CN112882089B - 基于地球变化磁场的地震预报系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于地球变化磁场的地震预报系统，包括：低频磁场前端观测设备以及多层级设置的分析预报系统，每层级的所述分析预报系统至少包括一个分析预报服务器；相邻层级的分析预报服务器中，高层级的分析预报服务器连接多个低层级的分析预报服务器，最低层级的分析预报服务器连接多个低频磁场前端观测设备；多个低频磁场前端观测设备用于采集不同测试点的地球低频磁场数据。各测点同一时段的数据块之间进行空间关联，将取得的空间关联结果存储于对应的数据结构中，所述数据结构中还包括时间信息、地质构造信息、地理信息与震级信息。提高地震短临预报的成功率。
Description
技术领域
本发明涉及地震观测领域，更具体地，涉及一种基于地球变化磁场的地震预报系统。
背景技术
目前，地震短临预报一直非常困难。时间、地点、震级作为地震预报的三要素，全球范围内，目前仅预报其中的一、二个要素都十分困难。
目前，地震前兆监测的主流方法有三大类，分别为流体观测、形变观测和磁电观测。其中，流体观测受外界的干扰与不确定因素很多；形变观测数据质量高，但一般作为中长期预报的依据；而磁电观测，在现有条件与观测环境下有重大观测价值的测项并不多。
因此，迫切需要一种能够高准确度实现短临预报的地震监测系统。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于地球变化磁场的地震预报系统，实现提高地震短临预报的成功率。
为实现上述目的，本发明提出了一种基于地球变化磁场的地震预报系统，利用地球变化的磁场来预报地震的发生，该系统包括：低频磁场前端观测设备以及多层级设置的分析预报系统，每层级的所述分析预报系统至少包括一个分析预报服务器；
相邻层级的分析预报服务器中，高层级的分析预报服务器连接多个低层级的分析预报服务器，最低层级的分析预报服务器连接多个所述低频磁场前端观测设备；
多个所述低频磁场前端观测设备用于采集不同测试点的地球低频磁场数据。
可选地，各层级的分析预报系统首先完成本层级内的数据采集、数据预处理，以及不同层级之间的数据同步，之后将某时段内预处理后的数据定义为一个数据块，并对各测点同一时段的数据块之间进行空间关联，将取得的空间关联结果存储于对应的数据结构中，所述数据结构中还包括时间信息、地质构造信息、地理信息与震级信息。
可选地，所述观测前端包括数字主机以及与所述数字主机连接的三个低频磁场传感器，所述数字主机与最低层级的分析预报服务器连接，所述数字主机用于采集所述低频磁场传感器的传感数据。
可选地，所述低频磁传感器包括外壳以及设置于所述外壳内的磁棒、工作线圈、标定线圈和用于低频信号处理的前级电路。
可选地，所述工作线圈缠绕于所述磁棒的外部，所述标定线圈缠绕于所述工作线圈的外部。
可选地，所述前级电路包括信号放大模块、滤波模块和驱动模块；
所述工作线圈的两个接线端与所述前级电路的输入端电连接；所述标定线圈的两个接线端连接于外壳引出端子；
所述前级电路的外部连接端口从所述外壳引出。
可选地，三个所述低频磁场传感器中任意两个低频磁场传感器的线圈轴向互相垂直。
可选地，三个所述低频磁场传感器分开布设或集成在一起。
可选地，所述数字主机包括滤波模块、采集模块、信号源模块、通讯模块和电源模块；
所述滤波模块与所述低频磁传感器的所述前级电路连接，所述采集模块与所述滤波模块连接，所述信号源模块、所述采集模块与所述通信模块连接；
所述滤波模块、所述采集模块、所述信号源模块、所述通讯模块分别与所述电源模块连接。
可选地，各层级的所述分析预报服务器均安装有分析预报软件系统，所述分析预报软件系统基于AI地震预测模型对所述数据结构中数据进行分析，并进行地震预测。
本发明的有益效果在于：
通过采用低频磁场前端观测设备采集地球低频磁场数据，并采用分析预报系统对地球低频磁场数据进行分析并对地震预报，利用低频段地球磁场的变化作为观测物理量，地震监测结果直观，同时采用多层级分析预报服务器的可扩展形式，可以实现覆盖大面积区域甚至全球的地震观测网络，在地震前兆短临观测中成功率高，并且可以广泛应用于矿山、地质等自然灾害的短临预报。
本发明的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种基于地球变化磁场的地震预报系统示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的一种基于地球变化磁场的地震预报系统中低频磁场传感器的结构示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的一种基于地球变化磁场的地震预报系统中数字主机的结构图。
附图标记说明：
1-低频磁场前端观测设备，2-分析预报服务器，11-低频磁场传感器，12-数字主机，101-外壳，102-磁棒，103-工作线圈，104-标定线圈，105-前级电路，201-滤波模块，202-采集模块，203-信号源模块，204-通讯模块，205-电源模块。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种基于地球变化磁场的地震预报系统示意图。
如图1所示，一种基于地球变化磁场的地震预报系统，利用地球变化的磁场来预报地震的发生，该系统包括：低频磁场前端观测设备1以及多层级设置的分析预报系统，每层级的分析预报系统至少包括一个分析预报服务器2；
相邻层级的分析预报服务器2中，高层级的分析预报服务器2连接多个低层级的分析预报服务器2，设于最低层级的分析预报服务器2连接多个低频磁场前端观测设备1；
多个所述低频磁场前端观测设备1用于采集不同测试点的地球低频磁场数据。
具体地，本系统采用分层结构，由若干个前端观测设备1与一个基层分析预报服务器组成最基层一级的分析预报系统。若干最基层一级的分析预报系统与中间一级的分析预报服务器组成高一级的分析预报系统，直至构成最高一级分析预报系统，最终形成覆盖全球的分析预报系统网络。
本实施例中，各层级的分析预报系统首先完成本层级内的数据采集、数据预处理，以及不同层级之间的数据同步，之后将某时段内预处理后的数据定义为一个数据块，并对各测点同一时段的数据块之间进行空间关联，将取得的空间关联结果存储于对应的数据结构中，所述数据结构中还包括时间信息、地质构造信息、地理信息与震级信息。
具体地，各层级构成的分析预报系统都具有一个数据库，该数据库一方面记录该级系统内所有设备的采集原始数据，一方面记录该分析预报系统的中间处理数据。
本实施例中，各层级的分析预报服务器均安装有分析预报软件系统，分析预报软件系统基于AI地震预测模型对数据结构中数据进行分析，并进行地震预测。
具体地，可以采用基于现有或本系统采集的发生地震时的地球低频磁场数据作为训练数据，对AI地震预测模型进行训练，利用完成训练的AI地震预测模型基于采集的地球低频磁场数据与中间处理数据对地震进行预测。
本实施例中，前端观测设备1包括数字主机12以及与数字主机12连接的三个低频磁场传感器11，数字主机12与最低层级的分析预报服务器2连接，数字主机12用于采集低频磁场传感器11的传感数据。
本实施例中，低频磁场前端观测设备1的三个低频磁场传感器11中任意两个低频磁场传感器11的线圈轴向互相垂直，例如在布置当地的大地坐标系中三个低频磁场传感器11的线圈轴向分别沿x、y、z轴设置，将三个低频磁场传感器11组成三维观测空间。三个低频磁场传感器11可以分开布设或集成在一起。
参考图2，本实施例中，低频磁传感器包括外壳101以及设置于外壳101内的磁棒102、工作线圈103、标定线圈104和用于低频信号处理的前级电路105。工作线圈103缠绕于磁棒102的外部，标定线圈104缠绕于工作线圈103的外部。
前级电路105设置于外壳101的内部，前级电路105包括信号放大模块、滤波模块201和驱动模块；工作线圈103的两个接线端与前级电路105的输入端电连接，标定线圈104的两个接线端连接于外壳引出端子；前级电路105的外部连接端口从外壳101引出。
其中，磁棒102的材质为铁磁质材料。工作线圈103采用匝数为数几千到数万匝的铜漆包线绕制而成，标定线圈104采用匝数为数几百到数千匝的铜漆包线绕制而成。工作线圈103的两个接线端以及标定的两个接线端与前级电路105的输入端通过接线柱连接或焊接方式连接。外壳101的材质为绝缘材质，例如塑料等。需要说明的是前级电路105中的信号放大模块、滤波模块201和驱动模块本领域技术人员容易实现，此处不再赘述。
低频磁传感器的工作原理为：
根据电磁感应定律：
Vi＝n·dΦ/dt
其中，Vi是线圈感应电压，n为工作线圈103匝数，Φ为磁通量；
当地磁场发生低频变化时，传感器感应的磁通量变化导致工作线圈103的输出感应电压至前级电路105，前级电路105中的滤波模块201进行滤波处理，放大模块对感应电压信号进行放大处理后输出至外部设备，能够有效提高低频观测灵敏度。
本发明的低频磁传感器可以实现0.01～20赫兹的超低频观测频率范围，以及20uv/Hz﹒nt的低频观测灵敏度。相较于现有低频磁传感器实现了观测更低的低频频率范围，并有效提高传感器的低频观测灵敏度。
参考图3，本实施例中，数字主机12包括滤波模块201、采集模块202、信号源模块203、通讯模块204和电源模块205；
滤波模块201与低频磁传感器的前级电路105连接，采集模块202与滤波模块201连接，信号源模块203、采集模块202与通信模块连接；
滤波模块201、采集模块202、信号源模块203、通讯模块204分别与电源模块205连接。
具体地，数字主机12的采集模块202的分辨率为24位，数字主机12的采集精度为10uV，采集速率最高500次/秒/通道，具备网络校时功能，优于1ms/d。并具有GPS校时接口，同时支持TCP/IP协议，支持WEB方式访问管理仪器，支持FTP方式访问管理仪器，还支持远程更新程序功能。其中，信号源模块产生标定传感器所需的标准信号。
需要说明的是，低频磁传感器使用时，需要定期使用标定装置通过标定线圈104或外部磁场源对传感器进行标定，以确保测量的准确性。使用标定线圈标定时，从标定线圈104输入正弦波电流，在工作线圈103测量正弦波输出电压。
综上，本发明采用低频段地球磁场的变化作为观测物理量，物理意义明确，地震监测结果直观，在地震前兆短临观测中成功率高，并且可以广泛应用于矿山、地质等自然灾害的短临预报。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (7)
1.一种基于地球变化磁场的地震预报系统，其特征在于，利用地球变化的磁场来预报地震的发生，该系统包括：低频磁场前端观测设备以及多层级设置的分析预报系统，每层级的所述分析预报系统至少包括一个分析预报服务器；
相邻层级的分析预报服务器中，高层级的分析预报服务器连接多个低层级的分析预报服务器，最低层级的分析预报服务器连接多个所述低频磁场前端观测设备；
多个所述低频磁场前端观测设备用于采集不同测试点的地球低频磁场数据；
所述观测前端包括数字主机以及与所述数字主机连接的三个低频磁场传感器，所述数字主机与最低层级的分析预报服务器连接，所述数字主机用于采集所述低频磁场传感器的传感数据；三个所述低频磁场传感器中任意两个低频磁场传感器的线圈轴向互相垂直；所述低频磁传感器具有0.01～20赫兹的超低频观测频率范围，以及20uv/Hz﹒nt的低频观测灵敏度；
各层级的所述分析预报服务器均安装有分析预报软件系统，所述分析预报软件系统基于AI地震预测模型对数据结构中数据进行分析，并进行地震预测。
2.根据权利要求1所述的基于地球变化磁场的地震预报系统，其特征在于，各层级的分析预报系统首先完成本层级内的数据采集、数据预处理，以及不同层级之间的数据同步，之后将某时段内预处理后的数据定义为一个数据块，并对各测点同一时段的数据块之间进行空间关联，将取得的空间关联结果存储于对应的数据结构中，所述数据结构中还包括时间信息、地质构造信息、地理信息与震级信息。
3.根据权利要求1所述的基于地球变化磁场的地震预报系统，其特征在于，所述低频磁传感器包括外壳以及设置于所述外壳内的磁棒、工作线圈、标定线圈和用于低频信号处理的前级电路。
4.根据权利要求3所述的基于地球变化磁场的地震预报系统，其特征在于，所述工作线圈缠绕于所述磁棒的外部，所述标定线圈缠绕于所述工作线圈的外部。
5.根据权利要求3所述的基于地球变化磁场的地震预报系统，其特征在于，所述前级电路包括信号放大模块、滤波模块和驱动模块；
所述工作线圈的两个接线端与所述前级电路的输入端电连接，所述标定线圈的两个接线端连接于外壳引出端子；
所述前级电路的外部连接端口从所述外壳引出。
6.根据权利要求1所述的基于地球变化磁场的地震预报系统，其特征在于，三个所述低频磁场传感器分开布设或集成在一起。
7.根据权利要求4所述的基于地球变化磁场的地震预报系统，其特征在于，所述数字主机包括滤波模块、采集模块、信号源模块、通讯模块和电源模块；
所述滤波模块与所述低频磁传感器的所述前级电路连接，所述采集模块与所述滤波模块连接，所述信号源模块、所述采集模块与所述通讯模块连接；
所述滤波模块、所述采集模块、所述信号源模块、所述通讯模块分别与所述电源模块连接。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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