傳感器實(shí)現(xiàn)地震預(yù)警的原理分析

2023年12月18日深夜，甘肅臨夏州積石山縣發(fā)生6.2級(jí)地震。

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)消息12月18日23時(shí)59分，積石山縣 （北緯35.7度，東經(jīng)102.79度發(fā)生6.2級(jí)地震，震源深度10公里，甘肅蘭州、定西、臨夏和青海西寧、海東等地震感強(qiáng)據(jù)《人民日?qǐng)?bào)》消息，截至地震已造成12月19日13時(shí)，甘肅113人死亡;截至12月19日16時(shí)50分，地震已造成青海14人死亡。鑒于災(zāi)情嚴(yán)重，國(guó)務(wù)院抗震救災(zāi)指揮部、應(yīng)急管理部將國(guó)家地震應(yīng)急響應(yīng)提升至二級(jí)，國(guó)家防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)委員會(huì)、應(yīng)急管理部將國(guó)家救災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)提升至三級(jí)。

手機(jī)提示地震預(yù)警

地震波及地區(qū)的不少用戶(hù)都收到了手機(jī)提示的地震預(yù)警，手機(jī)的地震預(yù)警功能再次登上熱搜榜。每當(dāng)有地區(qū)發(fā)生地震災(zāi)害，手機(jī)的地震預(yù)警功能都會(huì)備受關(guān)注，那么地震預(yù)警功能是如何實(shí)現(xiàn)的？ 當(dāng)前國(guó)內(nèi)在售的大多數(shù)手機(jī)都內(nèi)置地震預(yù)警功能，這類(lèi)功能主要由第三方地震監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)構(gòu)和手機(jī)廠商合作提供。手機(jī)“地震預(yù)警”功能是指通過(guò)手機(jī)設(shè)備接收地震預(yù)警信息并及時(shí)傳遞給用戶(hù)，以提前通知用戶(hù)地震發(fā)生的可能性。這一功能通過(guò)綜合利用地震傳感器、全球定位系統(tǒng)（GPS）、無(wú)線通信技術(shù)等多種技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。

地震預(yù)警系統(tǒng)

地震預(yù)警系統(tǒng)是一個(gè)由地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、地震傳感器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、地震預(yù)警分析系統(tǒng)以及用戶(hù)終端等多個(gè)組成部分構(gòu)成的系統(tǒng)。地震預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)地震波傳播速度，分析地震的大小和位置，并在地震發(fā)生之前向公眾發(fā)布預(yù)警信息。

地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)是由一系列地震監(jiān)測(cè)站點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，這些監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分布在不同的地理位置，利用地震傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地震活動(dòng)。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，監(jiān)測(cè)站點(diǎn)會(huì)將監(jiān)測(cè)到的地震數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心

地震傳感器

地震傳感器是一種能夠感知地震震動(dòng)的設(shè)備，通常使用加速度計(jì)來(lái)測(cè)量地震波的強(qiáng)度。當(dāng)?shù)卣饌鞲衅魈綔y(cè)到地震波傳播時(shí)，會(huì)將觸發(fā)信號(hào)發(fā)送給數(shù)據(jù)中心，以便進(jìn)行地震預(yù)警。

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)負(fù)責(zé)將監(jiān)測(cè)到的地震數(shù)據(jù)從地震監(jiān)測(cè)站點(diǎn)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。這一過(guò)程通常使用無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)，如移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信等，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和準(zhǔn)確性。

地震預(yù)警分析系統(tǒng)

地震預(yù)警分析系統(tǒng)根據(jù)地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，以確定地震的震級(jí)、震源和預(yù)計(jì)影響范圍。當(dāng)?shù)卣痤A(yù)警分析系統(tǒng)確認(rèn)地震的相關(guān)信息后，會(huì)將預(yù)警信息傳輸?shù)较鄳?yīng)的用戶(hù)終端。

手機(jī)“地震預(yù)警”功能的實(shí)現(xiàn)

手機(jī)“地震預(yù)警”功能的實(shí)現(xiàn)需要滿足以下幾個(gè)要點(diǎn)：

地震預(yù)警信息的接收

手機(jī)通過(guò)內(nèi)置的地震傳感器和其他傳感器檢測(cè)地震波的傳播速度和強(qiáng)度，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值來(lái)判斷地震是否達(dá)到預(yù)警條件。一旦達(dá)到預(yù)警條件，手機(jī)會(huì)接收到地震預(yù)警信息。

預(yù)警信息的解讀和處理

手機(jī)通過(guò)地震預(yù)警分析系統(tǒng)提供的算法和數(shù)據(jù)對(duì)接收到的地震預(yù)警信息進(jìn)行解讀和處理。手機(jī)會(huì)分析地震的震級(jí)、震源和預(yù)計(jì)影響范圍等相關(guān)信息，并對(duì)用戶(hù)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)警提示。

預(yù)警信息的傳遞

一旦手機(jī)接收到地震預(yù)警信息并完成解讀和處理，手機(jī)會(huì)通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將預(yù)警信息及時(shí)傳遞給用戶(hù)。這一過(guò)程通常采用短信、推送通知等方式進(jìn)行，以確保用戶(hù)能夠及時(shí)收到地震預(yù)警信息。手機(jī)“地震預(yù)警”功能基于地震預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)綜合利用地震傳感器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和地震預(yù)警分析系統(tǒng)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)地震的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。這一功能的實(shí)現(xiàn)使得用戶(hù)能夠及時(shí)獲取地震預(yù)警信息，從而采取相應(yīng)的預(yù)防和保護(hù)措施。手機(jī)“地震預(yù)警”功能的發(fā)展將在地震災(zāi)害防范和減災(zāi)工作中發(fā)揮重要的作用。

地震預(yù)警的傳感器

對(duì)于地震發(fā)生的記錄，科學(xué)界采用的儀器是地震檢波器。地震檢波器是用于地質(zhì)勘探和工程測(cè)量的專(zhuān)用傳感器，是一種將地面振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的傳感器，能把地震波引起的地面震動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)、運(yùn)算處理。有了這樣的檢波器作為基礎(chǔ)，便可通過(guò)其原理進(jìn)一步探索更加準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)傳感器。其中有可能采用的傳感器為光纖傳感器、光柵位移傳感器、加速度傳感器、加速度傳感器以及傾角傳感器。光纖傳感器光纖傳感單元的核心元件是高性能激光器和高精度檢測(cè)模塊，可無(wú)損加裝在現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡(luò)上，精準(zhǔn)捕捉光纖受到外力影響后光信號(hào)頻率、振幅發(fā)生的細(xì)微變化。輔以人工智能算法，即可判定是否發(fā)生地震以及哪里發(fā)生地震。

圖片來(lái)源：光迅科技、湖北日?qǐng)?bào)光纖傳感器可以對(duì)各類(lèi)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確丈量，可以順應(yīng)極端惡劣的情形。同時(shí)，因?yàn)楣饫w傳輸損耗低、頻帶寬，使得光纖傳感器在組網(wǎng)和傳輸間隔方面，與傳統(tǒng)的傳感器比擬具有無(wú)可比擬的上風(fēng)。

光柵位移傳感器

光柵位移傳感器與經(jīng)典慣性擺地震儀是兩種原理完全不同的儀器，在測(cè)量物體位置移動(dòng)方面具有更大的優(yōu)勢(shì)，如果將其與激光技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合，其靈敏度將進(jìn)一步大大提高。

加速度傳感器

加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速力的電子設(shè)備，典型應(yīng)用在手機(jī)、筆記本電腦、步程計(jì)和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等。采用加速度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)地震檢波器測(cè)試儀的設(shè)計(jì)，其具有信號(hào)調(diào)理、溫度補(bǔ)償、自測(cè)，以及可配置到檢測(cè)0g或脈沖檢測(cè)快速運(yùn)動(dòng)等功能，還具有功耗低、便于攜帶、精度高、速度快的特點(diǎn)。

傾角傳感器

傾角傳感器用于各種測(cè)量角度的應(yīng)用中，傾角傳感器還可以用來(lái)測(cè)量相對(duì)于水平面的傾角變化量。人們總是時(shí)刻在想著如何提前得知地震的發(fā)生，通常地震發(fā)生前會(huì)有大量的氣體先釋放出來(lái)，通過(guò)這個(gè)現(xiàn)象可以預(yù)知，但現(xiàn)在有一種實(shí)時(shí)檢測(cè)的方法就是使用傾角傳感器，把傾角傳感器埋置在地震發(fā)生地附近的地下深處，當(dāng)?shù)卣饘⒁l(fā)生的時(shí)候，地殼會(huì)存在運(yùn)動(dòng)，這樣就可以對(duì)地殼運(yùn)動(dòng)引起的角度變化進(jìn)行檢測(cè)。

審核編輯：黃飛