地震自动定位模拟演示系统的开发与应用

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工程性因素外，也包含有地震科普知识教育长期被忽视的因素，汶川大地震血的教训，让我们意识到加强地震科普知识宣传工作，提高全民族防震减灾能力的重要性。地震基本知识和防震减灾常识也成为了普通百姓关注的焦点，地震如何孕育、如何发生以及地震定位的过程等问题都成了公众议论的热门话题[1]。
各区域地震监测台网中心和台站作为所在地地震系统的展示窗口，在做好本职工作的同时，如何快速、形象、直观、有效地做好防震减灾知识的宣传教育工作也是我们需要思考的重要问题。因此，结合地震台网的工作实际和地震科普宣传的客观需要，研究一套适合地震台网的地震自动定位模拟演示系统，将具有很重要的科研价值和社会意义，提高地震台网在地震科普宣传中的作用。
1 技术原理
地震三要素的产出原理和过程是非地震系统人员最为关注的话题之一。以往，地震台网和台站人员以打开一个地震事件波形文件的方式向参访者进行展示，期间配以口头上的解释说明。实践表明，这种方式效果甚微，静态的画面展示和专业的言语描述让参访者对地震触发和定位的过程仍一知半解。
鉴于上述情况，本研究基于Java语言开发了一套地震自动定位模拟演示系统。该系统可以模拟地震发生时各台站的波列形态变化状况、P＼S波的自动识别过程、现场的触发报警以及在地图上通过不同台站的P＼S波到时不断进行交切，最终得到震中位置的过程。研发此系统的技术原理主要包括以下几个方面：
（1）地震波形文件读取：系统实现波形回放和地震定位的前提是有效读取波形文件，并按照时间顺序将其中各台站波形数据以及表示台站和通道名称的数据存储在事先申请的内存空间中，使之相对应；
（2）地震波形动态回放：在完成地震波形的入库和读取后，需要在电脑屏幕上构造一个显示界面，按照一定的时间步长模拟地震台网的实时、分道显示方式，回放之前已存储的地震波形，以模拟地震突发时波形监控系统所记录到的实时画面；
（3）地震事件自动定位模拟演示：在回放地震波形的过程中，采用长短时窗平均比法（STA/LTA）检测地震触发并通过外置音响发出警报，同时利用自回归模型下的Akaike信息准则（Akaike Information Criteria，简记AIC）完成地震震相的自动识别[2]；
（4）震中位置的地图显示：地震自动定位产出的参数存放于数据库中，然后利用Java、JavaScript语言将库中参数与Google地图数据有效结合，同时调用Google地图的API接口，将台站位置和震中位置等显示于地图上，使地震三要素信息以生动丰富的形式展现给用户[3]。
2 地震自动定位模拟演示系统
进入地震自动定位模拟演示软件，界面显示如图1所示。
图1 地震自动定位模拟演示软件界面
点击①“波形入库”，可在弹出的对话框中选取需要写入数据库的地震事件文件；点击②“地震示例”可对软件默认地震事件进行自动定位演示并显示定位动画以及播放警报响铃；点击③“演示终止”即可中断正在进行的波形回放过程并恢复至初始画面；点击④“震例选择”弹出窗口，可选择需要回放的事件波形文件；⑤“地图界面”有Google地图和卫星地图两种地图模式可供选择；⑥波形显示区域；蓝色小三角形为台站位置；点击“退出”即可关闭本软件。
动态定位过程包括波形回放中的震相标注、台站-震源交切圆、触发台站的闪烁、震源位置提示以及定位信息。地图的操作与谷歌地图一致：操控地图的控件位于地图界面左上角，按“+”放大，按“-”缩小，也可以拖动滑块或者滑动鼠标滚轮来缩放。按上方箭头，可以实现移动地图所显示的区域，也可以通过拖动鼠标来移动地图显示区域。按“地图”和“卫星”按钮可以在地形图和卫星图之间切换，如图2所示。
图中左半部分为地震定位结果：震中位置以白色动态圆圈予以突出；红色三角形表示地震发生后，能够接收到地震波形的各个台站，回放过程中以地震波到达台站的先后顺序动态显示；蓝色大圆圈形象地说明了利用交切法进行地震定位的过程。图中右半部分为地震事件波形，可以人为调节台站显示数目和通道数目，动态显示地震发生后波形的变化过程，并将初至纵横波用P、S标识。
图2 地震自动定位模拟演示系统的动态模拟结果
3 结语
社会的高速发展、网络的广泛普及和地震事件的频发，让越来越多的人们开始关注地震监测预报工作，然而这期间由于宣传不到位、渠道不畅通、方法不得当等因素而在某种程度上造成了公众接收知识的偏差和误解。本文开发的地震自动定位模拟演示系统，动态显示实际情况下地震突发时波形变化情况和触发定位过程，让观看者一目了然地了解了地震自动定位的知识，具有很好的宣传教育效果。
【参考文献】
[1]周阿颖，张朝，史培军，等.影响地震救灾效率的因素分析——以汶川8.0级地震和玉树7.1级地震为例[J].灾害学，2011，26（4）：134-138.
[2]周彦文，刘希强.初至震相自动识别方法研究与发展趋势[J].华北地震科学，2007，25（4）：18-21
[3]Stephen Prata，张海龙，袁国忠译.C++ Primer Plus[M].6版.（中文版）.北京：人民邮电出版社，2012.
[责任编辑：杨玉洁]