地震烈度仪数据传输协议

中国地震烈度速报与预警系统建设即将全面启动,面对未来地震预警系统中大量地震烈度仪的接入,为了方便数据的传输、汇集、共享、使用和管理,设计一种地震烈度仪数据传输协议。本文介绍烈度仪数据传输协议设计思想和特点,并给出一种参考实现,重点表述各个模块的功能和逻辑关系。     

地震烈度仪壁挂安装架研制

为解决地震烈度仪壁挂安装,经过不断的测试、调整、优化,使用连接单元的铰接、锁紧构成稳固的三角连接制作了地震烈度仪在壁挂安装时的配套装置。地震烈度仪安装架安装方便,可以使地震烈度仪对准正北向。架设的地震烈度仪通过验收,为地震烈度仪的使用提供更理想的观测环境。     

不同型号地震烈度仪振动测试对比分析

GL-P2B型和TMA-33型仪器是目前使用较为广泛的两种地震烈度仪,利用超低频振动平台系统为两种烈度仪提供稳定的不同频率和不同幅值的振动信号,获取两种烈度仪在同一振动平台下的输出响应,进而对两种烈度仪的线性特性和幅频百分比进行对比分析。结果表明：在线性测试中,GL-P2B在三个分向的线性度误差均要小于TMA-33,其拟合方程更加趋近于标准方程,其线性特性优于TMA-33;在幅频测试中,两种烈度仪在1～20 Hz的测试频率点上的误差百分比存在较小差异,但是在频率大于20 Hz时,两者则呈现出完全不同的走势,GL-P2B的误差百分比仍然处于较低水平,TMA-33的误差百分比则随着测试频率的增加而增加,GL-P2B在整个测试频率段内的稳定性优于TMA-33。     

MEMS地震烈度仪在结构地震反应观测中的应用

工程结构地震反应观测台阵获取常时和震时结构反应记录,是工程结构健康诊断和震害评估的重要技术手段之一。2019年,云南大理建设了一个由8个地震烈度仪测点组成的结构地震反应观测台阵,每台烈度仪内置一个3分向微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System, MEMS)加速度计。通过标准振动台检测,确定台阵配备的烈度仪的幅频响应特性曲线和线性度误差符合相关行业标准的要求。该台阵于2021年5月获得了大理漾濞地震序列的多次结构地震反应记录,本文选取其中3次M_S3.0～M_S3.2级地震,分析了观测记录的加速度时程、傅里叶幅值谱和信噪比等数据,由结果可知：该台阵可较好地记录幅值≥0.5 cm/s²、频带1.0～39.0Hz的振动信号,对于近场小震具有一定的监测能力。     

BBVS-60型和CMG-3ESPC型地震计性能及记录数据相干性分析

BBVS-60型和CMG-3ESPC型地震计目前在国内测震数字台网中广泛使用,但两种型号地震计在性能和各类指标上均存在差异。本研究分别在山洞和地表两类不同观测环境的台站上安装BBVS-60型和CMG-3ESPC型地震计,对同点记录的数据对比分析,计算相同分量间的相干函数值。结果显示,在比测台址观测环境下,两种地震计在0.02—40 Hz （垂直分量）和0.04—40 Hz （水平分量）频段内具有良好的相关性,其中,记录数据在高频（10—40 Hz）和长周期频段（10—50 s）的相关程度受环境因素影响较大。此外,在工作频段内,两种地震计所记录数据的相关程度与输入振动的强度有很大关系。本文分析结果可为设备选型、震相分析以及地震工程研究提供参考。      

面向地震烈度仪的现地地震动预测模型的构建与验证

利用初期P波预警参数构建现地地震动预测模型,使其在达到设定阈值时快速发出报警信息,是现地地震预警系统面临的一个关键问题,直接关系到发布信息的准确性和及时性。针对地震烈度仪基于微机电系统传感器记录到的数据质量较差,通过两次积分获取的位移存在较大偏差,会引起更多的误报和漏报,本文采用不同阶数(1—4阶)的巴特沃斯滤波器,分别构建了基于P波3 s和全P波段数据的位移幅值PD、速度幅值PV和加速度幅值PA与地震动峰值速度PGV和峰值加速度PGA的现地地震动预测模型,然后利用收集到的川滇示范预警网地震事件记录进行验证。结果表明,对于地震烈度仪微机电系统传感器的记录,采用1阶巴特沃斯滤波器处理、基于全P波段波形拟合获取到的PV与PGV的相关性和PA与PGA的相关性为两种最优现地地震动预测模型。具体应用时,应同时利用两种或两种以上的统计关系进行现地地震动预测,并将实际地震动观测值作为额外的判定条件,以降低误报率和漏报率。     

中美日仪器地震烈度的计算方法对比和经验换算关系

2020年修订的国家标准《中国地震烈度表》引入仪器测定的地震烈度,即仪器地震烈度作为评定地震烈度的指标之一,在震后烈度评定中已经得到广泛应用。仪器地震烈度根据实测地震动记录计算得到,国际上现行地震烈度标度和计算方法并不一致,对于深入应用不同国家和地区仪器地震烈度造成不便。应用大量中国和日本4级以上地震的强震动观测记录,计算了中国、美国和日本的仪器地震烈度及相关地震动参数,对比分析了仪器地震烈度计算方法,得到了相关地震动参数之间的皮尔逊相关系数和统计关系,并给出了3种仪器地震烈度之间的经验换算关系。     

基于背景噪声的烈度仪、强震计及地震计性能对比分析

通过在陡河地震台架设地震计、强震计及烈度仪3类仪器进行同台址观测,对记录的背景噪声进行RMS值、功率谱的计算和傅里叶谱分析,总结3类仪器的记录波形特征,对比分析3类仪器的地震监测能力。研究结果显示:宽频带地震计可以对背景噪声在全频率域内进行有效完整的记录;强震计只能对大于0.1 Hz的天然噪声进行有效记录;而烈度仪的记录则完全是仪器自噪声,其无法有效记录地脉动。     

基于微机电加速度计的地震烈度计

为了实现破坏性地震强度的速报,提高地震应急响应效率,指导抗震救灾,设计一种新型地震烈度计。采用性价比较高的微机电加速度计MODEL-1221作为地震传感器,利用4个通道的同步24位模数转换器ADS1274进行地震信号转换,使用32位嵌入式处理器AT91RM9200作为地震事件的判定和烈度参数计算的平台,保证仪器整体性能,能够满足地震烈度速报需要;此外,该地震烈度计具有开关量输出,可以作为地震紧急处置系统的地震开关来使用,实现一机多用,一机多能。     

福建数字地震台网台址背景噪声分析

在使用福建区数字地震台网选台过程中,用１２个台址得到的背景噪声数字记录,计算分析了其背景噪声地动速度均方根值（ＲＭＳ）,有效测量动态范围、噪声功率谱及功率谱密度。所得结果可作为供评价仪器性能,台址安静程度的参考。对利用仪器所提供的动态范围,根据区域台网周围地震环境和台网记录地震的目的及任务设置适当的增益量程是也是有用的 。     

地震计仪器噪声测量中的几个问题

研究了地震计仪器噪声测量中的几个问题,并从理论、模型仿真和测量实验3个方面证实了下述结论:①平稳地噪声中,两台并列地震计的通频带差异、灵敏度差异及阻尼系数差异对测量结果没有影响;②非平稳的地背景噪声和干扰必然引起测量误差;③地震计自身噪声测量必须在安静的台基上进行。     

连云港地震台台基噪声与干扰源分析

通过对连云港地震台台基背景噪声进行计算和分析,得出该台台基背景噪声属于Ⅰ类噪声水平。分析该台6—7月观测数据,得出日夜噪声差值约3 dB。分析发现,该台人为干扰为基础建设的工程车干扰、景区人员聚集和车辆干扰;自然环境干扰主要来自大风干扰。     

几种仪器烈度算法在汶川地震与芦山地震中的可靠性比较

破坏性地震发生后, 特别是在通信中断的情况下, 利用仪器烈度快速估计地震动强度(烈度)的分布情况, 可为开展最有效的地震应急救援提供决策依据. 该文介绍了现有的几种仪器烈度算法, 并利用汶川地震与芦山地震中获得的强震加速度记录对各种算法的可靠性进行了比较. 结果表明, 在这两次地震中只利用地震动峰值参数确定仪器烈度的算法可靠性较低, 而考虑反应谱特性的算法可靠性更高. 在未得到更多强震数据的检验前, 建议采用袁一凡提出的仪器烈度算法, 或利用谱烈度值确定仪器烈度的算法, 或利用加速度反应谱值确定仪器烈度的算法.     

从爆破烈度看仪器烈度的算法

以某次工程爆破的地震动测试结果为例,对《中国地震烈度表》、日本气象厅JMA系统、美国ShakeMap系统、福建省地方标准以及袁一凡教授提出的烈度算法进行了对比分析,讨论了以地震动参数为基础的仪器烈度计算方法,提出了将袁一凡仪器烈度算法中的PGA改为水平分向合成峰值,忽略持时和主频两个参数并修改个各参数权重的意见。经分析认为,袁一凡仪器烈度算法和福建省地方标准中的仪器烈度算法在处理大中小震时结果较为合理,且袁一凡仪器烈度算法保留了继续研究地震烈度机理的学术空间和扩展应用领域的可能。     

强震记录与地震烈度的仪器测定实例

“十五”期间,四川强震台网将达到211个子台的规模。若仅按强震观测最基本的技术目标,用足够长的时间收集足够多的强震记录为抗震设计理论服务,显然未能尽其投资潜力。为此,我们将中国地震局工程力学研究所固化在该所GDQJ-1A数字强震仪内的烈度模式识别算法提取到台网中心计算机的后台,使“十五”建设采用的所有强震仪均“升级”成为可以现场测定地震烈度的设备。本文以2005年1月5日马尔康日部5.0级地震为例,展开强震台网的烈度测定和震灾快速评估。     

基于强度和能量控制的随机地震动模型

考虑地震动的随机性和频率与强度非平稳性,通过理论分析,提出了一般随机地震动模型,并给出了确定模型参数的原则和方法。该模型以地震动强度、地震动能量以及地震动持时等宏观指标作为控制随机地震动模型参数的指标,而对其内在的频谱组成等指标只要求满足一般地震动的特征。该模型可以用于描述平稳随机过程、强度非平稳随机过程以及强度和频率完全非平稳随机过程。通过与常用功率谱模型的比较,验证了该模型的合理性。     

镜泊湖火山测震台网监测效能评估

2019年镜泊湖火山测震台网新增2个测震台后,共有5个测震观测子台对火山区进行地震监测.利用其观测数据,进行噪声功率谱和监测能力计算,绘制地震监测能力图,并与原测震台网监测能力进行对比分析.研究表明,镜泊湖火山测震台网监测能力得到很大提升,可满足火山地震监测需要.     

胶东地区地震烈度衰减关系

使用胶东及邻区地震数据,对于发生在基岩出露区的18次地震的30条可靠等震线,利用最小二乘法,拟合胶东地区地震烈度衰减关系公式。与华北地区地震烈度衰减关系进行比较,发现胶东地区地震烈度衰减较慢。胶东地区地震烈度衰减关系的建立,可以辅助制定相关应急预案和震后快速评估。