武汉城市圈烈度速报系统研究

【摘要】地震预警在破坏性地震初至波到来前,提供几秒到几十秒的预警时间,可采取相应的应急措施。烈度速报在破坏性地震发生后数分钟之内,绘制出受灾地域的烈度图,快速评估人员伤亡和经济损失情况,并能够为应急救援和工程抢修提供决策依据。这两种技术有助于降低震后损失,减少次生灾害和人员伤亡。论文研究了地震预警与烈度速报两种技术的工作原理。总结了地震预警技术的多种实现手段,分析了各自的优缺点及适用范围,挑选出合理的震级确定和震相识别方法。分析了现有的地震动参数与烈度间的对应关系及其统计方法,选择了使用三分向地震加速度记录计算仪器烈度的方法。与传统仪器相比,采用MEMS技术的烈度计具有体积小、成本相对较低、数字信号输出以及低频信号观测等特点。国内外研制了多种基于MEMS传感器的烈度计,这些仪器结构复杂,制造费用高,如果密集布设,成本太高。我国幅员广阔,需要架设地震烈度计的地方有很多,显然是用上述仪器进行进行大面积地震烈度监测,则经济开销过大。因此,有必要研制一款低成本并且性能稳定的地震烈度计,解决大面积、大量布设,以应对国家地震预警、烈度速报、地震立体观测等需要。本文所设计的烈度计主要由传感器模块、数据采集模块、主控模块、数据处理模块组成,其主要原理是嵌入式处理器对三轴MEMS加速度传感器进行频率为200Hz的数据采样,数据经过去噪、滤波后,进行分级阈值判断,若加速度值超过阈值,则通过网络发送报警信息,同时将计算得到的仪器烈度值和GPS坐标、时间也一并实时传送(包括可能的故障信息)。由若干个地震烈度计的数据汇集在一起,就可以根据它们的记录数据绘制出烈度分布等研究所需要的相关信息。根据地震信号特征,本文设定的FIR低通滤波器的截止频率为15Hz,采样频率为200Hz,采用32阶汉宁窗进行截取,并利用Matlab软件的FDATool产生滤波器系数,并将其归一化,量化为有符号的16位数值。利用四川芦山里氏7级地震数据,对数字滤波器进行了抗干扰和可靠性验证,结果符合设计需求。论文采用ARM处理器STM32F107作为控制核心,使用LIS344ALH芯片作为传感单元,配合24位∑-△模数转换器ADS1248,实现了三分向MEMS传感器模拟信号的数字化。最后,本文提出建立武汉市城市圈地震预警与烈度速报系统的构想,从结构上划分为数据中心、骨干网和子网,根据各部分实现要求,制定了组网方式及系统功能。规划了地震预警与烈度速报基准站、地震预警与烈度速报基本站、现场流动地震观测与预警系统三部分的观测站点分布图。
【作者】李欣；
【导师】王琪；郭唐永；
【作者基本信息】中国地震局地球物理研究所，固体地球物理学，2014，博士
【关键词】地震预警；烈度速报；MEMS；烈度计；烈度分布图；武汉城市圈；

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