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手機“變身”地震儀
2014年8月24日凌晨3時20分,一次里氏6級地震襲擊了美國加州北部的納帕鎮(zhèn),這是這一地區(qū)近25年來遭遇到的比較強烈的地震。地震發(fā)生后不到1分鐘,地震波就抵達了加州西部城市伯克利,地震波的曲線也同時反映在一名加州大學(xué)地震監(jiān)測專業(yè)研究生的安卓智能手機屏上……
原來,借助于一種名為My Shake的應(yīng)用程序,這名學(xué)生的手機“變身”為一種能監(jiān)測地震的便攜式地震儀。這種安裝于移動設(shè)備中的傳感器能記錄地層的移動,它產(chǎn)生的地震波曲線圖看上去非常像專業(yè)傳感器產(chǎn)生的曲線圖。正是因為有了這種技術(shù)上的進步,科學(xué)家萌生了使用大眾的個人移動設(shè)備監(jiān)測和研究地震的想法。
一直以來,美國地質(zhì)勘探局用于監(jiān)測地震的儀器不僅體積大、價格貴,而且不能隨處安裝。比如,不能將它安裝到山里,因為鳥可能飛進儀器里,或者以其他方式干擾它;也不能把它安裝在高速公路旁,因為來往車輛會影響它,使它發(fā)出錯誤的信號。幸運的是,隨著地震傳感器變得越來越小和越來越便宜,而且能夠通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)后,科學(xué)家實現(xiàn)了把更多的儀器安裝在更多的地方,以形成高密度的地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),從而更準確地顯示地震的發(fā)生地點,還能用于余震預(yù)警。
從2009年起,美國地質(zhì)勘探局開始邀請志愿者作為“科學(xué)家”,幫助專業(yè)機構(gòu)擴充地震監(jiān)測網(wǎng),第一批大約500個汽車電池大小的低成本地震儀被安裝在了人口密集區(qū),主要分布于西雅圖、洛杉機和舊金山等美國易發(fā)地震的城市區(qū)域。這種裝置名為“Net Quakes”,它們沒有大型的專業(yè)儀器靈敏,但仍然能夠探測到里氏1~2級的地震。
不僅如此,體積更小、成本更低的地震傳感器也正在加入到地震監(jiān)測的陣容中來,這種傳感器使用一個USB接口和個人電腦相連。當一個志愿者將這種“盒子”連接上電腦并下載應(yīng)用程序后,這個傳感器就準備好了,它會記錄它所在位置的震動并不間斷地將信息傳給專業(yè)人士?,F(xiàn)在,科學(xué)家們已在洛杉磯及其附近的幾百個家庭和辦公室里安裝了這種傳感器,作為“社區(qū)地震監(jiān)測網(wǎng)”的一部分,它們能探測到里氏3級和3級以上的地震。
科學(xué)家們認為,這種需要公眾積極參與的科學(xué)項目將大大幫助專業(yè)研究人員建立地震監(jiān)測網(wǎng),從而更快更準確地監(jiān)測地震;這樣的努力還可以樹立公眾的地震防范意識,提高人們應(yīng)對地震災(zāi)害的能力;這種地震監(jiān)測網(wǎng)還必將有益于地震的預(yù)警系統(tǒng)建設(shè),從而挽救更多的生命。
“編外”地震儀作用大
來自“編外”地震儀的數(shù)據(jù)能幫助科學(xué)家生成一個“地震圖”,研究人員通過分析這種圖以確定地震發(fā)生在什么地方。通常情況下,這種圖顯示地震發(fā)生區(qū)域的誤差大約在10~20千米以內(nèi),要想把精度定位到具體街區(qū),那就要安裝更多的地震傳感器,而這也正是“社區(qū)地震監(jiān)測網(wǎng)”建設(shè)所要達到的目標。
目前,科學(xué)家正在全球范圍內(nèi)建設(shè)這樣的網(wǎng)絡(luò),這就是“Quake-Catcher Network”,簡稱QCN。它已經(jīng)在全球征募了3400名志愿者,有些志愿者的傳感器只是一個手指大小的U盤,而另一些自愿者則使用一種名為“運動傳感器”的加速感應(yīng)器。顧名思義,加速感應(yīng)器根據(jù)加速度來測量運動狀態(tài)。在智能手機中,它感知手機的運動,當你轉(zhuǎn)動它,屏幕上會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的影像。在一部手機中,加速感應(yīng)器能測到幾千千米以外發(fā)生的里氏3~3.5級的地震,而在臺式電腦中,這種感應(yīng)器甚至能記錄里氏2.5級的地震。假若人們下載了這種QCN應(yīng)用程序,他們的電腦和手機就成了地震監(jiān)測網(wǎng)的一部分,任何被傳感器測到的震動都會形成一個報告并傳到科學(xué)家那里。研究人員獲得并分析這些數(shù)據(jù),從而做出準確的判斷。
2014年,用于QCN地震監(jiān)測網(wǎng)中的傳感器被安裝在了阿拉斯加州安克雷奇市的24所學(xué)校里。這一年恰巧是1964年阿拉斯加大地震50周年,那次地震的強度達到里氏9.2級,地面震動了5分鐘,成為有地震記錄以來的第二大強震。
3秒鐘預(yù)警時間
地震雖然無法預(yù)報,但地震監(jiān)測可以為預(yù)警贏得一點兒時間。今年4月,一組科學(xué)家稱,他們的實驗表明,當一場里氏7級的地震從舊金山灣以西28千米的地方橫掃舊金山灣時,一些生活在舊金山市的市民能依靠連接虛擬網(wǎng)絡(luò)的智能手機傳感器獲得3秒鐘的預(yù)警時間。看上去,3秒的時間太少了,但有了這點兒時間,人們就能及時躲藏,一些自動設(shè)備能及時開啟,電梯來得及停在最近的樓層上,消防站的大門得以打開,消防車可以及時駛出……
關(guān)鍵詞:地震;監(jiān)測預(yù)報;防震減災(zāi);體系建設(shè);綜合能力
1.地震監(jiān)測預(yù)報的現(xiàn)狀及水平
1.1我國地震監(jiān)測預(yù)報的現(xiàn)狀
地震監(jiān)測預(yù)報作為防震減災(zāi)的基礎(chǔ),一直以來都是地震工作中的“重中之重”。我國地震研究工作通過多年來的艱辛探索與實踐,取得了長足的進步。隨著“十五”、“十一五”基本建設(shè)項目的實施建成,地震監(jiān)測預(yù)報工作體系的建設(shè)正大幅度地向縱深發(fā)展。
21世紀,黨和政府堅持“以人為本”的理念,樹立科學(xué)的發(fā)展觀,國家經(jīng)濟與社會得到迅速發(fā)展,這對我國現(xiàn)在的防震減災(zāi)工作提出的新的更高的要求。一系列防震減災(zāi)的問題也凸現(xiàn)出來,地震監(jiān)測預(yù)報也不斷出現(xiàn)新情況及新問題。
1.2我國地震監(jiān)測預(yù)報的水平
地震監(jiān)測的目的是實現(xiàn)對有顯著影響和具有破壞性的地震進行速報,積累地震孕育過程中的地球介質(zhì)及各種物理場變化的連續(xù)、完整和可靠的資料,為地震的預(yù)測預(yù)報和各項地震科學(xué)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。地震監(jiān)測預(yù)報是減輕地震災(zāi)害的重要手段之一。但是在整個國際上,由于地震的孕育過程的極端復(fù)雜性,地震預(yù)報仍處于探索階段。我們目前的預(yù)報方法主要仍是根據(jù)多年積累的大量觀測資料和震例而做出的統(tǒng)計性和經(jīng)驗性預(yù)報,這種預(yù)報不可避免地帶有很大的局限性?,F(xiàn)在我們做出的對較大時間尺度內(nèi)的中長期地震預(yù)報,已有一定的可信度,但對短臨預(yù)報的成功概率還相對較低。
2.如何開展地震監(jiān)測工作
地震預(yù)測預(yù)警是減少地震災(zāi)害損失和影響的重要手段,現(xiàn)代防震減災(zāi)安全觀特別強調(diào)要關(guān)注地震預(yù)測預(yù)警工作。
首先要關(guān)注震情監(jiān)視工作,空間對地觀測技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的飛躍發(fā)展,為我們深入開展震情監(jiān)視工作展示了更廣闊的前景。我們必須不斷吸收和引進高新技術(shù),發(fā)展先進的震情監(jiān)測手段和方法,更有效地監(jiān)視地震動態(tài)。
其次,要正確安排部署震情跟蹤工作,這是實現(xiàn)有減災(zāi)實效地震預(yù)測的關(guān)鍵舉措。必須通過不斷探索、不斷創(chuàng)新,建立和完善更科學(xué)合理的震情跟蹤工作機制。進而,要抓好震情分析和判斷工作,這是實現(xiàn)地震預(yù)測的重要環(huán)節(jié)。通過強化震情會商制度,不斷發(fā)展震情分析判斷的方法和手段,逐步實現(xiàn)地震預(yù)測由經(jīng)驗預(yù)測向物理預(yù)測的轉(zhuǎn)變。最后,還要抓好地震預(yù)警工作。
3.如何推進地震監(jiān)測體系的建設(shè)
3.1提高監(jiān)測預(yù)報水平
信息技術(shù)的快速發(fā)展與地震科技進步使防震減災(zāi)事業(yè)有了更為廣闊的發(fā)展空間。建設(shè)起一個觀測手段科學(xué)、技術(shù)先進、密度適當?shù)牡卣鸨O(jiān)測技術(shù)系統(tǒng),對信息的采集、傳輸、處理、共享數(shù)字化,對區(qū)域地震科技力量有效整合。
在實際工作中首先要扎實做好地震監(jiān)測,確保監(jiān)測資料的準確、完整、可靠性,加強震情的綜合分析與跟蹤工作;其次要不斷提高地震監(jiān)測資料分析與處理水平,不斷提高地震預(yù)測、預(yù)警能力;第三要加密監(jiān)測網(wǎng)點建設(shè),實施監(jiān)測臺網(wǎng)結(jié)構(gòu)布局的合理性調(diào)整,依托現(xiàn)代科學(xué)信息技術(shù),建設(shè)地震立體觀測系統(tǒng)和預(yù)測預(yù)警系統(tǒng),全面提升地震監(jiān)測能力。第四要依法保護地震監(jiān)測設(shè)施和地震觀測環(huán)境。地震監(jiān)測設(shè)施是地震監(jiān)測預(yù)報的基礎(chǔ),當破壞性地震發(fā)生時,地震監(jiān)測設(shè)備可以最快的速度測定出震中和震級,政府部門根據(jù)準確數(shù)據(jù)就能在最短的時間里派出救援人員和救援物資到達確切地點進行抗震救災(zāi),使人員傷亡和財產(chǎn)損失降低到最低程度。
3.2加強防震減災(zāi)綜合能力
應(yīng)急能力是防震減災(zāi)工作和地震應(yīng)急工作效果的綜合反映。應(yīng)急能力差會造成救援隊伍和救援物資不能在最快時間里到達災(zāi)區(qū),延誤救援時間,從而造成人員和財產(chǎn)重大損失。
在工作中,應(yīng)在震情監(jiān)測預(yù)報和加強震害防御的基礎(chǔ)上,根據(jù)地震環(huán)境和防震減災(zāi)工作的特點,制訂綜合防御地震災(zāi)害的地震應(yīng)急預(yù)案。預(yù)案一要突出以防為主的指導(dǎo)思想,強調(diào)把震后消極被動的等待救災(zāi)思想轉(zhuǎn)變?yōu)檎鹎胺e極主動的綜合防御,做到把一切工作做在地震沒有發(fā)生時,化大災(zāi)為小災(zāi),變被動為主動,投入較小的人力、物力、財力,把損失減少到最低程度。二要結(jié)合實際情況,因地制宜,與實際相結(jié)合,科學(xué)求證,正確客觀地分析地震重點監(jiān)視防御區(qū)和其他一般地區(qū)、地震環(huán)境形勢變化和物質(zhì)經(jīng)濟條件、行政決策職能和科技等因素之間的關(guān)系,使對策方案真正達到最大的減輕地震災(zāi)害的目的。三要有較強的操作性和實用性,把政府部門在防震減災(zāi)工作中的指揮和協(xié)調(diào)作用、減輕地震災(zāi)害的操作規(guī)程進行詳細明確的分工和規(guī)定,使工作有序進行。
3.3在地震監(jiān)測預(yù)報體系建設(shè)中堅持科學(xué)發(fā)展觀
今后的地震預(yù)測工作,是從協(xié)同觀點出發(fā),多層面地統(tǒng)籌考慮地震監(jiān)測體系的建設(shè),實現(xiàn)基礎(chǔ)研究與實際地震監(jiān)測工作的結(jié)合與進步,在已有采集的信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,不斷提高,并同時反過來用于指導(dǎo)地震探索實踐。
地震監(jiān)測預(yù)報體系建設(shè)應(yīng)該堅持科學(xué)發(fā)展觀,重點著力改善地震監(jiān)測設(shè)施及地震預(yù)測分析處理、追蹤的軟硬件環(huán)境,加強對地震監(jiān)測預(yù)報發(fā)展戰(zhàn)略的研究,進一步建立和完善科學(xué)合理的地震監(jiān)測預(yù)報工作機制。
地震監(jiān)測預(yù)報是建立防震減災(zāi)三大工作體系的基礎(chǔ),應(yīng)作為防震減災(zāi)事業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略基點和中心環(huán)節(jié)來抓。特別是監(jiān)測預(yù)報的關(guān)鍵環(huán)節(jié):監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展、監(jiān)測臺網(wǎng)布局的結(jié)構(gòu)調(diào)整、地震預(yù)報理論及方法的研究等更要給予以高度的重視。堅持科學(xué)發(fā)展觀,就是要在突出重點的基礎(chǔ)上,促進各項工作的和諧發(fā)展,扎扎實實地推進防震減災(zāi)工作的全面協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展,為社會經(jīng)濟建設(shè)提供科學(xué)的保障。
參考文獻:
[1]張國民.地震預(yù)報回顧與展望[J].國際地震動態(tài),2005
1.1西寧地震監(jiān)測的建設(shè)
西寧市地震監(jiān)測事業(yè)一直在探索中前進,在實踐中發(fā)展,經(jīng)過幾代地震工作者的艱苦努力,西寧市地震監(jiān)測事業(yè)已初步建成并具有一定規(guī)模,其地震監(jiān)測臺網(wǎng)的監(jiān)測方法較為齊全,例如專業(yè)與群測,測震、前兆、宏觀觀測等等,與此同時,西寧市地震監(jiān)測技術(shù)水平也在逐步提升并為西寧市防震減災(zāi)事業(yè)的發(fā)展奠定了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。上世紀80年代末,西寧市地震監(jiān)測工作在群測群防工作發(fā)展起來,但是其監(jiān)測工作還存在許多問題,例如底子薄、監(jiān)測設(shè)備較為陳舊、監(jiān)測技術(shù)水平低等。為了解決這一問題,切實提高地震監(jiān)測工作水平,監(jiān)測工作人員多年來堅持不懈地加強監(jiān)測體系建設(shè),投入資金技術(shù)以加強臺網(wǎng)的正規(guī)化建設(shè),逐步形成了多學(xué)科、多手段構(gòu)成的我市地震監(jiān)測臺網(wǎng)的基本格局,與此同時,西寧市測震地震臺網(wǎng)也得到了較快發(fā)展,自1998年后,西寧市先后完成了南山形變臺、城北區(qū)廿里鋪臺站、西寧湟中佐署水化臺站和湟中攔隆口地震背景場臺站的建設(shè)。建成了21個地震監(jiān)測臺站(點),其中測震臺網(wǎng)中心1個、強震單臺3個、前兆臺站4個、宏觀觀測點13個,初步形成了集測震、前兆、宏觀為一體的地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。建立了以中國地震局“十五”科技成果為基礎(chǔ)的測震分析、前兆分析、數(shù)據(jù)共享的工作平臺,持續(xù)做好地震速報、震情分析、數(shù)據(jù)交流等工作,目前我市現(xiàn)有的測震臺網(wǎng)(站、點)可監(jiān)測西寧轄區(qū)及周邊200km范圍內(nèi)發(fā)生的所有有感地震,15分鐘內(nèi)可以完成地震速報,為政府應(yīng)急響應(yīng)決策提供服務(wù)。
1.2西寧地震監(jiān)測的發(fā)展
2013年由市地震局建設(shè)的攔隆口地電阻率背景場,是經(jīng)相關(guān)專家反復(fù)考察選址后新建的一座前兆綜合觀測臺站,不僅是國家地震背景場探測地電單臺,也是我市防震減災(zāi)“十二五”規(guī)劃中的重點項目之一,該臺站的建設(shè)與運行進一步優(yōu)化了我市地震監(jiān)測臺網(wǎng)的布局。攔隆口地電場的建成使用要強化科技支撐建設(shè)好臺站,結(jié)合臺站地質(zhì)地貌和環(huán)境特點,充分利用中國地震局“十五”、“十一五”科研成果,爭取多學(xué)科、多手段的落實監(jiān)測項目,進一步強化前兆監(jiān)測工作;站在服務(wù)的角度上建設(shè)好臺站,不僅為地震監(jiān)測做好服務(wù),還將依托有利條件將臺站建設(shè)為縣區(qū)防震減災(zāi)科普教育基地,為鄉(xiāng)鎮(zhèn)防震減災(zāi)科普宣傳做好服務(wù),要與省地震局及各相關(guān)部門做好銜接,在監(jiān)測項目的落實、科普基地的規(guī)劃、觀測隊伍的建設(shè)上籌謀好、落實好,在建設(shè)與發(fā)展中把攔隆口地震臺站建設(shè)成技術(shù)過硬、宣傳兼?zhèn)涞默F(xiàn)代化監(jiān)測臺站,湟中攔隆口地震臺站新增設(shè)地電阻率、地電場檢測儀器為西寧轄區(qū)200公里范圍內(nèi)的地震監(jiān)測工作打下了堅實基礎(chǔ)。
2提高觀測質(zhì)量的有效措施
準確的地震預(yù)報,離不開地震前兆的觀測資料,要想提高地震前兆觀測資料的準確性,就必須要提高觀測技術(shù)水平。由于地震的發(fā)生時間、發(fā)生空間具有隨機性,地震監(jiān)測工作具有長期連續(xù)性,這就對觀測技術(shù)提出了較高要求,也對觀測工作環(huán)節(jié)提出了一定要求,觀測人員需要做好以下幾項工作。
2.1持續(xù)提高地震監(jiān)測能力
攔隆口地震背景場探測地電單臺,是按照“地震及前兆數(shù)字觀測技術(shù)規(guī)范”要求建設(shè)的,也是國家數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)項目青海的組成部分。目前,攔隆口地震背景場探測地電單臺采用的ZD8M地電祖率儀和ZD9A地電場儀是中國地震局地震預(yù)測研究所研制的新型地震預(yù)測設(shè)備,具有完成地電場數(shù)據(jù)的采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、物理量轉(zhuǎn)換、緩存處理等工作特點。ZD8M地電儀配合供電電源能自動定時進行三個測道的地電阻率的測量,具有準確度高、動態(tài)范圍大、抗干擾能力強、長期穩(wěn)定性好的特點,而ZD9A-2B地電場儀基本觀測方法主要采用向地下供直流電建立穩(wěn)定人工電場的方法來測量地球介質(zhì)電性參數(shù)和地電場隨時間在地應(yīng)力作用下巖石層的電阻率發(fā)生變化及地電場異常,按照EW:1600m、SN:1200m的電極級距布設(shè)ZD9A-2B觀測裝置,通過對每個測向同步測道觀測數(shù)據(jù)的相關(guān)分析判定觀測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、可靠性,獲得觀測方向的地電場強度變化。臺站的建成及運行對合理規(guī)劃西寧(市、縣)臺站和地震監(jiān)測臺網(wǎng),深化地震監(jiān)測臺網(wǎng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)起到了積極地推動作用,使西寧轄區(qū)地震監(jiān)測臺網(wǎng)的數(shù)據(jù)共享水平得到了進一步的提高。
2.2加強地震趨勢的分析研判
強化地震前兆監(jiān)測,完善地震觀測系統(tǒng)。在綜合分析、處理的基礎(chǔ)上,注重對觀測資料的深入分析應(yīng)用,創(chuàng)新和改進年度地震趨勢分析研究方法,大量的無震背景變化是識別、認證與地震孕震過程有關(guān)的前兆信息以及地震三要素預(yù)測預(yù)報的背景場干擾,需要不斷研究、總結(jié)和提煉地震前兆信息的時間、空間、強度規(guī)律和特征,做好地震趨勢和危險區(qū)跟蹤分析、重點震情研判。
3加強臺站建設(shè)的發(fā)展思路
貫徹落實市政府辦公廳提出的新時期防震減災(zāi)工作指導(dǎo)思想和目標任務(wù),著眼全面建設(shè)小康社會和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展需求,建設(shè)西寧轄區(qū)200km地震監(jiān)測體系,切實提高我市的地震監(jiān)測能力,為實現(xiàn)保持我市在地震預(yù)報領(lǐng)域最大限度地減輕地震災(zāi)害提供科技支撐。
3.1建立健全地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)
在現(xiàn)有臺網(wǎng)基礎(chǔ)上,發(fā)展地震觀測,注重發(fā)揮地震監(jiān)測臺網(wǎng)整體效能,進一步提高震情和災(zāi)情的報送速度,全面提高震后早期地震趨勢的快速判斷能力,滿足地震預(yù)報、科學(xué)研究和防震減災(zāi)需求。
3.2強化地震監(jiān)測工作的科學(xué)管理
加強對地震臺站、臺網(wǎng)選址、建設(shè)、運行等全過程的科學(xué)管理,建立與地震監(jiān)測事業(yè)發(fā)展需求相適應(yīng)的工作機制,滿足地震監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施和支撐條件建設(shè)、日常工作和事業(yè)發(fā)展需要。進一步健全地震監(jiān)測法律法規(guī),依法保護地震監(jiān)測工作的正常進行,加強地震監(jiān)測臺網(wǎng)和地震信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè),提升我市地震監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)的科技含量;加強和拓展與省地震局在聯(lián)合開展地震監(jiān)測方面的合作,逐步提高我市的地震監(jiān)測水平。
4結(jié)束語
關(guān)鍵詞:地震監(jiān)測;流動觀測;管理系統(tǒng);設(shè)計
一、設(shè)計的依據(jù)
地震系統(tǒng)四十年的地震監(jiān)測預(yù)報工作,無論從監(jiān)測任務(wù)的下達、還是各種手段的監(jiān)測實施,監(jiān)測結(jié)果的成果驗收、成果整理、成果歸檔、以及后面的成果分析,基本上都是靠地震工作者的體力勞動來實現(xiàn)的。就連數(shù)據(jù)處理,也基本上是依靠PC機用單獨單機軟件來完成,自動化程度相對全國其他行業(yè),顯得較低。
針對這一現(xiàn)狀,從流動監(jiān)測手段(水準、GPS、重力)著手,面向中國地震局的全局系統(tǒng),將流動監(jiān)測的任務(wù)管理、業(yè)務(wù)實施、分析處理、效果評價、技術(shù)革新以及后勤保障等納入計算機系統(tǒng)管理,設(shè)計一個基于WEB的流動監(jiān)測信息動態(tài)管理系統(tǒng)(以下簡稱系統(tǒng)),以期為各有關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)在流動監(jiān)測工作方面提供一個科學(xué)、迅速、準確、有效的工具。
二、國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
從“九五”到“十五”項目,我們的地震觀測臺網(wǎng)建設(shè)經(jīng)歷了從“模擬”到“數(shù)字化”和“網(wǎng)絡(luò)化”的變遷,取得了顯著進展?!笆濉钡卣鸨O(jiān)測臺網(wǎng)的建成,標志著我國觀測地震臺網(wǎng)已經(jīng)邁入了數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化時代。中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)項目建設(shè)的一個重要特點是“網(wǎng)絡(luò)到臺站,IP到儀器”,從臺站數(shù)據(jù)的采集到數(shù)據(jù)傳輸,臺網(wǎng)中心數(shù)據(jù)的接收與實時處理,全部建立在網(wǎng)絡(luò)化的平臺上。這種變化的好處顯而易見的。因此我們的流動觀測也能做到網(wǎng)絡(luò)化??梢宰屃鲃佑^測的數(shù)據(jù)實時傳回單位。
通過一系列的重大信息化工程建設(shè),地震系統(tǒng)在地震觀測、預(yù)測、應(yīng)急等技術(shù)方面向前邁進了一大步,然而,在對外展示與交流方面稍顯不足。因此更加體現(xiàn)了此設(shè)計的必要性。
三、系統(tǒng)總體設(shè)計
(一)系統(tǒng)總體架構(gòu)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為四個層次:數(shù)據(jù)基礎(chǔ)層、技術(shù)支撐層、業(yè)務(wù)邏輯層和視圖表示層。數(shù)據(jù)基礎(chǔ)層主要由系統(tǒng)涉及的五個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫組成:COM共通主表,GPS數(shù)據(jù)庫,GRA重力數(shù)據(jù)庫,LEV水準數(shù)據(jù)庫,MOM監(jiān)測數(shù)據(jù)庫;技術(shù)支撐層主要包括系統(tǒng)所需的各個技術(shù);視圖表示層主要是用戶界面和平臺。各層相互依賴、嵌套,構(gòu)成系統(tǒng)有機整體。
(二)系統(tǒng)概要設(shè)計
1.系統(tǒng)各個模塊概要
管理系統(tǒng)平臺可分為七個子系統(tǒng):
(1)權(quán)限管理子系統(tǒng)。 權(quán)限管理子系統(tǒng)負責(zé)對整個系統(tǒng)的用戶作權(quán)限劃分與管理,并負責(zé)記錄所有的用戶操作。
(2)項目任務(wù)分解子系統(tǒng)。由管理部門或項目責(zé)任單位對項目任務(wù)進行分解。
(3)項目實施方案編制子系統(tǒng)。項目實施方案編制的輸入、編制的輸出、方案評審、方案更改、方案審定及。
(4)項目設(shè)計子系統(tǒng)。項目設(shè)計的輸入、設(shè)計輸出、設(shè)計評審、設(shè)計更改、設(shè)計審定及。
(5)項目實施過程管理子系統(tǒng)。借助無線網(wǎng)絡(luò)、智能手機、電子標簽等對監(jiān)測過程的車輛、儀器、裝備等進行管理與監(jiān)控及調(diào)度。
(6)成果檢查驗收子系統(tǒng)。將目前的“兩級檢查一級驗收”的手工成果檢查驗收方式智能化。
(7)項目報表管理與統(tǒng)計子系統(tǒng)。
2.系統(tǒng)功能功能概要
主要包括四個方面功能,即點位分布及單個點的詳細信息展示、查詢功能、統(tǒng)計功能。
(1)展示功能。各種手段的點位布局的展示、單個點位詳細信息展示,包括點的東南西北和俯視供五張圖片,并且富有點位的文字說明,優(yōu)點是比紙質(zhì)的點之記更加形象具體。
(2) 查詢功能。系統(tǒng)可以提供對某個點位查詢或者某個區(qū)域的點位分布的查詢功能。
(3) 統(tǒng)計功能。系統(tǒng)可以用餅狀圖或柱狀圖來顯示各種手段的歷年監(jiān)測情況。
四、系統(tǒng)模塊功能設(shè)計
(一) 權(quán)限管理子系統(tǒng)
用戶登陸成功后,一直到退出,其在系統(tǒng)中的所有操作都將被記錄,從而形成完備的操作日志。對于添加或刪除項目等重要操作,系統(tǒng)會再次驗證客戶端身份,防止黑客通過截取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包等手段進行攻擊,提高系統(tǒng)安全性。
(二)項目任務(wù)分解子系統(tǒng)
項目任務(wù)錄入系統(tǒng)后,項目分解系統(tǒng)參照歷年的分解資料,以及資源庫中的其他資料將整個項目分為若干個子項目,轉(zhuǎn)交給相應(yīng)任務(wù)的負責(zé)人員;任務(wù)分配人員再將完成的子任務(wù)錄入系統(tǒng),系統(tǒng)根據(jù)歷年的分配資料和資源庫中的其他資料,將各個子項目分配給相應(yīng)的實測單位進行任務(wù)完成成果的驗證。
(三)項目實施方案編制子系統(tǒng)
通過將相應(yīng)的項目設(shè)計書,點位信息,地圖,小組資料,儀器信息車輛信息,資源庫中的資料錄入實施方案編制系統(tǒng),通過系統(tǒng)化,數(shù)字化,智能化的分析,對相應(yīng)的項目制定相應(yīng)的既定實施方案,然后借助相應(yīng)的人為干預(yù)來完成項目修改,審定等環(huán)節(jié)。將原本人力話的工作轉(zhuǎn)化為信息化,智能化的運作模式。
(四)成果檢查驗收子系統(tǒng)
將相應(yīng)的項目任務(wù)成果錄入該子系統(tǒng),實現(xiàn)對項目任務(wù)成果的相應(yīng)檢驗工作。通過相應(yīng)的條件指標對任務(wù)完成結(jié)果進行相應(yīng)的檢驗,以保證相應(yīng)任務(wù)的完成質(zhì)量。
五、系統(tǒng)預(yù)期
(一)公眾網(wǎng)站展示
我們擬將地震局流動觀測網(wǎng)點和經(jīng)過精度過濾的、歷史年代的觀測資料向社會公示,并提供觀測手段、觀測方法的科普介紹。和觀測成果的網(wǎng)上查詢機能一樣,分別對水準、GPS、重力觀測網(wǎng)點、分期觀測資料、觀測結(jié)果,在網(wǎng)上以觀測手段、觀測年代、觀測地區(qū)、觀測線路、觀測網(wǎng)點為索引,提供地圖查詢和數(shù)據(jù)結(jié)果表示。
(二)觀測資料的網(wǎng)上驗收
觀測小組在完成觀測任務(wù)并進行小組檢查后后,將觀測結(jié)果在網(wǎng)上提交給觀測隊申請驗收。中心質(zhì)管辦對觀測隊申請及小組觀測數(shù)據(jù)進行檢查,通過則送檔案室歸檔,并通知觀測隊觀測任務(wù)完成;不合格則將申請退回觀測隊,責(zé)令小組返工重測。
(三)觀測成果的網(wǎng)上查詢與共享
我們將資源數(shù)據(jù)庫里存儲的水準、GPS、重力觀測網(wǎng)點、分期觀測資料、觀測數(shù)據(jù)在網(wǎng)上以觀測手段、觀測年代、觀測地區(qū)、觀測線路、觀測網(wǎng)點為索引,提供查詢和結(jié)果表示,按照網(wǎng)頁登陸對象的不同,提供不同精度的數(shù)據(jù)。
六、社會效益評價
流動監(jiān)測是地震局的常規(guī)任務(wù),包括水準,GPS,重力以及地磁等多種監(jiān)測手段。以中國地震局的GPS監(jiān)測為例,每年外業(yè)工作量約3000人*天,內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理工作量約500人*天,任務(wù)持續(xù)時間從2月到11月。在任務(wù)進行過程中,圍繞生產(chǎn)數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)這個主要工作外,還涉及到任務(wù)發(fā)放,人員分配,車輛調(diào)配,突發(fā)事件處理等等工作;從任務(wù)分工的角度來看,又涉及到任務(wù)發(fā)起部門,實施部門,施測小組,數(shù)據(jù)驗收部門等多個部門協(xié)調(diào)工作。
施測小組不能夠及時上傳觀測數(shù)據(jù),這樣對數(shù)據(jù)來說不安全,同時這些數(shù)據(jù)不能很快應(yīng)用到科研工作中去。單位也不能及時獲知GPS小組車輛尤其是在遷站過程中的情況。
此系統(tǒng)的設(shè)計可以很好地解決以上問題,能夠使各個部門協(xié)調(diào)工作,保證了數(shù)據(jù)的安全性,實時性。
參考文獻:
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[2]勞王樞;關(guān)于地震監(jiān)測預(yù)報體系建設(shè)的思考[J];軟科學(xué)研究;2007年78期.
[3] 中國地震局監(jiān)測預(yù)報司、中國地震局國際合作司、中國地震局地球物理研究所,
國際地震中心(ISC)全球地震目錄(中文版)(1904~1997),北京:地震
基金項目:陜西省教育廳科學(xué)研究項目:高采樣率GPS動態(tài)精密定位技術(shù)在地震監(jiān)測中的應(yīng)用研究(2010JK671)。
1 引言
GNSS精密定位技術(shù)是地球動力學(xué)研究的重要技術(shù)手段,近年來隨著高采樣率GNSS技術(shù)的發(fā)展,GNSS地震學(xué)日益成為國內(nèi)外研究的熱點。GNSS精密定位主要有雙差定位模式和非差精密單點定位(PPP)模式,雙差模式需要同時解算至少兩個測站的GNSS觀測數(shù)據(jù),大多用于坐標框架或測量控制網(wǎng)的建立,PPP模式只需對單個測站的GNSS觀測數(shù)據(jù)進行處理,因而更適于震源分析以及建立地震監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)[1,2]。本文首先介紹Bernese軟件的PPP數(shù)據(jù)處理流程,然后利用Bernese軟件對2003年12月22日美國加州地震時的高采樣率GPS觀測數(shù)據(jù)進行了PPP解算,成功獲得了測站形變和地震波信號。
2 Bernese及其PPP數(shù)據(jù)處理
Bernese是瑞士波爾尼大學(xué)研制的國際著名的GNSS精密定位定軌軟件[2,3],該軟件支持精密星歷和多種GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)(新版V5.3支持GPS、GLONASS、Galileo、Beidou),支持動態(tài)+靜態(tài)定位,支持單差+雙差模式,具有目前所知的幾乎所有的GNSS定位定功能,其界面友好、易學(xué)易用,目前在全球眾多單位擁有上千家注冊用戶。Bernese PPP事后數(shù)據(jù)處理流程為:首先準備GNSS觀測數(shù)據(jù)和衛(wèi)星精密星歷以及精密衛(wèi)星鐘差改正、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)、衛(wèi)星健康狀況、天線相位改正等數(shù)據(jù)文件;隨后建立項目并進行數(shù)據(jù)平滑RNXSMT及RINEX數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換RXOBV3、衛(wèi)星鐘數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換RNXCLK、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)格式轉(zhuǎn)換POLUPD、衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換PRETAB、標準軌道生成ORBGEN、接收機鐘配準及標定不良偽距數(shù)據(jù)CODSPP、雙頻偽距及相位數(shù)據(jù)預(yù)處理MAUPRP;最后進行參數(shù)解算GPSEST(為了提高解算精度,建議先運行一次GPSEST并輸出殘差,然后對殘差統(tǒng)計RESRMS并標定不良數(shù)據(jù)SATMRK,標定之后再運行一次GPSEST)。
3 GNSS地震監(jiān)測數(shù)據(jù)處理
UTC時間2003年12月12日19時16分,美國加州圣西蒙San Simeon地區(qū)發(fā)生里氏6.5級地震,附近的1Hz采樣的GPS觀測站(如crbt、lows、pomm、pin1、trak等)受到了不同程度的地震影響,為GPS地震監(jiān)測研究提供了數(shù)據(jù)條件。本文使用IGS的事后精密星歷以及300秒間隔的精密星鐘改正文件,采用無電離層影響的線性組合觀測值,用Bernese對上述測站進行了PPP數(shù)據(jù)處理,變形較大的幾個站的N-E坐標序列如下圖1所示。
由圖1可見,BernesePPP技術(shù)不僅能得到明顯的震時測站形變和地震波信號,更可以對比得到不同測站的起震時間差異,這些信息無疑為震源交回、地震波分析提供了重要資料。
5 結(jié)論和建議
本文利用Bernese軟件,基于PPP解算模式,成功獲得了2003年12月12日美國加州圣西蒙地震時的1Hz采樣GPS測站的地表位移。Bernese軟件功能強大、易學(xué)易用、支持多種GNSS衛(wèi)星系統(tǒng),必將成為GNSS地震學(xué)研究的重要工具。
參考文獻
[1] 程羲.高采樣率GPS動態(tài)精密定位數(shù)據(jù)處理及其用研究[D].西安科技大學(xué),碩士畢業(yè)論文,2013。
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