TWI764229B - 地震監測系統及地震監測方法 - Google Patents

Abstract

一種地震監測系統包含第一監視器、第二監視器和電腦系統。第一監視器用以拍攝置於建築物的第一樓板上的參考點，以產生第一初始影像以及第一影像串流。第二監視器用以拍攝該參考點，並用以產生一第二初始影像及一第二影像串流。電腦系統用以根據第一及第二影像串流計算得到第一樓板和第二樓板之間的相對位移，並依據該相對位移輸出一警示訊息。此外，一種地震監測方法亦在此揭露。

Description

地震監測系統及地震監測方法

本揭示內容是有關於一種地震監測系統，特別是有關於一種用監視器來量測建築物損壞程度的地震監測系統。

臺灣位於菲律賓海板塊和歐亞板塊交界處，而菲律賓海板塊每年朝西北碰撞歐亞板塊造成地震頻傳。地震常常為建築物帶來很多意外的損毀和對人們生命造成很大的威脅，像是集集大地震就造成很多建築物的倒塌變形還有很多人的喪命。

想要避免地震對人們、住所甚至其他的建築物造成任何的傷害，最好的方法莫過於對地震提高警覺，在有小型地震發生時先行疏散，或在地震過後檢查建築物損害的程度並加以修復，以防止建築物的安全性逐漸下降。

為了解決上述問題，本案的一態樣係提供一種地震監測系統，地震監測系統包含第一監視器、第二監視器和電腦系統。第一監視器用以拍攝置於建築物的第一樓板上的參考點，以產生第一初始影像以及第一影像串流。第一監視器設置於建築物之第二樓板。第二監視器，設置於該建築物之該第二樓板與該第一監視器相隔配置，該第二監視器用以拍攝該參考點，該第二監視器用以產生一第二初始影像及一第二影像串流。電腦系統用以根據第一及第二影像串流計算得到第一樓板和第二樓板之間的相對位移，並依據該相對位移輸出一警示訊息。

本案的又一態樣係提供一種地震監測的方法，其包含：藉由第一監視器拍攝置於建築物的第一樓板上的參考點，以產生第一初始影像以及第一影像串流；藉由一第二監視器拍攝置於該建築物的該第一樓板上的該參考點，以產生一第二初始影像以及一第二影像串流；根據該第一及第二影像串流決定該參考點之位移，並基於該參考點之位移得出一相對位移；以及依據該相對位移輸出一警示訊息。

在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞（terms），除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

在本文中，使用第一、第二與第三等等之詞彙，是用於描述各種元件、組件、區域、層與/或區塊是可以被理解的。但是這些元件、組件、區域、層與/或區塊不應該被這些術語所限制。這些詞彙只限於用來辨別單一元件、組件、區域、層與/或區塊。因此，在下文中的一第一元件、組件、區域、層與/或區塊也可被稱為第二元件、組件、區域、層與/或區塊，而不脫離本發明的本意。

參照第1圖，第1圖為根據本案一些實施例所繪示之一種地震監測系統100的功能方塊示意圖。於一實施例中，地震監測系統100包含監視器120、路由器130、電腦系統140和警示系統150。監視器120用以擷取參考點之連續影像。路由器130和監視器120連接，且用以接收來自監視器120的訊息。電腦系統140連接至路由器130以及警示系統150，且用以接收來自路由器130的訊息。若電腦系統140判斷此訊息中之數值（例如為後述的損壞程度）高於臨界值，電腦系統140傳送警示訊息至警示系統150。警示系統150在接收到來自電腦系統140的警示訊息時，將其傳送至相關人員。

於一些實施例中，監視器120設置於建築物之一樓。於一些實施例中，監視器120包含防盜監視器、一種可以記錄一連串影像之攝影機、控制大樓人數流量之攝影機或可以連續拍照之照相機。上述關於監視器120之實施方式僅為示例，並不限於此，任何可以擷取連續影像之裝置皆在本揭示內容所保護的範圍內。

於第1圖中，監視器120用以擷取一個初始影像和連續的影像串流，其中初始影像即在未發生地震之前監視器120所擷取到的影像，連續的影像串流即在地震期間內連續擷取的多張照片。接著，初始影像以及於每個時間點由監視器120所擷取的影像傳送至路由器130。路由器130更經由一網路線連接至電腦系統140，電腦系統140連接至警示系統150。於一實施例中，電腦系統140接收來自路由器130的資訊(即包含初始影像以及監視器120所擷取的影像等資訊)。電腦系統140根據上述資訊運算得出相鄰樓板水平向之相對位移比，再根據相鄰樓板水平向之相對位移比決定是否傳送警示訊息至警示系統150以通報相關人員。

於一些實施例中，電腦系統140包含顯示模組141、影像集錄器142、運算模組143、輸出模組144和供電模組145。顯示模組141用以顯示所接收到的影像和訊息。於一些實施例中，顯示模組141可以由螢幕或其他各種可以顯示影像畫面的電子裝置實現。影像集錄器142用以將所接收到的影像收錄供運算模組143使用。於一些實施例中，影像集錄器142可以由紀錄器或其他各種可以收集影像的電子裝置實現。

運算模組143用以根據所接收到來自路由器130的訊息計算出一個相鄰樓板水平向之相對位移比。接著，運算模組143根據相鄰樓板水平向之相對位移比判斷建築物損壞之程度。當損壞之程度超過一臨界值時，輸出模組144將一個警示訊息輸出至警示系統150。供電模組145用以提供電能供電腦系統140使用。

於一些實施例中，運算模組143可以由處理器或其他各種可以計算的電子裝置實現。於一些實施例中，輸出模組144可以由通用輸入輸出(GPIO)介面或其他各種可以用於將資料傳輸至外部系統的裝置或傳輸介面實現。於一些實施例中，供電模組145可以由電源轉換器或其他各種可以對電腦系統供電的電子裝置實現。

上述關於電腦系統140的實現方式僅為示例。各種可執行與電腦系統140相同操作的實現方式皆在本案所涵蓋的範圍。

於一實施例中，警示系統150包含一或多個警示單元（未繪示）和一個記憶體單元（未繪示）。於一些實施例中，記憶體單元儲存有預設的警示訊息(例如為警示響鈴聲)，且警示單元(例如擴音器)用以播放警示訊息。當電腦系統140之警示訊息傳送至警示系統150時，警示系統150透過一或多個擴音器將警示響鈴聲廣播至建築物內之各層各戶，以利快速通知所有人員進行疏散。於一實施例中，警示系統150包含一通訊系統（未繪示）。通訊系統用以在收到電腦系統140之警示訊息時，發送簡訊或傳送語音訊息以通知相關人員。相關人員可以是醫院、消防隊、保全和建築物安全評估人員。當建築物的損壞情形較嚴重時，醫院和消防隊之人員可透過上述簡訊或語音訊息得知建築物的損壞情形，並據以判斷需派出救護車或消防車之數量以及緊急程度，以增加協助救援的效率。當建築物的損壞情形相對輕微時，建築物安全評估人員可透過上述簡訊或語音訊息得知建築物的損壞情形，以在建築物沒有明顯毀損時先行評估建築物需要進行維修之急迫性或必須採取之相應措施。

參照第2A圖，第2A圖為根據本案一些實施例所繪示之一種第1圖中地震監測系統之監視器於正常狀況下的配置示意圖。在第2A圖中，示出兩組監視器組210及220。雖然本實施例中僅具有兩組監視器，但本揭示內容並不限於此，任何數量的監視器皆在本揭示內容所涵蓋的範圍內。

於一些實施例中，監視器組210和監視器組220設置於第二樓板上(例如一樓之天花板上)且彼此間隔一距離，而參考點230位於第一樓板上(例如一樓之地板上)。於一些實施例中，監視器組210和監視器組220之監視範圍足以涵蓋參考點230於地震期間可能偏移的位置。如第2A圖所示，參考點230標示之位置為地震未發生前之初始位置。

於一些實施例中，監視器(例如監視器組210或監視器組220)設置在建築物一樓的天花板上方，其原因在於，現今建築物一樓通常已經具有用於監控大樓人員安全之監視器。因此，監視器組210或監視器組220可以直接由現有的監視器來實現，不需做額外的配置。此外，由於一樓是一般建築物最易受損的樓層，因此在地震發生時監視一樓所發生的現象最可以代表建築物整體因地震造成的最大損傷。簡單而言，藉由上述設置方式，可以減少地震監測系統100之成本，亦可以增加判斷損傷程度的準確性。

如第2A圖所示，由參考點230於監視影像內的大小可以推知監視器組210與監視器組220相對於參考點230之距離。於一些實施例中，參考點230可以採用原本固定在建築物一樓的物體，藉此省去設置參考點的額外費用。例如，參考點230可包含郵筒、消防栓或警衛室，但不限於此，任何其他不會因為地震而產生和所在樓板相對位移的物體皆在本揭示內容所涵蓋的範圍內。

參照第2B圖，第2B圖為根據本案一些實施例所繪示之一種第1圖中地震監測系統之監視器在地震發生期間時間點t的配置示意圖。於此實施例中，參考點230所在的位置因地震產生向右的位移P。由於參考點230位於第一樓板之上，因此參考點230在影像內容上出現位移。在計算相對位移P時，可利用參考點230於影像內容上水平位移推估相對位移P。

參照第2C圖，第2C圖為根據本案實施例所繪示之一種第2B圖中監視器組210與監視器組220所擷取的影像示意圖。在第2C圖中，假設於監視器組210與監視器組220沒有旋轉的情形下，虛線的方形為參考點230的初始位置，影像 It為監視器組210、220在時間t時所擷取到的影像。於此實施例中，特定的運算包含三角定位法，但不限於此，任何可以得知相對位移的演算法皆在本揭示內容所保護的範圍內。

參照第3圖，第3圖為根據本案一些實施例所繪示之一種地震監測的方法300的流程圖。本實施例之地震監測的方法300基本上係由以下步驟所組成，此處所指的「基本上由以下步驟所組成」是表示本實施例所提供的方法中，除了以下所提到的步驟之外，不排除如細部運算、開啟電源等步驟，合先敘明。為方便及清楚說明起見，下述關於地震監測的方法300係參考第1圖所示之地震監測系統100以及第2A-2C圖來做說明，但不以其為限。

於此實施例中，在執行地震監測的方法300前，可先設置有兩監視器及一個參考點，且透過兩監視器拍攝參考點。例如，如第2A圖所示，兩監視器組210與220同時攝影參考點230。藉由上述設置方式，可找出參考點230現在所在位置(例如透過三角定位等方式)。

如第3圖所示，於步驟S302中，對攝影到的影像進行立體校正。於此步驟中，第一監視器和第二監視器分別將所擷取的第一照片和第二照片傳回電腦系統140，而電腦系統140會對所得到的第一照片和第二照片做立體校正。在一些實施例中，先由監視器組210與220拍設已知校正點，校正點之全域座標為已知點XW，其中

，且第四維度在本例中為固定值1。上述校正點於左相機（如監視器組210）(上標L)的座標為

，其中

，

為一個4x4矩陣，其中

為3x3的Rodrigues矩陣，由3個旋轉角

依Rodrigues方程式所推算。Rodrigues方程式為本領域具通常知識者所知悉，故在此不予贅述。

另一方面，

為校正點在投影面的平面投影座標，其中

由於相機鏡頭的投影特性與扭曲特性，校正點實際投影於感光元件的影像座標為

其中

需說明的是，上述式中的

、

、

、

、

、

、

、

、

、

、

以及k1L至k5L均為未知數，在一些實施例中，只要校正點數量足夠，便可以利用最小平方法(least square method)或其它求解法或逆算法，求得上述未知數。上述未知數分別求得後，便可由任意全域參考點

求得在兩相機的投影點

與

，進而透過投影點

與

獲取第一照片和第二照片經立體校正後的結果。

接著，執行步驟S304，透過三角定位找出監視器位置與參考點之相對位移P。在一些實施例中，以已知投影點

與

，配合非線性最小平方法(nonlinear least square method)或其它求解法或逆算法，即可求得上述任意全域參考點

，進而得知監視器位置與參考點之相對位移P。上述三角定位又稱「立體定位（stereo triangulation）」，且此定位方式為本領域具通常知識者所知悉，故在此不予詳述。

然後，執行步驟S306，將相對位移P透過座標轉換為相鄰樓板水平向之相對位移RD。此轉換方式為本領域具通常知識者所知悉，故在此不予詳述。

接著，執行步驟S308，計算相鄰樓板水平向之相對位移比RDR，並據以判斷損傷程度。於此步驟中，電腦系統140將相鄰樓板水平向之相對位移RD除以樓高得到相鄰樓板水平向之相對位移比RDR。

接著，執行步驟S310，當損傷程度超過一給定臨界值，廣播通知相關人員。於一實施例中，臨界值可用於代表於建築物產生倒塌或剝落時之損傷程度，但不限於此，任何其他可以用以判斷建築物之狀況之臨界值皆在本揭示內容所保護的範圍內。

就上述方法300而言，在一些實施例中，第一監視器和第二監視器所擷取之畫面分別由1080個像素組成。如先前所述，初始影像在未有地震發生的時候被截取。在監視器後續期間所擷取的影像的內容和初始影像之內容不同時，判定地震發生。例如，在地震發生後時間點t第一監視器擷取影像I_t 。如此一來，可經由三角定位法找出兩個監視器分別和參考點之相對位移P，再將相對位移P透過座標轉換為相鄰樓板水平向之相對位移RD。藉由上述資訊，若已知樓高的話，則可以依據樓高推算出相鄰樓板水平向之相對位移比RDR，並據以判斷損傷程度。

於另一些實施例中，上述監視器系統更可分別設置於多層樓的建築物的每一層中。參照第4圖，第4圖為根據本案一些實施例所繪示之一種多層樓建築地震監測系統400的配置圖。多層樓建築地震監測系統400包含監視器組210、監視器組220、參考點230、監視器組410、監視器組420、參考點430、監視器組510、監視器組520、參考點530、監視器組610、監視器組620和參考點630。監視器組210和監視器組220設置於第二樓板之下方。參考點230設置於第一樓板。監視器組410和監視器組420設置於第三樓板之下方。參考點430設置於第二樓板之上方。監視器組510和監視器組520設置於第四樓板之下方。參考點530設置於第三樓板之上方。監視器組610和監視器組620設置於第五樓板之下方。參考點630設置於第四樓板之上方。

上述多層樓建築地震監測系統400的監測方法和上述監測方法300相同。藉由在各樓層間皆設置地震監視系統，地震之強度和建築物損壞之程度可以更準確被推估。例如，當一樓之參考點230因施工或其他人為因素而改變時，可以藉由其他樓層之監測結果判斷是否真的有地震發生。此外，雖然第一樓層通常為建築物損壞最嚴重之樓層，仍然存在有因為施工品質之不穩定而讓其他樓層出現更嚴重的損壞之可能性。因此，藉由設置多層樓建築地震監測系統400，可避免第一樓層之監測結果因不可預測之因素發生不準確的問題，以確保可以減少受傷人數以及節省救護人力之資源。

經由上述方法，本揭示內容在既有監視器內設置陀螺儀及在監視畫面處增設電腦系統，以使建築物內的住戶在地震發生時能夠更快應變與撤離，並讓相關人員可以更有效率地前往需要協助之場所。此外，本揭示內容可以讓相關人員在遠端先得知建築物的損壞程度，以及判斷此建築物是否需要進行維修以加強建築物的耐震力。

雖然本案已以實施方式揭露如上，然其並非限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:地震監測系統 120:監視器 130:路由器 140:電腦系統 141:顯示模組 142:影像集錄器 143:運算模組 144:輸出模組 145:供電模組 150:警示系統 210、220:監視器組 P:相對位移 I_t :影像 230:參考點 300:方法 S302、S304、S306、S308、S310:步驟 410、420、510、520、610、620:監視器組 430、530、630:參考點

當結合隨附圖式閱讀時，自以下詳細描述將很好地理解本揭示文件之態樣。應注意，根據工業中的標準實務，各特徵並非按比例繪製。事實上，出於論述清晰之目的，可任意增加或減小各特徵之尺寸。 第1圖為根據本案一些實施例所繪示之一種地震監測系統的功能方塊示意圖。 第2A圖為根據本案一些實施例所繪示之一種第1圖中地震監測系統之監視器於正常狀況下的配置示意圖。 第2B圖為根據本案一些實施例所繪示之一種第1圖中地震監測系統之監視器在地震發生期間時間點t的配置示意圖。 第2C圖為根據本案實施例所繪示之一種第2B圖中兩個監視器組所擷取的影像示意圖。 第3圖為根據本案一些實施例所繪示之一種地震監測的方法的流程圖。 第4圖為根據本案一些實施例所繪示之一種多層樓建築地震監測系統的配置圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:地震監測系統

120:監視器

130:路由器

140:電腦系統

141:顯示模組

142:影像集錄器

143:運算模組

144:輸出模組

145:供電模組

150:警示系統

Claims (9)

1. 一種地震監測系統，包含：一第一監視器，用以拍攝置於一建築物的一第一樓板上的一參考點，以產生一第一初始影像以及一第一影像串流，該第一監視器設置於該建築物之一第二樓板；一第二監視器，設置於該建築物之該第二樓板，且該第二監視器與該第一監視器相隔配置，該第二監視器用以拍攝該參考點，該第二監視器用以產生一第二初始影像及一第二影像串流，其中該第一監視器及該第二監視器是在受到一地震影響下對該參考點進行拍攝以分別產生該第一影像串流及該第二影像串流；以及一電腦系統，用以根據該第一及第二影像串流決定該參考點之位移，並基於該參考點之位移得出該第一樓板和該第二樓板之間的一相對位移，並依據該相對位移輸出一警示訊息。
2. 如請求項1所述之地震監測系統，其中該第一初始影像為該第一監視器未受該地震影響時所拍攝的一第一基準影像，該第一影像串流為該第一監視器在該地震期間內連續擷取的複數張第一照片。
3. 如請求項2所述之地震監測系統，其中該電腦系統用以比對該些第一照片之其中一者和該初始影像，以決定該參考點之位移，並用以基於該參考點之位移得出 該相對位移。
4. 如請求項3所述之地震監測系統，更包含：一第二監視器，設置於該建築物之該第二樓板與該第一監視器相隔配置，該第二監視器用以拍攝該參考點，該第二監視器用以產生一第二初始影像及一第二影像串流。
5. 如請求項4所述之地震監測系統，其中該第二初始影像為該第二監視器於未受該地震影響時所拍攝的一第二基準影像，該第二影像串流為在地震期間內連續擷取的複數張第二照片，該電腦系統用以比對該些第二照片之其中一者和該第二初始影像，以決定該參考點之位移。
6. 如請求項4所述之地震監測系統，其中該電腦系統用以透過三角定位計算出該第一監視器、該第二監視器和該參考點之一相對位移。
7. 一種地震監測方法，包含：藉由一第一監視器拍攝置於一建築物的一第一樓板上的一參考點，以產生一第一初始影像以及一第一影像串流；藉由一第二監視器拍攝置於該建築物的該第一樓板上的該參考點，以產生一第二初始影像以及一第二影像串流，其中該第一監視器以及該第二監視器相隔配置於該建築物的一第二樓板，其中該第一監視器及該第二監視器是在受 到一地震影響下對該參考點進行拍攝以分別產生該第一影像串流及該第二影像串流；根據該第一影像串流及該第二影像串流決定該參考點之位移，並基於該參考點之位移得出一相對位移；以及依據該相對位移輸出一警示訊息。
8. 如請求項7所述之地震監測方法，其中該初始影像為該監視器未受該地震影響時所拍攝的一基準影像，該影像串流為該監視器在該地震期間內連續擷取的複數張照片。
9. 如請求項7所述之地震監測方法，更包含：計算出該第一監視器、該第二監視器與該參考點之一相對位移；以及根據該第一監視器、該第二監視器與該參考點之該相對位移輸出該警示訊息。

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