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廉价的地震预警系统
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2017-01-06 16:16
原创  Prachi Patel, Tekla

由低成本传感器和手机构成的众包预警网若被用于尼泊尔地震,很可能为人们争取到宝贵的逃生时间。

虽然预测地震依然是个梦想,但是科学家已经研发出早期预警系统,能够为人们争取到宝贵的时间用于逃离建筑物或寻找掩体。这种系统已经在日本和墨西哥获得应用。美国地质勘探局(USGS)正在测试的一种预警系统曾在2014年加州的纳帕河谷地震中提前5到10秒发出了预警。4月25日的尼泊尔7.8级地震中若有这种预警,很可能拯救几百人的生命。

地震预警系统的价格不菲,对尼泊尔、南亚、加勒比以及中美洲等地震高发地区的国家而言是难以承受的。但是,现在研究人员正通过众包的方式,利用成本较低的传感器和手机电子技术研制价格更低的地震预警系统。

当前预警系统所利用的网络需要成千上万价格昂贵、极其灵敏的地震传感器来探测地震波,同时还要采用GPS传感器探测地质断层运动引起的地面持续运动,这是地震的根源。

廉价的地震预警系统-02.jpg

Zizmos公司位于加利福尼亚州帕洛阿尔托市,公司创始人巴特尔加齐.伊尔迪里姆(Battalgazi Yildirim)认为,通过廉价的传感器方案能获得与专业地震预警系统相当,甚至更好的地震数据。他的系统使用手机上现成的微型机电加速计管理数据收集和通信。“在USGS使用的传感器方案中,每个传感器的成本约3万美元,”他说,“而我们的传感器每个成本仅为100美元。”

伊尔迪里姆打算主要依靠大众的帮助,因此预警网络几乎没有安装和维护成本。伊尔迪里姆只需要志愿者提供的一小片墙体空间和一个电源插座,就能为一副扑克牌大小的传感器组件提供支持。

公司已经获得美国国家科学基金会的15万美元科研补助,在本期杂志付印后,公司于5月份开始了系统试运行,涉及了分布于加州的268处传感器。一旦传感器探测到震动,将把震动的时间和级数发送到云端服务器;运算系统将检测邻近传感器的报告,确定此次震动是来自当地(如卡车引起的震动)还是真正的地震。如若是后者,系统将推算地震的震中、地震发生的最初时间以及估测震级。如果预计震级高于4.0级,系统将发出预警。

USGS的地理学家本杰明.布鲁克斯(Benjamin Brooks)正在思考另一种众包方式。他说,为什么不利用人们手机中的GPS传感器和导航系统呢?在发展中国家,装有GPS的手机非常普遍,这种众包系统在提供早期预警方面几乎没有任何成本。“像尼泊尔这样的国家,地震频发、资源匮乏,众包能够发挥最有效的作用。”布鲁克斯说。

尼泊尔地震两周前,在《科学进展》期刊刊登的研究文章中,布鲁克斯和他的同事测试了消费级GPS在监测地震方面的能力。他们使用谷歌Nexus智能手机和商用GPS模块,在10厘米到2米的位移范围内进行移位比较。两款GPS传感器都能感受轻微的运动。

接下来,研究人员使用加州北部7级地震的模拟数据以及2011年日本东北部9级大地震的实际数据进行了测试。基于普查数据,他们模拟了震中附近智能手机的反应,若一部手机及其最近的4部手机出现高于5厘米的位移,则认为该手机受到触发。若触发了超过100部手机,系统就将发布地震预警。

在实验中,不到5000部智能手机在5秒内就探测到了模拟的加州地震,为旧金山和圣何塞提供了充分的预警时间。对日本地震而言,由于震中不在陆地,因此测试系统的探测时间超过了80秒,这个预警时间对于近海城镇来说太迟,但为东京等城市提供预警已足够。

“令人遗憾的是,在尼泊尔地震那周的周三我还与一位尼泊尔同事讨论了这种方式的可行性。”布鲁克斯说,“虽然在多山地区提供手机服务存在挑战,但我们认为这些困难最终都能被克服。”



作者:Prachi Patel, Tekla S. Perry


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