基于智能手机MEMS传感器监测实时震况的研究

摘 要：本文针对我国多发地震而不能提前准确监测以造成重大损失的问题，设计将智能手机内置传感器用于地震监测以搭建实时城市地震网的研究，达到第一时间准确监测潜在最大危害地区的目的，从很大程度上避免了地震灾害所带来的巨大损失。

关键词：MEMS传感器；地震预警；地震网

我国位于世界两大地震带之间，是地震活动较多且强烈的地区。近年来，我国地震频发，先后在汶川及玉树两地发生强级地震，不仅给灾民造成生命财产损失，也给我国造成重大经济损失。若提前预知地震并做好充分的准备，就可以从很大程度上避免悲剧的发生。而此次研究主要将智能手机内置传感器用于地震监测以搭建实时城市地震网，第一时间监测地震并为其做好准备。

1 MEMS传感器概述

MEMS是微电子机械系统的的简称，它是一种微米级的类似于集成电路的装置和工具。虽然对常规地震检波器的研究与使用已有50多年的历史，已具备小体积，高灵敏度以及对地面噪声较强的抑制作用等特征，但MEMS加速传感器凭借其独有的低频响应，高的矢量保真度及数据的直接传输逐渐成为地震监测研究中的重要角色。目前已经有将MEMS作为技术制作的微机械地震加速计，大小不及一枚硬币，功耗只有毫瓦级，在±3g（g为地球重力加速度值）的测量范围下可达120dB的动态范围，噪声仅有300～500ng/ ，可用于强震监测。

2 具体细节及可实行性

2.1 用户自测

现今智能手机几乎人手一部，而大多数智能手机中均配备小型灵敏传感器，足以监测地震运动。用户通过地震监测软件启用MEMS加速传感器监测当前所在位置地震运动数据，发送数据信息给地震监测站，并通过高灵敏度GPS接收器接收计算后得出的反馈信息。地震监测软件在后台运行期间，若提前感知强烈地震运动，会向用户发出警报提示，减少人员伤亡。有无预警系统对比图如图1所示。

2.2 数据采集

智能手机所具备的无线数据传输接口包括GSM/GPRS、WiFi、蓝牙以及RFID，通过接入互联网获取当前位置目标的在线数据库，结合GPS进行定位，并将地震运动数据及具置作为地震观测点信息发送到分布式地震波采集系统。当用户遇难，地震监测软件中GPS定位有助于对遇难者进行搜索。分布式地震波采集系统原理图如图2所示：①位于智能手机中的MEMS加速传感器，相当于一个小型检波器②地震数据采集点，以数字信号存储由检波器发来的信息③无线传输，采集点通过无线传输将采集的数据发送至终端④终端主机，对采集数据进行分析。

2.3 搭建地震网

地震监测站接收来自各个用户发送的地震参数后，将所有信息进行分析计算，缩小地震区域范围，将其作为小型虚拟地震观测点，当地震发生时大大增加了观测点的数量，从很大程度上提高了地震监测的准确性。当地震发生后，将所有传回的地面运动数据汇总进行评估，根据丰富的数据资源识别潜在危险区，有效分配物资及人力资源。地震网的建立可以更为准确的推测震中位置以及高级地震的回归周期，同时可以探测地震网范围内地壳运动情况。

3 结论

本文在现有智能手机无线传输设备及国内外最新相关研究成果的分析及总结基础上，提出通过智能手机自带MEMS加速传感器搭建城市地震网的设计方案，将现有创新技术进行有效结合，由于条件限制，有些细节问题仍需进行深入研究，进一步搭建模拟实验平台获取参数，最终达到理想中的快速高效监测。

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