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低功耗傳感器,讓手機成為“準(zhǔn)專業(yè)”地震監(jiān)測儀?


  來源: 中國電子報 時間:2023-08-14 編輯:儀器儀表WXF
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8月6日凌晨,山東德州市平原縣發(fā)生5.5級地震,包括濟南、天津、北京在內(nèi)的多個城市有震感。許多網(wǎng)友表示在手機和電視上看到了地震預(yù)警信息,預(yù)警時間最長可達70秒。據(jù)了解,當(dāng)前華為、小米、榮耀、OPPO、vivo等主流國內(nèi)手機廠商已在手機中預(yù)設(shè)地震預(yù)警功能,用戶可自行開通。蘋果、三星等海外廠商手機可通過下載APP開通該功能。


記者在開通手機地震預(yù)警功能時發(fā)現(xiàn),除開通地震預(yù)警接收提醒之外,有的小米手機還可為用戶提供成為“地震監(jiān)測志愿者”功能,并稱可采用手機通過低功耗傳感器感應(yīng)到地震波??磥恚诘卣痤A(yù)警過程中,手機發(fā)揮的作用正在從單純的信息接收端向地震預(yù)警監(jiān)測儀轉(zhuǎn)變。


用戶的手機收到預(yù)警信息


監(jiān)測地震最常用MEMS加速度計


在現(xiàn)行的地震預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)中,手機是最后一個環(huán)節(jié)——接收預(yù)警信息。


安裝地震監(jiān)測儀器監(jiān)測地震波—將監(jiān)測數(shù)據(jù)返回地震預(yù)警中心—地震預(yù)警中心將地震信息發(fā)送至受地震波及地區(qū)的個人終端。這是我國當(dāng)前地震預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)的運行機制。手機發(fā)揮的是接收預(yù)警信號、提醒居民的作用。此次德州地震中,有的居民表示收到了預(yù)警提醒,就是靠這套系統(tǒng)。


基于加速度傳感器的地震預(yù)警技術(shù)系統(tǒng)


但記者在試用手機端的地震預(yù)警功能時發(fā)現(xiàn)了一個申請成為地震監(jiān)測志愿者的通道,注冊志愿者后,記者看到了這樣一個頁面,頁面上顯示著:“地震監(jiān)測是手機通過低功耗傳感器感應(yīng)到地震波?!?

 


在一般認知中,地震監(jiān)測靠的是專業(yè)的地震監(jiān)測儀。記者在這里看到“手機通過低功耗傳感器感應(yīng)地震波”,難道小小手機也可以替代專業(yè)設(shè)備進行地震預(yù)測了嗎?


《中國電子報》記者采訪了成都高新減災(zāi)研究所所長王暾,他表示,當(dāng)前確實在嘗試用手機來監(jiān)測地震,但只是對現(xiàn)有地震預(yù)警系統(tǒng)的補充。


監(jiān)測地震,是現(xiàn)行地震預(yù)警系統(tǒng)的第一個環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)由地震局等專業(yè)部門負責(zé)管理,應(yīng)用的地震監(jiān)測儀也是專業(yè)設(shè)備,據(jù)王暾介紹,單個地震監(jiān)測儀價格在1萬元左右。


地震監(jiān)測儀的作用,就是通過監(jiān)測地動的位移、速度和加速度等物理量,將地面擾動情況呈現(xiàn)出來。當(dāng)前,市面上地震儀種類多樣,包括應(yīng)變地震儀、慣性地震儀、力平衡加速度計、速度寬帶地震儀、MEMS加速度計等多種類型。其中,MEMS加速度計能夠比較直觀地記錄地震波在地球內(nèi)部傳播時所引起的振動信號。ADI 亞太區(qū)微機電產(chǎn)品線總監(jiān)趙延輝表示:“它可以準(zhǔn)確地記錄所在位置的振動信號波形,而后通過多個地震臺站組網(wǎng),就可以準(zhǔn)確分析出震源、震級和震時等信息?!?


現(xiàn)行的地震預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)揮了顯著作用。以平原地震為例,中國地震預(yù)警網(wǎng)成功預(yù)警此次地震,實現(xiàn)了德州市提前3秒預(yù)警、濟南市提前17秒預(yù)警、北京市提前70秒預(yù)警。從地震監(jiān)測儀接收到地震波信號到居民接受到地震預(yù)警,所需的時間最快可控制在4秒。


而之所以要調(diào)用手機作為地震監(jiān)測設(shè)備,還是因為現(xiàn)行采用專業(yè)地震監(jiān)測儀布網(wǎng)的方式存在一定的局限性。


手機輔助有望縮小地震預(yù)警盲區(qū)


截至今年六月,我國已建成15391個地震預(yù)警站、3個國家級中心、31個省級中心和173個地市級信息發(fā)布中心。全球規(guī)模最大的地震預(yù)警網(wǎng)主體工程已經(jīng)完工,并在京津冀、川滇閩等地區(qū)開展試點服務(wù)。


但即便是這樣的地震預(yù)警網(wǎng)規(guī)模,也難逃該技術(shù)路徑本身難以避免的地震盲區(qū)問題。


地震預(yù)警是在震后發(fā)布預(yù)警信息,依靠的是通信信號比地震波傳播速度快這一基本原理。 地震發(fā)生后產(chǎn)生兩種波,縱波傳播速度快,但能量小、破壞力弱,橫波傳播速度慢,但能量大、破壞力強。地震臺網(wǎng)通過接收先到的縱波數(shù)據(jù),快速估計地震基本參數(shù),并預(yù)測對周邊地區(qū)的影響,從而搶在破壞力強的橫波到達之前,向可能受災(zāi)的區(qū)域發(fā)布預(yù)警信息。


但因為監(jiān)測儀放置在地表,所以嚴格意義上來說,靠近震源的位置是沒有預(yù)警時間的:以震源為中心以20公里為半徑的面積內(nèi)難以在感受到地震之前收到預(yù)警信號。這個以震源為中心,半徑為20公里的圓形地域,就是“地震盲區(qū)”。越靠近震源的地方,越難以爭取預(yù)警時間,而這個范圍恰恰是震感最強、受災(zāi)可能性最大的地方。


如果手機能夠被用作地震監(jiān)測設(shè)備,監(jiān)測設(shè)備密度將大大增加。當(dāng)前每兩臺地震監(jiān)測設(shè)備之間間隔的距離約為18公里。而如果采用手機作為監(jiān)測設(shè)備,地震監(jiān)測儀之間的距離將更短,預(yù)警盲區(qū)也將縮小。王暾表示,如果接入預(yù)警系統(tǒng)的手機足夠多,將有希望將預(yù)警盲區(qū)半徑從現(xiàn)在的20公里縮小到15公里。


這樣一來,地震預(yù)警所需要的響應(yīng)時間也有望進一步縮短。王暾表示,采用手機作為地震監(jiān)測設(shè)備,有望將預(yù)警響應(yīng)時間從當(dāng)前的4秒降至3秒甚至3秒以內(nèi)。


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