基于智能手機MEMS傳感器監測實時震況的研究

楊夢琴

摘 要：本文針對我國多發地震而不能提前準確監測以造成重大損失的問題，設計將智能手機內置傳感器用于地震監測以搭建實時城市地震網的研究，達到第一時間準確監測潛在最大危害地區的目的，從很大程度上避免了地震災害所帶來的巨大損失。

關鍵詞：MEMS傳感器；地震預警；地震網

我國位于世界兩大地震帶之間，是地震活動較多且強烈的地區。近年來，我國地震頻發，先后在汶川及玉樹兩地發生強級地震，不僅給災民造成生命財產損失，也給我國造成重大經濟損失。若提前預知地震并做好充分的準備，就可以從很大程度上避免悲劇的發生。而此次研究主要將智能手機內置傳感器用于地震監測以搭建實時城市地震網，第一時間監測地震并為其做好準備。

1 MEMS傳感器概述

MEMS是微電子機械系統的的簡稱，它是一種微米級的類似于集成電路的裝置和工具。雖然對常規地震檢波器的研究與使用已有50多年的歷史，已具備小體積，高靈敏度以及對地面噪聲較強的抑制作用等特征，但MEMS加速傳感器憑借其獨有的低頻響應，高的矢量保真度及數據的直接傳輸逐漸成為地震監測研究中的重要角色。目前已經有將MEMS作為技術制作的微機械地震加速計，大小不及一枚硬幣，功耗只有毫瓦級，在±3g（g為地球重力加速度值）的測量范圍下可達120dB的動態范圍，噪聲僅有300～500ng/ ，可用于強震監測。

2 具體細節及可實行性

2.1 用戶自測

現今智能手機幾乎人手一部，而大多數智能手機中均配備小型靈敏傳感器，足以監測地震運動。用戶通過地震監測軟件啟用MEMS加速傳感器監測當前所在位置地震運動數據，發送數據信息給地震監測站，并通過高靈敏度GPS接收器接收計算后得出的反饋信息。地震監測軟件在后臺運行期間，若提前感知強烈地震運動，會向用戶發出警報提示，減少人員傷亡。有無預警系統對比圖如圖1所示。

2.2 數據采集

智能手機所具備的無線數據傳輸接口包括GSM/GPRS、WiFi、藍牙以及RFID，通過接入互聯網獲取當前位置目標的在線數據庫，結合GPS進行定位，并將地震運動數據及具體位置作為地震觀測點信息發送到分布式地震波采集系統。當用戶遇難，地震監測軟件中GPS定位有助于對遇難者進行搜索。分布式地震波采集系統原理圖如圖2所示：①位于智能手機中的MEMS加速傳感器，相當于一個小型檢波器②地震數據采集點，以數字信號存儲由檢波器發來的信息③無線傳輸，采集點通過無線傳輸將采集的數據發送至終端④終端主機，對采集數據進行分析。

2.3 搭建地震網

地震監測站接收來自各個用戶發送的地震參數后，將所有信息進行分析計算，縮小地震區域范圍，將其作為小型虛擬地震觀測點，當地震發生時大大增加了觀測點的數量，從很大程度上提高了地震監測的準確性。當地震發生后，將所有傳回的地面運動數據匯總進行評估，根據豐富的數據資源識別潛在危險區，有效分配物資及人力資源。地震網的建立可以更為準確的推測震中位置以及高級地震的回歸周期，同時可以探測地震網范圍內地殼運動情況。

3 結論

本文在現有智能手機無線傳輸設備及國內外最新相關研究成果的分析及總結基礎上，提出通過智能手機自帶MEMS加速傳感器搭建城市地震網的設計方案，將現有創新技術進行有效結合，由于條件限制，有些細節問題仍需進行深入研究，進一步搭建模擬實驗平臺獲取參數，最終達到理想中的快速高效監測。

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