CN202025092U - 一种地震监测预警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地震监测预警装置，涉及地震监测预警技术。本实用新型的技术要点是：包括地震信号采集单元、地震信号监控单元与地震信号处理单元、客户端，所述地震信号监控单元用于判断是否发出地震报警信号，其数量大于或者等于2；所述每个地震信号监控单元与大于或者等于2个的地震信号采集单元连接；所有地震信号监控单元与同一个地震信号处理单元相连；所述地震信号处理单元还与客户端有信号连接。本实用新型具有预警可靠性高、时效性好的特点，主要用于铁路系统地震监测预警。

Description

一种地震监测预警装置

技术领域

本实用新型涉及地震监测技术，尤其涉及用于铁路系统的地震监测预警技术。

背景技术

铁路发展

随着我们国家铁路的发展，铁路进行了几次大提速。1997年4月1日零时 中国铁路第一次大面积提速，列车最高运行时速达到了140公里；全国铁路旅客列车提高到时速54.9公里；1998年10月1日第二次大面积提速，快速列车最高运行速度达到了时速160公里；全国铁路旅客列车平均旅行速度达到时速55.2公里；2000年10月21日零时 第三次大面积提速，全国铁路旅客列车平均时速达到60.3公里；2001年10月21日第四次大面积提速，全国铁路旅客列车平均旅行速度达到时速61.6公里； 2004年4月18日零时 第五次大面积提速,几大干线的达到时速200公里，全国铁路旅客列车平均旅行速度达到时速65.7公里；2007年4月18日零时，全国铁路第六次大提速，开行大量时速200公里及以上“和谐号”高速动车组。

地震分析

中国以占世界7%的国土承受了全球33%的大陆强震，是大陆强震最多的国家，20世纪以来，中国共发生6级以上地震近800次，遍布除贵州、浙江两省和香港特别行政区以外所有的省、自治区、直辖市，死于地震的人数达55万之多，占同期全球地震死亡人数的53%。中国人常为“我们用占世界7%的土地，养活了占世界22%的人口”而自豪，却很少有人知道中国这7%的国土上也承受了全球33%的大陆强震，是世界上大陆强震最多的国家。

地震发生时会产生纵波和横波两种震波，纵波传播速度快、消散的也快，传播速度大约为7至8公里每秒，会引起地面上下震动，同时其危害的范围较小、危害的程度也较轻，由于纵波只造成地面的上下震动，其震动方向与地面建筑物的承重受力方向一致，易引起建筑物在纵向的架构松动，所以造成的危害相对较轻。横波传播的速度较慢，传播速度大约为4至5公里每秒，而且震荡延续的时间较长，由于对地面建筑物的横向作用力大，所以造成的危害也必然较大。

随着铁路快速发展，列车运行速度越来越快，即将进入高速列车时代，这将大大提高对铁路安全防灾的要求。近年来全球地震灾害的频发，对铁路运行的安全产生了极大影响，特别是中国是个地震灾害频发的国家，但是，我国铁路尚未建立基于地震灾害的安全预警体系，以防止或减轻地震灾害对铁路运输安全所造成的危害。因此，随着我国铁路的快速发展， 为确保列车运营安全，对铁路线应采取地震灾害预警及应急预案处置措施是必须的，也是刻不容缓的。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，有必要提出一种更可靠、预警时效性更好的地震监测方案。

本实用新型采用的技术方案是这样的：一种地震监测预警装置，包括地震信号采集单元、地震信号监控单元与地震信号处理单元、客户端，所述地震信号监控单元数量大于或者等于2；所述每个地震信号监控单元与大于或者等于2个的地震信号采集单元相连；所有地震信号监控单元与同一个地震信号处理单元连接；所述地震信号处理单元还与客户端连接。

优选地，所述地震信号处理单元包括通信服务器、消息服务器、报警模块、数据库服务器；所述通信服务器与地震信号监控单元连接；所述通信服务器还与数据库服务器有信号线路连接；所述消息服务器一方面与通信服务器有信号线路连接，一方面与客户端通信有信号线路连接，一方面与报警模块有信号线路连接；所述报警模块还与数据库服务器有信号线路连接；。

优选地，所述通信服务器、消息服务器、报警模块、数据库服务器存在于一个服务器计算机中；所述数据库服务器的存储设备为磁盘阵列。

优选地，还包括交换机三，所述服务器计算机为2个；所述2个服务器计算机与交换机三之间有网络连接；所述两个服务器计算机还同时与磁盘阵列有信号线路连接；2个服务器计算机之间有心跳网络连接。

优选地，所述地震信号监控单元包括主控制器、备用控制器；大于或者等于2个所述的震动信号采集单元分别与主控制器有信号线路连接，各震动信号采集单元还同时与备用控制器有信号线路连接；所述主控制器与备用控制器之间有心跳网络连接；所述地震信号处理单元的通信服务器同时与主控制器和备用控制器有信号线路连接。

优选地，还包括交换机一与交换机二，所述的每个震动信号采集单元都与交换机一有信号线路连接，每个震动信号采集单元信号同时都与交换机二有信号线路连接，各交换机与局域网或互联网连接，所述两个交换机同时与主控制器有信号线路连接，两个交换机还同时与备用控制器有信号线路连接。

优选地，震动信号采集单元为强震仪。

优选地，连接于同一地震信号监控单元的任意两台强震仪直线距离大于或等于40m。

优选地，主控制器、备用控制器的输出端还同时接有开关电路的输入端，所述开关电路的输出端与逻辑判断电路的信号输入端连接，所述逻辑判断电路的其他信号输入端还与至少一个相邻地震信号监控单元中开关电路输出端连接，逻辑判断电路输出控制驱动信号。

优选地，所述开关电路为继电器。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.每个监控单元采用至少两个强震仪，进一步减小环境噪声和人为的影响；

2.不论是在地震信号监控单元还是地震信号处理单元都采用邻站联判的方式，判断设定时间间隔内是否有本站地震报警信号与至少一个邻站地震报警信号发出，有效降低误报率；

3.本发明在保证预警准确性的基础上，直接由逻辑判断电路判断是否发生了地震并立即输出驱动控制信号到列控或者牵引变电中心，而非等到地震信号处理单元判断发生地震再做出驱动控制动作，具有较高的时效性；

4.将监控单元、服务器计算机、地震信号监控单元的交换机等关键设备采用双机热备的方式进行工作，同时系统具备自身状态监测和故障报警功能，有效提高了系统工作的可靠性；

5.在监测过程中，具有地址设置与时间同步环节，保证了各地震信号监控单元时间一致，确保了地震信号处理单元做出地震报警信号的准确性，另一方面地震信号处理单元在接到报警信息后能准确找出发出报警的地点，从而进一步提高了系统预警的时效性与可靠性。

附图说明

图1是本实用新型中地震监测设备的系统总结构示意图。

图2是本实用新型中地震监测设备的地震信号监控单元原理框图。

图3是本实用新型中地震监测设备的地震信号处理单元原理框图。

图4是本实用新型中地震监测设备的地震信号处理单元硬件设备结构框图。

图5是本实用新型中地震信号监控单元工作流程图。

图6是本实用新型中地震信号处理单元的通信服务器工作流程图。

图7是本实用新型中地震信号处理单元的报警模块修改地震信号监控单元工作状态工作流程图。

图8是本发明中地震信号处理单元的报警模块发出收到地震消息后的工作流程图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1，包括震动信号采集单元、地震信号监控单元与地震信号处理单元、客户端；所述地震信号监控单元用于判断是否发出地震报警信号，其数量大于或者等于2；所述每个地震信号监控单元与大于或者等于2个的震动信号采集单元连接；所有地震信号监控单元与同一个地震信号处理单元相连；所述地震信号处理单元还与客户端有信号连接。接下来分别介绍各个模块的电路连接及工作原理。

震动信号采集单元

选用市场上已有的强震仪，包括安装于监测点地下混凝土墩的地震传感器与安装于混凝土墩旁的振动记录器；其中地震传感器为三分量加速度传感器，采集来自x、y、z三个方向上的震动信号。震动信号采集单元是整个系统的输入模块，安装于铁路沿线各个制定监控点，无差别的拾取监控点的震动信息，并根据地震防灾系统的技术需求，有选择的将检测到的震动信息发送到监控单元做初期处理，之后转发至服务器。本实施例中，选用2个强震仪与地震信号监控单元连接，且2个强震仪之间的直线距离可设为40m或者更远。

地震信号监控单元

包括主控制器、备用控制器；大于或者等于2个所述的震动信号采集单元信号都输出给交换机一，每个震动信号采集单元信号同时都输出给交换机二，各震动信号采集单元通过交换机接入互联网，所述两个交换机同时与主控制器有信号连接，两个交换机还同时与备用控制器有信号连接。交换机的作用是将震动信号采集单元接入互联网或者局域网；在同一时刻，两个交换机都接收所有震动信号采集单元输出的信号，同时向主控制器和备用控制器输出震动信号采集单元采集的信号；所述主控制器与备用控制器之间有心跳网络连接，两者相互向对方传输自己的工作状态信息；在同一时刻主控制器与备用控制器都接收交换机输出的信号，但只有其中一台工作控制器有信号输出，另一台控制器无信号输出，且主控制器与备用控制器之间相互发送自己的工作状态信息，当其中一台出现故障时，切换至另一个控制器工作。见图2。主控制器或备用控制器由工业计算机实现。

震动信号采集单元采集震动信号，并通过交换机一或交换机二向主控制器或备用控制器传输震动信号；主控制器或备用控制器通过将2个强震仪输出的数据进行校验可以滤除部分噪音。

主控制器或者备用控制器判断在设定的时间间隔内是否有至少两个震动信号采集单元采集的震动信号值大于设定的阈值：若是，主控制器或者备用控制器则向开关电路与地震信号处理单元的通信服务器输出本站地震报警信号；若否，主控制器或者备用控制器则不输出本站地震报警信号；开关电路收到主控制器或者备用控制器其中一个传来的本站地震报警信号后，开关电路由断路变为导通状态，将本站地震报警信号输出给逻辑控制电路，逻辑控制电路还接收至少一个邻站地震信号监控单元中开关电路输出的地震报警信号，逻辑判断电路在设定的时间间隔内同时收到本站地震报警及至少一个邻站地震报警信号时输出驱动控制信号以驱动列控或者牵引变电中心；主控制器或者备用控制器还通过无线或者有线网络将地震报警信号传输给地震信号处理单元；所述开关电路可以由继电器来实现。所述的设定的时间间隔可以为50ms。

主控制器或者备用控制器还用于接收并执行地震信息处理中心传来的控制消息，具体步骤是这样的：首先判断地震信号处理单元发出的指令是否是记录地震数据的命令：若是，则记录地震数据；若不是记录地震数据的命令，判断指令是否是自检指令：若是，则启动自我工作状态检测，并返回自检得到的工作状态信息，所述的工作状态有：正常/故障/中断/屏蔽；若不是自检指令，则判断该指令是否是位置设置指令：若是，则根据指令修改本地震信号监控单元的位置信息；若不是位置设置指令，则判断指令是否是时间同步指令：若是，则进行时间校准；若不是时间同步指令，则判断指令是否是发送实时数据指令：若是，则启动实时数据线程，将震动信号采集单元采集的数据实时传输给地震信号处理单元中的通信服务器。见图5。

所述的位置设置指令，地震信号处理单元向地震信号监控单元发出的位置设置的指令，如：地震信号监控单元设置在铁路的某个点，如K6+100，这种公里点，当这个设置点变化后，地震信号处理单元需要将新的位置信息传输地震信号监控单元。

所述时间同步指令，包含当前时间信息的指令，是通信服务器在收到地震信号监控单元传来的时间同步请求后，将当前时间封装成消息，放到消息服务器的下发给监控单元的消息队列中，通信服务器从消息服务器中再取出这条消息，发送给发出时间同步请求的地震信号监控单元，地震信号监控单元根据时间同步指令中的当前时间校准自己的时间。

地震信号处理单元

所述地震信号处理单元包括通信服务器、消息服务器、报警模块、数据库服务器；所述通信服务器与地震信号监控单元有数据通信；所述通信服务器还与数据库服务器有数据通信；所述消息服务器一方面与通信服务器有数据通信，一方面与客户端通信，一方面还与报警模块有数据通信；所述报警模块还与数据库服务器有数据通信。见图3。

所述通信服务器、消息服务器、报警模块、数据库服务器由一台服务器计算机来实现，本实施例选用IBM X3650 M3服务器作为服务器计算机；数据库服务器的存储器采用IBM DS3400磁盘阵列实现。

为了提高系统的可靠性，本实施方式对实现通信服务器、消息服务器、报警模块、数据库服务器的服务器计算机进行了双机热备（两台同样的设备在工作中处于开机状态，两台设备都有信号输入，但是同一时刻只有其中一台，又称主设备有信号输出，当有信号输出的主设备出现故障时，由备用设备执行主设备的工作），具体来说：地震信号处理单元硬件部分包括：两台IBM X3650 M3服务器和1台IBM DS3400磁盘阵列，1台交换机。

见图4，地震信号处理单元硬件连接方式：两台服务器计算机用有线或者无线网络与交换机相连，通过网络对外提供服务。两台服务器计算机用数据线与磁盘阵列相连。此外，两台服务器计算机之间接有心跳网络，两台服务器计算机之间通过心跳网络互通彼此的工作状态。

地震信号处理单元的工作原理为：

见图6，通信服务器一方面接收从地震信号监控单元上传的各种数据，封装成java消息，发往消息服务器的不同消息队列，供客户端以及报警模块使用。通信服务器判断地震信号监控单元上传的数据是否为地震数据：若是将地震数据写入数据库服务器；若否，再判断该数据是否是时间同步请求：若是，则将当前时间封装成消息发送至消息服务器；若也不是时间同步请求，则将数据直接封装成消息发往消息服务器。同时，通信服务器读消息服务器中的从客户端发往地震信号监控单元的消息，封装成TCP数据包，发往对应的地震信号监控单元。

消息服务器接收并存放通信服务器、报警模块以及客户端发来的消息，并供这些模块使用。

见图7，报警模块一方面监听消息服务器中地震信号监控单元的状态队列，当收到地震信号监控单元的工作状态信息后，修改数据库服务器中对应的地震信号监控单元工作状态（正常/故障/中断/屏蔽）；与此同时，报警模块监听消息服务器中的报警消息队列，见图8，若接收到一条地震报警信号，判断收到地震报警信号的时间是否在本次地震的时间范围内：若是，不处理此地震报警信号；若否，则在报警列表中查找是否有与发出当前地震报警信号的地震信号监控单元相邻的地震信号监控单元在设定时间间隔内发出的报警消息：若有，则向消息服务器发出地震消息，同时向所有的监控单元发出记录地震数据的命令，然后清空报警列表中所有的地震报警信号；若否，则将该地震报警信号存入报警列表；消息服务器将报警模块发出的地震消息报告给客户端。

数据库服务器用来存储地震数据供客户端查询，同时，存储各监控单元的当前状态信息，供客户端和报警模块使用。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种地震监测预警装置，包括地震信号采集单元、客户端，其特征在于，还包括地震信号监控单元与地震信号处理单元，所述地震信号监控单元数量大于或者等于2；所述每个地震信号监控单元与大于或者等于2个的地震信号采集单元相连；所有地震信号监控单元与同一个地震信号处理单元连接；所述地震信号处理单元还与客户端连接。

2.根据权利要求1所述的一种地震监测预警装置，其特征在于，所述地震信号处理单元包括通信服务器、消息服务器、报警模块、数据库服务器；所述通信服务器与地震信号监控单元连接；所述通信服务器还与数据库服务器有信号线路连接；所述消息服务器一方面与通信服务器有信号线路连接，一方面与客户端有信号线路连接，一方面还与报警模块有信号线路连接；所述报警模块还与数据库服务器有信号线路连接。

3.根据权利要求2所述的一种地震监测预警装置，其特征在于，所述通信服务器、消息服务器、报警模块、数据库服务器存在于一个服务器计算机中；所述数据库服务器的存储设备为磁盘阵列。

4.根据权利要求3所述的一种地震监测预警装置，其特征在于，还包括交换机三，所述服务器计算机为2个；所述2个服务器计算机与交换机三之间有网络连接；所述两个服务器计算机还同时与磁盘阵列有信号线路连接；2个服务器计算机之间有心跳网络连接。

5.根据权利要求2所述的一种地震监测预警装置，其特征在于，所述地震信号监控单元包括主控制器、备用控制器；大于或者等于2个所述的震动信号采集单元分别与主控制器有信号线路连接，各震动信号采集单元还同时与备用控制器有信号线路连接；所述主控制器与备用控制器之间有心跳网络连接；所述地震信号处理单元的通信服务器同时与主控制器和备用控制器有信号线路连接。

6.根据权利要求5所述的一种地震监测预警装置，其特征在于，还包括交换机一与交换机二，所述的每个震动信号采集单元都与交换机一有信号线路连接，每个震动信号采集单元信号同时都与交换机二有信号线路连接，各交换机与局域网或互联网连接，所述两个交换机同时与主控制器有信号线路连接，两个交换机还同时与备用控制器有信号线路连接。

7.根据权利要求1或5或6所述的一种地震监测预警装置，其特征在于，震动信号采集单元为强震仪。

8.根据权利要求7所述的一种地震监测预警装置，其特征在于，连接与同一地震信号监控单元的任意两台强震仪直线距离大于或等于40m。

9.根据权利要求5所述的一种地震监测预警装置，其特征在于，主控制器、备用控制器的输出端还同时接有开关电路的输入端，所述开关电路的输出端与逻辑判断电路的信号输入端连接，所述逻辑判断电路的其他信号输入端还与至少一个相邻地震信号监控单元中开关电路输出端连接，逻辑判断电路输出控制驱动信号。

10.根据权利要求9所述的一种地震监测预警装置，其特征在于，所述开关电路为继电器。

Images