CN103399340A - 一种基于移动终端的地震实时监测的方法和系统 - Google Patents

一种基于移动终端的地震实时监测的方法和系统 Download PDF

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方毅
陈文容
陈伟
郑威
陈玮
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Abstract

本发明涉及一种基于移动终端的地震实时监测的方法和系统。目的是提供的方法以及系统应能作为传统的基于地震监测台的一个补充,增加地震监测点密度,解决地震监测盲区问题。技术方案是:一种基于移动终端的地震实时监测的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:步骤1.移动终端实时监测其所在区域当前的震动强度,如果震动强度超过设定阈值,则将震动事件通过网络发送到服务器;步骤2.服务器接收到移动终端发送的震动事件,进行实时统计分析,计算出潜在地震位置和相对地震强度。

Description

一种基于移动终端的地震实时监测的方法和系统
技术领域
本发明涉及地震监测技术领域,具体涉及一种基于移动终端的地震实时监测的方法和系统。
背景技术
目前地球进入地壳活动高发期,地震和火山喷发日益频繁。中国位于世界两大地震带-环太平洋地震带与欧亚地震带的交汇部位,受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压,属于地震活动高发地带。5·12汶川地震和4·20雅安地震已经造成了巨大的人员和财产损失,因此如何最大限度地减轻地震灾害造成的损失,成为了一个世界性的难题。
我国目前已建成由24个基准地震台组成的国家级地震台网,其尺度跨越全国,用于监测全国的基本地震活动情况。此外,为了监测省内及邻省交界地区的地震活动性,我国绝大多数省份均已建成由十余个至数十个地震台组成的区域地震台网,其跨度一般约为数百公里。目前地震台网的区域已经可以覆盖全国,但是地震台之间跨度大,导致检测盲区很大。
目前地震检测的方式大致为:连续3个地震台检测到地震波时,根据地震波到达时间差计算地震中心,并触发地震警报。由于地震台间距达到数百公里,因此连续3个地震台触发警报时,地震波已经扩散500km至1000km,早已经过地震影响严重的地区。因此解决地震监测盲区问题的关键,就在于尽可能缩小检测点间距,或者说增大监测点密度。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足,提供一种分布式的、低成本的、基于大数据分析的地震检测方法以及系统,作为传统的基于地震监测台的一个补充,增加地震监测点密度,解决地震监测盲区问题。
为实现以上目的,本发明采用了以下的技术方案:
一种基于移动终端的地震实时监测的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤1.移动终端实时监测其所在区域当前的震动强度,如果震动强度超过设定阈值,则将震动事件通过网络发送到服务器;
步骤2.服务器接收到移动终端发送的震动事件,进行实时统计分析,计算出潜在地震位置和相对地震强度。
所述地震实时监测的方法还包括以下地震通知步骤:
A.服务器将地震位置和相对地震强度通过网络发送给移动终端;
B.移动终端接收到地震信息后,发出报警。
所述步骤1还包括以下终端状态检测步骤:
(a)检测移动终端是否处于充电状态;
(b)检测移动终端的方向传感器,判断移动终端是否处于平放状态;
所述步骤1还包括以下震动强度检测步骤:
通过移动终端的加速度传感器,检测移动终端三轴方向加速度变化绝对值大小是否超过所述设定阀值,超过设定阀值则判定移动终端出现显著震动,移动终端将震动事件通过网络发送到服务器。
所述步骤1中的震动事件包括移动终端ID、终端经纬度、震动强度、震动方向、震动持续时间。
所述步骤2中的服务器采用网格区域地震检测法实时统计分析并计算出地震位置和相对地震强度,该网格区域地震检测法包括以下步骤:
(1)将监测地区划分成若干个网格区域;
(2)监测地区内的每个震动事件产生一个对应的震动点,服务器实时统计正常情况下每个网格区域内同时震动的震动点的个数最大值,作为地震判定的基础阈值;
(3)服务器实时统计各网格区域内同时震动的震动点个数是否显著超过该区域的基础阈值,如果超过基础阀值2倍,则判定该网格区域内有突发地震;同时根据该网格区域内以及相邻网格区域内震动点的震动事件信息,计算出震中位置以及相对地震强度;
震中位置的计算方式为:
经度:
Figure BDA00003598846100033
loni为表示震动点的经度;
纬度:
Figure BDA00003598846100034
lati为表示震动点的纬度;
相对地震强度:mag=同时震动点个数/基础阈值。
所述步骤2中,服务器采用相邻m个检测点同时震动作为地震判定的条件,并根据检测点位置计算震中位置以及相对地震强度;
震中位置的计算方式为:
经度:loni为表示震动点的经度;
纬度:lati为表示震动点的纬度;
相对地震强度:mag=同时震动点个数/基础阈值。
一种基于移动终端的地震实时监测的系统,其特征在于该系统包括若干个用于监测地震信息的移动终端以及处理上述地震信息的服务器,移动终端和服务器之间通过网络连接;所述服务器包括平台接口模块、平台实时数据分析模块。
所述移动终端包括嵌入式处理器以及与嵌入式处理器连接的数据采集模块、电源模块、屏幕显示模块、触摸屏输入模块、按键输入模块、通讯模块、音频输出模块、LED指示模块;所述数据采集模块包括充电状态检测模块、方向传感器、加速度传感器和GPS模块。所述移动终端为具备方向传感器和加速度传感器以及GPS模块的常规智能手机或平板电脑。
本发明的有益效果是:本发明提供的监测方法以及系统的实现成本较低,而且可以大大增加地震监测点密度,实时获取更多的地震数据,通过移动终端来解决地震监测盲区问题,可以作为传统的基于地震监测台的一个补充,更好地对地震进行监测,从而减少地震带来的损失。
附图说明
图1是本发明整体模块结构示意图。
图2是移动终端的方向传感器的原理示意图。
图3是移动终端的加速度传感器的原理示意图。
图4是网格区域地震检测法的原理示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图,对本发明作进一步说明,但本发明并不局限于以下实施例。
本发明提供了一种基于移动终端的地震实时监测的系统,该系统包括若干个用于监测地震信息的移动终端以及处理上述地震信息的服务器,移动终端和服务器之间通过网络连接(包括移动分组网络、Wifi、有线网络等),移动终端和服务器的软件由普通程序人员编写。
所述移动终端可以采用具备方向传感器和加速度传感器以及GPS模块的常规智能手机或平板电脑。
所述移动终端也可以采用专门的嵌入式设备,该嵌入式设备通常安装在地面或墙面上,配备有电源;所述嵌入式设备包括嵌入式处理器以及与嵌入式处理器连接的数据采集模块、电源模块、屏幕显示模块、触摸屏输入模块、按键输入模块、通讯模块、音频输出模块、LED指示模块;所述数据采集模块包括充电状态检测模块(通过android系统api获取设备是否充电状态的信息)、方向传感器、加速度传感器和GPS模块。
本发明还提供了一种基于移动终端的地震实时监测的方法,进行地震监测,实时分析地震状态,并在地震发生时及时通知用户,该方法具有两种实施方式。
实施例1,移动终端采用具备方向传感器和加速度传感器、GPS模块的智能手机或者平板电脑进行地震监测(以下以智能手机为例),实时分析地震状态,并在地震发生时及时通知用户的手机。
一种基于移动终端的地震实时监测的方法,包括如下步骤:
步骤1,智能实时监测当前震动强度,如果震动强度超过设定阈值,则将震动事件通过网络(包括移动分组网络、Wifi、有线网络等)发送到服务器;
步骤2,服务器接收到智能手机发送的震动事件,进行实时统计分析,计算出潜在地震位置和相对地震强度。
上述方法还包括以下地震通知步骤:
A.服务器将地震位置和相对地震强度通过网络发送给手机群(不限于作为监测点的智能手机,普通手机也可以接收通知);
B.手机群接收到地震信息后,通过屏幕弹框、震动、警报声、微博或短信等方式提示用户。
所述步骤1还包括以下终端状态检测步骤:
(a)检测手机是否处于充电状态;
(b)检测手机的方向传感器,判断手机是否处于平放状态;
由于开启方向传感器和加速度传感器,会显著增加智能手机的耗电量,同时在智能手机的使用过程中位置变化较大,为了避免耗电问题以及智能手机没有处于静止状态下频繁误报震动的问题,需要检测上述条件,只有上述两个条件都满足时才进入地震监测模式,或者至少满足其中之一才进入地震监测模式。
其中,平放状态的判定方式如图3所示,具体为:如果智能手机在x方向倾角和y方向倾角均小于10度并持续10s,则判定智能手机为平放状态;如果智能手机在x方向倾角或者y方向倾角大于10度,则判定设备为非平放状态。
震动检测可以对三个轴向的震动进行检测,也可以只对z轴方向的震动进行检测,其中z轴的具体检测方法如下(x和y轴的检测方法类似):
取t时刻z轴方向的重力加速度为az(t),则t时刻z轴方向重力加速度变化量为Δaz(t)=az(t)-az(t-1),如果Δaz(t)绝对值大于1.Om/s2,则判定为显著震动,需要上传到服务器。
智能手机通过网络向服务器汇报震动事件,可以包括但不限于终端ID、震动强度(即三轴的Δaz(t))、震动方向、震动持续时间、当前地理位置(经度和纬度);终端ID可以是设备的IMEI或者独立生成的序列号,当前地理位置通过GPS模块获取,震动方向指的是三轴方向各自的震动强度,震动持续时间是移动终端自己计时。
如果检测到持续震动,智能手机每隔一定的时间(如15s)重新向服务器汇报一次震动事件;服务器对震动事件进行实时记录,并进行实时分析,服务器对地震判定的方法可以采用如下网格区域地震检测法(如图4所示),步骤如下:
(1)按一定的尺寸将监测地区划分成若干个网格区域;可以是按照固定的经纬度差划分,如按照经度、纬度每间隔1度进行区域划分;也可以是按照固定的球面距划分,如按照经度纬度每间隔100km进行区域划分;也可以在地震高发地区增加网格密度,在地震非高发地区采用普通网格密度,如在西部地区和台湾地区,按经纬度每间隔50km进行区域划分,而在其他地区,按照经纬度每间隔100km进行区域划分;
(2)每个震动事件在监测地区上产生一个对应的震动点,并维持一段时间(如20s);服务器实时统计正常情况下每个网格区域内同时震动的震动点的个数最大值,作为地震判定的基础阈值;该基础阈值随着系统运行会动态变化,可以选择每天动态调整该基础阈值;
(3)服务器实时统计各网格区域内同时震动的震动点个数是否显著超过该区域的基础阈值,如果超过2倍,则判定为突发地震;同时根据该网格区域内以及相邻区域内震动点的强度信息和位置信息,计算出震中位置以及相对地震强度。
其中,震中位置的计算方式为:
经度:
Figure BDA00003598846100071
loni为表示震动点的经度;
纬度:
Figure BDA00003598846100072
lati为表示震动点的纬度;
相对地震强度:mag=同时震动点个数/基础阈值。
服务器检测到突发地震后,通过网络给手机群发送推送通知,手机屏幕弹框提示用户地震位置和相对强度(如微博、短信等文字信息),也可以事故振动和报警音等方式进行提醒。
该方案的优点是可以借助大量的智能手机采集地震数据,通过服务器的统计分析消除手机使用、移动所产生的异常数据影响,可以实现极高的检测点密度,最大限度地减少盲区范围,确保地震发生时被立即检测。
实施例2,采用上述嵌入式设备作为移动终端,嵌入式设备固定在地面或者墙面作为监测点,通过网络接入(包括有线网络、移动分组网络或Wifi)服务器,服务器的地震通知下发到嵌入式设备后,通过扩音器、声光报警器等方式提醒周边人员。
与实施例1的不同之处在于:
1.在地震通知步骤中,服务器将地震位置和相对地震强度通过网络发送给手机群的同时还发送给嵌入式设备;
2.嵌入式设备的安装密度可以根据是否地震高发地区来调整,例如:地震高发地区可以相隔50km设置一个检测点,地震非高发地区可以相隔100km设置一个检测点;
3.在终端状态检测步骤中,不再检测嵌入式设备的充电状态以及平放状态;因为嵌入式设备配备有电源,同时固定在地面或者墙面,可以避免异常震动的影响;
4.震动强度针对三个轴向同时进行,可以区分出横波和纵波,测量精度高;
5.检测点位置计算震中位置以及相对地震强度的计算方式为:
以相邻m个(可以是m=3个)检测点(即嵌入式设备)震动超过基础阈值作为地震触发条件,而无需采用网格划分方式进行震动判定;因为专有设备测量精度高,误差小,不易受环境变化影响,震中位置计算方式为:
经度:
Figure BDA00003598846100081
loni为表示震动点的经度;
纬度:
Figure BDA00003598846100082
lati为表示震动点的纬度;
相对地震强度:mag=同时震动点个数/基础阈值。
6.服务器下发地震通知后,嵌入式设备可以通过扩音器、警报声、警示灯等方式提示周边人员地震信息。

Claims (10)

1.一种基于移动终端的地震实时监测的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤: 
步骤1.移动终端实时监测其所在区域当前的震动强度,如果震动强度超过设定阈值,则将震动事件通过网络发送到服务器; 
步骤2.服务器接收到移动终端发送的震动事件,进行实时统计分析,计算出潜在地震位置和相对地震强度。 
2.根据权利要求1所述的一种基于移动终端的地震实时监测的方法,其特征在于,所述地震实时监测的方法还包括以下地震通知步骤: 
A.服务器将地震位置和相对地震强度通过网络发送给移动终端; 
B.移动终端接收到地震信息后,发出报警。 
3.根据权利要求1所述的一种基于移动终端的地震实时监测的方法,其特征在于,所述步骤1还包括以下终端状态检测步骤: 
(a)检测移动终端是否处于充电状态; 
(b)检测移动终端的方向传感器,判断移动终端是否处于平放状态。 
4.根据权利要求1所述的一种基于移动终端的地震实时监测的方法,其特征在于,所述步骤1还包括以下震动强度检测步骤: 
通过移动终端的加速度传感器,检测移动终端三轴方向加速度变化绝对值大小是否超过所述设定阀值,超过设定阀值则判定移动终端出现显著震动,移动终端将震动事件通过网络发送到服务器。 
5.根据权利要求1所述的一种基于移动终端的地震实时监测的方法,其特征在于,所述步骤1中的震动事件包括移动终端ID、终端经纬度、震动强度、震动方向、震动持续时间。 
6.根据权利要求1所述的一种基于移动终端的地震实时监测的方法,其特 征在于,所述步骤2中的服务器采用网格区域地震检测法实时统计分析并计算出地震位置和相对地震强度,该网格区域地震检测法包括以下步骤: 
(1)将监测地区划分成若干个网格区域; 
(2)监测地区内的每个震动事件产生一个对应的震动点,服务器实时统计正常情况下每个网格区域内同时震动的震动点的个数最大值,作为地震判定的基础阈值; 
(3)服务器实时统计各网格区域内同时震动的震动点个数是否显著超过该区域的基础阈值,如果超过基础阀值2倍,则判定该网格区域内有突发地震;同时根据该网格区域内以及相邻网格区域内震动点的震动事件信息,计算出震中位置以及相对地震强度; 
震中位置的计算方式为: 
经度:loni为表示震动点的经度; 
纬度:
Figure FDA00003598846000022
lati为表示震动点的纬度; 
相对地震强度:mag=同时震动点个数/基础阈值。 
7.根据权利要求1所述的一种基于移动终端的地震实时监测的方法,其特征在于,所述步骤2中,服务器采用相邻m个检测点同时震动作为地震判定的条件,并根据检测点位置计算震中位置以及相对地震强度; 
震中位置的计算方式为: 
经度:
Figure FDA00003598846000023
loni为表示震动点的经度; 
纬度:
Figure FDA00003598846000024
lati为表示震动点的纬度; 
相对地震强度:mag=同时震动点个数/基础阈值。 
8.一种基于移动终端的地震实时监测的系统,其特征在于该系统包括若干个用于监测地震信息的移动终端以及处理上述地震信息的服务器,移动终端和服务器之间通过网络连接。 
9.根据权利要求8所述的一种基于移动终端的地震实时监测的系统,其特征在于所述移动终端包括嵌入式处理器以及与嵌入式处理器连接的数据采集模块、电源模块、屏幕显示模块、触摸屏输入模块、按键输入模块、通讯模块、音频输出模块、LED指示模块;所述数据采集模块包括充电状态检测模块、方向传感器、加速度传感器和GPS模块。 
10.根据权利要求8所述的一种基于移动终端的地震实时监测的系统,其特征在于所述移动终端为具备方向传感器和加速度传感器以及GPS模块的常规智能手机或平板电脑。 
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