发布平台主要由台站、地震信息处理中心、地震信息发布中心、地震信息转发服务器以及各类终端组成(图1)。地震发生时,台站监测到地震波的信息后传输给地震信息处理中心,该中心将处理后的地震信息传输至地震信息发布中心,发布中心将获取到的地震信息推送至地震信息转发服务器运算后,分发至各类终端实现地震预警功能。

图1 云南地震预警信息发布平台总体架构
Fig.1 The overall structure of the Yunnan earthquake early warning information release platform

发布平台分为5层,分别为信源层、物理层、应用层、展现层、用户层(图2)。信源层主要包括地震预警信息发布平台推送的地震预警信息等、第三方提供的气象数据信息、其它灾害信息、面向公众的地震科普宣传信息、主要为服务器以及各类终端提供统一的时间服务信息。物理层包括数据库服务器(用于保存终端位置信息、终端运行状态等)、多灾种数据融合服务器(用于融合地震、气象等灾害预警信息)、信息加工处理服务器(用于对各类预警信息进行加工处理)、消息中间件服务器(用于各类信息的发布)、运维保障服务器(用于监控各终端运行状态、用户发布平台等)。应用层主要是为各类用户提供地震预警、地震速报等服务,还提供当前时间和日期、天气预报等日常服务。展现层主要包括各类地震预警终端。用户层主要指预警信息发布的对象。

当发布平台获取到地震预警信息后,首先进

图2 云南地震预警信息发布平台体系结构
Fig.2 Architecture of the Yunnan earthquake early warning information release platform

行数据解析,对需要发布的信息进行编码转换,形成标准化的预警信息; 然后,根据不同终端的数据交互方式,按照消息队列遥测传输协议(MQTT)及JSON数据格式封装为地震预警信息包,推送至移动端与Web端。地震预警终端在接收到预警信息后,对数据进行解析计算,生成向用户展现的图形要素并在前端进行可视化展示。预警终端登录到地震信息发布通信服务器,并向其发送心跳包来保持长连接,以确保预警终端可以实时向通信服务器发送数据。通信连接的建立过程如下(图3):

(1)预警终端登录到通信服务器。预警终端向通信服务器发送登录通信报文,如果通信服务器给予反馈,则表示预警终端登录成功。

(2)预警终端与通信服务器的连接。登录成功后,预警终端按设定的时间周期T₁主动给通信服务器发送心跳包维持长连接,通信服务器对心跳包予以应答。心跳包发送、应答及维持长连接要求如下:①当通信服务器在周期T₂内没有收到心跳包,认为通信链路中断,释放会话资源。②当预警终端在连续发送了n个心跳包后,没有收到通信服务器的心跳应答包,就认为通信链路中断,应重新登录通信服务器。

图3 预警终端登录通信服务器流程
Fig.3 Flowchart of the communication server of the early warning terminal login

发布平台服务端主要包含终端管理、预警终端管理系统、终端内容管理、地震预警速报、避难场所管理、系统管理6个功能。客户端功能模块主要有地震速报、地震预警、科普宣传、软件设置,其中地震速报和地震预警模块有震例目录、震例回放等信息,软件设置里可以进行用户注册登录、版本更新等(表1)。

目前已完成全省746套地震预警终端的安装部署,同步开展调试及试运行工作,具备了地震预警信息发布能力。预警终端覆盖了省级抗震救灾指挥部成员单位、各州(市)政府、试点县(区)政府、部分生命线工程和覆盖16个州(市)的600余所中小学校,并向25个重点市(县)的185套预警终端用户提供地震预警试运行服务(表2)。

通过发布平台可以查询终端在线情况,主要包括每个终端的累计在线时长、总时长、在线率等,以及所有终端分日期、分地区的在线数量、在线率等。以2020年11月为例,笔者统计了所有终端每日在线数量及在线率,结果显示:发布平 台接入的终端连续运行数均大于等于715套,正常运行率大于等于95.8%,满足云南省已安装终端运行率要求(图4)。

表2 云南省各州(市)已安装终端数量
Tab.2 Number of installed terminals in each prefecture(city)of Yunnan Province

图4 2020年11月所有终端在线情况
Fig.4 Online status of all terminals in November,2020

为了验证已安装部署终端和发布平台的运行情况,2020年9月25日进行了云南省地震预警信息发布演练,模拟在云南省红河州A县发生7.0级地震,震源深度13 km。演练选取震中距不同的10个地区的预警终端模拟接收预警信息的情况。除云南省地震局指挥大厅的终端外,其余终端均开启警报声和闪光灯,将音量调至“3”; 所有终端均设置成地震局演练主题,在地震模拟演练模块中演练主题设置成与终端统一的演练订阅主题,此时之前设置好参演的终端就会加入演练的群组里。然后再在地震模拟演练模块中分别设置模拟演练的发震地点为云南省红河州A县,设定A县的具体经度、纬度,并假定震级为7.0级。

演练场景设定为1个主会场和5个分会场的模式,主会场设置在云南省地震局,分会场分别设置在红河州地震局、玉溪市第六小学、玉溪市某家庭、云南电网公司、云南省消防救援总队(图5)。云南地震预警信息发布平台发送模拟地震预警信息后,所有会场的预警终端、电视、手机APP均成功接收到地震预警信息。

图5 地震预警演练场景
Fig.5 Earthquake early warning drill

发布平台经过反复调试和测试,达到了平台设计所预期的各项性能指标,在2021年1月云南昌宁、盐津2次4级以上地震和2021年5月21日漾濞M_S6.4地震中,预警处理系统快速计算出地震三要素等信息,通过发布平台有序发送至处于试运行状态的预警终端。

发布平台服务端的统计结果显示,2021年1月17日昌宁4.1级地震后7 s,全省试点地区有166台预警终端接到预警信息,距离震中14 km的施甸县旧城乡中心完全小学预警终端响应烈度为4度,4所示范小学终端响应烈度为2度,其余162个终端响应烈度为1度。2021年1月23日盐津4.7级地震后6 s,全省试点地区有162台预警终端接收到预警信息,距离震中37 km的永善县团结镇团结中学终端响应烈度为4度,大关县2台终端、永善县5台终端响应烈度为3度,7台终端响应烈度为2度,其余147台终端响应烈度为1度。2021年5月21日漾濞县M_S6.4地震后6.1 s,全省共有675台预警终端收到预警信息,其中有3台预警终端达到最大响应烈度5度,分别位于云南省大理州漾濞彝族自治县苍山西镇漾濞县第一中学初中部、云南省大理州漾濞彝族自治县苍山西镇上街中心完全小学、云南省大理州漾濞彝族自治县苍山西镇苍山西镇初级中学; 4台预警终端响应烈度为4度; 24台预警终端响应烈度为3度; 84台预警终端响应烈度为2度; 其余预警终端响应烈度为1度(图6)。

从服务端统计的3次真实地震预警终端响应情况来看,地震预警信息发布平台从接收到预警信息并发布至终端需要6～7 s,满足地震预警的技术要求; 越靠近震中的终端,预测烈度越大,这一点与理论上的地震烈度相符。在漾濞M_S6.4地震中,通过学校预警终端的监控视频可以看出地震波紧随预警终端倒计时结束后到达,为学生、老师紧急避险提供了宝贵的时间,震后实地调研也证实了这一点。综合3次真实地震的检验结果,认为云南地震预警信息发布平台目前已经基本满足为社会公众提供地震预警信息发布的需求。

图6 2021年云南昌宁4.1级地震(a)、盐津4.7级地震(b)、漾濞MS6.4地震预警终端响应情况
Fig.6 Responses of the early warning terminals to the Changning MS4.1 earthquake(a),the Yanjin MS4.7(b),and the Yangbi MS6.4 earthquake