专利名称：一种利用高层建筑监测地震的方法
一种利用高层建筑监测地震的方法
技术领域：
本发明涉及地震监测仪器仪表和传感器及电路设计领域，具体涉及一种低成本、 可以密集布局监测点，从而覆盖城市大面积区域的地震前兆实时监测方法。
背景技术：
地震预报的基础是地震前兆，地震前兆的基础是实时监测的精度和实时监测点的分布密度。分析地震前兆、提炼地震前兆和确定一个地震前兆异常需要有正常背景，连续、 稳定的监测，并且监测点要足够多。李四光先生创立了利用地应力来预测地震的方法。所谓地应力，就是指存在于地壳中的应力，它包括由地热、重力、地球自转速度变化及其他因素产生的应力。由于地震是地球的内力冲破岩石圈造成的，所以在岩石圈遭受内力挤压的时候，原来的地应力平衡就被打破了，产生了地应力的变化。地震学家从地应力变化的曲线上就可以预测出地震。如果地应力实时监测点分布足够多，中国大地上的地应力变化就能被充分感知，就有望预测出地震的时间、地点、震级和烈度。然而，基于当前的地震前兆监测方法建立的地震前兆观测台站，需要投资数百万元建设费，需要几十到几百平米的建筑面积、几百到几千平米的土地面积，设备等，同时需要运行人员和较多的运行费。如果密集建立，资源消耗巨大，难以实现。今天，以辽宁省为例，前兆观测台站约34个，其中测量应力约10个，根本不可能覆盖整个辽宁省的地震前兆监测。因此，无法取得震源区的地应力变化，以及其随时间的演化状态，更无法取得大区域的地区应力变化图像，尤其是获得不到发生地震前和震后应力变化、调整、重新分配的过程与状态。解决问题的关键在于实现低成本、广覆盖的地应力变化的实时监测。同样，地震前兆也可以通过地球物理场代用指标的变化，如地声(次声波)、大地微动(次声波)、基岩温度、基岩湿度、基岩应力等异常现象，解决问题的核心仍然是实现低成本、广覆盖的地声、大地微动的实时监测。
发明内容本发明的主要目的就是解决现有地震前兆监测技术中难以实现的监测点的密集建设的问题，提供一种地震前兆监测方法，具有低成本、可以密集布局监测点，尤其适合城市地震监测，实时监测大面积区域的地声、大地微动和建筑物基岩的温度、湿度、应力变化的异常情况，从而进行地震分析和预报。为实现上述目的，本发明提供一种特定监测单元结构，其特征在于所述监测单元包含一个或多个从建筑最底层打孔埋入基岩的应力传感单元、共聚物振动传感单元、温度传感单元和湿度传感单元、一个处理单元。传感单元能够获得0. OlHz到IMHz的地声、大地微动(地震前兆)，能够获得0. OlkPa到1OOOkPa地应力的变化，能够获得_20°C到80°C温度的变化，能够获得10%到95%的湿度变化；处理单元对传感单元的信号进行数字化等预处理之后，通过有线或无线方式发送到监测中心。本发明提供一种特定的监测中心结构，其特征在于通过无线和有线连接该监测中心的一大批监测单元实时提供的反映所覆盖区域的地声、大地微动、基岩应力、基岩温湿度的变化，综合分析，排除局部干扰，进行地震的分析和预报。多个监测中心互连，将能够覆盖更大的区域。由于监测单元的布局可以基于现有建筑物，因此可以实现城市大区域的地震监测和预报。本发明的有益效果是低成本实时监测地声、大地微动、基岩温度、湿度和应力变化，能够在城市内密集布局，从而掌握整个监测区域地声、大地微动和地应力的实时变化。解决长期以来没有实现的城市中的低成本、高密集度、大面积覆盖的实时监测点的建立问题，为地震前兆分析和地震预报建立详细、精确、可信的监测数据基础。
具体实施方式
和
本申请的特征及优点将通过实施例，结合附图进行说明。图1是本发明的监测单元一种特定安装，利用高层建筑地基较深的特点，在建筑最底层打孔到基岩表面，将监测单元安装在基岩表面并用混凝土固定。监测单元的供电和信号通过预留孔引出到地下室，处理单元安装在地下室处理信号并向外传输。为表述方便，我们将建筑物中的监测单元称为SP，将监测中心称为SC。通过一系列SP和SC的互联就可以城市内大区域的地震前兆监测，该种结构包括至少一个SP和至少一个SC，SP与SC中的至少一个互联，SC与SC的互联，如图2至3所示。SP和SC，SC和SC的互联均可以采用无线或有线方式。图4是本发明一种实施例的特定应用分析，在每隔IOOm的建筑物内部布局1个 SP,每100个SP通过GPRS或3G模块无线发布数据到至少一个SC，城市内部SC通过3G无线模块和有线互联，使每个SC能够获得全部区域SP监测的数据，从而实时监测地震前兆。图5是一种SP的实施例，SP中包括一个应力传感器和一个共聚物振动传感单元 (分别用SA和SS表示)、一个处理单元。这种传感单元组能够获得0. OlHz到IOkHz的地声、大地微动和0. OlkI3a到IOOOkI3a地应力的变化量；处理单元包括一个对传感单元的信号进行数字化等预处理的模块，一个GPRS或3G模块，一个电源管理模块提供电源管理，预处理后的数据通过GPRS或3G无线方式发送到监测中心。SP发送的数据至少包括SP的标识(每个SP具有唯一标识)；地理位置信息(坐标)；监测时间精度(可以精确到毫秒)；监测或发送数据的时间间隔；本时间间隔内的地声、大地微动；本时间间隔内的地应力的变化；监测时间精度、监测或发送数据的时间间隔，等等，均可以设置。以上内容是结合一种实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种利用建筑物地下室密集实时监测地震前兆的监测单元和监测中心的系统组成结构，其特征在于包括至少一个监测单元组和至少一个监测中心，所述每个监测单元包含至少一个温度传感单元、湿度传感单元、共聚物振动传感单元和应力传感单元，一个处理单元，并与至少一个监测中心联结。监测单元相比当前使用的其他监测技术具有极低的成本， 可以在城市的楼宇结构中布局监测点，比如在一栋建筑物结构中埋入一个或多个监测点， 一个区域内大量具有地震监测功能的建筑物构成了地震监测网络，监测中心将监测单元的数据收集和分析。
2.如权利要求1所述的特定监测单元结构，其特征在于所述监测单元包含一个或多个温度传感单元、湿度传感单元、共聚物振动传感单元和应力传感单元和一个处理单元。 传感单元能够获得0. OlHz到IMHz的地声、大地微动(地震前兆)，能够获得0. OlkPa到 IOOOkPa地应力的变化，能够获得_20°C到80°C温度的变化，能够获得10%到95%的湿度变化，处理单元对传感单元的数据进行预处理之后，通过有线或无线方式发送到监测中心。监测中心通过大区域密集布局的监测单元，实现大区域的密集监测，作为地震分析和预报的依据。
3.如权利要求1所述的特定监测单元结构，其特征在于所述的监测单元安装在建筑物下的岩石基础中，通过从建筑物地下室向下开孔到岩石基础并在岩石基础上安装监测单元。
4.如权利要求1所述的监测中心结构，其特征在于通过连接该监测中心的一大批监测单元提供的反映所覆盖区域的地声、大地微动、基岩温度、基岩湿度和基岩应力的变化， 综合分析，排除局部干扰，进行地震的分析和预报。多个监测中心互连，将能够覆盖包括城市在内的广大区域。
全文摘要
本发明公开了一种利用高层建筑监测地震的方法，该方法利用高层建筑地下室深的特点，将监测单元安装到建筑下方的岩石基础上并感应岩层变化来监测地震。该方法由安装在地下岩石基础上的地震监测单元和若干个地面监测中心组成。监测单元包括采用一个或多个感知岩石基础振动、温度、湿度和应力的传感监测单元，一个处理单元。处理单元对传感单元的感知信号进行预处理并发送到监测中心。监测中心负责接收较大区域的多个监测单元发来的数据，并进行处理，监测中心之间可以交换数据以获得更大区域岩石基础振动、温度、湿度和应力信号，从而对地震活动分析并实现地震预报。本发明具有成本低、安装易和组网灵活的特点，适合城市布局地震监测点。
文档编号G01V1/18GK102156294SQ201110080880
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者冯晓星, 王新安, 王金泊, 葛彬杰 申请人:北京大学深圳研究生院, 深圳思量微系统有限公司