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低功耗传感器,让手机成为“准专业”地震监测仪?


  来源: 中国电子报 时间:2023-08-14 编辑:仪器仪表WXF
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8月6日凌晨,山东德州市平原县发生5.5级地震,包括济南、天津、北京在内的多个城市有震感。许多网友表示在手机和电视上看到了地震预警信息,预警时间最长可达70秒。据了解,当前华为、小米、荣耀、OPPO、vivo等主流国内手机厂商已在手机中预设地震预警功能,用户可自行开通。苹果、三星等海外厂商手机可通过下载APP开通该功能。


记者在开通手机地震预警功能时发现,除开通地震预警接收提醒之外,有的小米手机还可为用户提供成为“地震监测志愿者”功能,并称可采用手机通过低功耗传感器感应到地震波。看来,在地震预警过程中,手机发挥的作用正在从单纯的信息接收端向地震预警监测仪转变。


用户的手机收到预警信息


监测地震最常用MEMS加速度计


在现行的地震预警监测系统中,手机是最后一个环节——接收预警信息。


安装地震监测仪器监测地震波—将监测数据返回地震预警中心—地震预警中心将地震信息发送至受地震波及地区的个人终端。这是我国当前地震预警监测系统的运行机制。手机发挥的是接收预警信号、提醒居民的作用。此次德州地震中,有的居民表示收到了预警提醒,就是靠这套系统。


基于加速度传感器的地震预警技术系统


但记者在试用手机端的地震预警功能时发现了一个申请成为地震监测志愿者的通道,注册志愿者后,记者看到了这样一个页面,页面上显示着:“地震监测是手机通过低功耗传感器感应到地震波。”

 


在一般认知中,地震监测靠的是专业的地震监测仪。记者在这里看到“手机通过低功耗传感器感应地震波”,难道小小手机也可以替代专业设备进行地震预测了吗?


《中国电子报》记者采访了成都高新减灾研究所所长王暾,他表示,当前确实在尝试用手机来监测地震,但只是对现有地震预警系统的补充。


监测地震,是现行地震预警系统的第一个环节。该环节由地震局等专业部门负责管理,应用的地震监测仪也是专业设备,据王暾介绍,单个地震监测仪价格在1万元左右。


地震监测仪的作用,就是通过监测地动的位移、速度和加速度等物理量,将地面扰动情况呈现出来。当前,市面上地震仪种类多样,包括应变地震仪、惯性地震仪、力平衡加速度计、速度宽带地震仪、MEMS加速度计等多种类型。其中,MEMS加速度计能够比较直观地记录地震波在地球内部传播时所引起的振动信号。ADI 亚太区微机电产品线总监赵延辉表示:“它可以准确地记录所在位置的振动信号波形,而后通过多个地震台站组网,就可以准确分析出震源、震级和震时等信息。”


现行的地震预警系统已经发挥了显著作用。以平原地震为例,中国地震预警网成功预警此次地震,实现了德州市提前3秒预警、济南市提前17秒预警、北京市提前70秒预警。从地震监测仪接收到地震波信号到居民接受到地震预警,所需的时间最快可控制在4秒。


而之所以要调用手机作为地震监测设备,还是因为现行采用专业地震监测仪布网的方式存在一定的局限性。


手机辅助有望缩小地震预警盲区


截至今年六月,我国已建成15391个地震预警站、3个国家级中心、31个省级中心和173个地市级信息发布中心。全球规模最大的地震预警网主体工程已经完工,并在京津冀、川滇闽等地区开展试点服务。


但即便是这样的地震预警网规模,也难逃该技术路径本身难以避免的地震盲区问题。


地震预警是在震后发布预警信息,依靠的是通信信号比地震波传播速度快这一基本原理。 地震发生后产生两种波,纵波传播速度快,但能量小、破坏力弱,横波传播速度慢,但能量大、破坏力强。地震台网通过接收先到的纵波数据,快速估计地震基本参数,并预测对周边地区的影响,从而抢在破坏力强的横波到达之前,向可能受灾的区域发布预警信息。


但因为监测仪放置在地表,所以严格意义上来说,靠近震源的位置是没有预警时间的:以震源为中心以20公里为半径的面积内难以在感受到地震之前收到预警信号。这个以震源为中心,半径为20公里的圆形地域,就是“地震盲区”。越靠近震源的地方,越难以争取预警时间,而这个范围恰恰是震感最强、受灾可能性最大的地方。


如果手机能够被用作地震监测设备,监测设备密度将大大增加。当前每两台地震监测设备之间间隔的距离约为18公里。而如果采用手机作为监测设备,地震监测仪之间的距离将更短,预警盲区也将缩小。王暾表示,如果接入预警系统的手机足够多,将有希望将预警盲区半径从现在的20公里缩小到15公里。


这样一来,地震预警所需要的响应时间也有望进一步缩短。王暾表示,采用手机作为地震监测设备,有望将预警响应时间从当前的4秒降至3秒甚至3秒以内。


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