网中心开发的12322地震速报短信服务平台(赵国峰等，2014、2022)。

数据处理系统是灾备中心技术系统的核心，可划分为数据汇集子系统和数据处理子系统。数据汇集子系统通过适配器汇集各区域台网和国际共享台站的实时波形数据，然后通过SSS流服务为其他服务系统提供实时数据服务，实现地震监测数据的实时传输和交换共享。数据处理子系统包含RTS自动处理、JEEW超快速报、MSDP人机交互处理等核心数据处理模块，以及AWS数据存储管理、DB数据库、TraceView实时波形显示等辅助数据处理模块，各模块分布式部署，协调工作实现地震参数测定。

自动速报综合触发平台基于“多路综合触发”策略，产出可对外发布的自动速报综合触发结果(杨陈等，2014)。速报信息交换平台和速报信息发布平台是灾备中心实现速报参数发布的关键。速报信息交换平台实现速报参数信息在区域台网与灾备中心之间的交换与共享，速报信息发布平台对接速报信息交换平台，实现地震速报参数信息的自动、关联发布服务。

1.2 硬件平台组成和拓扑结构

灾备中心部署4台物理服务器、1台云服务器和5台高性能工作站完成灾备中心技术系统搭建，部署拓扑结构如图 2所示。

(1) 数据处理系统

数据汇集子系统。配备1台物理服务器和1台云服务器，部署SSS流服务模块。云流服务器分别从IRIS、IPGP、GA和GFZ四个数据源获取国际共享台实时观测数据，再转发至部署于灾备中心业务机房的流服务器。流服务器实时接收和存储31个区域地震台网和云流服务器转发的实时波形数据，为后续数据处理系统提供实时波形服务，同时为台网中心转发国际共享台数据；在灾备工作模式下，代替台网中心为区域地震台网转发邻省实时波形数据。

数据处理子系统。配备2台主、备服务器，部署RTS、AWS、JEEW和DB数据库等模块软件，从流服务器获取数据并进行实时处理，产出超快速报信息和自动速报信息；同时，以miniSEED数据包对连续波形数据进行存储备份，以数据库表对事件波形数据、事件参数、震相等信息进行存储管理。配备2台主、备工作站，部署人机交互处理软件MSDP和TraceView实时波形显示模块，对超快速报结果或自动速报结果进行震相修正、人工定位和震级计算，产出人工速报结果，同时实现对实时波形数据的监控。

(2) 速报信息交换平台。配备2台工作站，部署EQIM软件，分别作为自动EQIM根服务器和人工EQIM根服务器。自动EQIM根服务器负责实时接收台网中心、灾备中心和区域自动地震速报中心上报的单路自动速报结果，转发给自动速报综合触发平台，并接收自动速报综合触发平台合成的自动速报信息AU；在灾备工作模式下，负责向各区域地震台网分发自动速报信息AU。人工EQIM根服务器负责实时接收灾备中心上报的人工速报结果；在灾备工作模式下，负责接收各区域地震台网上报的初报结果，分发正式报结果。

(3) 自动速报综合触发平台。配备1台工作站，部署自动速报综合触发系统，对接速报信息交换平台，汇集台网中心、灾备中心和区域自动地震速报中心上报的单路自动速报结果，基于“多路综合触发”策略产出自动速报综合触发结果AU。

(4) 速报信息发布平台。配备1台服务器，部署台网中心开发的12322地震速报短信服务平台。在灾备工作模式下，实时获取速报信息交换平台分发的速报信息，通过筛查判断，将准确的地震速报信息发送给全国各地震应急工作人员和新媒体平台。

(5) 网络安全设备。云流服务器是国际共享台数据转发、接入的互联网入口，其上部署1套入侵防护设备，服务器区部署1套入侵检测设备。上述安全防护系统与广东省地震局原部署的防火墙共同构建起等保2.0级安全防护体系，实现对网络攻击的监测和防御。

1.3 软件平台组成和功能模块

数据处理系统部署JOPENS系统软件，速报信息交换平台部署EQIM软件，分为自动速报EQIM和人工速报EQIM，自动速报综合触发平台部署自动速报综合触发系统软件，速报信息发布平台部署12322地震速报短信服务平台软件。

(1) JOPENS系统。该系统为基于中间件技术的多层分布式架构，根据业务功能需求，对其功能模块进行专门定制，具体功能模块及功能如表 1所示。

(2) EQIM软件。灾备中心部署的EQIM软件主要包含EQIM Server、EQIM Sender、EQIM Process三大功能模块(表 2)。

(3) 自动速报综合触发系统。接收单路自动速报结果作为“多路综合触发”的信息源，根据相应规则生成综合触发结果(AU)。

(4) 12322地震速报短信服务平台。根据数据处理流程，该平台主要分为速报参数同步、短信加工、信息管理和短信推送4个功能模块(赵国峰等，2014、2022)。其中，速报参数同步模块负责各类型速报结果的同步；短信加工模块负责将不同类型的速报结果根据不同短信模板加工成短信，获取短信待接收人员信息，生成待发送短信；信息管理模块负责短信接收人员、区域参数配置、地震匹配参数配置等信息的管理及转发；短信推送模块负责将待发送短信推送至各运营商网关。

2 业务数据库系统 2.1 数据库选型

灾备中心部署的核心数据处理系统为JOPENS系统，主要存储管理的数据为测震数据。根据测震数据存储格式，并考虑到实际业务需求，选取基于结构化查询语言(SQL)的开源关系数据库管理系统MySQL作为灾备中心基本数据库，选型依据如下：

(1) 系统部署JOPENS 6.0及以上版本，6.0以上版本的JOPENS系统仅发布FreeBSD操作系统版本，数据库需要支持FreeBSD操作系统。

(2) 存储管理的测震数据为结构化数据，数据库须可以处理结构化数据，支持基于结构化查询语言(SQL)查询。

(3) JOPENS系统使用JAVA语言开发，为使数据库和核心数据处理系统更为匹配，选定数据库应支持JAVA语言。

(4) 为了避免被厂商绑定，保证在未来规模扩张时能以较低的成本进行系统扩展，同时保证技术和架构的先进性，并具备成熟稳定且可靠的特性，应选用开源数据库。

(5) 满足未来更多业务应用的接入，选定数据库应提供开放的API接口和其他访问方法。

2.2 数据库结构

由MySQL创建的测震数据库主要由地震目录信息表、通道类型表、通道参数表、事件信息表、震相信息表、台站信息表和波形数据表组成。

(1) 地震目录信息表用于存储详细的地震目录信息。包括事件编号、操作者、存储时间、事件开始时间、纬度、经度、震级、震源深度、震中距、到时差、精度、台站数、震相数、方位角、参考地名、数据位号、震中位号等。

(2) 通道类型表主要存储仪器的零点、极点、比例因子、采样率等参数。

(3) 事件信息表记录地震事件的事件ID、事件名称、事件开始和结束时间等信息。

(4) 震相信息表记录详细的震相信息，如目录编号、台网名、台站名、位置、通道、原始单位、震相类型、震相名、震相到时、振幅类型、振幅、周期、权重、数据位号、清晰度、初动方向等。

(5) 台站信息表用于存储台网的所有观测站点的基本信息。

(6) 波形数据表用于存储每个事件的波形数据。

此外，地震连续波形数据通过AWS进行存储管理，AWS按照“时间-台网代码-台站代码-通道代码-数据文件”的树形数据文件目录结构管理存储数据文件。

2.3 数据情况

灾备中心作为地震速报功能备份中心，存储的数据包括连续波形数据和事件波形数据。其中事件波形数据关联了震相信息、目录信息、通道类型等信息。

连续波形数据通过AWS以miniSEED压缩格式保存最近30天连续波形数据，数据量约为1.5TB。

事件波形数据主要存储符合速报地震要求的地震事件数据及相应的震相数据、目录数据等数据。数据库自2016年10月1日开始存储，截至2023年12月1日，事件波形数据量约为870GB。

3 承载业务功能及流程

灾备中心承载的业务功能包括自动速报业务、正式速报业务和数据转发业务。

(1) 自动速报

自动速报系统由自动速报单路结果产出系统、速报信息交换平台和自动速报综合触发平台组成。其中，自动速报单路结果产出系统由台网中心、灾备中心和区域自动地震速报中心的单路自动速报结果产出系统组成。

上述单位产出的单路自动速报结果将同时上报台网中心自动速报EQIM根服务器和灾备中心自动速报EQIM根服务器(图 3中A-1、A-2、A-3、B-1、B-2、B-3)。EQIM根服务器将汇集的单路自动速报结果转发至两个中心的自动速报综合触发平台(图 3中A-4、B-4)，自动速报综合触发平台基于“多路综合触发”策略产出综合触发结果(AU)，并将AU结果发送至自动速报EQIM根服务器(图 3中A-5、B-5)。

在日常工作模式下，31个省级区域台网自动速报EQIM节点服务器连接台网中心自动速报EQIM根服务器，接收台网中心自动速报EQIM根服务器发布的AU结果(图 3中A-6)，将其作为自动速报信息统一发布的数据源对外发布。在灾备工作模式下，31个省级区域台网自动速报EQIM节点服务器连接灾备中心自动速报EQIM根服务器，接收灾备中心自动速报EQIM根服务器发布的AU结果(图 3中B-6)，将其作为自动速报信息统一发布的数据源对外发布。

(2) 正式速报

正式速报系统由人机交互数据处理系统和速报信息交换平台组成。31个区域台网通过人机交互数据处理系统对符合区域台网速报任务的地震快速测定初报结果，在速报时限内将其发送至区域台网人工速报EQIM节点服务器(图 4中C-1)。

在日常工作模式下，区域台网人工速报EQIM节点服务器连接台网中心人工EQIM根服务器，初报结果上报台网中心人工EQIM根服务器(图 4中C-2)。台网中心通过人机交互数据处理系统对符合国家台网速报任务的地震快速测定正式报结果(CC)，在速报时限内发送至台网中心人工EQIM根服务器(图 4中A-1)，在速报时限内对不符合台网速报任务的区域台网上报初报结果进行确认(CD)。通过EQIM根服务器向区域台网人工速报EQIM节点服务器反馈正式速报结果(CC/CD)(图 4中A-2)，节点服务器接收的正式速报结果(CC/CD)作为正式速报信息统一发布的数据源对外发布。同时，灾备中心对自动速报结果符合“我国东部4.0级以上、西部5.0级以上，国外6.5级以上”的地震进行参数快速测定，结果上报灾备中心人工EQIM根服务器，以此进行灾备中心速报演练工作。

在灾备工作模式下，区域台网人工速报EQIM节点服务器连接灾备中心人工EQIM根服务器，初报结果上报灾备中心人工EQIM根服务器(图 4中C-3)。灾备中心通过人机交互数据处理系统对符合国家台网速报任务的地震快速测定正式报结果(CC)，在速报时限内发送至灾备中心人工EQIM根服务器(图 4中B-1)，在速报时限内对不符合国家台网速报任务的区域台网上报初报结果进行确认(CD)。通过EQIM根服务器向区域台网人工速报EQIM节点服务器反馈正式速报结果(CC/CD)(图 4中B-2)，节点服务器接收的正式速报结果(CC/CD)作为正式速报信息统一发布的数据源对外发布。

(3) 数据转发

灾备中心建设完成后，行业网形成双星型的专用网络，各区域测震台网流服务器同时向台网中心流服务器和灾备中心流服务器转发数据。正常情况下，区域测震台网通过台网中心中交换邻省共享台站数据；当台网中心不能转发数据时，各区域测震台网仍然能够通过地震速报灾备中心汇集和交换实时数据。

4 平台技术特点

灾备中心建设是异地灾容备份技术在地震行业的完整应用，为使平台真正具备地震速报功能备份，在双星型地震行业网的基础上，采用JOPENS系统进行数据处理，复用在台网中心稳定运行的EQIM软件、自动速报综合触发系统和12322地震速报短信服务平台，具备如下技术特点：

(1) 数据处理系统具备先进性。项目建设过程中对JOPENS系统进行了优化升级，系统采用JBOSS的升级版本WildFly中间件进行软件部署，使得系统易部署、易维护；AWS对海量数据的存储采用非关系数据库Cassandra，有效提高数据的存储查询效率；流服务采用HTTP协议，实现了可视化配置，并支持烈度仪数据传输协议；同时优化了系统结构，使得系统安装维护更简便，效率更高，运行更稳定，保障了灾备系统的技术先进性。

(2) 充分考虑了主备系统软件复用。灾备中心高度复用了在台网中心稳定运行的EQIM软件、自动速报综合触发系统和12322地震速报短信服务平台。优化升级的JOPENS系统采用模块化开发，具有高度复用性。

(3) 技术系统本身具备容灾性。灾备中心建设本身就是我国地震速报业务容灾的成果。在灾备中心技术系统中，对于关键核心的数据处理子系统也同时部署主备系统，当主系统不能正常运行时，备系统可以完成相应的业务功能。

(4) 技术系统运行具备高稳定性。灾备中心技术系统的搭建采用已通过区域台网或台网中心验证的运行稳定的软件系统，同时加入路由智能切换技术，保证了整个技术系统具有较高的稳定性。

(5) 技术系统具备安全性。对于原本应该采用多路接入的国际共享台数据，将其通过云流服务器中转，并在互联网入口部署入侵防护设备，构建起整个技术系统较为安全稳定的运行环境。

(6) 具备异地灾备系统功能独立的特性。灾备中心所涉及的硬件设备、软件系统、通信网络和安全保障等要素均独立建设，除软件系统外，均未复用台网中心资源，确保了业务的高可用性和可恢复性。即使在极端情况下，也可保证在台网中心地震速报功能恢复之前具备独立运行能力。

5 平台应用实效

根据中国地震局监测预报司《关于进一步加强国家地震速报灾备中心运行管理工作的通知》要求，出现下述四种情况灾备中心应启动灾备工作模式：①台网中心由于数据流、网络或供电等故障且预计短时间不能恢复，导致不能正常履行地震速报预警业务职责；②台网中心因疫情、自然灾害或其他不可抗力因素，导致不能正常履行地震速报预警业务职责；③台网中心因业务升级更新需要出现数据、网络较长时间中断，导致不能正常履行地震速报预警业务职责；④其他需要启动灾备工作模式的情况。符合启动条件①、②时，按照“事出从急” “震情第一”原则，立即启动台网中心向灾备中心应急切换；符合启动条件③时，台网中心应提前向监测预报司提出切换申请，经批准后启动切换程序^②。灾备中心运行至今，共进行应急切换灾备工作模式2次，同时较好地完成了日常工作模式下的职责任务。

② 国地震局监测预报司，2022. 关于进一步加强国家地震速报灾备中心运行管理工作的通知.

5.1 自动速报

(1) 参与台网中心AU合成情况

2016年10月1日—2023年11月30日，灾备中心自动速报结果(GD)作为单路结果参与台网中心综合触发结果(AU)合成共2130次，其中国内地震事件1364次，国外地震事件766次。

(2) 灾备中心自动速报综合触发结果(AU)产出情况

2016年10月1日—2023年11月30日，灾备中心自动速报综合触发系统总计合成灾备自动速报信息(灾备AU)共3200次，其中国内地震2439次(3.0~3.9级1358次，4.0~4.9级934次，5.0~5.9级125次，6.0~6.9级21次，7.0~7.9级1次，8.0级及以上0次)，国外地震761次(6.0~6.9级587次，7.0~7.9级89次，8.0级及以上5次)。将灾备AU结果与正式速报结果进行对比，结果如表 3所示。

由图 5可见，震中位置偏差较大的事件多发生于台站稀疏区域与网缘地区，其台站数量较少、空隙角较大，导致定位偏差较大，同时也会影响发震时刻和震源深度。发震时刻偏差大和震源深度偏差大的事件基本上就是震中位置偏差较大的事件，即震中位置偏差同时大概率会引起发震时刻偏差或震源深度偏差。对于震级偏差，由于自动速报用时的差异，大部分国外地震有矩震级参与合成震级，结果与正式速报结果相近，较为稳定；而国内地震主要采用近震震级，少部分地震的震级与正式速报结果偏差较大；尽管如此，这种情况的地震数量在所有国内地震中的占比不大，没有产生较大的震级平均偏差。

5.2 人工产出

为了更好地承担起国内和全球的地震速报任务，对于有国家AU触发和CC发布的地震事件，值班人员需要进行精细分析并入库。系统从正式运行至今，人工编目地震事件共4880次，其中国内2527次，国外2353次，8.0级及以上地震5次，7.0~7.9级地震108次，6.0~6.9级地震728次，5.0~5.9级地震1545次，4.0~4.9级地震864次，3.0~3.9级地震1242次，3.0级以下地震384次。

自2023年起，在日常工作模式下，对内蒙古、四川、云南、西藏、甘肃、青海、新疆、中国台湾等8个区域发生的自动速报M≥5.0、国内其他区域发生的自动速报M≥4.0以及国外发生的M≥6.5的地震，按照地震速报业务技术管理规定中关于台网中心的有关要求，按时完成地震基本参数人工测定，并将结果提交至灾备中心EQIM平台^②。2023年1月1日—2024年1月1日，人工速报并发送EQIM共67条，其中国内地震23条，国外地震44条。将灾备中心人工速报结果与台网中心正式速报结果进行对比，对比结果如表 4~表 6及图 6所示。

相比于台网中心正式速报结果，灾备中心的国内地震速报结果各参数偏差较小，对于国外地震，除震级外，其余参数的稳定性有待加强。在速报用时上，灾备中心用时整体比台网中心长，其中国外地震用时偏差要小于国内地震，其主要原因为：测试期间包括两次广东省内地震事件，在日常工作模式下，省级台网速报的优先级高于灾备中心，需在两套系统上分别进行速报，导致这两次地震在灾备中心的人工速报用时较长，影响整体结果。

5.3 灾备中心灾备工作模式启动情况

灾备中心系统运行至今共启动灾备工作模式2次。2016年4月29日8时至20时，为配合台网中心完成全国地震行业网核心交换等设备更新，同时组织国家地震速报灾备中心验收前演练工作，灾备中心第一次启动，期间系统成功速报了东太平洋海岭北部(M6.7)和新疆乌恰(M4.2)2次地震，并以灾备中心的身份成功发布了正式速报信息。2017年7月12日2时32分至4时，因台网中心西部省份的数据中断，灾备中心第二次启动并顺利完成相关任务。国家地震速报灾备中心系统已具备接替台网中心完成地震速报及信息发布任务的能力。

6 存在问题及下一步完善计划

经过几年的业务化运行，灾备中心技术系统承载的各项业务功能均可以正常开展，其间发现的大部分问题都已得到修复，但系统仍存在如下不足：①由于现有EQIM系统仅支持连接1个根服务器，本技术系统与台网中心技术系统未形成双活热备；②自动速报单路结果由台网中心、灾备中心和区域自动地震速报中心分别提供一路，当一路(两路)系统发生故障时，将影响国外(国内)的自动速报综合触发结果(AU)的正常产出。上述问题需要结合国家地震烈度速报与预警工程的后续建设解决。

国家地震烈度速报与预警工程国家地震预警备份中心中建设了新的参数速报系统，新参数速报系统可完成灾备中心自动速报和正式速报业务；国家预警备份中心双平面的网络架构更便于区域台网获取邻省共享台站数据，故完成灾备中心和国家预警备份中心新参数速报系统融合是业务系统进一步完善的重点。在新系统中进一步完善计划如下：①部署三套以上自动速报单路结果产出系统，确保灾备工作模式下台网中心或区域自动地震速报中心的单路自动速报结果产出系统故障也能产出自动速报综合触发结果(AU)；②建立和优化基于多套不同自动地震参数速报系统的AUmerge融合决策系统和新EQIM系统；③部署多套人机交互地震参数速报软件，更新完善已有的测震速报业务流程。