地震烈度仪对卷积神经网络模型地震预警震级估计的影响

为探索地震烈度仪对卷积神经网络模型地震预警震级估计的影响,以2022年中国发生的5次破坏性地震(M_S≥5.8)为例,将地震数据应用到卷积神经网络震级估计模型中,分析引入烈度仪地震数据后的震级估计。结果表明:在P波到达后3 s,烈度仪和强震仪的单台震级估计误差主要分布在±1震级单位范围内;对于震中距100 km以内的数据,在P波到达后10 s内,与强震仪相比,烈度仪震级估计误差均值更接近0;对于信噪比小于20的数据,强震仪震级估计误差均值比烈度仪的震级估计误差均值更接近0,且烈度仪有更大震级估计误差的不确定度。此外,对于这5次地震,与强震仪相比,烈度仪的数量更多、分布更密,引入烈度仪地震数据后,卷积神经网络模型更快地获得鲁棒的震级估计。研究结果为地震烈度仪在卷积神经网络震级估计模型中的适用性提供了依据,也为地震预警系统震级估计提供参考。

MEMS地震烈度仪在结构地震反应观测中的应用

工程结构地震反应观测台阵获取常时和震时结构反应记录,是工程结构健康诊断和震害评估的重要技术手段之一。2019年,云南大理建设了一个由8个地震烈度仪测点组成的结构地震反应观测台阵,每台烈度仪内置一个3分向微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)加速度计。通过标准振动台检测,确定台阵配备的烈度仪的幅频响应特性曲线和线性度误差符合相关行业标准的要求。该台阵于2021年5月获得了大理漾濞地震序列的多次结构地震反应记录,本文选取其中3次M_(S)3.0~M_(S)3.2级地震,分析了观测记录的加速度时程、傅里叶幅值谱和信噪比等数据,由结果可知:该台阵可较好地记录幅值≥0.5 cm/s^(2)、频带1.0~39.0Hz的振动信号,对于近场小震具有一定的监测能力。

不同型号地震烈度仪振动测试对比分析

GL-P2B型和TMA-33型仪器是目前使用较为广泛的两种地震烈度仪,利用超低频振动平台系统为两种烈度仪提供稳定的不同频率和不同幅值的振动信号,获取两种烈度仪在同一振动平台下的输出响应,进而对两种烈度仪的线性特性和幅频百分比进行对比分析。结果表明:在线性测试中,GL-P2B在三个分向的线性度误差均要小于TMA-33,其拟合方程更加趋近于标准方程,其线性特性优于TMA-33;在幅频测试中,两种烈度仪在1~20 Hz的测试频率点上的误差百分比存在较小差异,但是在频率大于20 Hz时,两者则呈现出完全不同的走势,GL-P2B的误差百分比仍然处于较低水平,TMA-33的误差百分比则随着测试频率的增加而增加,GL-P2B在整个测试频率段内的稳定性优于TMA-33。

地震烈度仪壁挂安装架研制

为解决地震烈度仪壁挂安装,经过不断的测试、调整、优化,使用连接单元的铰接、锁紧构成稳固的三角连接制作了地震烈度仪在壁挂安装时的配套装置。地震烈度仪安装架安装方便,可以使地震烈度仪对准正北向。架设的地震烈度仪通过验收,为地震烈度仪的使用提供更理想的观测环境。

面向地震烈度仪的现地地震动预测模型的构建与验证

利用初期P波预警参数构建现地地震动预测模型,使其在达到设定阈值时快速发出报警信息,是现地地震预警系统面临的一个关键问题,直接关系到发布信息的准确性和及时性。针对地震烈度仪基于微机电系统传感器记录到的数据质量较差,通过两次积分获取的位移存在较大偏差,会引起更多的误报和漏报,本文采用不同阶数(1—4阶)的巴特沃斯滤波器,分别构建了基于P波3 s和全P波段数据的位移幅值PD、速度幅值PV和加速度幅值PA与地震动峰值速度PGV和峰值加速度PGA的现地地震动预测模型,然后利用收集到的川滇示范预警网地震事件记录进行验证。结果表明,对于地震烈度仪微机电系统传感器的记录,采用1阶巴特沃斯滤波器处理、基于全P波段波形拟合获取到的PV与PGV的相关性和PA与PGA的相关性为两种最优现地地震动预测模型。具体应用时,应同时利用两种或两种以上的统计关系进行现地地震动预测,并将实际地震动观测值作为额外的判定条件,以降低误报率和漏报率。

地震烈度仪数据传输协议

中国地震烈度速报与预警系统建设即将全面启动,面对未来地震预警系统中大量地震烈度仪的接入,为了方便数据的传输、汇集、共享、使用和管理,设计一种地震烈度仪数据传输协议。本文介绍烈度仪数据传输协议设计思想和特点,并给出一种参考实现,重点表述各个模块的功能和逻辑关系。

MI 3000和GL-P2C地震烈度仪性能对比

在合肥地震台和安徽省地震局仪器检测室均架设MI 3000和GL-P2C地震烈度仪,分别进行同台址观测,对记录的背景噪声进行RMS值和噪声功率谱计算,对比分析2种烈度仪性能。研究结果显示:①自噪声水平:2种烈度仪水平向自噪声水平均约为垂直向的50%,且MI 3000地震烈度仪约为GL-P2C地震烈度仪的3倍;②频带范围:GLP2C地震烈度仪比MI 3000地震烈度仪频带范围更宽,且在0.1—40 Hz范围内,比MI 3000地震烈度仪记录信号的噪声功率谱降低约10 dB。分析认为,相对于MI 3000地震烈度仪,GL-P2C地震烈度仪性能更佳。

用于地震烈度计算的近似滤波的改进

对先前提出的实时地震烈度计算的近似滤波进行了改进。随着地震早期预警(EEW)系统变得越来越被广泛地使用,由于频率域的滤波产生时间滞后,当前计算JMA(日本气象厅)地震烈度的方法显示出了严重的问题。为了改进这一方法以允许进行适宜地震早期预警系统的实时计算,我们提出在时间域用近似滤波进行实时地震烈度计算。对于诸如强震仪的简单计算系统,由于近似滤波仅由4个一阶滤波和1个二阶滤波组成,可直接计算实时地震烈度。根据使用K-NET和KiK-net台网强震仪的检验我们发现,强震仪有足够的计算能力进行更复杂的滤波。我们研制出了应用于时间域进行精确实时地震烈度计算的由6个二阶滤波构成的近似滤波。日本气象厅地震烈度与使用改进的近似滤波计算的实时地震烈度之间的关系用大量强震记录进行了检验。结果表明,日本气象厅地震烈度与实时地震烈度之间的差异在99%的记录中都小于0.1。尽管改进的滤波需要两倍于以前近似滤波的计算能力,但它适合于需要更精确实时计算地震烈度的地震预警系统。

简易烈度计设备选型及一般站台站建设

根据中国地震局和福建省地震局的部署,厦门地震勘测研究中心负责简易烈度计的观测网络系统建设工作。根据调研,选取了稳定性较好且有示范项目经验的台湾生产的Palert地震烈度仪,在厦门市、漳州市、泉州市和莆田部分地区建设了符合一般站场址勘选要求的300个台站,按照安装要求进行了300台烈度计的安装,为组建三网融合的地震预警与地震烈度速报台网奠定了良好的基础。

四川地震预警系统数据产出结果分析

2019年1月1日至2020年2月3日四川及邻区共发生29个M≥4.0地震事件,四川地震预警系统对这些事件均有触发和超快定位结果,事件触发率达100%,且未发生M≥4.0地震误触发事件。在此基础上,四川地震预警系统JEEW超快速报定位模块对这29个地震事件共处理出574个连续超快定位结果,每个地震事件平均约有20个连续超快定位结果。通过对连续超快定位结果和预警终端接收结果与中国地震台网正式目录结果进行对比分析,得出几点结论:(1)JEEW超快速报定位模块自动地震定位的发震时刻结果较好,可以直接向地震预警终端推送;(2)82.8%的M≥4.0地震震中位置结果较好,其他0.9%的M≥4.0地震震中位置结果偏差较大;(3)超快速报定位模块自动定位的M≥4.0地震震级普遍偏小,在震级计算公式中应考虑设置合理的校正系数;(4)29个M≥4.0地震的预警时间集中在5~15 s,随着后续项目台站密度的增加,地震预警速度还会加快;(5)速报烈度图与现场调查烈度图差别较大,建议结合经验模型与实测值综合绘制仪器烈度图。