2.5. 地震观测技术系统标准化¶
李学良
(WDC—D地震学科中心）
地震科学研究除能加深认识地球，丰富人类知识宝库外，最直接的应用是在地震监测预报的基础上， 采取有效对策，最大限度地减轻地震灾害。
我们知道，地震波不仅能提供震源情况，而且能反映地球内部介质的信息，像明灯照亮了地球内部。 另外，地震的原因主要在地壳内部，如能从地表观测到作为地震发生原因的地壳内部各种地球物理场、 地壳形变场以及其它地震前兆信息场的变化，地震预报不是不可能的。 因此，地震科学不但是多学科综合性科学，而且是综合性观测科学。 地震观测数据一直是推动地震科学前进的基本力量。
我国的地震观测数据具有明显特征。首先，数据源广泛，数据品种丰富，数据信息量巨大。 从科学领域看，数据源涉及地震学、地磁学、地电学、地壳应力学、地震地质学及大地测量学等十几个地学学科。 从数据获得方式看，即有固定台站连续地提供各种记录，又有沿一定测线定期或不定期地流动观测， 还有实验场和其他野外现场测量。从数据品种看，仅地震学就有短周期记录、中长周期记录、 长周期记录和数字化记录、模拟记录之分。其次，地震观测数据从采集到提供交换使用涉及范围很广自成系统。 国家地震局下属的所有研究所、中心、测量队和20多个省地震局，投入了数以千计的技术人员，形成多学科、 多技术、多环节、多部门、多地区联合的格局，构成以上述诸“多” 为单元的复杂系统。 我们称之为地震观测技术系统。系统的观点认为，系统是作为一个统一整体而存在的， 其组成部分不能离开整体去发展。也就是说，无论仪器研制工作也好， 观测工作也好，数据汇集、管理、交换工作也好，都必须在自身发展的同时， 与系统内其他单元保持高度的协调和统一，这样才能使地震数据出现新面貌，从而使地震科学出现新发展、新变化。 事实上，这是很难做到的。比如，地震数据系统是地震观测技术系统的一个组成部分， 它的任务是数据汇集、管理和交换，执行这一任务的主机构是国家地震局地震数据信息中心(WDC-D地震学科中心)。 而构成其数据源的观测台网和专业数据中心则属于不同的机构，甚至不在一个地区，中间相距数千公里。 地震数据质量如何保证，地震数据能否以及怎样从这种数据源向地震数据系统有秩序地传递， 就不是能简单协调和统一的。因此，如何高效控制与协调地震观测技术系统，即充分发挥各组成部分的积极性， 又能充分发挥系统的整体效益便成为关键问题。
现代管理学认为，解决这类问题的有效手段是实施标准化管理。 简单地说，就是把地震观测技术系统按技术环节分成若干相对独立、有内在联系的子系统， 然后用符合客观需要和可能的章程，去约束各个子系统和它们的接口（一个子系统对另外子系统的要求）， 使每个子系统有条不紊地发挥应有作用，实现预期的整体目标。
近些年来，我们一直开展着地震行业标准化研究。按照我们的观点， 地震观测技术系统是地震事业大系统的一个具有特定功能的子系统。 对它的标准化研究属于地震行业标准化研究范畴。
2.5.1. 1 地震观测技术系统分析¶
熟悉和分析系统内的要素、环节、过程及相互关系，是实施标准化的基础。
地震事业是“科学研究与综合技术服务事业”。 运用目标分解原则，可把地震事业分解成5个层次的若干具有相对独立功能的子系统（图1)。 若把地震事业整体看作总系统的第一层次，那么处在第二层次的子系统（二铍子系统，以此类推）共有4个。 它们分别是科学研究系统、地震减灾系统、行业管理系统和综合技术服务系统。 这四个系统各具独立功能，相互结合构成地震事业整体。同样，我们可以把每个二级子系统分解成若干个三级子系统。 比如，地震观测技术系统是地震减灾系统的一个组戚部分，即总系统的一个三级子系统。 它与地震预报系统等分工合作共同完成地震减灾任务。篇幅关系，略去其他三级子系统。 进一步可将地震观测技术系统分解为四个组成部分（四级子 系统）:“观测项目系统”、“观测设备系统”、 “观测台站系统”和“地震数据系统”。 观测项目系统中包括一切批准入网观测对象（如地震波、地磁场强度和地壳垂直形变等）的概念和术语， 规范化的观测方法和数据格式等。观测设备系统包括从数据采集到数据交换使科学研究系统， 十几个学科的观测 对象，每个对象的术语、观测方法、质量要求、基本参数、 数据格式、参数测量等。
图1 地震事业系统层次分解（示例）
用全过程的设备和仪器，如地震仪、记录器、通讯设备、存储设备、以及其它辅助设备等。 观测台站系统包括台站布局、台站选定、台站建设、仪器安装、观测记录等， 同时包括实验场、野外工作现场和流动测量的场点技术工作。地震数据系统包括将全国所有品种的全部数据汇集起来， 经过加工实现资源共享的各种技术工作。他们属于第五个层次的子系统。
从以上五个层次可以看到：
(1)地震观测技术系统是地震事业的有机组成部分，它的主要目标是为地震减灾和地震科学研究提供可靠数据。 它即不应脱离目标的实际要求盲目发展；也不应拖实现目标的后腿。
处理好地震观测技术系统内各组成部分的关系，使它们互连互通、相互适应、 相互促进、共同发展， 是做好地震数据工作的关键。图2是地震观测技术系统的工作流程。 粗线框是系统与环境（地震减灾等）的边界，箭头表示流程方向。
图2 地震观测技术系统工作流程
首先，根据科学研究和地震减灾的需要提出所要观测的对象，建立概念的术语， 把科研、技术和实践经验的成果三者有机结合起来，制定相应的规范化观测方法（观测项 目系统）。 第二步，根据观测要求，研制、生产和引进系列化、组合化、通用化和一致性好、互换唯强的数据观测、 传递、处理设备，以使这些仪器设备分散到全国数百个台站上以后能做可比性观测。 同时具有及时、良好的维修、检定能力（观测设备系统）。 第三步，在前面两个组成部分的要求和配合下，合理布局台站方位，科学选定站点位置，建好规范化台站设施， 安装仪器设备，规范操作运行，获取原始数据（观测台站系 统）。 最后，将这些数据按规定格式、载体和通讯链路汇集到数据中心，经过规范化处理， 作为系统的输出传递到环境（地震数据系统)。完成系统的工作流程。
在这一流程中，每个组成部分都有特定的工作，各部分之间由数据紧密联系。 每个组成部分都有独立的技术、业务工作； 每项技术、业务工作都有一个以上的单位、地区和众多的技术人员共同进行。 即这些技术、业务工作存在共性，如技术业务概念的术语； 同一观测对象的观测方法，同类数据的数据格式等。另外，各类仪器设备也存在共性特征。
地震标准化研究的重要课题之一就是熟悉和分析所要研究的系统，找出全部存在于各个环节中的个性特征和共性特征。 因为只有共性特征才需要考虑是否制订标准。
2.5.2. 2 地震观测技术系统标准化过程¶
“中华人民共和国标准化法”的颁布实施，标志着我国标准化工作已纳入法制管理轨道。 标准化不仅作为复杂系统工程宏观管理的有效手段，而应被积极采用； 而且实施标准化也是贯彻国家法律法规之必然。
标准化法规定：标准化工作的任务是制订标准，组织实施标准和对标准的实施进行监督。 这表明，标准化是由标准制订、实施和监督三个环节构成的有组织活动过程。 标准是标准化活动的成果，只有在实施以后才能表现出标准化效果。
2.1 选择地震标准化对象¶
地震标准的定义指出，只有重复性事物和概念才有必要制订标准，所谓重复性是指同一事物和概念反复出现的性质。 比如观测仪器的重复设计、重复生产；地震台站的重复选址、重复观测； 地震数据的重复汇集、重复处理、重复交换等，不一而足。地震标准的定义还指出， 标准是有部门和人员共同遵守的行为准则和依据，它是针对需要在一定范围内统一事物和概念的。以上两点告诉我们: ①重复性事物和概念是选作标准化对象的必要条件; ②凡是标准化对象都存在多样化表现，必须统一到简化统一和协调。 因此，决不是事无巨细，所有地震观测技术系统内的重复性事物和概念都要制订标准。 如果不适当地扩大标准化对象的范围，就会带来阻滞技术发展、工作僵化、程序繁琐及其它恶果。 正确选择标准化对象应遵从以下的原则：
最大自由原则：在地震观测技术系统的全部工作过程中，若同一目标可以通过几种不同的手段、方法去达到时， 最好不对如何达到同一目标的技术方法和要求做硬性规定。应给以最大自由。否则将阻碍技术的发展。 如地震波的记录方式，我们应允许有模拟记录、数字记录；允许有照相记录、笔绘记录等， 还应允许有惯性摆地震仪和非惯性摆地震仪。不能硬性统一简化为一种方式。 再如，单台也可以测定地震的震中，而且多台测定时又可用不同方法实现。 因此，不能用某种方法统一人们的行为。
可论证原则：凡选择为地震标准化对象的事物和概念都应得到论证。否则不宜为标准化对象。 比如当前存在多种池震前兆场信息的试验观测，对其中的某些观测， 我们至今无法论证它们与地震发生的定量关系和因果关系。 因此，不宜建立它们的检测能力限定标准和方法标准，以免使地震前兆的探索工作谄入僵化，阻碍发展。
无协调原则：在地震观测技术系统的科学活动中有许多客观规律或自然现象，已得到普遍承认和遵循。 它们一般不存在多样化表现，无需向各方面协调而获得统一。 或者说事实上它们本身已经标准化，但不需要以标准的名义出现。 如经常用到的物理学和数学的定理、定律，地震科学中的原理、公式等就无需再制订标准。
在前节讲述的熟悉了地震观测技术系统内的个性特征，并寻找出存在于许多事物个性特征中的共性特征以后， 根据上述选择标准化对象的原则，就能正确地区分哪些共性特征应作为标准化对象。 表1给出了地震观测技术系统标准化对象的范围。其中任何一个方面都包括很多事物的共性特征。 例如，观测项目系统标准化范围中的“测量方法”不仅包括十几个学科的不同方法， 而且包括某一学科内不同观测品种的不同方法，是多个共性特征的集合。 真正实现在这样的标准化范围内选择出标准化对象不是轻而易举的。 需要各个领域、各个环节上熟悉技术工作的多数专家共同分析研究，反复论证并取得共识。 可以说，选择标准化对象是多数人的集体研究活动。
表1地震观测技术系统标准化范围
子系统 | 标准化范围 |
观测项目系统 | 仪器设计、生产过程；系列型谱；规格尺寸；型号命名； 性能参数序列；性能试验方法；包装、运输、拆箱要求； 标定；仪器接口；标准元器件；设备引进；保养挂修。 |
观测台站系统 | 台站布局；僉站系列；选建台站；仪器安装；设备运行；观测工作； 台站代码、代号、符号；台站定位；数据格式；数据传递；质量评定；数据处理。 |
地震数据系统 | 数据汇集；软件规范；数据库规范；通讯链路；数据格式； 数据处理；数据载体；数据交换；技术术语、代码、符号。 |
2.2 地震标准体系¶
选择出标准化对象只是奠定了制订标准的物质基础，究竟哪些标准化对象要先制订成标准？ 这就产生了确定标准项目的问题。一般来说，确定标准项目要从三方面考虑： ①地震观测活动实践的客观需要;②标准化规划和计划安排;③符合标准体系表。 这里, 仅就后者稍加展开说明。一定范围内的标准按其内在联系形成的科学的有机整体称之为标准体系。 把标准体系内的标准按一定形式排列起来的图表就是标准体系表。地震行业的标准体系表的层次结构如图3所示。 地震观测技术系统的标准主要分布在第二层到第四层。编制标准体系表时应遵循下列原则：
图3 地震行业标准体系层次示意图
全面成套充分研究当前预计到的地震事业中经济、科学、技术及管理方面需要协调统一的各种事物和概念， 力求应有标准全面成套。具体作法是广泛征求各个领域。 专家和管理人员的意见，集思广益编造应有标准清单，经过反复补充、多次修改，力争齐全，应有尽有。
层次恰当根据标准的适用范围，恰当地将标准安排在不同的层次上， 应在大范围内协调统一的标准就不在几个小范围内各自制订，争取体系组戌尽量合理简化。 做好这项工作的重点是对地震事业系统正确的目标分解。把科研与减灾为目标的总系统， 按不同层次目标逐级分解到每项技术业务工作以后，找出每一层次中各个工作环节的共性标准提升到上一层次， 直到逐级上升成为行业通用标准。从而避免标准重复和混乱。如数据格式方面的标准，每一个台站都会用到， 甚至每个门类（如震级）、每个专业 (如测震），乃至整个地震事业（如减灾、预报）都会用到。 就要将这些标准尽量放到行业或专业通用标准层次上。尽量增加通用标准，减少低层次标准，有利于协调统一。
划分明确体系表内不同专业、门类的划分，主要按科研和技术活动性质的同一性， 而不是按目前行政系统进行划分。比如，尽管产出池震数据的行政部门很多， 但对同一专业的有关数据的标准不能同时由几个行政单位单独制订，必须通过协商取得统。
简便实用标准体系表不仅要使标准化专业人员理解掌握，而且要使有关管理人员和技术专家也能看懂应用， 使他们一目了然地知道自己业务工作应遵从哪些行为准则。 由于标准体系表是一种包括现有、应有和预计发展的标准全面蓝图， 并将随着科学技术的发展而不断地得到更新和充实，因此成为我们确定标准项目的重要因素之一。
2.3 制定标准的原则¶
制定标准是一项政策性、技术性和经济性都很强的工作。标准制订得是否合理先进、切实可行， 直接影响到该标准涉及到的工作和管理效率。因此，制订标准时，必须遵循下列六项原则。
实事求是原则我们制订的地震标准，主要是在我国的地震事业中贯彻实施，就应该从我国的实际情况出发， 就是要结合我国地震科研的水平，适应我国的技术状况和经济条件，适合我国广大台站人员的业务素质， 遵从我国地震发生的客观规律。无视我国实际情况，盲目追求高技术，不仅耗资巨大难于实现， 而且现有基层技术人员素质 恐怕也难于胜任，产生适得其反的效果。 同样，过低估计我国的实际情况，标准失去先进性，又会阻碍地震事业的发展。
使用功能为主原则制订标准是一项涉及面较广，相关因素较多的工作。 必须从全局出发，充分考虑使用要求。根据科研、预报、减灾等不同需要作出合理的规定， 使产出数据和使用数据的各个环节都乐于接受。
先进原则具体地说就是积极采用国际标准和国外先进标准，做到与国际“接轨”， 扩大我国地震科学在世界上的影响。尽管目前国际上还没有真正的地震标准化组织， 但像WDC这样的机构和学术组织还是很多的，为了满足数据交换和国际科技合作的要求， 我们应尽量采用国际通用和国际惯例的标准。
和谐原则相互关联的标准要协调一致，衔接配套，凡需要在一个专业内统一的标准化对象，应订为专业标准； 凡对同一标准化对象，有了上层次标准后，不能再制订下层次标准，只能做具体补充或提高技术指标， 不可降低要求，更不可与上层次标准发生矛盾。不同标准中对同一标准化对象的名词术语、符号代号等的规定要一致。
适时原则指制订标准的时机要适当。具体地说就是要选在标准化对象的技术较稳定较成熟的时期。 比如地震学观测，从观测对象（地震波）、观测仪器（地震仪）到数据处理和交换使用的技术和方法， 均已处在平稳时期，尚看不到足以冲垮这一观测体系的新的技术革命的任何信息。 因此，开展测震学领域的标准化，不仅不会面临地震标准立即被淘汰的危险，而且还能通过建立最佳观测秩序， 进一步提高地震数据质量，发挥地震数据在地震科研和地震减灾方面的积极作用。
效益原则制订地震标准的目的是为了获取地震工作的最佳秩序和社会效益。 这样，如何获取最佳效益就自然成为制订标准时必须考虑的一项原则了。 因此，对制订的标准方案进行预测分析，验证比较，以决定最好方案，这是不可忽略的环节。
2.4 制订标准的工作程序¶
标准是一种技术法规，法规的产生有其一定的法定程序。一般可用图4的流程表示。 由于流程直观明了，不再展开说明。只将几个值得注意的环节概述如下：
标准制订工作组的成员一般由使用这一标准从事数据工作的人员代表、应用数据的人员代表以及管理人员组成。这些人应该是熟悉标准化对象、掌握其专业技术和标准化技术的人员。
为了使标准制订得切实可行，有较高的质量水平， 应将标准草案（征求意见稿）发送到一切可能有关的部门和人员，反复广泛征求他们的意见，取得协商一致。
图4 制订标准工作流程框图
标准草案必须经过试验论证。编写前要以大量的试验数据工作为依据，编写后还要再次试验验证科学性， 不断修改、补充、完善。
标准编写方法要符合《标准化工作导则标准编写的基本规定》等各项规定。
标准发布实施以后，不是一劳永逸，不可改变的。每隔三五年（或更短）要复审一次， 分别给以继续有效、修订或废止的确认。 修订是指不降低标准技术水平和不影响互换性能前提下的内容方面的个别的修改和补充。
2.5 地霖标准的实施和监督¶
标准只有在实践中实施才能表现出它们的作用和效益； 标准的质量和水平只有在贯彻实施过程中才能作出正确评价，发现存在问题，提出改进意见。 因而实施是非常重要的环节。我们认为实施标准的步骤大致可分为五个程序：计划、准备、实施、检査和总结。 特别值得一提的是在准备阶段应建立组织机构，明确专人负责。国家地震局的所有下属部门和单位， 都应由主管技术的负责人牵头，成立计划、技术、检验（计量）等部门人员参加的临时标准宣传小组， 研究处理实施标准的问题。
另外，标准实施得如何，是需要进行监督的。通过监督，一方面能促进标准的认真 贯彻实施。 另一方面也能及时反馈标准本身的缺陷和不足，从而立即采取有效措施。
地震标准实施的监督是指有关地震监测预报和地震减灾等方面的重要标准要受到国家地震局政府机构的直接监督。 在这些方面的标准中，地震观测技术系统的有关标准是衡量地震监测预报和地震减灾状况的依据， 而产品（仪器产品、数据信息产品）的质量标准又较集中地、综合地反映了地震观测技术系统各种标准的实施情况， 因此，对仪器和数据产品质量的监督就成了整个地震行业标准实施监督工作中的重要任务和中心环节。 为此，我们可以参照国家质量监督的方针政策对地震仪器和数据质量进行监督。
实行国家地震局质量监督抽査制度，对各部门实行“管、帮、促”相结合的方针。 国家地震局可以实行每季度或每半年抽查一次的制度。每次抽査的仪器和数据品种事先不公布， 抽查时间也不事先通知。可以到台站上抽查当前记录，也可到数据库中或图库中抽取。 对发现的质量问题要坚决实行“管、帮、促”。 “管”就要体现一个严字，不合格的仪器和数据不能交换使用，入了库的也要删除掉，并对责任者给以处罚； “帮”就 是积极主动地帮助有关部门查找原因，研究和提出改进措施; “促”就是促进各有关技术 岗位树立质量第一的概念，建立质量保证体系，稳定地出合格数据。
推行许可证制度。国家地震局最近公布的《地震行业观测技术系统管理办法》 规定了“入网许可证书”管理方式， 凡未获得国家地震局颁发的入网许可证书的地震专用仪器、设备及数据处理软件，不得进入地震台网中推广应用。 这样，就使地震仪器和软件方面的标准实施有了保证。
建立健全岗前培训和上岗考核制度。地震观测技术系统内某些关键岗位的技术人员， 如台站人员，上岗前应接受技术标准和工作标准的培训，考核合格者，发给上岗证书。 否则不能上岗。这种措施可在执行标准的最基层监督标准的实施。
综上所述，地震数据是推动地震科学发展的基本力量。高质量地震数据的获取和服务是一个系统问题。 不论是地震观测工作、地震专用仪器设备的研制工作，还是地震数据的汇集、处理工作， 都应纳入地震观测技术系统作为系统的有机组成部分协调发展。 实现科学协调的最有力管理措施，就是加强地震观测技术系统标准化。 标准化已经构成了有理论观点，有特定对象，有具体内容及表现形式的学科前体系，称为标准学或标准化工程学。