CN110618446B - 地震即时警示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地震即时警示方法，是针对地震事件在未发生前、发生当下及发生后分别规划有震前、震中、震后的相应处理流程，其中，在震前阶段中是利用一移动视窗式转换函数建立出一结构物震动特性数据库；当震中阶段时，执行一即时警报程序，以通知用户就地紧急避难并自动控制相关设备以减少损伤；在震后阶段可对建物进行损伤状况评估，提供用户返回建物是否安全的参考。

Description

地震即时警示方法

技术领域

本发明涉及一种地震即时警示方法，尤其是指一种利用地震感应器取得地震资讯后，立即判断地震威胁程度以及对于各威胁程度作出及时应对措施的方法。

背景技术

现今的地震即时警示方式，是利用一信息广播平台统整中央或地方政府所发布的地震信息，接着通过该信息广播平台将地震信息发送至各项通讯设备，例如使用者的手机，以通知最新的地震消息。一般而言，使用者仅为被动式的接收地震信息，并根据信息内容决定对应的行为，例如迅速逃生、关闭瓦斯或是不须动作。惟使用者对于信息的判断与实际地震的影响可能有所落差，而导致失去即时逃生的黄金时间，或是在逃生过程中受到阻碍。另外，一般而言，在运转中的生产设备只能靠人为手动关闭相关电源或是开启保护设备，在此当中可能会造成更多的设备及人员伤亡。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种地震即时警示方法，利用多个分布设置在各地的地震感应器即时检测地震的发生，搭配数据中心所提供的数据，由主机依据汇整及换算后的数据即时做出对应的做动，争取在短时间之内为使用者及设备提供警示及启动相对应的紧急措施。

为达成上述目的，本发明地震即时警示方法包含有震前、震中及震后阶段，其中：

A.在震前阶段中，执行一移动视窗式转换函数以针对一建筑物建立一结构物震动特性数据；该移动视窗式转换函数的取得方式为：将一层间变位利用快速傅立叶转换得到一层间变位频率函式，将一地面绝对加速度利用快速傅立叶转换换算得到一地面绝对加速度频率函数，该层间变位频率函式除以该地面绝对加速度频率函数得到该移动视窗式转换函数；其中，该层间变位由建筑物的屋顶的绝对位移减掉建筑物的地面的绝对位移所得；该地面绝对加速度为建筑物的地面地加速度；

B.在震中阶段中，执行一警报程序，其中该警报程序包含以下步骤：

(a)以多个地震感应器测量一地震事件，各地震感应器设置于该建筑物中不同楼层，且于地震事件发生后一段预设时间内检测出一最大加速度感测值、一劲度折减率及一P波最大位移感测值；其中，该劲度为该建筑物的屋顶绝对加速度与该层间变位之间的线性斜率；

(b)利用一主机接收由各地震感应器输出的该最大加速度感测值、该劲度折减率及该P波最大位移感测值，其中在该主机内预设至少一警告规则及对应各警告规则的控制指令，该主机设置于该建筑物中；

(c)该主机根据该最大加速度感测值、该劲度折减率与该P波最大位移感测值，判断出该主机其所在区域受此地震事件威胁的程度及其对应的警告规则，并根据判断出的警告规则发出相对应的控制指令，以控制该建筑物中的多个设备产生警示动作；

C.在震后阶段中，执行一比对程序，判断该建筑物是否因受该地震事件影响而有结构损毁的风险。

利用该等主机、该等地震感应器及该数据中心的结合，能即时检测到地震的发生，再利用该等地震感应器及该数据中心输出的数据，让该等主机进行汇整及换算，在地震从发生到该等主机所在地的短暂时间内判断地震的威胁程度，进而对使用者及设备启动对应的紧急保护措施，能即时地保护使用者的安全以及降低设备的毁坏程度。

附图说明

图1：本发明地震即时警示方法示意图。

图2：本发明的流程图。

图3：本发明架设地震感应器示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

本发明揭示一种地震即时警示方法，分为三个阶段：震前阶段、震中阶段及震后阶段，以下以这三个阶段分别叙明。

S101：震前阶段；请参见图1，在本发明的方法中使用到多个地震感应器10a～10d、至少一主机及一数据中心30。该主机包含一第一主机21、一第二主机22；该等地震感应器10a～10d分别与该第一主机21、该第二主机22及该数据中心30以有线或无线的方式连线；该等地震感应器10a～10d可设置于同一建筑物的不同位置，或是散布于可能会发生地震事件的区域，在地震发生之前，用以监测该建筑物在车辆经过、受风等动态荷载作用下的反应，并利用储存于该等主机21、22的一移动视窗式转换函数(Transfer Function withMoving Window)搜集上述数据，并建立一结构物震动特性数据，作为判断该建筑物结构是否受老化、干缩、潜变或基础下陷等影响而使震动特性改变；该数据中心30可包含至少一服务器，其中该服务器可为中央气象局内提供地震资讯的服务器，或是可提供地震资讯的云端服务器。

S102：震中阶段；当地震发生时，该等地震感应器10a～10d会检测该地震事件发生后一段预设时间内的一最大加速度感测值及一P波最大位移感测值(P_D)。

该第一主机21与该第二主机22可设置于任一建筑物或是建筑物中的室内空间，并分别与多个设备以有线或无线的方式连接，在一较佳实施例中，该等设备可为至少一家用设备31或至少一产线设备32。具体来说，该家用设备31可为电器设备、逃生灯具、电子门锁或瓦斯开关之，该产线设备32可为在生产制作流程中所需要的相关电器设备。在本实施例中，该第一主机21设置于一般用户的住家，与该家用设备31相连接，用以控制该家用设备31；该第二主机22设置于工厂厂房，与该产线设备32相连接，用以控制该产线设备32。

第一主机21、第二主机22各储存了至少一警告规则，举例而言，该至少一警告规则包含一第一警告规则、一第二警告规则、一第三警告规则及一建筑风险规则。该第一警告规则储存了预设的一最大加速度第一临界值、P波最大位移第一临界值及一震度第一临界值；该第二警告规则储存了该等产线设备32所能承受的一最大加速度第二临界值、一P波最大位移第二临界值及一震度第二临界值；该第三警告规则储存了一震度第三临界值；该建筑风险规则储存了该第一主机21或该第二主机22所在建筑物所能承受的震度安全值、最大加速度安全值及P波最大位移安全值及位移安全值，如下表所示：

请参见图2，当某一地区发生一地震事件时，该等地震感应器10a～10d会检测到该地震事件发生后三秒内的一最大加速度感测值及一P波最大位移感测值，并将该最大加速度感测值及该P波最大位移感测值回传至该第一主机21、第二主机22。该第一主机21、第二主机22接收该最大加速度感测值及该P波最大位移感测值，并同时接收由该数据中心30输出的该地震事件的震央资讯，其中该震央资讯包含该地震事件的震央经度、纬度、深度及该地震事件发生的时间。当该等主机21、22接收到该最大加速度感测值、该P波最大位移感测值及该震央资讯时，该等主机21、22会进行以下的步骤：

(c1)计算该地震事件的震央到该等主机21、22的所在地的距离，利用该等主机21、22及该等地震感应器10a～10d的经纬度位置进行换算；

(c2)计算该地震事件产生的震波到达该等主机21、22的时间，利用步骤c1得到的距离及一震波常数计算(时间＝距离x震波常数)，以提供该等主机21、22所在地的使用者具有因应震波到达前的缓冲时间；

(c3)计算该等主机21、22所在地的一预测震度，该等主机21、22会储存一地震衰减公式，其中该地震衰减公式为：

PGA＝1.657*(e^(1.533*M))*(r^-1.607)*S

其中M为芮氏规模，r为震源到主机的距离，S为场址效应因数。

利用该地震衰减公式计算出该等主机21、22所在地的该预测震度；

(c4)根据上述c1～c3步骤所得到的距离及预测震度，该等主机21、22会判断相对应的该警告规则。

当该地震事件发生时，该等主机21、22会将该地震事件的该最大加速度感测值、该P波最大位移感测值及该预测震度与各警告规则所储存的数据进行比较。本实施例中，当该最大加速度感测值、该P波最大位移感测值及该预测震度的任意一值大于第一警告规则中所预设的该最大加速度第一临界值、该P波最大位移感测第一临界值及该震度第一临界值时，该第一主机21会发出警告声响，同时发送一第一控制指令，该第一控制指令用以控制该家电设备31，例如开启逃生门锁、开启逃生灯具、关闭瓦斯开关以及关闭相关电器设备，确保使用者能及时迅速疏散至安全地带以及在疏散的过程中的安危。

当该最大加速度感测值、该P波最大位移感测值及该预测震度的任意一值大于该第二警告规则中所对应的该最大加速度第二临界值、该P波最大位移第二临界值及该震度第二临界值时，该第二主机22会发出一第二控制指令，该第二控制指令用以控制该产线设备32做出对应的做动，例如关闭该产线设备32其中的仪器，以降低该仪器在地震过程中损坏的机率及程度，以及确保仪器在因地震而有所损坏的状况下减少影响到其他设备的机率。

当该预测震度大于该第三警告规则中的该震度第三临界值时，该等主机21、22会利用位于与该等主机21、22同一建筑物的该等地震感应器检测该等主机21、22所在地的震度当地值、最大加速度当地值及P波最大位移当地值，并记录该震度当地值、该最大加速度当地值及该P波最大位移当地值，同时将该等数值与该建筑风险规则中的数值进行比较。

在本发明的另一实施例中，各主机21、22各自搭配至少一地震感应器10a～10d，本实施例中，该等地震感应器10a～10d可安装于各主机21、22内，或是与各主机21、22设置于同一建筑物。当该等主机21、22的所在地发生该地震事件时，该等地震感应器10a～10d仅检测该地震事件的该最大加速度感测值与该P波最大位移感测值。当该最大加速度感测值及该P波最大位移感测值的任一数值大于该第一警告规则中所对应的该最大加速度第一临界值或该P波最大位移第一临界值时，该第一主机21会直接发出警告声响，并发送该第一控制指令，以控制该家用设备31；而当该最大加速度感测值及该P波最大位移感测值的任一数值大于该第二警告规则中所对应的该最大加速度第二临界值或该P波最大位移第二临界值时，该第二主机22同样会发出该第二控制指令，以控制该等产线设备32做出对应动作。

请参见图3，该等地震感应器10a～10d进一步测量建筑物的一劲度折减率。该劲度折减率的计算方式如下所述：位在屋顶的该地震感应器10a测量屋顶的一屋顶绝对加速度Aar(t)，位于地面的该地震感应器10b测量地面的一地面绝对加速度Ag(t)，该等主机21、22将该屋顶绝对加速度Aar(t)及该地面绝对加速度Ag(t)分别滤波后进行双重积分，可分别得到一屋顶绝对位移Dar(t)及一地面绝对位移Dg(t)，将该屋顶绝对位移Dar(t)减掉该地面绝对位移Dg(t)可得到一屋顶与地面的层间变位Drr(t)(Drr(t)＝Dar(t)-Dg(t))，该屋顶绝对加速度Aar(t)与该层间变位Drr(t)之间的线性斜率即为该劲度，并利用一常数减去该劲度后除以该劲度，以得到一劲度折减率，当该劲度折减率越大，该栋建筑物的受损越严重；在本实施例中，该常数等于1.0。

该等地震感应器10a～10d进一步测量建筑物的一层间最大变位。举例而言，除了在屋顶及在地面各架设一地震感应器10a、10b，更进一步于一楼架设一地震感应器10c，该地震感应器10c同样能测量一楼的一一楼绝对加速度Aa1(t)，并对该一楼绝对加速度Aa1(t)进行滤波及双重积分可得到一一楼绝对位移Da1(t)，将该一楼绝对位移Da1(t)减掉该地面绝对位移Dg(t)，可得到一楼与地面之间的层间变位。当有任一层间变位值超过预先设定的预设层间变位值时，该等主机21、22会发出警告声。

S103：执行一比对程序；震后阶段地震结束后，该等主机21、22将该震度当地值、该最大加速度当地值及该P波最大位移当地值与该建筑风险规则中所对应的该震度安全值、该最大加速度安全值及该P波最大位移安全值进行比较，评估该第一主机21及该第二主机22所在的建筑物因受地震所影响的程度，以及判断该栋建筑物的危险情形。

另外，请参见图3，可在该栋建筑物的顶层以及底层分别设置该等地震感应器10a、10b，并将该等地震感应器10a、10b分别感测到的加速度值经由快速傅立叶转换为一顶层震动频率值及一底层振动频率值，并将该底层振动频率值及该顶层震动频率值的比值与一安全频率比值做比较，当该顶层振动频率值及该底层震动频率值的比值远大于该安全频率比值时，则该等主机21、22会判断该栋建筑物处于危险状态。

另外，可在该栋建筑物的顶层以及底层分别设置该等地震感应器10a、10b，并将该等地震感应器10a、10b感测到的加速度感测值相减后取积分，得到该建筑物的一位移值，将该位移量与该建筑风险规则中的位移安全值进行比较，其中该建筑风险规则中的位移安全值可根据建筑物高度及各国规定的建筑物位移容忍比例进行计算得之。当该位移值大于该位移安全值时，各主机21、22判断该栋建筑物处于危险状态。

地震结束后，可进一步将该层间变位Drr(t)利用快速傅立叶转换得到一层间变位频率函式Drr(w)，该地面绝对加速度Ag(t)同样可用快速傅立叶转换换算得到一地面绝对加速度频率函数Ag(w)，该层间变位频率函式Drr(w)除以该地面绝对加速度频率函数Ag(w)可得到该移动视窗式转换函数H(w)。该移动视窗式转换函数能计算该栋建筑物震后与该震后结构物特性数据，并将该震后结构物特性数据与该结构物震动特性数据进行比较，即能判断该栋建筑物是否受损。

利用该等地震感应器在各地即时感测地震，再搭配该数据中心提供的震央数据，在地震发生时经由主机进行判断以及即时发出对应指令，能同时控制家电设备的开关及动作，以及在厂房中控制生产设备的流程，以保障使用者在地震发生时有时间逃生，同时确保在疏散的过程中能迅速且不受阻碍，以及让该等生产设备能在地震来袭时即时地做出适当的动作，以降低生产设备及其相关设施因地震所造成的损害。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种地震即时警示方法，其特征在于，该方法包含有震前、震中及震后阶段，其中：

A.在震前阶段中，执行一移动视窗式转换函数以针对一建筑物建立一结构物震动特性数据；该移动视窗式转换函数的取得方式为：将一层间变位利用快速傅立叶转换得到一层间变位频率函式，将一地面绝对加速度利用快速傅立叶转换换算得到一地面绝对加速度频率函数，该层间变位频率函式除以该地面绝对加速度频率函数得到该移动视窗式转换函数；其中，该层间变位由建筑物的屋顶的绝对位移减掉建筑物的地面的绝对位移所得；该地面绝对加速度为建筑物的地面地加速度；

B.在震中阶段中，执行一警报程序，其中该警报程序包含以下步骤：

(a)以多个地震感应器测量一地震事件，各地震感应器设置于该建筑物中不同楼层，且于地震事件发生后一段预设时间内检测出一最大加速度感测值、一劲度折减率及一P波最大位移感测值；其中，该劲度为该建筑物的屋顶绝对加速度与该层间变位之间的线性斜率；

(b)利用一主机接收由各地震感应器输出的该最大加速度感测值、该劲度折减率及该P波最大位移感测值，其中在该主机内预设至少一警告规则及对应各警告规则的控制指令，该主机设置于该建筑物中；

(c)该主机根据该最大加速度感测值、该劲度折减率与该P波最大位移感测值，判断出该主机其所在区域受此地震事件威胁的程度及其对应的警告规则，并根据判断出的警告规则发出相对应的控制指令，以控制该建筑物中的多个设备产生警示动作；

C.在震后阶段中，执行一比对程序，判断该建筑物是否因受该地震事件影响而有结构损毁的风险。

2.如权利要求1所述的地震即时警示方法，其特征在于，在步骤(b)中，该主机更进一步根据以下步骤，判断该主机所在区域的对应的警告规则：

(b1)依据储存于该主机中的地震衰减公式估算出该主机所在地的一预测震度；

根据计算出的该主机所在地的该预测震度，判断该主机所在区域的对应的警告规则。

3.如权利要求2所述的地震即时警示方法，其特征在于，在步骤(b)中，该至少一警告规则包含：储存预设的一最大加速度临界值及一P波最大位移临界值。

4.如权利要求3所述的地震即时警示方法，其特征在于，当该地震事件的该最大加速度感测值、该P波最大位移感测值分别大于对应的该最大加速度临界值、该P波最大位移临界值的任意一值时，该主机会发出警告声响，并发送对应的控制指令，该控制指令用以控制至少一家电设备或至少一产线设备。

5.如权利要求4所述的地震即时警示方法，其特征在于，在步骤(b)中，该主机进一步从一数据中心取得该地震事件的震央资讯，其中该主机与该数据中心相连接，该数据中心与该多个地震感应器相连接，该多个地震感应器与该主机相连接；该震央资讯包括该地震事件的震央的经纬度、深度及地震的发生时间。

6.如权利要求5所述的地震即时警示方法，其特征在于，在步骤(b)中更包含以下步骤：

(b2)根据该多个地震感应器的位置及该主机位置计算而得到该地震事件的震央至该主机所在地的距离；

(b3)根据震央到该主机所在地的距离及一震波常数计算出该地震事件产生的P波到达该主机所在地的时间；

根据计算出的震央至该主机所在地的距离、该地震事件产生的P波到达该主机所在地的时间及该主机所在地的该预测震度，判断主机所在区域的对应的警告规则。

7.如权利要求6所述的地震即时警示方法，其特征在于，在步骤(b)中，该警告规则更进一步包含一震度临界值，当该地震事件的最大加速度感测值、P波最大位移感测值及该震度预测值分别对应大于该最大加速度临界值、该P波位移感测值及该震度临界值的任意一值时，该主机会发出警告声响，并发送该控制指令。

8.如权利要求7所述的地震即时警示方法，其特征在于，在步骤(c)中，该警告规则进一步包含：

一建筑风险规则，其储存该主机所在建筑物所能承受的一震度安全值、一最大加速度安全值、一P波最大位移安全值及一位移安全值；

一震度警告规则，其储存一震度临界值；

当该地震事件的震度值大于该震度临界值，该主机会储存地震事件的震度当地值、最大加速度当地值及P波最大位移当地值，并将该些数据与内建于该主机中的该建筑风险规则的数据进行比较，判断该主机所在的建筑物是否因受该地震事件影响而有结构损毁的风险；

当该主机所在建筑物因地震事件所造成的一平均位移值超过该位移安全值时，该主机会记录该平均位移值。

9.如权利要求8所述的地震即时警示方法，其特征在于，该数据中心包含一第一服务器，该第一服务器为中央气象局内提供地震资讯的服务器。

10.如权利要求9所述的地震即时警示方法，其特征在于，该数据中心包含一第二服务器，该第二服务器为可提供地震资讯的云端服务器。

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