CN111323809B - 一种监测海底地震引起海啸的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种监测海底地震引起海啸的装置及方法，其装置包括自下而上分布且彼此相连的底座、悬浮部件和漂浮部件，所述底座相对于海底固定，所述底座安装有地震传感器，所述悬浮部件安装有控制器和水压传感器，所述漂浮部件安装有通讯系统，所述控制器分别与地震传感器、水压传感器和通讯系统电性连接。本发明所提供的装置结构简单、安装方便、易于实现，所提供的方法简单实用，能够更精确地反应海啸到来时水位变化，及时准确进行海啸预警。

Description

一种监测海底地震引起海啸的装置及方法
技术领域
本发明属于海洋监测设备技术领域，具体涉及一种监测海底地震引起海啸的装置及方法。
背景技术
目前海啸预警技术发展不足，不能准确地预测海啸的发生。以往只能通过海底地震数据记录和监测地震处的潮位变化来确定，再由网络发布告知受影响地区海啸的强度和影响区域，从而将海啸所引起的破坏降到最低。但由于海啸观测数据的缺乏、海啸的复杂性和特殊性，至今还没有统一的方法来研究海啸的物理机制，从而精确预测海啸的发生。现有的海啸实时监测系统大多为海面浮标形式，运行方法较为繁琐，精确度有待提高。
中国专利公开号CN105136126A提供一种利用深海海底压力数据进行海啸波侦测的方法。通过深海海底压力数据推算相应的潮位值，再与插值拟合的天文潮潮位值得到差值，从而对海啸波进行分析和判别。但海底压力数据受到多因素作用，海水高度变化造成的水压变化对于海底压力变化的影响不大，通过海底压力变化预测海啸高度精度不高。
中国专利公开号CN106156874B提供一种海啸预测方法以及装置、海啸预警方法以及装置。通过相邻网格之间的传播时间来预测海啸的到达时间，但不能确定海啸的强度从而做出相应的合理防护措施，浪费人力物力。
中国专利公开号CN110320560A提供一种海洋地震和海啸实时监测系统。通过布置在海底的地震水位监测仪将声学信号转化为水位信号，向漂浮布置在海面上的浮体传输水位信号并通过通信卫星与岸基站进行数据传输。但是在海洋环境中受波浪流等多种复杂因素的影响，将声学信号转化为水位信号的精度无法保证。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种监测海底地震引起海啸的装置及方法，其装置结构简单、安装方便、易于实现，其方法简单实用，能够更精确地反应海啸到来时水位变化，及时准确进行海啸预警。
本发明提供了如下的技术方案：
一种监测海底地震引起海啸的装置，包括自下而上分布且彼此相连的底座、悬浮部件和漂浮部件，所述底座相对于海底固定，所述底座安装有地震传感器，所述悬浮部件安装有控制器和水压传感器，所述漂浮部件安装有通讯系统，所述控制器分别与地震传感器、水压传感器和通讯系统电性连接。
优选的，所述底座安装有用于固定的锚杆，所述底座通过第一绳索与所述漂浮部件相连，通过第二绳索与所述悬浮部件相连。
优选的，所述底座的数量至少为3个。
优选的，所述第一绳索和第二绳索均为刚性绳索。
优选的，所述漂浮部件与所述悬浮部件之间通过柔性绳索相连。
优选的，所述漂浮部件安装有蓄电池以及能够为蓄电池提供电能的太阳能板。
优选的，所述底座、悬浮部件和漂浮部件的表面涂覆有防护膜。
一种监测海底地震引起海啸的方法，包括以下步骤：
当地震传感器监测到X克以上的地震波后，控制器工作，收集前Y分钟水压传感器监测到的水压值，且每隔Z分钟收集一次水压值pi(i＝1，2……Y/Z)；
将水压值转化为水深值Hi(i＝1，2……Y/Z)，则(最小水深值Min(Hi)，最大水深值Max(Hi))作为悬浮部件在无海啸作用时的水深范围，此后，每隔1分钟收集一次水压值并转化为水深值H实时；
当连续N次收集到H实时-Max(Hi)＞α米或Min(Hi)-H实时＞α米时，通讯系统发出低级别海啸预警；
当连续N次收集到H实时-Max(Hi)＞β米或Min(Hi)-H实时＞β米时，通讯系统发出中级别海啸预警；
当连续N次收集到H实时-Max(Hi)＞γ米或Min(Hi)-H实时＞γ米时，通讯系统发出高级别海啸预警；
当不再收集到H实时-Max(Hi)＞α米或Min(Hi)-H实时＞α米时，海啸警报解除。
优选的，通过公式Hi＝pi/9.8将水压值转化为水深值。
优选的，所述X的取值范围为0.05～0.2，所述Y的取值范围为5～20，所述Z的取值范围为0.1～5，所述N的取值范围为5～10，所述α的取值范围为4～8，所述β的取值范围为8～16，所述γ的取值范围为16～32。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的监测海底地震引起海啸的方法，当发生海底地震时，能够通过测定距离海平面较近的固定位置处水压力变化值，换算为水深值，从而精确获得海啸造成的海浪高度和其破坏程度，并及时准确地进行海啸预警，简单实用；
(2)与现有技术中通过布置在海底的地震水位监测仪将声学信号转化为水位信号的预警浮标的方法相比，本发明无需进行声学信号转变为水位信号的步骤，直接依据水压传感器中的水压变化来记录数据，采用电信号传输数据，传输更稳定，受波浪流影响较小；
(3)本发明采用水压传感器监测水压变化，由于水压变化受到其它因素影响小，因此能够更精确地反应海啸产生的水位变化，与现有技术中通过相邻网格之间的传播时间来预测海啸的到达时间的方法相比，本发明能够准确得到海啸强度参数；
(4)本发明提供的监测海底地震引起海啸的装置，结构简单，安装方便，成本低，易于实现和应用。
附图说明
图1是监测海底地震引起海啸的装置的结构示意图；
图中标记为：1、底座；1-1、锚杆；1-2、地震传感器；2、悬浮部件；2-1、控制器；2-2、水压传感器；3、漂浮部件；3-1、太阳能板；3-2、蓄电池；3-3、通讯系统；4、第一绳索；5、柔性绳索；6、第二绳索；7、海平面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1所示，一种监测海底地震引起海啸的装置，包括自下而上分布且彼此相连的底座1、悬浮部件2和漂浮部件3，其中底座1和悬浮部件2位于海平面7之下，漂浮部件3位于海平面7之上；底座1相对于海底固定，底座1安装有地震传感器1-2，悬浮部件2安装有控制器2-1和水压传感器2-2，漂浮部件3安装有通讯系统3-3，控制器2-1分别与地震传感器1-2、水压传感器2-2和通讯系统3-3电性连接，控制器2-1用来收集水压力值、并对其进行处理转化为海啸引起的水位变化，在分析水位变化的基础上发出海啸的预警或解除信息。
底座1安装有用于固定的锚杆1-1，通过锚杆1-1可将底座1固定于海底地层；底座1通过第一绳索4与漂浮部件3相连，通过第二绳索6与悬浮部件2相连。第一绳索4和第二绳索6均为刚性绳索，能够提高漂浮部件3和悬浮部件2的稳定性。底座1的数量至少为3个，本实施例中为3个，能够提高各部件的安装稳定性。
漂浮部件3与悬浮部件2之间通过柔性绳索5相连，避免漂浮部件3对悬浮部件2中水压传感器2-2的稳定性产生影响。漂浮部件3安装有蓄电池3-2以及能够为蓄电池3-2提供电能的太阳能板3-1，结构简单，安装方便，蓄电池3-2为整个装置能长期在海洋环境下工作提供保证。
底座1、悬浮部件2和漂浮部件3的表面涂覆有防护膜，能够使部件表面平顺光滑，防止在海洋环境下生物的附着影响装置的正常工作，如采用壳牌研究中心研制成的“Aquatec”无毒涂料。
实施例2
如图1所示，一种监测海底地震引起海啸的方法，包括以下步骤：
当不少于两个的地震传感器1-2监测到0.1g以上的地震波后，悬浮部件2中的控制器2-1工作，收集前10分钟水压传感器2-2监测到的水压值，且每隔1分钟收集一次水压值pi(i＝1，2……Y/Z)；
通过公式Hi＝pi/9.8，将水压值转化为水深值Hi(i＝1，2……Y/Z)，则(Min(Hi)-最小水深值，Max(Hi)-最大水深值)作为悬浮部件2在无海啸作用时的水深范围，此后，每隔1分钟收集一次水压值并转化为水深值H实时；
当连续5次收集到H实时-Max(Hi)＞5m或Min(Hi)-H实时＞5m时，说明海啸引起海水位变化超过5m，则通讯系统3-3发出低级别海啸预警；
当连续5次收集到H实时-Max(Hi)＞10m或Min(Hi)-H实时＞10m时，说明海啸引起海水位变化超过10m，则通讯系统3-3发出中级别海啸预警；
当连续5次收集到H实时-Max(Hi)＞20m或Min(Hi)-H实时＞20m时，说明海啸引起海水位变化超过20m，则通讯系统3-3发出高级别海啸预警；
当不再收集到H实时-Max(Hi)＞5m或Min(Hi)-H实时＞5m时，说明海啸不再引起海水位变化，则海啸警报解除，控制器2-1停止工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种监测海底地震引起海啸的方法，其特征在于，包括监测海底地震引起海啸的装置，所述装置包括自下而上分布且彼此相连的底座、悬浮部件和漂浮部件，所述底座相对于海底固定，所述底座安装有地震传感器，所述悬浮部件安装有控制器和水压传感器，所述漂浮部件安装有通讯系统，所述控制器分别与地震传感器、水压传感器和通讯系统电性连接，所述底座通过第一绳索与所述漂浮部件相连，通过第二绳索与所述悬浮部件相连，所述第一绳索和第二绳索均为刚性绳索；
当发生海底地震时，通过测定距离海平面较近的固定位置处水压力变化值，换算为水深值，从而获得海啸造成的海浪高度和其破坏程度，并进行海啸预警，具体方法包括以下步骤：
当地震传感器监测到X克以上的地震波后，控制器工作，收集前Y分钟水压传感器监测到的水压值，且每隔Z分钟收集一次水压值pi，i＝1，2……Y/Z，所述Y的取值范围为5～20；
将水压值转化为水深值Hi，i＝1，2……Y/Z，则(最小水深值Min(Hi)，最大水深值Max(Hi))作为悬浮部件在无海啸作用时的水深范围，此后，每隔1分钟收集一次水压值并转化为水深值H实时；
当连续N次收集到β米≥H实时-Max(Hi)＞α米或β米≥Min(Hi)-H 实时＞α米时，通讯系统发出低级别海啸预警；
当连续N次收集到γ米≥H实时-Max(Hi)＞β米或γ米≥Min(Hi)-H 实时＞β米时，通讯系统发出中级别海啸预警；
当连续N次收集到H实时-Max(Hi)＞γ米或Min(Hi)-H实时＞γ米时，通讯系统发出高级别海啸预警；
当不再收集到H实时-Max(Hi)＞α米或Min(Hi)-H实时＞α米时，海啸警报解除。
2.根据权利要求 1所述的监测海底地震引起海啸的方法，其特征在于，通过公式Hi＝pi/9.8将水压值转化为水深值。
3.根据权利要求1所述的监测海底地震引起海啸的方法，其特征在于，所述X的取值范围为0.05～0.2，所述Z的取值范围为0.1～5，所述N的取值范围为5～10，所述α的取值范围为4～8，所述β的取值范围为8～16，所述γ的取值范围为16～32，且α＜β＜γ。
4.根据权利要求1所述的监测海底地震引起海啸的方法，其特征在于，所述底座安装有用于固定的锚杆。
5.根据权利要求4所述的监测海底地震引起海啸的方法，其特征在于，所述底座的数量至少为3个。
6.根据权利要求1所述的监测海底地震引起海啸的方法，其特征在于，所述漂浮部件与所述悬浮部件之间通过柔性绳索相连。
7.根据权利要求1所述的监测海底地震引起海啸的方法，其特征在于，所述漂浮部件安装有蓄电池以及能够为蓄电池提供电能的太阳能板。
8.根据权利要求1所述的监测海底地震引起海啸的方法，其特征在于，所述底座、悬浮部件和漂浮部件的表面涂覆有防护膜。
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