地震灾场模拟及救援虚拟仿真训练系统研究

实践证明,开展地震紧急救援工作是防震减灾的关键举措之一,是震后最大程度减少人员伤亡的必要政府行为。"科学救援"是现代救援的重要理念,如何确保"双安全",即幸存者和救援人员本身的安全是救援行动中最为重要的问题。救援技能和水平的提高依靠科学的培训,现实的情况往往无法不断提供大震巨灾的模拟训练环境,而虚拟仿真技术可以构建出逼真的虚拟震灾场景和救援废墟环境。不同规模的虚拟地震灾场,能让救援队员了解严酷的真实救援环境,并可根据具体虚拟废墟开展救援策略和方法的研讨。由此可见,开展灾场模拟和虚拟仿真训练系统对救援训练来说,具有极其重要的现实意义。本文对地震灾害场景仿真模拟技术与方法、地震救援虚拟仿真训练系统等开展初步的探索性研究。主要研究内容摘要如下:     

基于Web的地震废墟救援数据库管理平台

以"全数据"作为设计理念,提出建立地震废墟救援数据库群组,并基于Web搭建地震废墟救援数据库管理平台,实现地震废墟救援数据的收集、遴选、整理及共享。基于此数据库群组,积累地震现场数据,作为地震废墟救援领域研究的科学依据,并且通过数据库管理平台为地震救援队员的日常学习与训练提供专业性救援知识、技术服务和科学指导,进一步提升我国地震救援队伍的整体能力及综合素质。     

微波成像生命探测仪地震模拟环境测试方法研究

破坏性地震发生后,埋压人员的快速搜索是地震救援工作成功的重要因素。微波成像生命探测仪作为当前废墟搜索的装备之一,近年来得到了广泛应用。但救援队利用现有综合训练场地进行该类装备的测试方法,在装备针对性测试和深度功能认知方面存在着一定局限性,影响了微波成像生命探测仪的现场使用效率和技术发展。为此,本文在充分调研国内外主流地震模拟废墟训练场地的基础上,提出了相关的改进意见,结合汶川地震废墟三维采集数据和队伍实战经验,给出微波搜索装备综合测试方法,并在国家地震紧急救援训练基地完成了测试平台的搭建,取得较好的装备测试效果,为应急救援装备电子化和标准化测试提供参考。     

基于砖混结构废墟救援安全评估专家系统研究

基于砖混结构废墟救援特点,对其安全评估专家系统的功能、系统架构、系统界面进行了设计,并以实际震灾救援案例对所建立的系统进行了验证和测试。结果表明,该砖混结构废墟救援安全评估专家系统应用方便,可很好地协助地震应急救援工作。     

虚拟现实技术在地震应急救援训练基地中的应用

对虚拟现实技术的发展现状进行了叙述,从基地需求以及技术发展角度讨论了虚拟现实技术应用于地震应急救援训练基地的可行性,阐述了地震应急救援训练基地中虚拟仿真系统的关键技术,提出了虚拟现实技术在地震应急救援训练基地中的具体应用。最后,对虚拟现实技术在地震应急救援培训领域的应用前景进行了探讨。     

重大地震灾害应急救援的基本方式—自救、互救与公救

应急救援是重大地震灾害的重要救援阶段。救援方式包括自救、互救与公救(简称"三救")。在应急救援阶段,"三救"的基本功能是为灾区创造基本生活条件、医疗条件、防灾条件和生存条件。自救与互救对扒救埋圧在废墟中的灾民起决定性作用。在救援时间上,自救、互救和公救依次有接续性与融合性,三者形成救援的综合强势。公救是举全灾区之力甚至全国之力救援灾区的组织保障,公救的提前接续与融合是有效救援的重要因素。扒救埋圧在废墟中的灾民,"三救"共存,相辅相成,相得益彰。     

基于Wi-Fi信号的地震废墟被困人员侦查系统

针对震后大面积废墟下被困人员快速准确检测与定位的需求,本文提出了基于Wi-Fi信号的地震灾害人员侦查技术。以嵌入式技术为基础,涉及FSK通信、Wi-Fi定位、Wi-Fi定位算法等方面的研究,提出Wi-Fi热点中继设备和显控中心平台切实可行的设计解决方案,研制出能够实现震后大面积废墟下被困人员快速定位的设备,并提出设备布设方案。为我国地震救援提供一种有效的技术手段。     

地震动作用下单层砌体结构倒塌模拟

地震发生时建筑物的倒塌是造成人员伤亡的最直接原因。在地震救援时,救援人员对废墟形式的准确了解能够有效地提高救援效率。倒塌废墟形成规律的研究方法多种多样,利用数值方法模拟建筑物倒塌也是一种值得尝试的方法。利用数值方法进行结构倒塌模拟时可以通过程序开发分析,也可以直接使用显示动力分析软件分析。不管使用何种数值方法,结构构件的材料特性和断裂处理都直接影响着计算结果的准确度。本文基于显式动力分析软件LS-DYNA,使用winfrith材料模型和基于裂缝宽度相关的失效准则,进行了单层砌体振动台试验模型的倒塌模拟分析,并与试验结果进行了对比。结果表明,此方法较为可靠,可进行砌体结构的倒塌模拟。     

柔性救援机器人的开发和混合力/位置控制

灾难发生后,在废墟中执行搜救任务需要具有细长和柔韧结构的救援机器人,以适应废墟下的复杂结构。本文介绍了一种具有细长和灵活体型的新型腱鞘驱动的柔性救援机器人的结构设计和系统组成。本文提出的机器人可以钻入救援人员和传统的刚性机器人无法进入的狭窄空间或有毒环境。本文分析讨论了带有集成定位和施力监视能力的柔性夹持器的自传感校准、动态建模和混合力/位置控制轨迹。为了在运行过程中调节夹持器的位移和夹紧力,本文提出了一种基于级联比例—积分—微分(PID)控制器和模糊滑模控制器(FSMC)的混合力/位置控制策略。建立了主要由伺服电机、腱鞘传动部件、柔性夹持器和实时控制系统组成的实验装置,用于校准应变式传感器并识别动态模型参数。开展了涉及力跟踪实验、位置跟踪实验和目标抓取实验的进一步实验研究。实验结果证明了所开发的自传感方法和控制策略在救援行动中的有效性。     

地震灾害现场救援行动中的安全评估策略及步骤

地震灾害紧急救援是一项危险性极高的工作,从倒塌废墟中快速、有效营救幸存者是专业救援队的使命,确保救援队伍自身安全是国际救援界普遍倡导和认可的救援理念,如何确保队伍行动安全是衡量救援队伍自身能力和水平的重要指标,救援现场安全评估就是这一切的前提条件。因此,本文将较为系统地介绍和分析地震救援中的安全问题,重点介绍救援中最重要的倒塌建筑和危险物质评估,主要是讨论评估的基本策略及步骤。     

地震废墟中人体心脏电场信号的提取

基于人体心脏电场信号的生命探测仪是目前最先进的生命探测仪,其困难之处在于从地震废墟中提取微弱的心脏电场信号。本文主要分析地震废墟中可能出现的对人体电场有干扰的信号情况,提出如何接收废墟中微弱的超低频心脏电场信号,并根据人体心脏电场的特征设计特殊滤波器滤除干扰信号,只保留因人体心脏跳动而产生的360度扩展的超低频非均匀电场。     

地震废墟环境下Wi-Fi无线信号传播模型参数测量

本文主要针对地震废墟下手机Wi-Fi无线定位,分析实际废墟环境下Wi-Fi 2.4G无线信号的传播特性。通过对废墟结构的分析,使用矢量网络分析仪进行信道测量,对大尺度和小尺度衰减两种特性进行信道分析。采取理论预测和实际测量分析相结合的方法,对2008年5·12汶川地震的极重灾区遗址进行了废墟实地测量。对大尺度衰减进行路径损耗和钢筋混凝土吸收损耗分析,对小尺度衰减进行了平均超量时延和均方根时延分析,利用加窗、计算滑动均值,得到废墟下2.4G无线信号的传播规律,为下一步定位工作提供理论基础。     

关于汶川地震遗址遗迹选址保护的若干建议

首先简要介绍了四川汶川8.0级地震现场考察的有关情况,然后重点对地震典型遗址、遗迹的选址评估原则进行了研究,并在此基础上设计出选址评估量表。最后,对北川、白鹿和穿心店等典型地震遗址、遗迹进行了选址评估,并提出了保护措施。     

Urban scenarios modifications due to the earthquake: ruins formation criteria and interactions with pedestrians’ evacuation

One of the most influencing elements in inhabitants’ earthquake safety definition is represented by the interactions between people and post-event environment in urban scenarios. Understanding and simulating rules for pedestrians’ motion in earthquake evacuation could be useful to inquire the risk assessment introducing the “human” factor influence: integrated “risk maps” could be realized by combining results of similar analyses with the traditional site hazard, buildings vulnerability and exposition indices. This work proposes an innovative approach based on the analysis of these interactions. Two experimentally-based activities are required: an analysis of human behaviors towards the post-earthquake environment; a relation for defining environmental modifications. Results firstly show a summary of man-environment interactions in earthquake evacuations. A possible criterion for path choice in evacuation is also numerically defined. A theoretical agent-based model is developed on these bases and summarizes phases, motion rules and man-environment interactions in earthquake pedestrians’ evacuation in urban scenarios. Secondly, quick criteria for scenario modifications involving ruins formation are proposed and evaluated: for each building, the percentages of internal and external ruins area is a function of its vulnerability and the expected earthquake Richter magnitude. Moreover, the external ruins formation criterion is validated by comparing predicted and effective values of ruins area depth in real cases. The model could be proposed as a tool for evaluating probable pedestrians’ choices in post-event scenarios, in order to reduce the interferences between the built environment and the evacuation process through interventions on buildings, urban fabric and strategies for emergency management.     

海原地震遗迹(宁夏段)保护现状及保护方式讨论

2020年是海原大地震过去的第100年,这场震惊世界的大地震给我们带来了巨大的灾难和损失,同时也留下了珍贵的地震遗迹^[1]。针对海原地震遗迹保护情况进行统计,重点对宁夏段遗迹现状和保护情况进行概述,并对海原地震遗迹保护和开发方案进行探讨,提出一些建设性的建议,以期对海原地震遗迹及相关地震遗迹保护提供参考。     

基于MATLAB的BP预测模型在地震前兆预测中的应用研究

依据神经网络理论,基于MATLAB的神经网络工具箱建立了一个BP神经网络预测模型,并通过对陕西省地震前兆数据的预测分析来检验模型的效果,实验结果证明该模型用于地震预测的可行性,操作简单灵活,直接面向用户。具有很好的应用价值。     

山西运城地区地震遗迹旅游资源分析

以运城地区部分地震遗迹和资料为依据,对地震遗迹旅游资源和地震记载旅游资源利用的地学机理进行了分析.地震遗迹景观分复原型、遗址型、残迹型、无损型.地震记载旅游资源有地震碑刻、方志记载等.震迹旅游资源的可观性为奇特性、索知性、文物性.最后提出了开发区域地震遗迹旅游资源需要研究的问题.     

Coseismic Damage at an Archaeological Site in Sicily,Italy: Evidence of Roman Age Earthquake Surface Faulting

Archaeoseismology can provide a useful chronological tool for constraining earthquakes and documenting significant evidence that would otherwise be lost. In this paper, we report a case of surface faulting on ancient man-made structures belonging to the archaeological site of Santa Venera al Pozzo situated along the eastern flank of Mt. Etna volcano in eastern Sicily (southern Italy), which is affected by well-developed tectonic faults. Geological surveys highlight a set of fractures affecting the archaeological ruins, suggesting the occurrence of a capable fault zone across the area. An integrated geophysical survey was carried out in order to identify the main subsurface tectonic discontinuity ascribable to the fault zone. The information derived from different geophysical techniques, such as electrical resistivity tomography, seismic refraction tomography, ground-penetrating radar, and magnetic surveys allowed us to infer that the fractures observed at the surface could have been produced by coseismic rupture. They are conceivably linked to a strong earthquake that probably occurred in the Roman period, around mid-end of the third-century AD; time constraints are inferred through the dating of buildings of the archaeological site.