ICL 地震預警技術系統的工作原理什麼？如何實現震前預警？

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雲南昭通魯甸 6.5 級地震，被一套名為 ICL 的地震預警系統成功預警。該系統按照預估烈度大於 3.0 度的原則，觸發了分布在雲南昆明、雲南昭通、雲南麗江、四川宜賓、四川涼山等地的 26 所學校的警報。 via 雲南魯甸6.5級地震被成功預警向26所學校發警報

查到的相關信息：成都高新減災研究所
這套系統是怎麼實現快速 Push 的？送達人群範圍如何？

這個問題其實沒那麼複雜，核心就是 s = v*t。

要了解地震預警的原理，我們需要知道地震波的差別。
首先，我們來了解一下地震波。
絕大部分的地震是先存斷層的兩盤發生快速錯動，造成了斷層周邊介質的破裂，從而釋放能量的一種自然現象。地震發生時會產生地震波（從震源向四周輻射），按照其傳播方式，我們可將它分為：縱波、橫波和面波。

引用一下百度百科的圖片，這張挺直觀的。

縱波是圖中左側的 (b)，又稱為P波，其傳播方向與振動方向相同。在本問題中其重點是速度最快，破壞性最小，在地殼中的傳播速度為 5.5~7km/s。
橫波是圖中左側的 (c)，又稱為S波，其傳播方向與振動方向垂直。在本問題中其重點是速度慢一些，破壞性較大，在地殼中的傳播速度為 3.2~4.0km/s。
面波是圖中左側最上方的 (a)，是縱波與橫波在相變界面相遇後激發產生的混合波，按其運動方式可以分為瑞雷波，勒夫波和斯通利波。在本問題中其重點是速度最慢，破壞性大。

當然，我們還需要了解電磁波。簡單的說，預警系統發出的通知我們要地震的信息，就是通過電磁波傳遞的，其真空中的速度等於光速，3*1E5km/s。

好了，該地震預警系統出場了。

又引用百度百科的圖片，這張也挺直觀的。

以本次魯甸地震為例，假設地震預警系統的檢波器建立在本次地震震源的正上方，震源深度假設與測量深度相同，為12km。
假設地殼中所有介質為各向同性均勻介質：
地震發生時，首先激發縱波，假設其速度為 6km/s，從地震發生直到傳播到預警系統的檢波器，t=s/v，需要 2s 的時間。
我們再次假設電腦只需要 0.5s，知曉發生了地震，由縱波的「表現」（本題中該預警系統使用的是加速度感測器），計算出本次地震產生的烈度（描述地震破壞能力大小的參數，與地震震級及距離有關）會高於3度。於是，該系統自動發出預警信息，通知周圍 100km 範圍內的所有單位。由於電磁波速度實在太快，這些時間忽略不計。
地震發生時，還要激發橫波，假設其速度為3.5km/s，從地震發生直到傳播至地表發生破壞，t=s/v，大約需要3.43。

因此，地震預警系統提前3.43-(2+0.5)=0.87秒告訴大家，地震了，快跑啊！

這就是地震預警系統的工作原理。

當然，這是在理想情況下，加入了大量的假設。
而實際上，震中的烈度不一定是最大的，還有大部分周圍地區的群眾得知這個消息。隨著距離的增加（s上升），預警系統告知大家的時間也就越早，留給大家逃生的時間也就越長。

其次，第二個問題是「如何實現震前預警」。
從上面的回答可以看出，預警是在地震發生後才得以實現的，因此不存在震前預警這個概念。震前的那叫預報，可以參看別的答案。

最後，地震預警這個概念是在我研一的時候了解的，當時我得知的是，可以通過「電視、電腦、手機信息、廣播等等」方式告知大家，現在的發展情況如何，我並不知曉。

就是這樣。

對了，瀉藥。

前面的幾個答案都或多或少的提到了一些東西，但是我覺得都沒有回答到點子上。我不打算說太專業的東西，因為越專業說起來越得小心謹慎。在下面的答案中，我會刻意去區分「地震預警」、「地震預警系統」與「ICL地震預警系統」這三個名詞之間的區別，也請讀者

1. 地震預測與地震預警的區別

地震預測（或地震預報）就是在地震還沒發生前就告訴你「可能」會發生地震，一般分為長期、中長期、短期以及臨震預報。
地震預警是指地震已經發生了，但在具有破壞性的地震波還沒有達到之前，先發布警告信息，給人以反應時間。

2. 生活中的一個例子
先舉一個生活中的例子。夏天打雷的時候，我們總是先看到遠方一道閃電划過，然後隔了幾秒才聽到轟隆隆的雷鳴聲。看過十萬個為什麼或者學過初中物理的都知道，這是因為光的傳播速度要比聲音的傳播速度快的多造成的。

在打雷的瞬間，同時產生了閃電和雷聲。由於閃電是以光速（v=299792458 m/s）傳播，所以在極短的時間內就會被人看到，而雷聲是以聲速傳播的，大概是v=340m/s，所以我們總是要過了幾秒才能聽到雷聲。

在看到閃電的時候，這其實是在給人一個預警，「要打雷了，趕緊捂耳朵啊~」。地震預警的原理與此類似。

3. 幾個基本概念

震源位置：即經度、緯度和深度；
震中位置：震源位置在地球表面的投影點。即與震源位置有相同的經度、緯度，但是沒有深度的概念（或者說深度為0）。
震中距：地表某位置與震中位置之間的距離。

（圖片來源：什麼叫震中距，如何劃分地震的遠近?-天氣網）

上面的這張圖很好的解釋了這幾個概念。

4. 地震預警的原理
前面幾位都說了一些地震預警的原理，說的都對，但是我想稍稍定量的說一說。

在地震發生的瞬間，會產生三類波：P波、S波和面波，這三種波的性質是不同的。從傳播速度來看，P波&>S波&>面波；從破壞性來看，一般而言，面波&>S波&>P波。

下面只說說P波和S波。假設在某個時刻發生了地震，震中位置記為A，震源深度為 $H$ 。地震同時產生了P波和S波，二者速度分別為 $V_P$ 和 $V_S$ ，那麼對於震中A而言，兩個波到達所需的時間差為（這裡假定波沿直線傳播，實際傳播路徑可能有區別，但直線傳播路徑是真實路徑的很好近似）：

$Delta T_A = T_P - T_S = frac{H}{V_P}-frac{H}{V_S}=Hfrac{V_S-V_P}{V_PV_S}$

而對於震中距為 $Delta$ 的B點而言，兩個波到達所需的時間差為

$Delta T_B = T_P - T_S = frac{sqrt{H^2+Delta^2}}{V_P}-frac{sqrt{H^2+Delta^2}}{V_S}=sqrt{H^2+Delta^2}frac{V_S-V_P}{V_PV_S}$

下面給這些物理量合適的值，震源深度 $H=12km$ ， $V_P=6km/s$ ， $V_S=3.5km/s$ ，計算得到震中位置A點P波和S波的到時差為

$Delta T_A=1.43 s$

震中距為50 km的B點P波和S波的到時差為

$Delta T_B=6.12 s$

需要注意的是，上面說的這些，都不是地震預警系統的原理！不管是在A點還是B點，不管是1.43s還是6.12s，你都感受到了地面在上下震動了，還不趕緊跑還在等什麼？等著地震預警系統給你發警報？地面的上下運動（即P波的到來）是最直接也是最廉價的地震預警！

5. 地震預警系統的原理？

將地震發生的時刻記為0s，可以計算得到A點感受到P波的時刻是2s，感受到S波的時刻是3.43s；B點感受到P波的時刻是8.57s，感受到S波的時刻是14.69s。

地震預警系統首先要做的是，在A點放置一個地震監測儀器。在地震發生後的第2s，A點的地震儀器最先監測到了地面的震動。假定在0.00001s內，儀器將數據傳到了數據中心；數據中心在0.0000001s的時間裡決定要向公眾發布地震預警；通過網路/微博/簡訊/電視/廣播等等途徑發布了這些警告耗時0.0000001s；人們在接收到這些警告之後，又在0.000001s的時間內反應過來「這是一個警告！地震要來了！」，然後採取各種可能的措施來儘可能的減少受災情況。

現在看看，這樣一個理想的地震預警系統帶來了哪些變化？對於A點的人來說，在收到地震預警之後，1.43s之後破壞性的S波就會到，有沒有地震預警系統對這個時間是沒有影響的。對於B點的人來說，收到地震預警，6.57秒之後感受到輕微的震動，12.69秒之後破壞系的S波到來，這與沒有地震預警系統時的6.12s反應時間相比，可供反應的時間多了一倍。

可以看到，地震預警系統並不會給震中附近的人帶來更多的反應時間，這也是地震預警系統的「盲區」；但是對於幾十公里以外的人來說，這樣一個系統卻帶來了更多的反應時間。

6．ICL地震預警系統的組成
成都高新減災研究所，是在2008年汶川地震後成立的做地震預警系統的機構，其英文名為Institute of Care-life，也就是這裡的ICL。

ICL地震預警系統大致包含了如下幾個部分：

地震監測儀器
數據收集與計算中心
通過各種途徑發布預警
行業/個人終端接收到預警信號
緊急處置，減少災害

（圖片來源：成都高新減災研究所）

7. 預警系統存在的一些問題或挑戰
第5點提到的地震預警系統的原理中，給出了一個十分理想的地震預警系統。實際操作過程中，會存在很多問題，我想ICL應該就是在下面這些方面不斷努力，儘可能的接近理想地震預警系統。
下面列出一些問題，有些問題我也不知道答案。

7.1 在發生地震前是不可能知道震中的位置的，如何保證震中A處有地震監測儀器呢？
下面的這張圖來自於ICL官網，為地震預警台網分布圖（我不確定圖中給出的是地震監測儀器的分布還是警報系統的分布，這裡姑且當作地震監測儀器的分布）。據ICL所長的口述，ICL在某些省市布置了高密度的地震監測儀器，基本上每隔15km就有一個，比日本的Hi-net台網的20km間距還要高一些。地震監測儀器為成都高新減災研究所QuakeSolutionTM地震預警和烈度速報用地震監測儀，據說由於是為地震預警專門設計的，所以在數據傳輸等方面做了很多優化。

只要是四川、雲南這些地方發生了地震，震中方圓8km以內總會有一個儀器，這相對於理想情況會帶來0.4s的延遲，但總有一個或一些儀器最早記錄了地震波的到達。隨著該預警系統的完善，地震監測儀器的覆蓋度以及密度都是有可能進一步提高的。

（圖片來源：成都高新減災研究所）

7.2 數據的收集
在台站處直接進行實時數據分析和處理，將預警和烈度速報需用的關鍵參數及時計算，然後傳輸到數據中心，由於只傳遞了關鍵參數，不會造成通信網路堵塞。在檢測到一定強度的地震事件後，再將地震波形數據傳遞會數據中心以進一步細緻分析，這樣系統更為可靠、響應更為及時、對通信網路的要求也降低，可以減少建設和維護費用。

7.3 數據的處理
數據處理的過程中問題更多。可能需要一定數量的儀器記錄才能計算，計算需要多長時間，如何根據已有的少量數據估計地震震級，如何實時確定並更新震級，確定可能的受災範圍，確定不同地區的可能烈度。如何避免誤報、漏報。

7.4 預警信息發布
這個過程應該沒什麼問題。只要不斷電不斷網，信息應該都可以發出去，而且只需要極短的時間。

7.5 預警信息接收
接收的終端有多種，電視、廣播、微博、簡訊等等，很多東西都是自動化的，所以幾乎不耗時。當然還有可能加入更多的預警信息接收途徑。ICL自製了專門的接收終端，安裝在四川、雲南等地的一些學校中。看過一個實例視頻，該終端在接收到預警信息後，發出一聲警報並開始倒計時，30...28...26......12..10，在10秒的時候攝像頭開始上下晃動（P波到達），此時倒計時還在進行，9...8...7...6...5...4...3...2...1，此時開始發出類似火災警報的尖銳聲音。在倒計時結束後大概3s
，攝像頭開始亂晃（S波到達）。

8. 小結
下面列出了官方給出的一組數據：

地震發生（0）
地震波從震源傳播到地面的台站（1.5-3s）
地震波摘要信息被第一個台站提取（2-3.5s）
地震波摘要信息被第二個台站提取（0-2s）
通信延遲（0.5-1.2s）
預警中心綜合分析（0.3s）
預警信息發布（0.2s）

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Update 2014-08-07
前面的一長串也許已經解釋清楚了ICL地震預警系統的原理，其中涉及的很多技術問題有些我也不了解，不再多說。下面就其他一些問題再說幾句。

如何實現震前預警

「震前預警」，這個詞有些歧義。如果解釋為「震動之前預警」，那其實就是地震預警系統所乾的事情；如果解釋為「地震發生前預警」，其實就是地震預報。以目前的技術而言，短期內的地震預報大多是不靠譜的，網上每天都有各種各樣的地震預言，信還是不信，自己掂量。

這套系統如何實現快速Push

從第8點來看，預警信息的發布耗時0.2秒，比我預計的要長很多，不清楚這些時間消耗在哪裡。

送達人群範圍如何

從預警台網分布圖來看，該預警系統已經覆蓋了四川、雲南兩省以及其他一些城市，另外，ICL官網提供了iOS和Android客戶端，用於接收預警消息（未使用過，效果未知）。官方說法是覆蓋人群為1億。

而廣元，青川，平武三個地區，由於地層破裂傳播的方向上，所以雖然距離震源比較遠，但是實際上的預警時間應該大幅短於震源為起始點計算的結果。

地震的震源，尤其是稍大的地震，是不能將震源看作點源的，電視報道中所謂的震中一般是指最早開始破裂的那個點。以汶川地震為例，震源起破點在汶川那裡，然後向東北方向延伸了300 km左右。廣元、青川、平武三地，雖然離震中（即汶川）的距離很遠，但是由於破裂已經傳播到了這三個地方附近，所以實際上還是造成了很大的災害。（我沒有研究過具體地震，所以不太了解汶川地震的一些細節，這裡假定王韜說的某些東西是事實。）

一個真正的地震預警系統，是在接收到起破點的震動信號就開始預警的。廣青平三地雖然離震中很遠，但是其破壞主要是由傳播到當地的破裂造成的。而地震預警系統是在震中開始破裂時即發布預警，因而這反而給了廣青平三地更多的預警時間。

而地層斷裂的傳播速度，和地震波的傳播速度是不同的

這句話沒錯。震源破裂的傳播速度與地震波的傳播速度是不同的。一般而言，震源破裂的速度要比S波的傳播速度慢，這對地震預警來說是有利的。當然，最近幾年也陸續發現了一些地震的震源破裂速度超過了S波傳播速度，也就是超剪切破裂。目前已確認的超剪切破裂的案例還比較少。

預警系統耗資較大，很難在中國大範圍建立。

耗資巨大是肯定的，所以在小範圍內實驗是有必要的。說說日本，日本有幾個高密度的地震台網，比如Hi-net，覆蓋了日本全境，間距20 km。對於每個地震台站，都是建一個小房子，然後挖一個100m深的坑，再把儀器填進去。建這個台網花了不少人力物力，但是這個台網不僅僅用於地震預警，還可以用於其他研究，所以這實際上是花了一份錢，做了多件事。ICL的地震預警系統，大部分都是為了地震預警重新設計的，如果將來真的耗費巨資把這個系統推廣到了全國，這些儀器記錄的信息能不能為科研所用，這也是一個疑問。

指望著它通知跑路，暫時還是遠遠不如老老實實按照地區的抗震等級把房子造合格。

把房子造合格些是正事。

給你們一盆冷水。

原理上已經有人說的很清楚了，我在這裡講一下實用性問題。
由於是使用速度差原理，所以，越是遠離震源的地點，預警的提前時間也就越長。
也就是說，在某次地震中，越是危險性大的地方，預警時間越短。

下面來粗略的估計一下這套系統的作用，以512汶川地震為例。

圖1

上圖中的黃色菱形為地震震中或地震斷層的初始破裂點，圓圈用來描述地震斷層的破裂傳播過程，圈的大小表示地震能量的相對大小，圈的顏色由深到淺表示傳播的先後順序。

圖2

此為震動烈度圖

下表是死亡1000人以上地區與震源的距離統計。

顯然除了廣元，青川，平武三個地區是因為處於斷裂帶方向所以距離震中比較遠仍然烈度很高外，絕大多數死亡人數多的地區在45-60km之內。

而根據百度百科的描述-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2008年6月14日，日本發生的里氏7.2級地震中，距離震中30公里的鷗州，在3.5秒後收到了預警信息，但此時破壞性的S波已經到達。在遭受嚴重衝擊的栗原，地震預警信息只提供了0.3秒的應急時間。對應於距離震中50公里和80公里的居民，則分別獲得了5秒和15秒的應急時間。

震源深度不同預警時間也會有差別，但是根據上面數據簡單推算，這些地區的預警時間如下。

而廣元，青川，平武三個地區，由於地層破裂傳播的方向上，所以雖然距離震源比較遠，但是實際上的預警時間應該大幅短於震源為起始點計算的結果。

但是此系統也不是完全沒有用， @Smallay提到了，應急機制。
比如煤氣管道的關閉，核電站的控制，火車，飛機場等等地方都可以使用。

不過，指望著它通知跑路，暫時還是遠遠不如老老實實按照地區的抗震等級把房子造合格。

常識性回答：
地震預警系統，基本都是監測到發生地震之後，利用信息傳輸（光纖、無線電等）與地震波的速度差，先於地震波傳播到遠處某地之前送達告警信息。
更多細節不了解，等看到相關報道再補充。
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補充松鼠會的一篇文章：
查看微信同步消息

瀉藥，第一次被邀請回答，微緊張。繆淼對地震預警系統回答的已經蠻詳細了，我在這裡就簡單介紹下國際上這方面的現狀吧~國際上講的話，地震預警做的最好的應該要說是日本了（多火山多地震嘛，不做好點早滅絕了~）

日本國土交通省所屬的日本氣象廳於2006年8月1日啟用高度利用向緊急地震速報系統，並於次年10月1日上午9時開始向全國的一般大眾發布警報。
緊急地震速報分為「預報」和「警報」，「預報」向高度利用者提供，警報的發報條件為「預測震度5弱以上」[1]，在其預警系統的宣傳手冊中提到，如果您距離震中太近，預警信息和地震波可能同時到達。
2008年6月14日，日本發生的里氏7.2級地震中，距離震中30公里的鷗州，在3.5秒後收到了預警信息，但此時破壞性的S波已經到達。在遭受嚴重衝擊的栗原，地震預警信息只提供了0.3秒的應急時間。對應於距離震中50公里和80公里的居民，則分別獲得了5秒和15秒的應急時間。
2011年3月11日的東北太平洋沖9.0級地震中，系統分別在地震發生後5.4秒和8.6秒向高度利用者和一般民眾發布了地震預警，幾乎是在地震波到達陸地的一瞬間，在警報地域居住的居民都收到了警報。其中距離震源較近的岩手縣大船渡縣（觀測震度6弱）獲得了12秒的預警時間，搖晃最劇烈的極震區宮城縣栗原市（觀測震度7，最大加速度約3.8個重力加速度）則獲得了18秒的預警時間，而東京都（震度5強）在警報發出1分鐘後也感受到了劇烈的搖晃。
預警系統在關鍵技術上還沒能做到十全十美，尤其是地震參數的快速判定，以及複數個地震同時發生時，震源參數分離獨立判定。作為5個部署了地震預警系統的國家地區之一，日本的投入最大，性能也是最好的。然而2008年1月27日，日本時報（The Japan Times）一則標題為「地震預警系統再次失效」的新聞，從一個側面反映出了地震預警系統的現狀。

以上信息來自百度百科。由上述資料可以看出，一套完備的地震預警系統不僅需要良好的預測和及時的播報，還需要通訊、廣播電視、互聯網的配合。在日本每有大震發生前，居民都會在震前幾秒到十幾秒左右受到來自簡訊、電視甚至廣播的全方位提醒，從而能夠避免較大的傷亡。（當然，由於上面繆淼所說的機理，確實會在部分淺源地震發生時出現提前預警時間過短的情況）在本次的雲南昭通6.5級地震中雖然用到了這一預警技術，但是其預警信息尚無法完全播報到個人（這個和預警信息系統未能全面搭建也有一定關係）。希望在不久將來能夠看到這個系統完全搭建成功後，為百姓帶來更大的安全保障。
本來想到知網上找到些相關資料貼進來的，結果發現賬號出了點問題，無法登陸。以後有機會補上吧。
最後，為災區祈福吧~

地震了---P波來了（縱波，速度快破壞小）---warning !(檢測到P波後在S波來之前預警）---S波來了（橫波速度慢破壞大）
預警系統耗資較大，很難在中國大範圍建立。

能不能敲慢點，留點小空白啊，你妹啊，盼了半天的一個邀請就被答得這麼不留餘地，還要不要人活了啊，強烈譴責！！！

瀉藥。
就像唐山大地震里說得那句：大震跑不了，小震不用跑。
地震預警也只是震動之後，監測波的傳播。時間太短。需要完善。

這個是兩個概念，預警和預報。我國目前對滴真的預警，能做到提前數秒進行通知。完全是由於波的傳播速度同我們監測預警感測器傳播速度的時間差導致。日本對地震能做到十秒的預警，但是日本對地震研究如此，也沒法對地震進行準確的預報。目前最為靠譜的地震預報手段，其實就是空間電離層分布規律分析法。當然這個是通過空間衛星發送回的數據，對電離層的分布進行分析，找到分布異常點。目前這個領域也有一定的研究，很多微博上面預測的都是這麼玩的。通過中科院空間技術中心發布的數據，來分析大概位置。當然，我們提倡民科對問題進行探究，但是反對民科在沒有論證的情況下就擅自發布消息。

震前，叫預測；震後但未到達，叫預警。
目前最有可能的突破點，應該是地震發生時激發的電磁波，如果能準確判定這個信號，並發布警告的話，就可以比目前的系統提前幾秒到幾十秒。這個目前還存在一些困難，比這個更現實一些的是將地震誘導電磁波和P波（首先到達的波）結合起來，這樣雖然在時間上沒什麼優勢，但是可以大幅降低誤報率，也是不錯的。

瀉藥。排在前面的答案已經答的很清楚了，我就簡略通俗地再答一下。預警的原理就是利用了地震波的特點。通過縱波（傳播速度快，危害小）和面波（傳播速度相對較慢，危害大）之間的傳播速度差，在收到縱波信號後，預警面波的到達時間。然後通過電纜光纖等把消息傳達至各個地方。雖然這個時間差不大，但是人們可以在這個時間差內做出一些逃生或者保護行為了。

有種波速差預警技術好想只有島國海上地震預警應用過大概依靠波速差搶出一分鐘逃跑時間。

ICL忠實用戶
原理都講得很清楚了

我講講使用情況
我在成都
從4.20雅安地震就開始使用ICL的地震預警系統
此軟體一直可從App Store下載
但在最初必須必須在官網註冊並填寫志願者申請書才會獲得賬號所以很多人都沒能使用上這個app
但當時就有幸獲得賬號

到後來也就是前前前段時間這套系統開放了註冊只要安裝了軟體就能接受預警

至於軟體的推送設定好等級和烈度只要達到這兩個標準就推送過來
而且是人聲報倒計時一般來說還是能及時看到最近的一次是2015.1.14地震也是接收到了預警。

這就是這個預警系統的真實體驗以上。