CN104077890B - 分布式地震预警云监测网络系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种分布式地震预警云监测网络系统及方法，涉及地震预警领域。解决了传统P波、S波预警方式的成本高、预警时间短，及不能适用于广大普通用户的问题。该系统由地震预警网络服务器、家用便携式监测终端和公用固定式监测终端三部分组成。所述方法利用网络中的各个终端，可实时监测地震发生后产生的P波、S波以及地理位置，通过有线和无线网络，将地震波和地理位置信息实时上传到地震预警网络服务器，从而建立基于地理信息系统的地震波动态实时传播图。本发明具有确定震中区域范围及震级大小的优势，同时网络中大量、密集地布点，能够有效消除盲区，并使地震预警时间有效增加。

Description

分布式地震预警云监测网络系统
技术领域
本发明属于地震预警领域，尤其涉及一种分布式地震预警云监测网络系统。
背景技术
地震是一种常见的破坏性很强的自然灾害，常常造成重大的人员伤亡和财产损失。我国是一个地震多发、震害严重的国家，很多地区处于地震多发地带，由于汶川、雅安等大地震，给我国经济上造成了巨大的损失，给人民带来了巨大的灾难。目前，地震是难以准确预报的，众多加速扩展的大城市和重大工程项目(如西气东输、南水北调、青藏铁路等)都对地震预警系统有着迫切的需求，我国尚未开展地震预警云监测网络系统及方法的相关工作。可见，开展地震预警网络系统及方法的相关研究已经十分必要。
现有的地震预警系统与方法，通常会预先在地震多发或重点保护地区安装若干地震波检测台站，地震发生后地震波检测台站会将采集到的P波、S波实时发送给地震预警服务器，当监测到地震P波和S波后，通过速度快强度弱的纵波和速度慢强度大的横波扩散传播时产生的时间差来估算地震的震级，然后将地震信息迅速通过电视、广播及相关媒体等方式发出预警信息。但上述方法仅利用了地震发生时产生的P波、S波的时间差，这样地震预警时间极短，距离震中较近的人员来不及逃生。而且该方法不能快速准确地确定震中位置、震级大小以及破坏性强弱等地震预警信息。同时，现有的地震预警监测系统建设维护费用昂贵、布点太少、盲区大、且仅能针对特定地震相关工作人员使用，不能推广到普通用户。
本发明提出了一种分布式地震预警云监测网络系统及方法，解决传统P波、S波预警系统的成本高、不能推广到普通用户的问题。该系统由地震预警网络服务器、家用便携式监测终端和公用固定式监测终端三部分组成。该系统的检测方法是通过有线或无线网络实时接收多个家用便携式监测终端和公用固定式监测终端监测到的地震P波和S波信息以及地理位置信息，消除盲区，再向地震预警云监测网络的各个节点发出地震预警信息。这样，使分布式地震预警云监测网络系统及方法在地震预警时更加全面、高效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于分布式地震预警云监测网络系统及方法，旨在解决传统地震预警方法的高成本、预警时间短、布点太少、盲区大，以及不能使用于广大普通用户的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
分布式地震预警云监测网络系统及方法，所述系统由地震预警网络服务器(1)、家用便携式监测终端(2)和公用固定式监测终端(3)三部分组成。
在地震初发时，地震预警网络服务器(1)通过有线或无线网络实时接收多个家用便携式监测终端（2）和公用固定式监测终端（3）监测到的的地震P波、S波、地磁异常信息以及地理位置信息，从而建立基于地理信息系统的地震波波浪式动态实时传播图，根据地震波扩散的速度、强度等特征进行分析，确定震中区域范围及震级的大小，并估算出地震传输到云监测网络中各个节点的距离及时间，向家用便携式监测终端（2）和公用固定式监测终端（3）构成的云监测网络的各个节点发出地震预警信息。
所述的地震波分为横波（S波）和纵波（P波），纵波速度快但破坏性弱，而横波速度慢却破坏性强，利用横波纵波到达地震区域的时间差，在破坏性的地震波达到目标区域之前，对目标区域发出预警信息，提醒人员采取逃生措施。
所述的分布式，是由公用固定式监测终端（3）按照既定的规则和重点区域进行分布式布点作为云监测网络的固定节点，由家用便携式监测终端（2）随机分布布点作为云监测网络的补充节点，共同构成分布式地震预警云监测网络。公用固定式监测终端（3）是可规划的，可以安装在地震多发区域及重点保护地区。而家用便携式监测终端（2）可自由购买，如果持有者越多，分布在云网络中的节点越均匀。因此，两种方式相互结合，网络中布点越密集，获得的原始信息就越丰富，这样数据分析得到地震预警信息越准确。
在该分布式网络中，各个家用便携式监测终端（2）和公用固定式监测终端（3）都可能成为震中，及时监测到地震波信息并立即将该信息传至整个网络，即理论上具有比传统地震预警方法更快地发布地震信息，最大程度增加预警时间。
所述的云监测，代表监测数据的海量和集中化，监测终端布点极广，以保证在云平台（即地震预警网络服务器：包括云交换、云存储）计算有广泛样本，从而使数据分析更加准确，能更早的确认地震信息，大大增加预警时间，给人员更多逃生时间。
在地震初发时，可能会使云监测网络中节点受到瞬间破坏，这可以作为判断地震是否发生的特征。同时，基于地理信息系统的地震波动态实时传播图中会体现出类似数据死区的特征，可结合破坏扩散的区域范围大小和速度快慢，以及未受损节点传回的信息，共同判断地震信息。当发现某区域大面积断开数据连接时，则判定该区域发生地震，震中在该区域中心附近，可立即通过地震预警网络服务器(1)计算判定并发送地震预警信息。
所述的分布式地震预警云监测网络系统及方法，云监测网络中的各个节点可与专业地震台站实现联网，获取其发出的地震波相关监测数据信息，扩大和增强地震云监测网络，同时也为专业地震台站提供数据，整体上提高地震预警监测的实时性和准确性。
有别于其他地震预警方法，本发明有如下特点：
本发明是基于分布式地震预警云监测网络系统及方法，该系统是由地震预警网络服务器(1)、家用便携式监测终端(2)和公用固定式监测终端(3)三部分组成，每个家用便携式监测终端(2)都是地震云监测网络的一部分，辅助配合公用固定式监测终端(3)检测地震信息。检测方法是通过有线或无线网络实时接收多个家用便携式监测终端(2)和公用固定式监测终端(3)监测到的的地震P波和S波信息以及地理位置信息，使网络布点密集，消除盲区。由于地震波的传播速度（约10km/s）远远小于无线电波的传播速度（约 300000km/s），再利用无线网络向地震预警云监测网络的各个终端发出地震预警信息，解决传统预警方式的成本高、预警时间短，以及不能推广到普通用户的问题。
附图说明
图1是分布式地震预警云监测网络系统结构及布点示意图。
图2是地震波动态实时传播及死区示意图。
图中：1-地震预警网络服务器、2-家用便携式监测终端、3-公用固定式监测终端、4-震中、5-死区边界、6-地震波传播圆。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明进行进一步的详细描述。
如图1所示的分布式地震预警云监测网络系统结构及布点示意图，整个系统由地震预警网络服务器(1)、家用便携式监测终端(2)和公用固定式监测终端(3)三部分组成。
在地震初发时，地震预警网络服务器(1)通过有线或无线网络实时接收多个家用便携式监测终端（2）和公用固定式监测终端（3）监测到的的地震P波、S波、地磁异常信息以及地理位置信息，从而建立基于地理信息系统的地震波波浪式动态实时传播图，根据地震波扩散的速度、强度等特征进行分析，确定震中区域范围及震级的大小，并估算出地震传输到云监测网络中各个节点的距离及时间，向家用便携式监测终端（2）和公用固定式监测终端（3）构成的云监测网络的各个节点发出地震预警信息。
在所述的分布式地震预警云监测网络系统中，家用便携式监测终端(2)和公用固定式监测终端(3)是云监测网络中分布的各个节点。公用固定式监测终端(3) 是可规划的，按照一定网格规律安装在地震多发或重点保护地区，如政府可以采取每隔5km大量布设多个公用固定式监测终端(3)，而广大居民可自愿购买家用便携式监测终端(2)，随机分布布点作为云监测网络的补充节点，这样使云监测网络中布点密集，消除盲区。因此，两种方式相互结合，网络中布点越密集，获得的原始信息就越丰富，这样数据分析得到地震预警信息越准确。
在地震初发时，通过有线或无线网络实时接收各个节点监测的地震P波和S波信息以及地理位置信息，根据地震波扩散的速度、强度等特征进行分析，可确定震中区域及震级的大小，从而大大增加预警信息。
地震波分为横波和纵波，纵波速度快但破坏性弱，而横波速度慢却破坏性强，利用横波纵波到达地震区域的时间差，通过监测纵波的震动，赶在横波到达之前发出报警来减轻地震带来的灾害程度，地震波的传播速度（约10km/s）远远小于无线电波的传播速度（约300000km/s），所以，对于距离震中较远的受影响区域，地震预警信息甚至可以赶在速度快、破坏小的P波之前直接发送给家用便携式监测终端(2)和公用固定式监测终端(3)，大大提高了预警时间，及时提醒人员采取逃生和避震措施，有效降低地震损失。
家用便携式监测终端(2)内置的三维加速度传感器可实时监测地震发生时产生的P波和S波，GPS全球定位系统实时测量自身的地理位置，通过有线和无线网络，将地震波和自身地理位置信息实时上传到地震预警网络服务器(1)，并接受地震预警网络服务器(1)传来的地震预警信息，进行显示和声音报警提示，包括震级的大小、地震波预计到达本处的时间等地震信息，提醒人员逃生。
公用固定式监测终端(3)内置的三维加速度传感器可实时监测地震发生时产生的P波和S波，GPS全球定位系统用于实时测量地理位置，由CPU进行分析处理，并通过有线和无线网络通讯模块，将地震波和地理位置信息实时上传到地震预警网络服务器(1)，同时接收地震预警网络服务器(1)传回的地震预警信息，通过整个网络可以准确判断地震波信息及地震发生的具体位置，也可以计算出地震的震级大小。此外，该终端还具有地磁检测功能，实时监测地磁异常，辅助P波、S波法准确检测地震波信息。
当地震初发时，地震预警网络服务器(1)通过有线或无线网络实时接收整个监测云的各节点发回的信息，包括地震P波、S波、地磁异常信息，以及各个节点的地理位置信息，根据地震波扩散的速度快慢、强度大小等特征进行计算分析，可直接确定震中区域及震级的大小，并估算出地震波传输到云监测网络中各个终端的时间。
作为判断地震发生的另外一种方法，图2为地震波动态实时传播及死区示意图，在地震初发时，可能会使云监测网络中节点受到瞬间破坏，对应图2中标记为实心黑色的家用便携式监测终端(2)和公用固定式监测终端(3)，这可以作为判断地震是否发生的特征。当地震预警网络服务器(1)检测到大量节点受破坏失去联系时，可结合破坏扩散的区域范围大小和速度快慢，以及未受损节点传回的信息，共同判断地震信息。将这些节点用一个圆形区域包括进来，圆的边界即为死区边界(5)，圆心即为震中(4)，同时，可估算出地震传播的速度，得到随着时间变化的地震波传播圆(6)，计算出地震到达各节点的时间，由地震预警网络服务器(1)计算判定并向各节点发送地震预警信息。
云监测网络中的各个节点可与专业地震台站实现联网，获取其发出的地震波相关监测数据信息，扩大和增强地震云监测网络，同时也为专业地震台站提供数据，整体上提高地震预警监测的实时性和准确性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.分布式地震预警云监测网络系统，其特征在于，所述系统由地震预警网络服务器(1)、家用便携式监测终端(2)和公用固定式监测终端(3)三部分组成，地震预警网络服务器(1)通过有线或无线网络实时接收多个家用便携式监测终端(2)和公用固定式监测终端(3)监测到的地震P波、S波、地磁异常信息以及地理位置信息，建立基于地理信息系统的地震波波浪式动态实时传播图，根据地震波扩散的速度、强度等特征进行分析，确定震中区域及震级，并估算出地震传输到云监测网络中各个节点的距离及时间，向家用便携式监测终端(2)和公用固定式监测终端(3)构成的云监测网络的各个节点发出地震预警及地震相关信息；所述的公用固定式监测终端内置三维加速度传感器，GPS全球定位系统和CPU；在地震初发时，可能会使云监测节点受到瞬间破坏，在基于地理信息系统的地震波动态实时传播图中会体现出类似数据死区的特征，可结合破坏扩散的区域和速度，以及未受损节点传回的信息，共同判断地震信息，当发现某区域大面积断开数据连接时，则判定该区域发生地震，震中在该区域中心附近，可立即通过地震预警网络服务器(1)计算判定并发送地震预警信息。
2.根据权利要求1所述的分布式地震预警云监测网络系统，其特征在于，所述的分布式，是由公用固定式监测终端(3)按照既定的规则和重点区域进行分布式布点作为云监测网络的固定节点，由家用便携式监测终端(2)随机分布布点作为云监测网络的补充节点，共同构成分布式地震预警云监测网络。
3.根据权利要求1所述的分布式地震预警云监测网络系统，其特征在于，地震预警网络服务器(1)可与专业地震台站实现联网，获取其发出的地震波相关监测数据信息，同时也为专业地震台站提供数据。
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