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지진경보체계

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목차

1. 개요

지진경보체계는 지진 발생 시 P파를 감지하여 S파가 도달하기 전에 경보를 발령하여 피해를 줄이는 시스템이다. 19세기 후반에 아이디어가 제시되었고, 20세기 후반 정보통신 기술 발전으로 시스템 개발이 본격화되었다. 멕시코가 1993년 세계 최초로 일반 대중 대상의 지진 경보 시스템을 운영했으며, 일본은 2007년 전국적으로 시스템을 가동했다. 미국은 캘리포니아를 중심으로 ShakeAlert 시스템을 구축하여 운영 중이다. 중국, 대만, 대한민국 등도 전국적인 지진 조기 경보 시스템을 갖추고 있다. 지진경보체계는 광역형, 현지형, 복합형으로 구분되며, 지진파의 속도 차이를 이용해 진원, 규모, 지진동을 추정하여 경보를 발령한다. 최근에는 스마트폰 센서나 중력파 감지 기술을 활용하는 등 기술 발전이 이루어지고 있으며, 국제 협력과 기술 개발을 통해 시스템의 정확성과 효율성을 높이려는 노력이 진행 중이다.

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지진경보체계
개요
이름지진 조기 경보 시스템
주요 목표지진의 강한 흔들림이 도달하기 전에 경고를 발령하여 피해를 줄이는 것
작동 원리지진파 중 속도가 빠른 P파를 감지하여 진앙과 규모를 추정하고, 상대적으로 느린 S파와 표면파의 도달 시간을 예측하여 경보를 발령함
활용 분야개인 및 공공 기관의 대피
자동 제어 시스템 (예: 열차 긴급 정지, 공장 설비 보호)
중요 시설 보호 (예: 병원 수술 중단 방지)
작동 방식
센서 네트워크지진 감지를 위한 고밀도 지진계 네트워크 활용
데이터 처리실시간으로 지진 데이터를 분석하여 진앙, 규모, 예상 진도 등을 신속하게 계산
경보 전달방송
통신
모바일 앱
기타 다양한 채널을 통해 경보를 전달
국가별 시스템 현황
일본지진 조기 경보 시스템 운영, 기상청 주관
멕시코멕시코 지진 경보 시스템 운영
미국셰이크얼럿 시스템 개발 및 운영, 미국 지질조사국 주관
대한민국지진 조기 경보 시스템 운영, 기상청 주관
기술적 한계
맹점 지역진앙에서 가까운 지역은 경보 발령 시간이 부족하여 효과가 미미할 수 있음
오경보 가능성데이터 오류 또는 시스템 오작동으로 인해 오경보가 발생할 수 있음
규모 추정의 불확실성초기 P파 데이터만으로 규모를 정확하게 추정하는 데 어려움이 있을 수 있음
참고
관련 용어P파, S파, 지진계, 진앙, 규모
관련 기술지진학, 데이터 분석, 통신 기술

2. 역사적 배경

지진파의 속도에 제한이 있다는 사실은 이미 19세기 후반 지진학에서 알려져 있었다. 이에 따라 느린 지진파와 빠른 전기 신호의 속도 차이를 이용한 경보 시스템에 대한 아이디어가 나타났다. 1868년, 미국의 쿠퍼(J.D.Cooper)는 캘리포니아주 홀리스터에 지진계를 설치하고 전신을 통해 샌프란시스코에 알리는 아이디어를 발표했다. 그러나 당시에는 지진파 해석 및 전달 기술이 부족하여 실용화되지 못했다.[86][87]

얼마 지나지 않아 일본에서도 비슷한 아이디어가 나왔다. 1972년 하쿠노 모토히코 등은 해저 지진계에서 파형을 수집하여 도시에 경보를 보내는 "10초 전 대지진 경보 시스템"을 고안했다. 20세기 후반, 정보 통신 기술의 발달과 지진 연구의 진전을 바탕으로 이러한 아이디어를 실현하기 위한 시스템 개발이 이루어졌다.[86][87]

먼저 실용화된 것은 S파(주요동)를 감지하는 방식이다. 1965년 일본 국철은 도카이도 신칸센 전 노선에 대진 열차 방호 장치를 도입했는데, 이는 세계 최초로 지진 감지를 자동 제어와 연결한 시스템이었다. 다만 이 방식은 지진 감지부터 큰 흔들림까지의 시간이 짧아 개선이 필요했다.[86][88][89]

S파 감지 기술은 각국에서 개발되었다. 미국에서는 가나모리 히로오가 관측망을 통한 지진 피해 조기 파악 및 즉각적인 긴급 사태 관리를 위한 실시간 지진학을 제창했다. 1990년 캘리포니아주에서는 캘리포니아 공과대학교(Caltech)와 미국 지질 조사소(USGS)를 중심으로 CUBE 시스템 개발이 시작되었다. 이 시스템은 고정밀 디지털 지진계망을 이용하여 수분 안에 진원, 시각, 규모 등을 산출했다. 초기에는 인프라 사업자에게만 제공되었으나 점차 확대되었다. 1993년에는 캘리포니아 중부에 지진 정보를 속보하는 REDI가 개발되었고, 1994년에는 두 시스템이 통합되어 캘리포니아 전역으로 대상 지역이 확대되었다. 또한 진도 분포도를 즉시 작성하는 ShakeMap 제공이 시작되었다.[86][92][90][91]

한편, 멕시코에서는 1985년 멕시코 지진의 교훈으로 중앙 아메리카 해구에서 발생하는 대지진을 상시 관측하여 수도 멕시코시티에 경보를 발하는 시스템이 연구되었다. 1993년에는 일반 대중을 대상으로 하는 세계 최초의 지진 경보 시스템(SAS, 현재의 SASMEX) 운용이 시작되었다.[86][62][92]

P파(초기 미동) 감지를 통한 유예 시간 확보를 위한 개발도 진행되었다. 철도 기술 연구소(현 철도 종합 기술 연구소)는 도호쿠 신칸센(1982년 개업)을 위해 개발을 진행했으나, 시기를 맞추지 못하고 1991년 도카이도 신칸센 일부 구간(1992년 전 노선 도입)에 유레다스를 도입하여 실용화했다.[88][89]

유레다스는 주로 피해 범위가 넓은 해구형 지진에 대응하여 개발되었지만, 1995년 효고현 남부 지진(한신·아와지 대지진)은 일본의 직하형 지진 대책 재검토에 큰 영향을 주었다. 고감도 지진 관측망(Hi-net)의 고감도 지진계 설치가 시작되었고, 방재 과학 기술 연구소는 이를 이용한 "실시간 지진 정보", 기상청은 "나우캐스트 지진 정보" 연구를 시작했다. 두 프로젝트는 통합되어 일반 대중을 대상으로 P파 감지를 실용화한 "긴급 지진 속보"가 되었고, 2004년 시험 운용, 2007년 10월 전국에서 정식 운용을 시작했다. 이는 국내 전역을 대상으로 하는 세계 최초의 시스템이었다.[92][93]

최근에는 저가 센서나 스마트폰 센서를 활용하는 시도도 이루어지고 있다.



2015년 유엔 회원국이 채택한 센다이 방재 기본계획은 재해 조기 경보 시스템 가용성 및 접근성 향상을 목표로 한다. 유네스코는 지진 조기 경보 시스템 국제 플랫폼(IP-EEWS)을 설립, 각국 연구 기관 협력 및 과학적 협력을 지원하고 있다.[80]

3. 기술적 원리

지진은 탄성 변형 에너지가 단층을 따라 빠르게 미끄러지면서 발생한다. 이러한 미끄러짐은 특정 위치에서 시작되어 단층 표면을 따라 각 방향으로 진원으로부터 멀어진다. 이 단층 파열의 진행 속도는 결과적인 압축파와 전단파의 속도보다 느리며, 압축파가 전단파보다 더 빠르게 이동한다. 압축파는 파괴적인 구조파인 전단파보다 진폭이 항상 작으며, 특히 방사파와 유사한 공진 주기를 가진 건물에 가장 파괴적이다.

지진이 발생하면 특성이 다른 여러 종류의 지진파가 주변으로 퍼지면서 진동이 발생한다. 지진 에너지의 대부분은 S파나 표면파로 전달되어 큰 흔들림(주요동)으로 피해를 유발하지만, S파는 약 4km/s 정도로 비교적 천천히 전달된다. 이에 비해 P파는 약 7km/s 정도로 빠르지만, 유발하는 것은 작은 흔들림(초기 미동)이다. 이 P파를 관측하여 경보로 빠르게 전달함으로써, 일정 조건 하에서는 S파 등에 의한 큰 흔들림에 미리 대비하는 것이 가능하다.[53]

지진 경보 시스템의 작동은 다음과 같은 단계로 분류할 수 있다.[53]

# 지진 감지, 진원 위치 추정

# 지진 규모 추정

# 흔들림의 크기 추정

# 이 정보로부터 경보를 발령할지 판단하고, 심각도에 따라 전달 수단을 선택

또한, 관측점 배치에 따라 광역형(지역형, regional), 현지형(on-site), 복합형으로 분류할 수 있다.[53]


  • 광역형: 대상 지역에 다수의 관측점을 배치하여 진원에서 떨어진 지역에 경보를 전달할 수 있도록 한 것이다. 광역형은 더 나아가, 관측점을 분산 배치하는 유형과, 지진 위험이 높은 단층 주변 등에 집중 배치하는 유형으로 나뉜다.
  • 현지형: 대상 지역의 바로 아래에서 발생하는 지진을 감지하기 위해 개별 관측점마다 속도를 중시하여 경보를 발령하는 것이다.
  • 복합형: 현지형 경보의 정보원에 광역형 시스템이 추정한 진원 위치·규모도 병용함으로써 상호 보완한다.


;진원 위치

: "ElarmS"(미국, 칠레 등), "eBEAR"(대만), 중국 베이징 시스템은 단일 관측점에서 각각 진원 위치를 산출하는 유형이다. 일본의 긴급 지진 속보, "Virtual Seismologist"(미국, 스위스 등), "PRESTo"(이탈리아)는 여러 관측점의 데이터를 통합하여 진원 위치를 산출하는 유형이다. 전자는 계산이 간편하지만 위치 추정의 정밀도가 떨어진다. 후자는 점원 알고리즘에 의한 계산을 필요로 하며, PRESTo에서는 확률 밀도 함수, Virtual Seismologist에서는 베이즈 추정, 긴급 지진 속보에서는 그리드 서치법 등을 사용한다. "G-FAST"(미국, 칠레)는 GPS의 정적 오프셋 값, "FinDER"(미국, 스위스 등)는 이미지 분석을 응용하여, 특정 단층을 상정한 후 지진동 분포로부터 진원 위치를 추정한다. 유레다스(일본), EDAS-MAS(중국)는 P파 초동 진폭 등을 변수로 하는 경험식을 사용한다. 알고리즘을 사용하는 유형에서는 다양한 기계 학습 활용으로 정밀도를 높일 수 있다.[53]

;규모 추정

: 규모(매그니튜드)의 추정은, 규모와 P파 초동의 회귀식이 기본이며 널리 사용된다. 규모가 커지면 P파 진폭이 포화되는 성질이 있기 때문에, 후속 파형도 계산에 포함하는 방식이 있다. 전자는 ElarmS, Virtual Seismologist, eBEAR, "REWS"(루마니아), "KEEWS"(한국), 베이징 시스템, 남 이베리아 시스템(스페인)이다. 후자는 PRESTo, "SASMEX"(멕시코), 긴급 지진 속보에서 사용한다. 특정 단층을 상정하는 G-FAST, G-larmS(미국), BEFORES(미국), REGARD(일본·국토지리원)는 GPS의 정적 오프셋 값, FinDER는 단층 파괴 시간의 관계식을 사용한다. 유레다스, EDAS-MAS, "OnSite"(미국)는 신속성을 중시하여 단일 관측점의 데이터로부터 추정한다.[53]

;지진동 추정

: 위치와 규모 데이터를 통해 최대 지표면 가속도(PGA) 및 최대 지표면 속도(PGV), 이에 따르는 진도 계급 분포를 산출한다. 많은 시스템에서는 흔들림의 크기와 진원 거리에 대한 경험적 관계를 나타내는 지진동 모델(GMM : Ground-Motion Model)을 사용한다. 광역형 ElarmS, FinDER, 긴급 지진 속보의 PLUM법에서는 여러 관측점의 데이터를 보간하는 기법이 사용된다. 현지형 "PRESTo Plus"(이탈리아), OnSite 등에서는 P파 초동으로부터 추정하지만 정밀도는 떨어진다.[53]

;경보 기준

: 각 시스템은, 매그니튜드 값이나 지진동(PGA, PGV)·진도 계급, 이들의 조합의 예측값이 기준(임계값)을 초과하는 경우를 기준으로 한다. SASMEX, KEEWS, EDAS-MAS, 베이징 시스템은 매그니튜드. OnSite, PRESTo, Virtual Seismologist, 콤팩트 유레다스(일본), IEEWS(터키)는 PGA. ElarmS, PRESToPlus, 긴급 지진 속보, eBEAR, REWS는 PGV 또는 진도 계급. P파 초동을 사용하는 유레다스는 매그니튜드와 진앙 거리가 기준이었다. 다른 접근 방식으로는, 재귀적으로 피해 추정의 크기, 예를 들어 흔들림의 크기 관계에서 얻을 수 있는 교량 손상의 임계값이나 엘리베이터에 갇힐 발생률 등을 제안하는 논문도 몇 개 있다.[53]

지진파보다 빠르게 광속으로 전파되는 중력의 섭동이, 지진 발생 시의 지각 밀도 변화에 따라 발생한다는 사실이 2010년대 중반에 밝혀졌으며, prompt elastogravity signals(PEGS, 즉시 탄성 중력 신호)라고 불린다. 그러나, 광대역 지진계에서도 매우 미미한 값이며, 잡음과의 구별 및 규모 8 이상으로 여겨지는 검출 한계를 낮추는 것이 과제로 여겨진다.[55][95][96] 도쿄 대학에서는 우주물리학과 지진학 연구자들이 고감도 중력 경사계 개발을 진행하고 있으며,[97] 실용화되어 관측망이 전개될 경우 경보를 현재보다 10초 정도 빠르게 할 수 있을 가능성이 있다고 한다.[98]

4. 전 세계 주요 지진 조기 경보 시스템

지진 경보 시스템의 배치


2024년을 기준으로, 대한민국[5], 중국[2], 일본[3], 타이완[4], 이스라엘[6]은 전국적인 지진 조기 경보 시스템을 갖추고 있다. 이들 국가는 무선 긴급 경보(WEA), TV 경보, 라디오 방송, 민방위 사이렌 등을 통해 국민들에게 지진 발생 가능성을 알린다.

멕시코[7], 미국[8], 캐나다[9]는 지역별 지진 경보 시스템을 운영하고 있다. 멕시코 지진 경보 시스템은 멕시코시티와 오아하카 등 멕시코 중남부를 포괄하며 민방위 사이렌을 사용하고, 셰이크얼럿은 미국의 캘리포니아, 오리건, 워싱턴 주와 캐나다의 브리티시컬럼비아를 포괄하며 WEA를 사용한다.

과테말라[10], 엘살바도르[11], 니카라과[12], 코스타리카[13], 루마니아[14] 등은 애플리케이션을 다운로드한 특정 사용자에게만 경보를 발송하는 시스템을 구축했다. 이탈리아, 프랑스, 튀르키예, 스위스, 칠레, 페루, 인도네시아에서는 시스템을 시험 운용 중이다.

1990년대 캘리포니아 캘리스토가 소방서는 도시 전체에 사이렌을 울려 지진 발생을 알리는 초기 자동화 시스템을 설치했다.[15] 일부 캘리포니아 소방서는 지진 발생 시 소방서 오버헤드 도어를 자동으로 개방하는 시스템을 사용한다. 여러 민간 기업들도 엘리베이터, 가스관, 소방서 등 기반 시설 보호를 위한 지진 조기 경보 시스템을 제조하고 있다.

; 저가형 및 스마트폰 기반 시스템

; 관련 시스템

일반 대중에게 "경보"를 알리는 시스템과는 성격이 다르지만, 개발사가 중복되거나 기술적으로 관련된 시스템은 다음과 같다.

  • 조기 경보: 지진동 초기 단계에서 가동되는 제어 시스템
  • 직후 정보: 지진동 종료까지 관측된 데이터로 지진의 양상을 조기에 추정하는 목적의 정보 시스템
  • 복합 시스템: 위 두 시스템을 결합한 시스템

4. 1. 멕시코

멕시코 지진 경보 시스템(SASMEX)은 1991년에 운영을 시작하여 1993년부터 공공 경보를 발령했다. 멕시코 시 정부의 자금 지원을 받으며, 경보를 수신하는 여러 주에서도 재정적 기여를 한다. 처음에는 12개의 센서로 멕시코 시에 서비스를 제공했지만, 현재는 97개의 센서를 갖추고 멕시코 중부 및 남부 여러 주에서 인명과 재산을 보호하도록 설계되었다.

4. 2. 일본

일본의 지진 조기 경보 시스템은 2006년에 실용화되었으며, 일반 대중에게 경고를 하는 시스템은 2007년 10월 1일에 설치되었다.[24][25] 이 시스템은 부분적으로 일본국유철도(Japan Railways)의 긴급지진속보 시스템(ユレダス일본어)을 모델로 했는데, 이는 신칸센의 자동 제동을 가능하게 하기 위해 설계되었다.[26]

지진이 발생하면 특성이 다른 여러 종류의 지진파가 주변으로 퍼지면서 진동이 발생한다. 지진 에너지의 대부분은 S파나 표면파로 전달되어 큰 흔들림(주요동)으로 피해를 유발하지만, S파는 약 4km 정도로 비교적 천천히 전달된다. 이에 비해 P파는 약 7km 정도로 빠르지만, 유발하는 것은 작은 흔들림(초기 미동)이다. 이 P파를 관측하여 경보로 빠르게 전달함으로써, 일정 조건 하에서는 S파 등에 의한 큰 흔들림에 미리 대비하는 것이 가능하다.[53]

경보로 인해 생기는 유예 시간은 긴 경우 1분을 넘지만, 짧으면 수 초에 불과하다. 그럼에도 불구하고, 다양한 사용자(방재 관계자, 전기, 가스, 수도, 통신, 교통, 보도, 각 개인)에게 전달되어 방재에 도움이 될 것으로 기대된다. 각자가 안전 확보 행동(머리를 보호하고, 큰 가구에서 멀리 떨어지고, 튼튼한 책상 아래 등에 숨는 것)을 취하거나, 위험한 장소에서 벗어나 부상·사망의 위험을 줄일 수 있으며, 또한, 고속 열차에 브레이크를 걸어 사고의 위험을 줄이거나, 교통 신호를 제어하여 위험한 교량이나 터널로의 진입을 억제하거나, 가스관의 밸브를 닫아 화재를 방지하는 등 다양한 대책이 가능하다.[51][53][86][55]

한편, 진원지 부근에서는 시간 내에 대응할 수 없는 지역이 생기는 것, 짧은 유예 시간으로 취할 수 있는 대책이 제한적인 것 등 단점도 있다. 또한, 정밀도가 높은 시스템에는 비용이 많이 들고, 보급을 저해하고 있다.[53][86][55][54]

원리 자체는 극히 단순하며, 19세기 후반에는 이와 유사한 아이디어가 이미 존재했지만, 실용화된 것은 20세기 중반, 1960년대의 도카이도 신칸센의 자동 정지 기술이다. 일반 대중에게 알리는 시스템은 그 이후로, 1993년 멕시코에서 수도 멕시코 시티를 대상으로 한 SAS, 2007년에 일본에서 전 국토를 대상으로 하는 긴급 지진 속보가 시작되었다. 그 후에도 지진 위험이 큰 몇몇 국가나 지역에서 시험 운용을 거쳐 가동되고 있다.[53][86][55][87][62][92]

지진 경보 시스템의 작동은 다음과 같은 단계로 분류할 수 있다.[53]

# 지진 감지, 진원 위치 추정

# 지진 규모 추정

# 흔들림의 크기 추정

# 이 정보로부터 경보를 발령할지 판단하고, 심각도에 따라 전달 수단을 선택

또한, 관측점 배치에 따라 몇 가지로 분류할 수 있다. 광역형(지역형)은 대상 지역에 다수의 관측점을 배치하여 진원에서 떨어진 지역에 경보를 전달할 수 있도록 한 것이다. 광역형은 더 나아가, 관측점을 분산 배치하는 유형과, 지진 위험이 높은 단층 주변 등에 집중 배치하는 유형으로 나뉜다. 현지형(on-site)은 대상 지역의 바로 아래에서 발생하는 지진을 감지하기 위해 개별 관측점마다 속도를 중시하여 경보를 발령하는 것이다. 또한 복합형은, 현지형 경보의 정보원에 광역형 시스템이 추정한 진원 위치·규모도 병용함으로써 상호 보완한다.[53]

; 진원 위치

: "ElarmS"(미국, 칠레 등), "eBEAR"(대만), 중국 베이징 시스템은 단일 관측점에서 각각 진원 위치를 산출하는 유형이다. 일본의 긴급 지진 속보, "Virtual Seismologist"(미국, 스위스 등), "PRESTo"(이탈리아)는 여러 관측점의 데이터를 통합하여 진원 위치를 산출하는 유형이다. 전자는 계산이 간편하지만 위치 추정의 정밀도가 떨어진다. 후자는 점원 알고리즘에 의한 계산을 필요로 하며, PRESTo에서는 확률 밀도 함수, Virtual Seismologist에서는 베이즈 추정, 긴급 지진 속보에서는 그리드 서치법 등을 사용한다. "G-FAST"(미국, 칠레)는 GPS의 정적 오프셋 값, "FinDER"(미국, 스위스 등)는 이미지 분석을 응용하여, 특정 단층을 상정한 후 지진동 분포로부터 진원 위치를 추정한다. 유레다스(일본), EDAS-MAS(중국)는 P파 초동 진폭 등을 변수로 하는 경험식을 사용한다. 알고리즘을 사용하는 유형에서는 다양한 기계 학습 활용으로 정밀도를 높일 수 있다.[53]

; 규모 추정

: 규모(매그니튜드)의 추정은, 규모와 P파 초동의 회귀식이 기본이며 널리 사용된다. 규모가 커지면 P파 진폭이 포화되는 성질이 있기 때문에, 후속 파형도 계산에 포함하는 방식이 있다. 전자는 ElarmS, Virtual Seismologist, eBEAR, "REWS"(루마니아), "KEEWS"(한국), 베이징 시스템, 남 이베리아 시스템(스페인)이다. 후자는 PRESTo, "SASMEX"(멕시코), 긴급 지진 속보에서 사용한다. 특정 단층을 상정하는 G-FAST, G-larmS(미국), BEFORES(미국), REGARD(일본·국토지리원)는 GPS의 정적 오프셋 값, FinDER는 단층 파괴 시간의 관계식을 사용한다. 유레다스, EDAS-MAS, "OnSite"(미국)는 신속성을 중시하여 단일 관측점의 데이터로부터 추정한다.[53]

; 지진동 추정

: 위치와 규모 데이터를 통해 최대 지표면 가속도(PGA) 및 최대 지표면 속도(PGV), 이에 따르는 진도 계급 분포를 산출한다. 많은 시스템에서는 흔들림의 크기와 진원 거리에 대한 경험적 관계를 나타내는 지진동 모델(GMM)을 사용한다. 광역형 ElarmS, FinDER, 긴급 지진 속보의 PLUM법에서는 여러 관측점의 데이터를 보간하는 기법이 사용된다. 현지형 "PRESTo Plus"(이탈리아), OnSite 등에서는 P파 초동으로부터 추정하지만 정밀도는 떨어진다.[53]

; 경보 기준

: 각 시스템은, 매그니튜드 값이나 지진동(PGA, PGV)·진도 계급, 이들의 조합의 예측값이 기준(임계값)을 초과하는 경우를 기준으로 한다. SASMEX, KEEWS, EDAS-MAS, 베이징 시스템은 매그니튜드, OnSite, PRESTo, Virtual Seismologist, 콤팩트 유레다스(일본), IEEWS(터키)는 PGA, ElarmS, PRESToPlus, 긴급 지진 속보, eBEAR, REWS는 PGV 또는 진도 계급, P파 초동을 사용하는 유레다스는 매그니튜드와 진앙 거리가 기준이었다. 다른 접근 방식으로는, 재귀적으로 피해 추정의 크기, 예를 들어 흔들림의 크기 관계에서 얻을 수 있는 교량 손상의 임계값이나 엘리베이터에 갇힐 발생률 등을 제안하는 논문도 몇 개 있다.[53]

; 긴급지진속보

: 일본 전역을 대상으로 기상청이 발표하는 지진동의 경보·예보로, 예상 진도 5약 이상일 경우 진도 4 이상의 지역을 발표하는 일반 대상 서비스가 2007년 10월에 시작되었다. 텔레비전 방송, 휴대 전화 알림, 전국 순간 경보 시스템(J-ALERT)을 통한 공공 스피커 등으로 널리 알려진다. 주로 육상, 일부 해저에 분포하는 기상청의 약 690개 지점 및 방재과학기술연구소의 약 1,000개 지점의 지진계 데이터를 이용하여 초동의 P파로부터 지진의 진원 및 규모를 추정한다.[57]

: 기상청 자료를 바탕으로 각 지점의 지진동 및 도달 시간을 계산하여 부가 가치를 더하거나, 자체 개발한 단말기를 이용하는 "지진동 예보 업무"는 기상 업무법이 규제하는 허가 사업이며, 요건을 충족한 허가 사업자에게만 허용된다.[58] 단, 기상청 또는 허가 사업자의 제공 정보(시각·진원·규모)를 그대로 배포하는 것은 그 대상에서 제외된다. 또한 일정 수준의 품질을 유지하기 위해 가이드라인[59]이 정해져 있으며, 임의 가입의 긴급지진속보 이용자 협의회도 조직되어 있다.[60][61]

; 고안

: 지진파의 속도에 제한이 있다는 성질은 19세기 후반의 지진학에서 이미 알려져 있었고, 저속의 지진파와 고속의 전기 신호의 속도 차이를 이용한 경보 시스템의 아이디어는 이미 존재했다. 예를 들어, 미국의 쿠퍼(J.D.Cooper)는 1868년, 캘리포니아주 교외의 홀리스터에 지진계를 설치하여 감시하고 전신을 사용하여 대도시 샌프란시스코에 알리는 아이디어를 발표했다. 그러나, 실용화에 필요한 지진파의 해석 기술이나 전달 기술이 아직 없었다.[86][87]

: 그 후 얼마 지나지 않아, 일본에서도 같은 종류의 아이디어가 발견되었다. 1972년, 하쿠노 모토히코 등은 해저 지진계에서 파형을 수집하여 도시에 경보를 발하는 "10초 전 대지진 경보 시스템"을 고안했다. 이러한 아이디어는 20세기 후반에 들어 정보 통신 기술의 발달과 지진 연구의 진전을 배경으로 시스템의 개발이 이루어지게 된다.[86][87]

; S파 경보

: 먼저 실용화된 것은 S파 (주요동)를 감지하는 방식이다. 1965년에 일본의 국철이 도카이도 신칸센 전 노선에 도입한 대진 열차 방호 장치는 세계 최초로 지진 감지를 자동으로 제어와 연결하는 시스템이 되었다. 이 방식은 감지에서 큰 흔들림까지의 유예 시간이 짧아 개선의 여지가 있었다.[86][88][89]

: S파 감지는 각국에서 개발이 이루어지고 있다. 미국에서는 가나모리 히로오가 충실한 관측망을 통한 감지로 지진 피해를 조기에 파악하고 즉각적인 긴급 사태 관리에 활용하는 실시간 지진학을 제창했다. 캘리포니아주에서 가나모리가 소속된 캘리포니아 공과대학교(Caltech)나 미국 지질 조사소(USGS)가 중심이 되어, 고정밀 디지털 지진계망을 이용하여 수분 이내에 진원 요소 (진원, 시각, 규모 등)를 산출하는 CUBE 시스템의 개발을 1990년에 시작했다. 초기의 제공처는 인프라 사업자 몇 곳이었지만, 순차적으로 확대되었다. 1993년에는 그 지진 정보를 캘리포니아 중부에 널리 속보하는 REDI가 개발되었고, 1994년에는 2개가 통합되어 대상 지역을 캘리포니아 전역으로 확대했다. 더욱이 진도 분포도를 즉시 작성하는 ShakeMap의 제공이 시작되었다.[86][92][90][91]

; P파 경보

: 한편, 유예 시간이 늘어나는 P파 (초기 미동) 감지를 목표로 한 개발이 이루어졌다. 철도 기술 연구소 (현: 철도 종합 기술 연구소)는 도호쿠 신칸센 (1982년 개업)을 위해 개발을 진행했지만, 시기를 맞추지 못하고, 1991년에 도카이도 신칸센의 일부 구간에 도입 (1992년에 전 노선 도입)한 유레다스에 의해 실용화되었다.[88][89]

: 주로 피해 범위가 넓은 해구형 지진에 대응하여 개발된 것이 유레다스인 반면, 1995년에 발생한 효고현 남부 지진 (한신·아와지 대지진)은 일본의 직하형 지진 대책의 재검토에 큰 계기가 되었다. 고감도 지진 관측망 (Hi-net)의 고감도 지진계 설치가 시작되었고, 방재 과학 기술 연구소는 이것을 이용한 "실시간 지진 정보", 그 외에 기상청도 "나우캐스트 지진 정보"의 연구를 시작했다. 두 프로젝트는 통합되어, 일반 대중을 대상으로 P파 감지를 실용화한 "긴급 지진 속보"가 되었고, 2004년에 시험 운용을 시작, 2007년 10월에는 전국에서 정식 운용을 시작했다. 국내 전역을 대상으로 하는 시스템으로는 세계 최초가 되었다.[92][93]

  • 2004년 니가타현 주에쓰 지진 당시 신칸센 정지(조에쓰 신칸센 탈선 사고)

: P파가 감지된 후 1초 만에 경보를 발령하여 시속 200km/h로 운행 중이던 신칸센에 긴급 제동을 걸었다. 결과적으로 탈선했지만 조기 경보 시스템은 계획대로 작동했다.

  • 동일본 대지진 (2011년) 당시 신칸센 정지

: 도호쿠 신칸센에서는 가선이 붕괴되는 등 큰 피해를 입어 1개월 이상 운행이 중단되었지만, 지진 경보 시스템 덕분에 영업 열차의 탈선은 1량도 발생하지 않았고, 사망자나 부상자는 나오지 않았다. JR 동일본은 당시 시속 270km/h 전후로 운행하던 5편성을 포함해 총 18편성이 영업 운전 중이었는데, 첫 흔들림이 도달하기 약 10초 전, 가장 강한 흔들림이 도달하기 약 70초 전에 긴급 경보가 발령되었고, 흔들림이 오기 전에 30~170km/h 정도로 감속하여 안전하게 정차할 수 있었다고 한다.[94]

일본의 철도 사업에서는 모든 신칸센 노선 외 주요 JR 재래선 및 일부 사철에서 개발 사업자와 협력하여 각자 지진계망을 구축하고, 연선의 지진동 감시와 원거리 지진 예측을 조합하여 열차 자동 정지 등을 수행하는 시스템을 채용하고 있다(조기 지진 경보 시스템). 예를 들어, 도카이도 신칸센에서는 TERRA-S, JR 동일본의 재래선에서는 PreDAS, 도쿄 메트로에서는 FREQL 등이 있다. 긴급 지진 속보를 이용하는 사업자도 있다.[87]

인프라 사업자 중에는 피해를 조기에 추정하여 대응에 활용하는 시스템을 운용하는 곳이 있다. 예를 들어 도쿄 가스는 자체 지진계망을 갖추고 SIGNAL(시그널)과 SUPREME(슈프림)으로 피해 추정, 기기 제어를 수행한다.[81]

정부·행정이 재해 응급 대책을 위해 운용하는 시스템이 있다. 일본의 내각부는 지진 후 피해 추정을 수행하는 지진 피해 조기 평가 시스템(EES)을 구축하고 있다.[82] 자치단체의 예로는 요코하마시는 자체 지진계 150개소의 데이터로부터 흔들림, 액상화, 건물 붕괴율 추계를 산출하여 대응에 활용하는 시스템을 1998년에 도입했다.[83] 전문 기관인 방재과학기술연구소는 지진계 데이터로부터 진도 분포와 조우 인구 등을 산출하는 J-RISQ 지진 속보를 공표하고 있다.[84]

일본에서는 도시 가스・프로판 가스 모두 각 가정의 가스 미터는 일정 이상의 흔들림을 감지하면 자동으로 차단하는 기능이 표준으로 되어 있다. 엘리베이터에서는 지진을 감지하여 가장 가까운 층에 정지하는 기능이 설치 시 표준으로 되어 있다. 산업 분야에서는 원자력 발전소에서는 지하의 지진계로 강한 흔들림을 감지하면 제어봉을 삽입하여 자동 정지한다. 그 외에도 감진계를 사용한 제어의 예는 다방면에 걸쳐 있다.[92]

4. 3. 미국

미국 지질조사소(USGS)는 2006년 8월 미국 서부 해안에 대한 조기 경보 시스템 연구 개발을 시작했으며, 2009년 8월에 시스템을 시연할 수 있게 되었다.[28] 다양한 개발 단계를 거쳐 2018년 가을, 캘리포니아, 오리건, 워싱턴주에 경보를 시작하는 1단계로 버전 2.0이 출시되었다.[29]

ShakeAlert에서 발령된 조기 경보 예시


ShakeAlert는 2018년 9월 28일부터 대중에게 경보를 보낼 수 있었다. 최초로 공개된 경보 시스템은 2018년 새해 전야에 출시된 ShakeAlertLA 앱이었지만, 로스앤젤레스 지역의 진동에 대해서만 경보를 보냈다.[30] 2019년 10월 17일, 캘리포니아 주지사 비상 서비스 사무소(Cal OES)는 모바일 앱과 무선 비상 경보(WEA) 시스템을 사용하여 캘리포니아에서 주 전체에 경보 배포 시스템을 출시한다고 발표했다.[31][32][33] 캘리포니아는 자사 시스템을 캘리포니아 지진 조기 경보 시스템이라고 부른다. 주 전체 경보 배포 시스템은 2021년 3월 11일에 오리건,[34] 2021년 5월 4일에 워싱턴에서 출시되어[35][36] 서부 해안에 대한 경보 시스템을 완성했다.

4. 4. 대만



2024년 기준으로 중국[2], 일본[3], 대한민국[5]과 함께 포괄적인 전국 지진 조기 경보 시스템을 갖추고 있다.[4] 이는 영향을 받는 지역의 사람들에게 무선 긴급 경보(WEA), TV 경보, 라디오 방송 또는 민방위 사이렌을 통해 알린다.

대만은 "eBEAR"라는 시스템을 사용하는데, 이는 단일 관측점에서 진원 위치를 산출하는 유형이다.[53] 계산은 간편하지만 위치 추정의 정밀도는 떨어진다. 규모(매그니튜드) 추정에는 규모와 P파 초동의 회귀식이 기본이며 널리 사용된다. eBEAR에서는 규모가 커지면 P파 진폭이 포화되는 성질 때문에 후속 파형은 계산에 포함하지 않고 P파 초동만을 사용하여 규모를 측정한다.[53]

4. 5. 중국

2008년 쓰촨 지진의 피해는 중국의 전국적인 지진 조기 경보 시스템(EEWS)에 대한 투자를 촉진했다. 지진 데이터의 정확성, 반응성, 포괄성을 향상시키기 위해 대량의 모니터링 스테이션, 센서 및 분석 시스템이 설치되었다. 2019년 6월, 국가 EEWS 시스템의 일부인 청두 하이테크 재해 감소 연구소는 진동파가 도착하기 10~27초 전에 규모 6.0의 지진에 대해 여러 읍에 성공적으로 경보를 보냈다.[22] 2023년, 중국 지진 관리국은 150,000개의 모니터링 스테이션을 갖춘 국가 EEWS가 완성되었으며, 3개의 국가 센터, 31개의 성 센터, 173개의 현 및 시 센터에서 관리한다고 발표했다. 이는 세계 최대 규모의 지진 네트워크이다.[23]

중국 국가 지진 조기 경보 시스템의 모니터링 스테이션 맵


중국의 가장 초창기 지진 경보 시스템은 1990년대에 구축되었다.[23]

4. 6. 기타 국가

2024년을 기준으로, 중국[2], 일본[3], 타이완[4], 대한민국[5], 이스라엘[6]은 전국적인 지진 조기 경보 시스템을 갖추고 있으며, 무선 긴급 경보(WEA), TV 경보, 라디오 방송, 민방위 사이렌 등으로 사람들에게 알린다.

멕시코[7], 미국[8], 캐나다[9] 등은 지역적인 지진 경보 시스템을 갖추고 있다. 멕시코 지진 경보 시스템은 멕시코시티와 오아하카 등 멕시코 중남부를 포괄하며 민방위 사이렌을 사용하고, 셰이크얼럿은 미국의 캘리포니아, 오리건, 워싱턴 주와 캐나다의 브리티시컬럼비아를 포괄하며 WEA를 사용한다.

과테말라[10], 엘살바도르[11], 니카라과[12], 코스타리카[13], 루마니아[14] 등은 앱 다운로드를 통해 특정 사용자에게만 경보를 보내는 시스템을 사용한다. 이탈리아, 프랑스, 튀르키예, 스위스, 칠레, 페루, 인도네시아에서는 시스템을 테스트하고 있다.

1990년대에 캘리포니아 캘리스토가 소방서 시스템은 도시 전체 사이렌을 울려 주민에게 지진을 알렸다.[15] 일부 캘리포니아 소방서는 지진 발생 시 소방서 오버헤드 도어를 자동으로 열기 위해 경보 시스템을 사용한다. 민간 기업도 엘리베이터, 가스관, 소방서 등 기반 시설 보호를 위해 지진 조기 경보 시스템을 제조한다.

베르가모 대학교의 프란체스코 피나치는 2013년 1월 스마트폰 네트워크 기반 크라우드 소싱 지진 경보 시스템 개발을 위한 지진 네트워크 연구 프로젝트를 시작했다.[37][38] 스마트폰으로 지면 진동을 감지해 경보를 발령하며, 안드로이드 앱 "지진 네트워크"를 설치하여 참여할 수 있다.

캘리포니아 대학교 버클리 버클리 지진 연구소는 2016년 2월 MyShake 모바일 앱을 출시했다. 휴대폰 가속도계로 진동을 기록, 연구소로 전달하며,[39][40] 규모 4.5 이상 지진에 자동 경고를 발령한다.[40] 2016년 5월 일본어 버전이 출시되었고,[41] 2016년 12월까지 약 400건의 지진을 감지했다.[42]

구글은 2020년 8월 11일 안드로이드 운영체제가 장치 내 가속도계로 지진을 감지, 데이터를 "지진 감지 서버"로 보낸다고 발표했다.[43] 수백만 대 휴대폰이 안드로이드에서 작동, 세계 최대 규모 지진 감지 네트워크 구축이 가능하다. 처음에는 미국 서부 해안을 제외하고 경고를 발령하지 않았다. 미국 서부 해안은 미국 지질조사국(USGS) ShakeAlert 시스템 경고를 제공했다. 안드로이드 장치 데이터는 구글 검색을 통한 인근 지진 정보 제공에만 사용되었지만, 향후 자체 감지 기능 기반 경고 발령 계획도 있었다.[43]

2021년 4월 28일, 구글은 그리스, 뉴질랜드에 자체 감지 기능 기반 경고 시스템 출시를 발표했다.[44] 2021년 6월, 터키, 필리핀, 카자흐스탄, 키르기스 공화국, 타지키스탄, 투르크메니스탄, 우즈베키스탄으로 확대되었다.[45] 2024년 9월, 구글은 미국 전체(USGS ShakeAlert 미감시 지역 포함)를 포괄한다고 발표했다. 당시 지진 경보는 다른 97개국에 전달 가능했다.[46]

2020년 8월 11일, 리눅스 재단, IBM, Grillo는 최초의 완전 오픈 소스 지진 조기 경보 시스템을 발표했다.[47] 미국 국제 개발처(USAID), 클린턴 재단, 애로우 일렉트로닉스 지원을 받는다. OpenEEW는 원격 지역에 배치 가능한 저렴한 장치 제공에 초점을 맞춘다. 시스템 모든 구성 요소는 오픈 소스, 깃허브 저장소에서 사용 가능하다.

; 저가형 및 스마트폰 기반 시스템

2015년 채택된 센다이 방재 기본계획은 재해 조기 경보 시스템 가용성, 접근성 제고 목표. 유네스코는 지진 조기 경보 시스템 국제 플랫폼(IP-EEWS) 설립, 각국 연구 기관 협력 지원.[80]

; 관련 시스템

일반 대중 "경보"와 성격은 다르지만, 개발사 중복, 기술 관련 시스템으로 다음과 같은 것들이 있다.

  • 조기 경보: 지진동 초기 단계 가동, 제어 시스템
  • 직후 정보: 지진동 종료까지 관측 데이터로 지진 양상 조기 추정 목적 정보 시스템
  • 복합 시스템: 위 두 시스템 결합


일본 철도는 모든 신칸센 노선, 주요 JR 재래선, 일부 사철에서 지진계망 구축, 열차 자동 정지 시스템 채용(조기 지진 경보 시스템). 예: 도카이도 신칸센 TERRA-S, JR 동일본 재래선 PreDAS, 도쿄 메트로 FREQL. 긴급 지진 속보 이용 사업자도 존재.[87]

인프라 사업자는 피해 조기 추정, 대응 활용 시스템 운용. 예: 도쿄 가스 자체 지진계망, SIGNAL(시그널), SUPREME(슈프림)으로 피해 추정, 기기 제어.[81]

정부·행정 재해 응급 대책 시스템: 일본 내각부 지진 피해 조기 평가 시스템(EES) 구축.[82] 요코하마시 자체 지진계 150개소 데이터로 흔들림, 액상화, 건물 붕괴율 추계, 대응 활용 시스템 1998년 도입.[83] 방재과학기술연구소 J-RISQ 지진 속보 공표.[84] 미국 지질 조사소(USGS) PAGER(Prompt Assessment of Global Earthquakes for Response) 운용, 발생 후 30분 내 사망자 수, 피해액, 재해 심각도 레벨 산출(전 세계 지진 대상).[85]

일본 도시 가스・프로판 가스 가스 미터는 일정 이상 흔들림 감지 시 자동 차단 기능 표준. 엘리베이터 지진 감지, 가장 가까운 층 정지 기능 설치 시 표준. 원자력 발전소 지하 지진계 강한 흔들림 감지, 제어봉 삽입, 자동 정지. 감진계 이용 제어 예 다방면.[92]

5. 국제 협력 및 미래 전망

지진 경보 시스템은 여러 국가에서 운영되고 있으며, 기술 발전과 국제 협력을 통해 더욱 발전하고 있다. 초기에는 멕시코와 일본 등에서 시작되었지만, 현재는 여러 국가와 지역에서 시험 운용을 거쳐 가동되고 있다.[53][86][55][87][62][92]

최근에는 스마트폰을 활용한 지진 감지 및 경보 시스템 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 캘리포니아 대학교 버클리의 MyShake 앱[39][40], 구글의 안드로이드 지진 경보 시스템[43] 등이 대표적인 예시이다. 이러한 시스템은 스마트폰의 가속도계를 이용하여 지진을 감지하고, 사용자에게 경보를 제공한다. 특히 구글의 안드로이드 지진 경보 시스템은 2021년에 뉴질랜드, 그리스, 터키, 필리핀 등 여러 국가에서 서비스를 시작했으며,[77][78][79] 2024년에는 미국 전체로 확대되었다.[46] 리눅스 재단과 IBM 등이 지원하는 OpenEEW 프로젝트는 저가형 센서와 기계 학습을 이용한 오픈 소스 지진 경보 시스템을 개발하여, 멕시코와 칠레 등에서 운용하고 있다.[75][76]

미래에는 중력파를 이용한 지진 경보 시스템 개발도 기대된다. 도쿄 대학에서는 고감도 중력 경사계 개발을 진행하고 있으며,[97] 실용화될 경우 경보 시간을 10초 정도 앞당길 수 있을 것으로 예상된다.[98]

5. 1. 기술 발전

2013년 1월, 베르가모 대학교의 프란체스코 피나치(Francesco Finazzi)는 스마트폰 네트워크를 기반으로 하는 크라우드 소싱 지진 경보 시스템 개발을 목표로 지진 네트워크 연구 프로젝트를 시작했다.[37][38] 스마트폰으로 지진으로 인한 지면 진동을 감지하여 지진 발생 즉시 경보를 발령한다. 진앙에서 멀리 떨어진 곳에 사는 사람들은 지진의 피해를 주는 파동이 도달하기 전에 경고를 받을 수 있다. 사람들은 스마트폰에 안드로이드 애플리케이션 "지진 네트워크"를 설치하여 프로젝트에 참여하며, 경고를 받으려면 전화가 필요하다.

2016년 2월, 캘리포니아 대학교 버클리(UC Berkeley)의 버클리 지진 연구소는 MyShake 모바일 앱을 출시했다. 이 앱은 고정되어 있고 전원에 연결된 휴대폰의 가속도계를 사용하여 진동을 기록하고 해당 정보를 연구소로 전달한다.[39][40] 이 시스템은 규모 4.5 이상의 지진에 대한 자동 경고를 발령한다.[40] 2016년 5월에는 일본어 버전의 앱이 출시되었으며,[41] 2016년 12월까지 전 세계적으로 약 400건의 지진을 감지했다.[42]

구글은 2020년 8월 11일, 안드로이드 운영체제가 지진 감지를 위해 장치 내의 가속도계를 사용하기 시작할 것이라고 발표했다. 수백만 대의 휴대폰이 안드로이드에서 작동하기 때문에, 이는 세계 최대 규모의 지진 감지 네트워크를 구축할 수 있다.[43] 처음에는 이 시스템은 지진 데이터만 수집했으며, 미국 서부 해안을 제외하고는 경고를 발령하지 않았다. 미국 서부 해안에서는 미국 지질조사국(USGS)의 ShakeAlert 시스템에서 발령한 경고를 제공했다.[43]

2021년 4월 28일, 구글은 자체 감지 기능을 기반으로 경고 시스템을 그리스와 뉴질랜드에 출시한다고 발표했다.[44] 2021년 6월, 구글의 경고는 터키, 필리핀, 카자흐스탄, 키르기스 공화국, 타지키스탄, 투르크메니스탄 및 우즈베키스탄으로 확대되었다.[45] 2024년 9월, 구글은 자사의 경고가 미국 전체 (USGS의 ShakeAlert에서 감시하지 않는 지역 포함)를 포괄할 것이라고 발표했다. 당시 지진 경보는 다른 97개국에 전달될 수 있었다.[46]

2020년 8월 11일, 리눅스 재단, IBM 및 Grillo는 저가형 지진계, 클라우드 호스팅 감지 시스템, 대시보드 및 모바일 앱에 대한 지침을 포함하는 최초의 완전한 오픈 소스 지진 조기 경보 시스템을 발표했다.[47] 이 프로젝트는 미국 국제 개발처(USAID), 클린턴 재단 및 애로우 일렉트로닉스(Arrow Electronics)의 지원을 받는다. OpenEEW는 지진이 시작될 수 있는 지역 근처의 원격 지역에 배치할 수 있는 저렴한 장치를 제공하는 데 초점을 맞추고 있다. 이 시스템의 모든 구성 요소는 오픈 소스이며 프로젝트의 깃허브(GitHub) 저장소에서 사용할 수 있다.

지진 경보 시스템의 작동은 다음과 같이 분류할 수 있다.[53]

# 지진 감지, 진원 위치 추정

# 지진 규모 추정

# 흔들림의 크기 추정

# 이 정보로부터 경보를 발령할지 판단하고, 심각도에 따라 전달 수단을 선택

관측점 배치에 따라 광역형(지역형), 현지형(on-site), 복합형으로 분류할 수 있다. 광역형은 대상 지역에 다수의 관측점을 배치하여 진원에서 떨어진 지역에 경보를 전달할 수 있도록 한 것이다. 광역형은 관측점을 분산 배치하는 유형과 지진 위험이 높은 단층 주변 등에 집중 배치하는 유형으로 나뉜다. 현지형은 대상 지역 바로 아래에서 발생하는 지진을 감지하기 위해 개별 관측점마다 속도를 중시하여 경보를 발령하는 것이다. 복합형은 현지형 경보의 정보원에 광역형 시스템이 추정한 진원 위치·규모도 병용하여 상호 보완한다.[53]

;진원 위치

: "ElarmS"(미국, 칠레 등), "eBEAR"(대만), 중국 베이징 시스템은 단일 관측점에서 각각 진원 위치를 산출한다. 일본의 긴급 지진 속보, "Virtual Seismologist"(미국, 스위스 등), "PRESTo"(이탈리아)는 여러 관측점의 데이터를 통합하여 진원 위치를 산출한다. 전자는 계산이 간편하지만 위치 추정의 정밀도가 떨어진다. 후자는 점원 알고리즘에 의한 계산을 필요로 하며, PRESTo에서는 확률 밀도 함수, Virtual Seismologist에서는 베이즈 추정, 긴급 지진 속보에서는 그리드 서치법 등을 사용한다. "G-FAST"(미국, 칠레)는 GPS의 정적 오프셋 값, "FinDER"(미국, 스위스 등)는 이미지 분석을 응용하여, 특정 단층을 상정한 후 지진동 분포로부터 진원 위치를 추정한다. 유레다스(일본), EDAS-MAS(중국)는 P파 초동 진폭 등을 변수로 하는 경험식을 사용한다. 알고리즘을 사용하는 유형에서는 다양한 기계 학습 활용으로 정밀도를 높일 수 있다.[53]

;규모 추정

: 규모(매그니튜드) 추정은 규모와 P파 초동의 회귀식이 기본이며 널리 사용된다. 규모가 커지면 P파 진폭이 포화되는 성질이 있기 때문에, 후속 파형도 계산에 포함하는 방식이 있다. 전자는 ElarmS, Virtual Seismologist, eBEAR, "REWS"(루마니아), "KEEWS"(한국), 베이징 시스템, 남 이베리아 시스템(스페인)이다. 후자는 PRESTo, "SASMEX"(멕시코), 긴급 지진 속보에서 사용한다. 특정 단층을 상정하는 G-FAST, G-larmS(미국), BEFORES(미국), REGARD(일본·국토지리원)는 GPS의 정적 오프셋 값, FinDER는 단층 파괴 시간의 관계식을 사용한다. 유레다스, EDAS-MAS, "OnSite"(미국)는 신속성을 중시하여 단일 관측점의 데이터로부터 추정한다.[53]

;지진동 추정

: 위치와 규모 데이터를 통해 최대 지표면 가속도(PGA) 및 최대 지표면 속도(PGV), 이에 따르는 진도 계급 분포를 산출한다. 많은 시스템에서는 흔들림의 크기와 진원 거리에 대한 경험적 관계를 나타내는 지진동 모델(GMM : Ground-Motion Model)을 사용한다. 광역형 ElarmS, FinDER, 긴급 지진 속보의 PLUM법에서는 여러 관측점의 데이터를 보간하는 기법이 사용된다. 현지형 "PRESTo Plus"(이탈리아), OnSite 등에서는 P파 초동으로부터 추정하지만 정밀도는 떨어진다.[53]

;경보 기준

: 각 시스템은 매그니튜드 값이나 지진동(PGA, PGV)·진도 계급, 이들의 조합의 예측값이 기준(임계값)을 초과하는 경우를 기준으로 한다. SASMEX, KEEWS, EDAS-MAS, 베이징 시스템은 매그니튜드, OnSite, PRESTo, Virtual Seismologist, 콤팩트 유레다스(일본), IEEWS(터키)는 PGA, ElarmS, PRESToPlus, 긴급 지진 속보, eBEAR, REWS는 PGV 또는 진도 계급을 기준으로 한다. P파 초동을 사용하는 유레다스는 매그니튜드와 진앙 거리가 기준이었다. 다른 접근 방식으로는, 재귀적으로 피해 추정의 크기, 예를 들어 흔들림의 크기 관계에서 얻을 수 있는 교량 손상의 임계값이나 엘리베이터에 갇힐 발생률 등을 제안하는 논문도 몇 개 있다.[53]

선행하는 긴급 지진 속보 시스템에 채택된 고감도 지진계는 고가이므로 지진 위험이 높은 저소득 국가에서는 보급에 과제가 있다. 따라서 정밀도는 떨어지지만 저가 센서 설치를 추진하여 관측망을 전개하는 시도와 이미 보급된 스마트폰 센서 등을 이용하는 시도가 몇몇 행해지고 있다.[75][77]

지진파보다 빠르게 광속으로 전파되는 중력의 섭동이, 지진 발생 시의 지각 밀도 변화에 따라 발생한다는 사실이 2010년대 중반에 밝혀졌으며, prompt elastogravity signals(PEGS, 즉시 탄성 중력 신호)라고 불린다. 그러나 광대역 지진계에서도 매우 미미한 값이며, 잡음과의 구별 및 규모 8 이상으로 여겨지는 검출 한계를 낮추는 것이 과제로 여겨진다.[55][95][96] 도쿄 대학에서는 우주물리학과 지진학 연구자들이 고감도 중력 경사계 개발을 진행하고 있으며,[97] 실용화되어 관측망이 전개될 경우 경보를 현재보다 10초 정도 빠르게 할 수 있을 가능성이 있다고 한다.[98]

6. 과제 및 개선 방향

지진경보체계는 P파와 S파의 속도 차이를 이용하여 큰 흔들림이 오기 전에 경보를 전달하는 시스템이지만, 몇 가지 과제와 개선 방향이 존재한다.


  • 진원지 부근의 한계: 진원지 부근에서는 경보가 늦어질 수 있어, 시간 내에 대응하기 어려운 지역(블라인드 구역)이 발생한다.[53]
  • 짧은 유예 시간: 경보로 주어지는 시간이 짧아 취할 수 있는 대책이 제한적이다.[53][86][55]
  • 높은 시스템 비용: 정밀도가 높은 시스템은 비용이 많이 들어 보급에 어려움이 있다.[53][86][55][54]
  • 오경보 문제: 헛경보나 오경보가 잦으면 경보의 가치가 떨어지고, 경제 활동 중단 등의 손실을 유발할 수 있다. 오경보 및 놓침에 대한 이용자의 허용도를 정량적 연구로 평가하기 위한 연구도 진행 중이다.
  • 내진 설계의 중요성: 지진경보체계는 건물이나 설비의 내진성이 높은 환경에서 효과적이다. 내진성이 낮은 건물에서는 옥외 피난이 더 안전할 수 있다.
  • 해역 관측의 어려움: 해저 관측은 유효하지만, 해저 케이블 설치 비용이 높아 일부 지역에만 가능하다.
  • 관측망 밀도의 중요성: 지진 감지에서 경보 발령까지의 지연은 관측망 밀도에 크게 좌우된다. MEMS나 스마트폰 센서를 활용한 저비용 시스템 개발이 진행 중이다.


따라서 지진 피해를 줄이기 위해서는 훈련을 통해 경보에 대한 대응 능력을 높이고, 건물의 내진 설계를 강화하는 것이 중요하다. 또한 오경보로 인한 피해를 줄이기 위해 지진 피해 리스크를 구체적으로 제시하고, 저비용 고효율의 관측 시스템을 개발하는 노력이 필요하다.

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