專利名稱：現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)與方法及其儲(chǔ)存媒體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地震預(yù)測技術(shù)，特別涉及一種現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
地震預(yù)測技術(shù)理論之一，是通過P波(P-wave、primary wave或pressure wave)波速大于S波(secondary wave)的物理特性(P波約6_7km/s ；S波約3_4km/s),于地震發(fā)生當(dāng)下，測量P波帶來的微小震動(dòng)以推估后續(xù)S波的影響。P波屬于疏密波或縱波的一種，也是地震時(shí)通過地球內(nèi)部傳遞的體波(body wave)其中一種，傳遞時(shí)介質(zhì)的震動(dòng)方向與震波能量的傳遞方向平行#波具有最快的傳播速度，但破壞力不如S波。另一種體波S波的速度僅次于P波，S波屬于剪力波(Shear Wave)或橫波，即傳遞時(shí)介 質(zhì)的震動(dòng)方向與震波能量的傳遞方向垂直，且其震幅可到P波的數(shù)倍。因此，S波較大的地震震幅與傳遞時(shí)造成傳遞路徑上的剪切效應(yīng)，往往帶來重大的災(zāi)情。臺(tái)灣位處于歐亞大陸板塊及菲律賓海板塊的交界，也為環(huán)太平洋地震帶的一部分，因而地震發(fā)生頻繁。中央氣象局于全臺(tái)各處廣設(shè)地震儀，通過多個(gè)測站的聯(lián)集運(yùn)算，可得到高精度的地震相關(guān)參數(shù)，并告知各警戒區(qū)域，此機(jī)制可視為「廣域型」強(qiáng)震預(yù)警系統(tǒng)。然廣域型強(qiáng)震預(yù)警系統(tǒng)受限于數(shù)據(jù)收錄及運(yùn)算時(shí)間的限制，雖然可達(dá)高精確度、但耗時(shí)過久，于近震央?yún)^(qū)域(距地震發(fā)生處50公里內(nèi))無法提供有效預(yù)警。例如，臺(tái)灣中央氣象局所建置的地震觀測網(wǎng)，需22秒的時(shí)間進(jìn)行震央定位及地震規(guī)模推算，若僅考慮P波與S波間的速度差，忽略地質(zhì)及場址效應(yīng)，則此系統(tǒng)對(duì)于震央距測站觀測群70公里以外的區(qū)域才有預(yù)警能力。但是，靠近震央?yún)^(qū)域所承受的地震震波影響高于其它地區(qū)，仰賴此類廣域型強(qiáng)震預(yù)警系統(tǒng)，并無法達(dá)到事前預(yù)警、逃生疏散的效果。此外，雖然既有研究對(duì)于地震波的預(yù)測與模擬可提供特定演算理論，但是這些理論應(yīng)用在現(xiàn)地型地震預(yù)測時(shí)，缺乏大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與修正，無法達(dá)到預(yù)期的準(zhǔn)確率。再者，對(duì)于以短時(shí)窗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確預(yù)測地震參數(shù)，目前并無合適的硬件架構(gòu)適合現(xiàn)地型地震預(yù)測的信號(hào)處理與運(yùn)算需求，一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并無法適當(dāng)?shù)靥幚硇盘?hào)或提供實(shí)時(shí)高階運(yùn)算效能。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明一目的在于實(shí)時(shí)分析一地震于一檢測地點(diǎn)檢測到的一初達(dá)波(Primary Wave)，以預(yù)測地震于檢測地點(diǎn)的一剪切波，并縮短地震參數(shù)的運(yùn)算時(shí)間以便提前預(yù)警。于本發(fā)明一實(shí)施例中，提供一種現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，此系統(tǒng)包含信號(hào)預(yù)處理模塊及嵌入式運(yùn)算主機(jī)。信號(hào)預(yù)處理模塊接收于檢測地點(diǎn)擷取初達(dá)波的加速度信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行一硬件預(yù)處理(hardware pre-processing)。嵌入式運(yùn)算主機(jī)接收來自信號(hào)預(yù)處理模塊的加速度信號(hào)，以計(jì)算剪切波的峰值地表加速度(Peak Ground Acceleration)。其中，經(jīng)硬件預(yù)處理的加速度信號(hào)被轉(zhuǎn)換為初達(dá)波的地表速度與地表位移，以得到一第一時(shí)窗內(nèi)的一峰值地表位移(Peak Ground Displacement)。嵌入式運(yùn)算主機(jī)更以一第二時(shí)窗內(nèi)的地表速度與地表位移計(jì)算地震破裂時(shí)間參數(shù)(Seismic Fracture Time Parameter),并藉以計(jì)算地震的地震規(guī)模(Seismic Magnitude)。嵌入式運(yùn)算主機(jī)根據(jù)峰值地表位移與地震規(guī)模計(jì)算一震央距離(Epicentral Distance),并根據(jù)地震規(guī)模與震央距離,計(jì)算地震的剪切波在檢測地點(diǎn)的峰值地表加速度。
進(jìn)一步地，本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的嵌入式運(yùn)算主機(jī)，根據(jù)一地震預(yù)判邏輯判定該地震是否為一地震事件。進(jìn)一步地，本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的信號(hào)預(yù)處理模塊包含一濾波電路與一偏移值去除電路，該濾波電路對(duì)該些加速度信號(hào)執(zhí)行該硬件濾波程序，該偏移值去除電路對(duì)該些加速度信號(hào)執(zhí)行該硬件去除偏移值程序。進(jìn)一步地，本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的信號(hào)預(yù)處理模塊包含一積分電路，該積分電路對(duì)該些加速度信號(hào)執(zhí)行一硬件積分程序，以將該些加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為該初達(dá)波的該地表速度與該地表位移。進(jìn)一步地，本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的嵌入式運(yùn)算主機(jī)執(zhí)行一積分運(yùn)算程序，以將該些加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為該初達(dá)波的該地表速度與該地表位移。進(jìn)一步地，本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的嵌入式運(yùn)算主機(jī)包含至少一運(yùn)算處理器，該運(yùn)算處理器在本身的一固件中、或在一磁盤操作系統(tǒng)環(huán)境中執(zhí)行至少一算法程序以分析該地震。進(jìn)一步地，本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的第一時(shí)窗定義為該初達(dá)波的周期或1/2周期。進(jìn)一步地，本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的第二時(shí)窗定義為該初達(dá)波的周期。于本發(fā)明另一實(shí)施例中，提供一種現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法，用以實(shí)時(shí)分析某地震于某檢測地點(diǎn)的檢測到的初達(dá)波，此方法包含對(duì)于檢測地點(diǎn)擷取的加速度信號(hào)進(jìn)行硬件預(yù)處理；轉(zhuǎn)換加速度信號(hào)為初達(dá)波的地表速度與地表位移；得到第一時(shí)窗內(nèi)的峰值地表位移；以第二時(shí)窗內(nèi)的地表速度與地表位移計(jì)算地震破裂時(shí)間參數(shù)，并藉以計(jì)算地震規(guī)模；根據(jù)峰值地表位移與地震規(guī)模計(jì)算震央距離；及根據(jù)地震規(guī)模與震央距離，計(jì)算地震的剪切波在檢測地點(diǎn)的峰值地表加速度。進(jìn)一步地，本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法還包含根據(jù)一地震預(yù)判邏輯判定該地震是否為一地震事件。進(jìn)一步地，本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法的地震預(yù)判邏輯包含一優(yōu)化長短時(shí)窗平均值比值法。進(jìn)一步地，本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法的硬件預(yù)處理包含一硬件濾波程序與一硬件去除偏移值程序。進(jìn)一步地，本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法的硬件預(yù)處理包含一硬件積分程序，以將該些加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為該初達(dá)波的該地表速度與該地表位移。進(jìn)一步地，本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法還包含執(zhí)行一積分運(yùn)算程序，以將該些加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為該初達(dá)波的該地表速度與該地表位移。進(jìn)一步地，本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法還包含將該第一時(shí)窗的該加速度信號(hào)補(bǔ)足該初達(dá)波的一完整周期所需數(shù)據(jù)量，以修正該初達(dá)波的一傅立葉振幅-頻率曲線而得到該剪切波的一預(yù)估地震主頻。
進(jìn)一步地，本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法還包含將該第一時(shí)窗的該加速度信號(hào)予以鏡像處理，以補(bǔ)足該初達(dá)波的完整周期所需數(shù)據(jù)量。進(jìn)一步地，本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法還包含以該初達(dá)波1/2頻率的該傅立葉振幅-頻率曲線作為該剪切波的一預(yù)估傅立葉振幅-頻率曲線，以得到該剪切波的該預(yù)估地震主頻。進(jìn)一步地，本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法的第一時(shí)窗定義為該初達(dá)波的周期或1/2周期。進(jìn)一步地，本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法的第二時(shí)窗定義為該初達(dá)波的周期。
于本發(fā)明另一實(shí)施例中，提供一種計(jì)算機(jī)可讀取的儲(chǔ)存媒體，其內(nèi)儲(chǔ)存有多個(gè)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令；當(dāng)這些計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令被一現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)讀取且執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行前述實(shí)施例所說明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法。此現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)包括信號(hào)預(yù)處理模塊與嵌入式運(yùn)算模塊。此方法包含對(duì)于檢測地點(diǎn)擷取的加速度信號(hào)進(jìn)行硬件預(yù)處理；轉(zhuǎn)換加速度信號(hào)為初達(dá)波的地表速度與地表位移；得到第一時(shí)窗內(nèi)的峰值地表位移；以第二時(shí)窗內(nèi)的地表速度與地表位移計(jì)算地震破裂時(shí)間參數(shù)，并藉以計(jì)算地震規(guī)模；根據(jù)峰值地表位移與地震規(guī)模計(jì)算震央距離；及根據(jù)地震規(guī)模與震央距離，計(jì)算地震的剪切波在檢測地點(diǎn)的峰值地表加速度。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。


圖I本發(fā)明一實(shí)施例中現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)方框圖；圖2本發(fā)明另一實(shí)施例中另一現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)方框圖；圖3本發(fā)明另一實(shí)施例中現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法的流程圖；圖4本發(fā)明另一實(shí)施例中另一現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法的流程圖；圖5本發(fā)明另一實(shí)施例中另一現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法的流程圖；圖6A本發(fā)明另一實(shí)施例中另一現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法的流程圖；及圖6B系圖6A實(shí)施例中初達(dá)波與剪切波的傅立葉振幅-頻率曲線圖。其中，附圖標(biāo)記現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)10嵌入式運(yùn)算模塊100運(yùn)算處理器110系統(tǒng)記憶體120儲(chǔ)存單元130信號(hào)接口140總線150信號(hào)預(yù)處理模塊200濾波電路210偏移值去除電路220積分電路230
具體實(shí)施例方式基于對(duì)地震信號(hào)特性及過去分析過程遭遇的障礙，本發(fā)明的下列實(shí)施例提供現(xiàn)地型地震分析所需的數(shù)種最佳化硬件架構(gòu)與最佳化運(yùn)作程序，以便以短時(shí)間擷取的初達(dá)波(P波Primary Wave)數(shù)據(jù)、準(zhǔn)確預(yù)測剪切波(S波Shear Wave)于檢測地點(diǎn)的峰值地表加速度，達(dá)到現(xiàn)地實(shí)時(shí)預(yù)警效果。本發(fā)明中軟件硬件系統(tǒng)的整合設(shè)計(jì)、硬件組件的選擇、不同算法的搭配至關(guān)重要，需經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證方能得到本發(fā)明最優(yōu)化的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)與方法。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)與方法，若擷取測站所檢測的初達(dá)波前段3秒數(shù)據(jù)演算出地震相關(guān)參數(shù)并提出預(yù)警，則可將預(yù)警范圍由距震央70公里外大幅拉近，例如降至為距震央10-50公里外；但實(shí)際數(shù)據(jù)仍受限于實(shí)際采用的硬件/軟件/固件、地震波傳遞路徑的地層特性以及其它可能變量。請(qǐng)參閱圖1，其是本發(fā)明一實(shí)施例中現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)方框圖。圖中現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)10包括嵌入式運(yùn)算主機(jī)100與信號(hào)預(yù)處理模塊200 ;其中主要由信號(hào)預(yù)處理模塊200進(jìn)行原始初達(dá)波加速度信號(hào)的信號(hào)預(yù)先處理，而由嵌入式運(yùn)算主 機(jī)100進(jìn)行多個(gè)算法計(jì)算程序。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的其中一個(gè)目標(biāo)在于縮短地震參數(shù)的運(yùn)算時(shí)間以便提前預(yù)警，因此硬件的配置上必須有效降低算法運(yùn)算端的運(yùn)算負(fù)擔(dān)。視不同的實(shí)際硬件組件配置方式，于一實(shí)施例中嵌入式運(yùn)算主機(jī)100與信號(hào)預(yù)處理模塊200可通過一特制主機(jī)板串聯(lián)所有必要硬件組件、輔以適當(dāng)?shù)目偩€與信號(hào)接口(連接器)而實(shí)現(xiàn)。于另一實(shí)施例中，嵌入式運(yùn)算主機(jī)100與信號(hào)預(yù)處理模塊200可由獨(dú)立的硬件組件分別實(shí)現(xiàn)，再以合適的信號(hào)纜線與信號(hào)接口串聯(lián)。于一實(shí)施例中，地震初達(dá)波的加速度信號(hào)來源為設(shè)置于某檢測地點(diǎn)的地表強(qiáng)震儀(圖未示)。檢測地點(diǎn)的選擇可以為人口稠密處或重要建筑物附近；強(qiáng)震儀例如可選用Kinemetrics 公司的 EpiSensor 震力平衡加速度計(jì)(Force Balance Accelerometer)(型號(hào)FBA ES-T)，能測量地表上的微小震動(dòng)、并輸出X、Y、Z三個(gè)軸向的加速度信號(hào)。強(qiáng)震儀擷取輸出加速度信號(hào)的時(shí)間間隔通?？梢宰孕性O(shè)定，但于一實(shí)施例中，合適的擷取或輸出頻率為每秒200次。于圖I中，信號(hào)預(yù)處理模塊200具有濾波電路210及偏移值去除電路220。濾波電路210對(duì)檢測地點(diǎn)所設(shè)強(qiáng)震儀輸出的初達(dá)波加速度信號(hào)執(zhí)行硬件濾波程序，意即通過濾波電路210濾除初達(dá)波加速度信號(hào)中不必要的環(huán)境噪聲，一則降低后端需分析的數(shù)據(jù)量、一則提高分析準(zhǔn)確率。偏移值去除電路220對(duì)該初達(dá)波加速度信號(hào)執(zhí)行一硬件去除偏移值程序，意即通過偏移值去除電路220將初達(dá)波加速度信號(hào)進(jìn)行偏移調(diào)整，使初達(dá)波加速度信號(hào)的基礎(chǔ)值回到零；一個(gè)例子為先取長時(shí)窗(例如9 11秒)的初達(dá)波加速度信號(hào)的平均值作為信號(hào)偏移植修正參數(shù)，即能將擷取的加速度信號(hào)或數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移修正。整體而言，信號(hào)預(yù)處理模塊200接收于檢測地點(diǎn)擷取的多個(gè)初達(dá)波加速度信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行一硬件預(yù)處理(hardware pre-processing),即以硬件電路手段對(duì)初達(dá)波加速度信號(hào)進(jìn)行信號(hào)預(yù)先處理。硬件預(yù)處理可包括一硬件濾波程序與一硬件去除偏移值程序，或其它硬件電路可執(zhí)行的信號(hào)處理程序。不過，由于在本發(fā)明的方法中，初達(dá)波加速度信號(hào)需要被轉(zhuǎn)換為初達(dá)波的地表速度(Ground Velocity)與地表位移(Ground Displacement)數(shù)據(jù)，且此過程需要對(duì)初達(dá)波加速度信號(hào)或數(shù)據(jù)執(zhí)行「積分」處理，因此如欲進(jìn)一步降低后端嵌入式運(yùn)算主機(jī)100的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，可在一實(shí)施例中，令信號(hào)預(yù)處理模塊的硬件預(yù)處理包含一硬件積分程序。于此，如第2圖所示，另一實(shí)施例中的信號(hào)預(yù)處理模塊200可進(jìn)一步具備一積分電路230，以對(duì)初達(dá)波加速度信號(hào)執(zhí)行前述硬件積分程序，意即對(duì)初達(dá)波加速度信號(hào)進(jìn)行硬件積分，而將初達(dá)波加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為初達(dá)波的地表速度與地表位移；后續(xù)實(shí)施例及圖4還有相關(guān)說明。 圖I中，嵌入式運(yùn)算主機(jī)100具有運(yùn)算處理器110、系統(tǒng)記憶體120、儲(chǔ)存單元130、信號(hào)接口 140與總線150。經(jīng)過信號(hào)預(yù)處理模塊200進(jìn)行硬件預(yù)處理后的初達(dá)波加速度信號(hào)，將通過信號(hào)接口 140與總線150傳輸至運(yùn)算處理器110進(jìn)行運(yùn)算。本實(shí)施例中儲(chǔ)存單元130可儲(chǔ)存任意地震數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)、以及必要的多個(gè)算法程序，嵌入式運(yùn)算主機(jī)100的運(yùn)算處理器110可將必要的算法程序加載至系統(tǒng)記憶體120，以便進(jìn)行各種地震參數(shù)的運(yùn)算。前述運(yùn)算處理器110所需執(zhí)行的多個(gè)算法程序，屬于本發(fā)明現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法的其中一部分。于一實(shí)施例中，嵌入式運(yùn)算主機(jī)100可由以磁盤操作系統(tǒng)(Disk OperatingSystem ；D0S)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；所采用的磁盤操作系統(tǒng)可為微軟公司的MS-DOS或其它合適的版本。一個(gè)實(shí)驗(yàn)中采用的例子為以(I)鈦思科技公司(TeraSoft Inc.)開發(fā)的「Micro-Box x86 Based 實(shí)時(shí)控制平臺(tái)」(簡稱 Micro-Box),搭配(2)MathWorks 公司(TheMathfforks, Inc.)的Simulink工具軟件作為算法程序開發(fā)工具。其中，欽思科技公司型號(hào)Micro-Box 3000 (PCI Interface [即指 PeripheralComponent Interconnect interface,周邊組件互連接口])的 Micro-Box 系統(tǒng)具有以下主要的硬件規(guī)格處理器Celeron M IGHz ;系統(tǒng)記憶體為256MB DDRDRAM ;儲(chǔ)存單元可為64MB Compact Flash card ;標(biāo)準(zhǔn)PCI擴(kuò)充總線等。換言之,于一實(shí)施例中，嵌入式運(yùn)算主機(jī)100的硬件部分可由鈦思科技公司型號(hào)Micro-Box 3000所實(shí)現(xiàn)。前述Simulink工具軟件是則是MathWorks公司開發(fā)的用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。于一實(shí)施例中，嵌入式運(yùn)算主機(jī)100的算法程序乃以Simulink工具軟件進(jìn)行編寫，并于鈦思科技公司前述Micro-Box系統(tǒng)上的DOS環(huán)境中執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法的至少其中一部份。換言之，此實(shí)施例的一或多個(gè)算法程序須能在DOS環(huán)境中執(zhí)行；意即，此類嵌入式運(yùn)算主機(jī)100的運(yùn)算處理器110須執(zhí)行以DOS為基礎(chǔ)(DOS-based)的算法程序。于另一實(shí)施例中，嵌入式運(yùn)算主機(jī)的運(yùn)算處理器可具有內(nèi)建記憶體，通過特定的固件(Firmware)編輯平臺(tái)，可將本發(fā)明所需的各個(gè)算法程序編寫于該運(yùn)算處理器的固件中，而能以固件執(zhí)行方式進(jìn)行高速運(yùn)算。換言之，此實(shí)施例的一或多個(gè)算法程序須能在該運(yùn)算處理器的固件環(huán)境中執(zhí)行；意即，此類嵌入式運(yùn)算主機(jī)100的運(yùn)算處理器110須在本身固件中執(zhí)行所需的算法程序。一例為采用德國dSPACE公司的DS1103 PPC控制器板(Controller Board),本發(fā)明的各種算法程序仍可通過Simulink工具軟件進(jìn)行編寫,最后轉(zhuǎn)換成機(jī)械語言以植入其運(yùn)算處理器(IGHz)PPC 750GX的固件中，如此即能以固件執(zhí)行方式進(jìn)行高速運(yùn)算。有關(guān)嵌入式運(yùn)算主機(jī)100所執(zhí)行的算法程序、以及整個(gè)現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)10所執(zhí)行的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法，請(qǐng)合并參考后續(xù)的流程圖與相關(guān)說明。
請(qǐng)參閱圖3，其是本發(fā)明另一實(shí)施例中現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法的流程圖。雖然以下是以具有順序的步驟及流程圖，說明現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法的各構(gòu)成部分；但除非特別予以限定，本發(fā)明的方法各構(gòu)成部分的間并無絕對(duì)的前后順序關(guān)系。請(qǐng)一并參考圖I與圖3，本發(fā)明一實(shí)施例中，現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法包括以下部分
步驟S310 :對(duì)于一檢測地點(diǎn)擷取的一地震的初達(dá)波加速度信號(hào)進(jìn)行硬件預(yù)處理。本實(shí)施例中硬件預(yù)處理包括硬件濾波程序與硬件去除偏移值程序，由信號(hào)預(yù)處理模塊200的濾波電路210與偏移值去除電路220，分別對(duì)檢測地點(diǎn)現(xiàn)地?cái)X取的地震初達(dá)波加速度信號(hào)進(jìn)行處理；于一實(shí)施例中，初達(dá)波加速度信號(hào)擷取頻率為每秒200次。 前述部分是于現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的信號(hào)預(yù)處理模塊200執(zhí)行，下列部分則由嵌入式運(yùn)算主機(jī)100的運(yùn)算處理器110執(zhí)行。步驟S320 :將經(jīng)過硬件預(yù)處理的初達(dá)波加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為初達(dá)波的地表速度與地表位移。本實(shí)施例中需通過嵌入式運(yùn)算主機(jī)100的運(yùn)算處理器110執(zhí)行一積分運(yùn)算程序，以將初達(dá)波加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為初達(dá)波的地表速度與地表位移；若以處理每秒200個(gè)初達(dá)波加速度信號(hào)來計(jì)算，初達(dá)波的地表速度與地表位移的數(shù)據(jù)輸出量也分別約為每秒200個(gè)數(shù)值。步驟S330:得到第一時(shí)窗內(nèi)的一峰值地表位移(Peak Ground Displacement ；PGD)。由于以最少時(shí)間找出峰值地表位移PGD至關(guān)重要，因此第一時(shí)窗定義為包含至少一個(gè)峰值地表位移所需的時(shí)間；而初達(dá)波P波的速度為6-7km/s (即初達(dá)波周期約6-7秒)，此處所謂第一時(shí)窗即可定義約為3-3. 5秒，換言的，第一時(shí)窗可定義為該初達(dá)波的1/2周期。當(dāng)然時(shí)間越長時(shí)數(shù)據(jù)越完整，第一時(shí)窗可定義為該初達(dá)波的完整周期，以找到更準(zhǔn)確的峰值地表位移P⑶。步驟S340 :以第二時(shí)窗內(nèi)的地表速度與地表位移計(jì)算一地震破裂時(shí)間參數(shù)τ c。在現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)具有充足運(yùn)算能力的前提下，步驟S330與步驟S340并不需區(qū)分先后，而可以被平行處理。地震破裂時(shí)間參數(shù)TC的計(jì)算方式為
權(quán)利要求
1.一種現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，實(shí)時(shí)分析一地震于一檢測地點(diǎn)的檢測到的一初達(dá)波，以預(yù)測該地震于該檢測地點(diǎn)的一剪切波(Shear Wave)，其特征在于，該系統(tǒng)包含 一信號(hào)預(yù)處理模塊，接收于該檢測地點(diǎn)擷取該初達(dá)波的多個(gè)加速度信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行一硬件預(yù)處理；及 一嵌入式運(yùn)算主機(jī)，接收來自該信號(hào)預(yù)處理模塊的該些加速度信號(hào)，以計(jì)算該剪切波的一峰值地表加速度； 其中，經(jīng)該硬件預(yù)處理的該些加速度信號(hào)被轉(zhuǎn)換為該初達(dá)波的多個(gè)地表速度與多個(gè)地表位移，以得到一第一時(shí)窗內(nèi)的一峰值地表位移；該嵌入式運(yùn)算主機(jī)還以一第二時(shí)窗內(nèi)的該些地表速度與該些地表位移計(jì)算一地震破裂時(shí)間參數(shù)，并藉以計(jì)算該地震的一地震規(guī)模；該嵌入式運(yùn)算主機(jī)根據(jù)該峰值地表位移與該地震規(guī)模計(jì)算一震央距離，并根據(jù)該地震規(guī)模與該震央距離，計(jì)算該地震的該剪切波在該檢測地點(diǎn)的該峰值地表加速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，其特征在于，該嵌入式運(yùn)算主機(jī)根據(jù)一地震預(yù)判邏輯判定該地震是否為一地震事件。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，其特征在于，該信號(hào)預(yù)處理模塊包含一濾波電路與一偏移值去除電路，該濾波電路對(duì)該些加速度信號(hào)執(zhí)行該硬件濾波程序，該偏移值去除電路對(duì)該些加速度信號(hào)執(zhí)行該硬件去除偏移值程序。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，其特征在于，該信號(hào)預(yù)處理模塊包含一積分電路，該積分電路對(duì)該些加速度信號(hào)執(zhí)行一硬件積分程序，以將該些加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為該初達(dá)波的該地表速度與該地表位移。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，其特征在于，該嵌入式運(yùn)算主機(jī)執(zhí)行一積分運(yùn)算程序，以將該些加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為該初達(dá)波的該地表速度與該地表位移。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，其特征在于，該嵌入式運(yùn)算主機(jī)包含至少一運(yùn)算處理器，該運(yùn)算處理器在本身的一固件中、或在一磁盤操作系統(tǒng)環(huán)境中執(zhí)行至少一算法程序以分析該地震。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，其特征在于，該第一時(shí)窗定義為該初達(dá)波的周期或1/2周期。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，其特征在于，該第二時(shí)窗定義為該初達(dá)波的周期。
9.一種現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法，實(shí)時(shí)分析一地震于一檢測地點(diǎn)的檢測到的一初達(dá)波，其特征在于，該方法包含 對(duì)于該檢測地點(diǎn)擷取的多個(gè)加速度信號(hào)進(jìn)行一硬件預(yù)處理； 轉(zhuǎn)換該些加速度信號(hào)為該初達(dá)波的多個(gè)地表速度與多個(gè)地表位移； 得到一第一時(shí)窗內(nèi)的一峰值地表位移； 以一第二時(shí)窗內(nèi)的該些地表速度與該些地表位移計(jì)算一地震破裂時(shí)間參數(shù)，并藉以計(jì)算該地震的一地震規(guī)模； 根據(jù)該峰值地表位移與該地震規(guī)模計(jì)算一震央距離；及 根據(jù)該地震規(guī)模與該震央距離，計(jì)算該地震的一剪切波在該檢測地點(diǎn)的一峰值地表加速度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法，其特征在于，還包含根據(jù)一地震預(yù)判邏輯判定該地震是否為一地震事件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法，其特征在于，該地震預(yù)判邏輯包含一優(yōu)化長短時(shí)窗平均值比值法。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法，其特征在于，該硬件預(yù)處理包含一硬件濾波程序與一硬件去除偏移值程序。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法，其特征在于，該硬件預(yù)處理包含一硬件積分程序，以將該些加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為該初達(dá)波的該地表速度與該地表位移。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法，其特征在于，還包含執(zhí)行一積分運(yùn)算程序，以將該些加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為該初達(dá)波的該地表速度與該地表位移。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法，其特征在于，還包含將該第一時(shí)窗的該加速度信號(hào)補(bǔ)足該初達(dá)波的一完整周期所需數(shù)據(jù)量，以修正該初達(dá)波的一傅立葉振 幅-頻率曲線而得到該剪切波的一預(yù)估地震主頻。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法，其特征在于，還包含將該第一時(shí)窗的該加速度信號(hào)予以鏡像處理，以補(bǔ)足該初達(dá)波的完整周期所需數(shù)據(jù)量。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法，其特征在于，還包含以該初達(dá)波1/2頻率的該傅立葉振幅-頻率曲線作為該剪切波的一預(yù)估傅立葉振幅-頻率曲線，以得到該剪切波的該預(yù)估地震主頻。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法，其特征在于，該第一時(shí)窗定義為該初達(dá)波的周期或1/2周期。
19.根據(jù)權(quán)利要求9所述的現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法，其特征在于，該第二時(shí)窗定義為該初達(dá)波的周期。
20.一種計(jì)算機(jī)可讀取的儲(chǔ)存媒體，儲(chǔ)存有多個(gè)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，當(dāng)該些計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令被一現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)讀取且執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行一現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析方法，以實(shí)時(shí)分析一地震于一檢測地點(diǎn)的檢測到的一初達(dá)波； 其中，該現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)包括一信號(hào)預(yù)處理模塊與一嵌入式運(yùn)算模塊； 其中，該方法包含對(duì)于該檢測地點(diǎn)擷取的多個(gè)加速度信號(hào)進(jìn)行一硬件預(yù)處理，轉(zhuǎn)換該些加速度信號(hào)為該初達(dá)波的多個(gè)地表速度與多個(gè)地表位移，得到一第一時(shí)窗內(nèi)的一峰值地表位移，以一第二時(shí)窗內(nèi)的該些地表速度與該些地表位移計(jì)算一地震破裂時(shí)間參數(shù)，并藉以計(jì)算該地震的一地震規(guī)模，根據(jù)該峰值地表位移與該地震規(guī)模計(jì)算一震央距離，以及根據(jù)該地震規(guī)模與該震央距離，計(jì)算該地震的一剪切波在該檢測地點(diǎn)的一峰值地表加速度。
全文摘要
一種現(xiàn)地型地震實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)與方法及其儲(chǔ)存媒體，對(duì)在某檢測地點(diǎn)擷取一地震之初達(dá)波加速度信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。此系統(tǒng)包含一嵌入式運(yùn)算主機(jī)與一信號(hào)預(yù)處理模塊，其信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)其初達(dá)波加速度信號(hào)進(jìn)行硬件預(yù)處理，嵌入式運(yùn)算主機(jī)可根據(jù)一地震事件預(yù)判邏輯判定此地震是否為一地震事件。其初達(dá)波加速度被轉(zhuǎn)換為初達(dá)波的地表速度與地表位移，以得到一峰值地表位移，再由嵌入式運(yùn)算主機(jī)以初達(dá)波的地表速度與地表位移計(jì)算一地震破裂時(shí)間參數(shù)，并藉以計(jì)算此地震事件的一地震規(guī)模；嵌入式運(yùn)算主機(jī)根據(jù)其峰值地表位移與地震規(guī)模計(jì)算一震央距離，并進(jìn)而根據(jù)地震規(guī)模與震央距離，計(jì)算此地震的剪切波在此檢測地點(diǎn)的峰值地表加速度。
文檔編號(hào)G01V1/30GK102955169SQ20111029964
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者張道明, 林沛旸, 黃謝恭, 江宏偉, 沈哲平 申請(qǐng)人:林沛旸