CN101482620A - 实时地震烈度速报方法及实时地震烈度速报系统 - Google Patents

Abstract

实时地震烈度速报方法及实时地震烈度速报系统，该方法包括：在某区域内分布设置地震烈度速报系统，该多个地震烈度速报系统根据其内设置的三分向加速度计获得地震烈度数据，然后将该地震烈度数据通过通信网络传输给烈度速报中心，得到实时的地震烈度分布信息。本发明低成本，高可靠，少维护，其能够提高地震烈度信息实时传输与即时发布的技术水平，和地震应急救援的快速响应能力，同时有助于对震后灾情进行客观科学的评估。

Description

实时地震烈度速报方法及实时地震烈度速报系统

技术领域

本发明属于地震观测技术领域，具体的涉及一种用于地震烈度实时数据采集和实时数据传送的实时地震烈度速报方法及实时地震烈度速报系统。

背景技术

公共安全是国家安全和社会稳定的基石，我国公共安全面临严峻挑战，对科技提出重大战略需求，《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》提出我国科技发展重点领域及其优先主题，其中将重大自然灾害监测与防御发展列入了第62个优先发展主题，重点研究开发地震、台风、暴雨、洪水、地质灾害等监测、预警和应急处置关键技术。《国家地震科学技术发展纲要(2007—2020年)》进一步明确了未来十五年我国地震科技的发展方向和主要任务，将地震监测理论与技术作为行业的第1个重点发展领域，同时将地震监测设备和传感技术作为第1个优先主题，而且将地震和地震烈度的速报与发布的地震应急响应与处置技术作为第21个优先主题，将地震动参数区划与抗震设防标准的地震灾害防御技术作为第17个优先主题。

“5.12”汶川大地震发生后，中国地震局只用了十多分钟就确定了震中和震级，但震中一般不是一个点而是一片，等震线(地面上相同烈度各点的连线叫等震线)也不是圆形而是椭圆形：椭圆长轴是在断裂方向延伸的，“5.12”大地震的初始震中在汶川，但由于缺乏相关仪器的支持和受到当时震中区域的通讯中断等各种技术和非技术因素的影响，没有在第一时间绘制出地震烈度分布图。同时，由于地面的有线和无线通讯完全瘫痪，道路全部中断，很难通过常规通讯手段及时了解灾区的信息。卫星和航空遥感是了解地震灾情的直观可视的重要手段，具有不可替代的作用，但也有它的局限性，其一是时效性不能保证。

从中国地震局8月29日发布汶川地震烈度分布图可以得知，烈度高达11度的地区是在映秀镇和北川县城两个中心呈长条状分布，假如地震发生后很快能获得灾区的烈度分布信息这样地震救援就会更准确及时，就可以挽救出更多宝贵的生命。

根据现有的技术水平，地震发生后的灾情评估是一个比较复杂而工程量巨大、耗时而费力的工作，在汶川地震后中国地震局组织了大量的专家赴四川、甘肃、陕西、重庆、云南、宁夏等地区开展现场调查，调查面积达50万公里，调查点4000多个，终于在8月29日公布了汶川8.0级地震烈度分布图。现有的评估方法只是定性的分析评估出烈度，由于地震灾害评估与赔偿相关，有的受灾地区可能希望将地震破坏程度评估得严重一些，这样可以多争取补助，某些建筑商希望将本地烈度评估得高一些以减轻房屋倒塌的责任，而中央政府则希望获得更为客观的数据。因此，专家们在工作时还要避免非技术因素的影响，力求细致和精准。另外现有定性评估方法因此介入过多人为的因素而非技术参数，严重影响了灾害评估的科学客观性。

我国一些经济发达的大中城市存在较高的地震风险，广大农村地区地震设防程度很差，地震常常造成过多的人员伤亡和过大的社会影响，地震应急救援有着巨大的需求。由于起步较晚，我国地震应急救援的关键技术研发和相关基础研究极其薄弱，灾情快速获取、震害快速评估、救灾指挥决策和相关的地震应急平台建设难以满足地震应急救援工作的实际需要。我国地震科学技术工作目前依赖国外技术和产品的局面尚未完全改变，在国际地震仪器和产品市场中，除少数仪器外，我国不具备很强的竞争力，观测技术和仪器仪表方面的原创性成果不多。本项目的实施，将有助于提升国内应急观测仪器的科技含量和国际舞台上的科技竞争力，服务于地震应急平台建设和防震减灾事业。

地震发生后最关键的是能快速提供准确的地震破坏程度，目前地震破坏程度通常用地震烈度来描述。除飞机航拍和卫星遥感外，灾区的烈度分布图是了解震情时效性最好的手段之一。然而工作在灾区现有的地震观测仪器，由于震级大，地震发生时运行在灾区的大部分微震仪都限幅，而且运行中的微震和强震观测仪器的通讯手段都依赖于常规的通讯手段，如电话线拨号、GPRS、CMDA等，地震发生时这些地面通讯系统全部瘫痪，导致数据无法及时传输到地震台网中心，因此无法及时得知灾区具体地震动的具体参数导致无法绘制出烈度分布图，如果地震发生后能快速绘制出灾区的烈度分布图，就不会出现救援初始工作围绕着汶川县城而展开的一幕。

发明内容

本发明提供了一种低成本，高可靠，少维护的实时地震烈度速报方法及实时地震烈度速报系统，其能够提高地震烈度信息实时传输与即时发布的技术水平，和地震预警和应急救援快速响应能力，同时有助于对震后灾情进行客观科学的评估。

本发明所采用的技术方案如下：

一种实时地震烈度速报方法，其特征在于包括：

在某区域内分布设置地震烈度速报系统，该多个地震烈度速报系统根据其内设置的三分向加速度计获得地震烈度数据，然后将该地震烈度数据通过通信网络传输给烈度速报中心，得到实时的地震烈度分布信息。

具体的讲，该实时地震烈度速报方法中所述地震烈度速报系统为无人值守实时地震烈度速报仪器，其通过卫星导航系统向烈度速报中心传送该实时地震烈度速报仪器测试并计算得到的地震烈度信息。

所述地震烈度速报系统配置设置三分向加速度计、数据采集单元、仪器标定及监控单元、电源及电源监控单元、授时通讯模块、数据存储单元、网络及串口通讯单元、烈度数据处理和记录单元。

所述授时通讯模块为GPS授时模块或卫星导航授时通讯模块。

所述地震烈度速报中心根据各地震烈度速报系统传送的地震烈度信息，绘制出地震烈度分布曲线图。

一种实时地震烈度速报系统，用于地震烈度的实时采集和数据传输，其特征在于所述地震烈度速报系统配置设置三分向加速度计、数据采集单元、仪器标定及监控单元、电源及电源监控单元、授时通讯模块、数据存储单元、网络及串口通讯单元、烈度数据处理和记录单元。

具体的讲，该实时地震烈度速报系统所述烈度数据处理和记录单元分别与数据采集单元、仪器标定及监控单元、电源及电源监控单元、授时通讯模块、数据存储单元和网络及串口通讯单元通讯连接；所述数据采集单元用于接收三分向加速度计测定的地震数据信号，仪器标定及监控单元用于对三分向加速度计进行工作参数的检查和运行状态的监控。

所述电源及电源监控单元为锂电池及多组电源的监控单元，该实时地震烈度速报系统还配置设置有太阳能电池，太阳能电池给所述电源供电。

所述授时通讯模块为GPS授时通讯模块或卫星导航授时通讯模块。

所述三分向加速度计包括分体设置的东西向加速度计、南北向加速度计和垂直向加速度计。

该实时地震烈度速报方法能够利用分布设置的实时地震烈度速报系统，快速检测并计算出峰值加速度和烈度值等信息并实时传送到烈度速报中心，烈度速报中心在震后几秒至几分钟内就可绘制出发震区域附近的烈度分布图，结合地理信息系统可快速评估出灾区各地的损毁程度。提高了地震烈度信息实时传输与即时发布的技术水平、地震预警和应急救援快速响应能力，其可配合不依赖地面通信网的卫星导航系统如北斗卫星导航通讯系统和示范速报软件平台，最终将实时地震烈度速报系统布设到乡镇一级(边远地区村一级)，将实现震后快速确定高烈度区，将有助于为抗震救灾提供权威科学依据。

预先布设足够多的低成本实时烈度速报装置则可以通过仪器系统获得灾区各地详细准确的烈度及近场强震动加速度等信息，这是极其宝贵的资料，这样在灾害评估时可以做的更客观公正，同时可以根据记录的烈度值得知现有建筑结构的反应谱，在此基础上修订各类建筑结构的抗震设计规范，使其更加合理和符合我国的情况。

通讯及供电中断是地震救援面临的最大难题之一，原因是光缆被拉断，基站被损毁，如果布设高密度(乡镇一级)的实时地震烈度速装置，而且不依赖现有的地面通讯和供电方式，则可在地震发生后很短的时间内完成地震灾区的烈度速报图。本发明可通过卫星导航系统，如北斗卫星导航系统，除具有授时定位，还有双向短信功能，恰好满足烈度速报功能，相较于国内外地震使用海事卫星、卫星电话通讯装置贵且运营费用高的缺陷，其运行成本低通信效果佳。

该实时地震烈度速报系统主要由三分向加速度计、数据采集单元、仪器标定及监控单元、电源及多组电源监控单元、GPS授时或北斗授时通讯模块、数据存储单元、网络及串口通讯单元、烈度数据处理和记录单元组成。三分向加速度计分别感应垂直、东西、北南三个方向的地面加速度运动，位移换能器和反馈网络输出模拟电压信号，通过数据采集单元将电信号转换成数字信号，GPS授时或北斗授时通讯模块接收时间信息，烈度数据处理和记录单元通过接口电路读入数字信号，经过数字滤波等信号处理，加上时间码标注后将数据存储在相应的存储单元，通过网络接口可以将转换后的振动信号直接输出成数字信号及输出加速度数据，同时通过软件算法计算出峰值加速度及烈度值等信息，通过网络、串行、北斗通讯等多种方式传输出烈度速报信息。烈度数据处理及记录单元的硬件平台采用ARM技术的中央处理单元，软件平台采用先进的Linux嵌入式实时操作系统，二者配合完成所得到的加速度数据滤波、峰值加速度及烈度信息计算等数据处理、记录、传输及监控等功能，并在仪器系统中可实现的地震事件检测算法和快速烈度速报算法。而模数转换单元采用高分辨力、大动态范围模拟数字转换器芯片保证仪器的总体指标。

采用GPS或北斗授时等卫星通讯授时模块和独立研制的授时单元保证各个观测点时间同步精度，同时北斗通讯短信方式传输出烈度速报信息以保证通讯的时效性和不间断。网络及串行通讯单元可实现该装置的状态监控及输出加速度值或烈度信息等观测数据。存储单元用于记录存储反映地面运动的加速度观测数据及烈度信息，其可扩充容量。该系统的模拟和数字电路部分的供电通过多组独立的隔离DC/DC变换器实现，同时内置的锂电池模块和充电单元保证仪器供电的连续性，配合外置的太阳能电池板，保证仪器不因外部供电设施破坏而中断观测。仪器标定及监控单元包括一个在装置内部安装的主动发震的装置，烈震速报中心可远程启动将其激活，烈度数据处理和记录单元检查到模拟的震动后就发送烈度报警信息传送到烈度速报中心，烈度速报中心就可获知该装置处于健康的工作状态。

该实时地震烈度速报系统将数字信号处理技术和非机械式加速度计技术结合在一起，集成强地震信号拾取、数据采集、数据存储、数据通讯和服务等地震事件检测、记录及实时速报功能，实现高稳定指标、多功能的新型数字传感器及可靠定量的实时烈度速报应用平台。该系统除支持常规的网络、拨号、串行通讯手段以外，还内嵌北斗卫星导航通讯系统，不依赖地面通信系统，确保强震发生时数据及时上传，烈度速报中心可在震后几秒钟至几分钟内得到震区烈度分布图。

该实时地震烈度速报方法将实时烈度速报系统装置分布密度高(乡镇一级，边远地区村一级)，强震发生时相邻几十个上百个烈度速报装置的遥测数据有空间和时间上的相关性，因此个别烈度仪的误报容易剔除，同样个别烈度速报仪的漏报也不会对得到的震区烈度分布图影响太大，使该方法地震速报信息的准确性和可靠性很高。同时烈度速报中心可上调震区各烈度速报系统装置的波形.用于再确认和资料保存.烈度速报中心可对运行中的每个烈度速报系统装置自动定时查询，测试(激震，检测，上传)，发现故障时通知当地人员维修更换，以确保每一台长期无人值守的烈度速报系统装置运行状态的可知性。

附图说明

图1是本发明中实时地震烈度速报系统的组成方框图。

具体实施方式

该实时地震烈度速报方法为：在某区域内分布设置地震烈度速报系统，该多个地震烈度速报系统根据其内设置的三分向加速度计获得地震烈度数据，然后将该地震烈度数据通过通信网络传输给烈度速报中心，得到实时的地震烈度分布信息。地震烈度速报系统为无人值守实时地震烈度速报仪器，其通过卫星导航系统向烈度速报中心传送该实时地震烈度速报仪器测试并计算得到的地震烈度信息。每个地震烈度速报系统配置设置三分向加速度计、数据采集单元、仪器标定及监控单元、电源及电源监控单元、GPS授时通讯模块或卫星导航授时通讯模块、数据存储单元、网络及串口通讯单元、烈度数据处理和记录单元。地震烈度速报中心根据各地震烈度速报系统传送的地震烈度信息，绘制出地震烈度分布曲线图。

如图1所示，该实时地震烈度速报系统用于地震烈度的实时采集和数据传输，地震烈度速报系统配置设置三分向加速度计、数据采集单元、仪器标定及监控单元、锂电池及多个电池监控单元、授时通讯模块、数据存储单元、网络及串口通讯单元、烈度数据处理和记录单元。

该实时地震烈度速报系统所述烈度数据处理和记录单元分别与24位的数据采集单元、仪器标定及监控单元、电源及电源监控单元、GPS授时通讯模块或卫星导航授时通讯模块、数据存储单元和网络及串口通讯单元通讯连接；所述数据采集单元用于接收三分向加速度计测定的地震数据信号，仪器标定及监控单元用于对三分向加速度计进行工作参数的检查和运行状态的监控。该实时地震烈度速报系统还配置设置有太阳能电池，太阳能电池给所述电源供电。三分向加速度计包括分体设置的东西向加速度计、南北向加速度计和垂直向加速度计。

Claims (10)

1.一种实时地震烈度速报方法，其特征在于包括：

在某区域内分布设置地震烈度速报系统，该多个地震烈度速报系统根据其内设置的三分向加速度计获得地震烈度数据，然后将该地震烈度数据通过通信网络传输给烈度速报中心，得到实时的地震烈度分布信息。

2.根据权利要求1所述的实时地震烈度速报方法，其特征在于所述地震烈度速报系统为无人值守实时地震烈度速报仪器，其通过卫星导航系统向烈度速报中心传送该实时地震烈度速报仪器测试并计算得到的地震烈度信息。

3.根据权利要求1所述的实时地震烈度速报方法，其特征在于所述地震烈度速报系统配置设置三分向加速度计、数据采集单元、仪器标定及监控单元、电源及电源监控单元、授时通讯模块、数据存储单元、网络及串口通讯单元、烈度数据处理和记录单元。

4.根据权利要求3所述的实时地震烈度速报方法，其特征在于所述授时通讯模块为GPS授时模块或卫星导航授时通讯模块。

5.根据权利要求1所述的实时地震烈度速报方法，其特征在于所述地震烈度速报中心根据各地震烈度速报系统传送的地震烈度信息，绘制出地震烈度分布曲线图。

6.一种实时地震烈度速报系统，用于地震烈度的实时采集和数据传输，其特征在于所述地震烈度速报系统配置设置三分向加速度计、数据采集单元、仪器标定及监控单元、电源及电源监控单元、授时通讯模块、数据存储单元、网络及串口通讯单元、烈度数据处理和记录单元。

7.根据权利要求6所述的实时地震烈度速报系统，其特征在于所述烈度数据处理和记录单元分别与数据采集单元、仪器标定及监控单元、电源及电源监控单元、授时通讯模块、数据存储单元和网络及串口通讯单元通讯连接；所述数据采集单元用于接收三分向加速度计测定的地震数据信号，仪器标定及监控单元用于对三分向加速度计进行工作参数的检查和运行状态的监控。

8.根据权利要求6所述的实时地震烈度速报系统，其特征在于所述电源及电源监控单元为锂电池及多组电源的监控单元，该实时地震烈度速报系统还配置设置有太阳能电池，太阳能电池给所述电源供电。

9.根据权利要求6所述的实时地震烈度速报系统，其特征在于所述授时通讯模块为GPS授时模块或卫星导航授时通讯模块。

10.根据权利要求6所述的实时地震烈度速报系统，其特征在于所述三分向加速度计包括分体设置的东西向加速度计、南北向加速度计和垂直向加速度计。

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