一种智能化自主组网地震预警装备及方法技术

本发明专利技术公开了一种智能化自主组网地震预警装备及方法，该装备中：地震监测前端由数据采集、边缘计算和协同通信模块组成，具备自主组网能力，用于实现智能化强震识别、预警计算和鲁棒通信；采集模块，包括GNSS模块和MEMS加速度计；计算模块，采用嵌入式微型处理器，用于根据多源监测数据进行地震触发确认信号和地震波信息的实时解算，若地震触发确认信号大于设定阈值，则联立自组网内所有识别出震动的地震监测前端组成临时监测网，形成组网式强震互判和组网式地震预警信息解算；通信模块，采用支持远距离无线传输的射频芯片；用于组建智能无线通信自组网，传输和接收计算模块得到的地震波和预警信息。本发明专利技术可以广泛地应用在地震预警系统中，具有低成本、低功耗、自主化、智能化、高时效性和高可靠性等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种智能化自主组网地震预警装备及方法
本专利技术涉及地震预警
，尤其涉及一种智能化自主组网地震预警装备及方法。
技术介绍
地震预警系统(EEWs)是指依托潜在震源地附近的地震台网，在震后以最短时间内快速估算地震位置、影响范围和震害程度，在破坏性的S波和面波到达预警区域前发布警报的实时地震信息处理系统。地震预警系统作为有效减轻地震灾害的手段之一，要求其能以最短的时间内为预警区提供可靠的地震参数预警信息，因此具有高度的实效性和可靠性要求。然而，地震预警系统要提供更可靠的地震参数则需要更长时间的地震动数据和更多台站的测量数据，但随着数据量的剧增，对通讯网络和数据处理中心带来压力，会造成网络堵塞及故障而增大系统的整体数据延时，进而影响系统的实效性。此外，依赖于固定通信基站或网关的传输网络，在大震损坏基站或网关后，台站数据无法传出，导致整个系统陷于瘫痪。而地震预警系统依赖于单一的数据处理中心，存在运算崩溃或受大震损坏而导致整个系统无法运行的风险。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能化自主组网地震预警装备，其特征在于，该装备包括多个分布式设置的地震监测前端，以及设置在远程的接收终端；其中：/n地震监测前端，具备自主组网能力，用于实现一体化的数据采集、边缘计算和协同通信功能，实现智能化强震识别、预警计算和鲁棒通信；地震监测前端包括以下模块：/n多源数据采集模块，包括GNSS模块和MEMS加速度计；用于实时采集地震监测的多源监测数据；/n计算模块，采用支持边缘计算的嵌入式微型处理器；用于根据多源监测数据进行地震触发确认信号的播发和地震波信息的实时解算，若地震触发确认信号数量大于设定阈值，则联立自组网内所有识别出震动的地震监测前端组成临时监测网，形成组网式强震互判和...

【技术特征摘要】
1.一种智能化自主组网地震预警装备，其特征在于，该装备包括多个分布式设置的地震监测前端，以及设置在远程的接收终端；其中：
地震监测前端，具备自主组网能力，用于实现一体化的数据采集、边缘计算和协同通信功能，实现智能化强震识别、预警计算和鲁棒通信；地震监测前端包括以下模块：
多源数据采集模块，包括GNSS模块和MEMS加速度计；用于实时采集地震监测的多源监测数据；
计算模块，采用支持边缘计算的嵌入式微型处理器；用于根据多源监测数据进行地震触发确认信号的播发和地震波信息的实时解算，若地震触发确认信号数量大于设定阈值，则联立自组网内所有识别出震动的地震监测前端组成临时监测网，形成组网式强震互判和组网式地震预警信息解算；
通信模块，采用支持远距离无线传输的射频芯片；用于组建智能无线通信自组网，传输和接收计算模块得到的地震波和预警信息；
接收终端，用于接收地震监测前端发送来的预警计算结果，根据结果发出预警。


2.根据权利要求1所述的智能化自主组网地震预警装备，其特征在于，计算模块中播发地震触发确认信号和实时解算地震波信息具体方法为：
地震监测前端实时进行加速度采集，并根据加速度数据自主判断震动是否触发，若触发则播发地震触发确认信号，并开启多源数据采集模块的GNSS模块，采集GNSS和加速度多源数据；在持续一定时间的GNSS观测后，再根据加速度数据进行震动判定；若判定为非震动状态，则关闭GNSS采集，以减少耗能和信息流量；若判定为震动状态，则继续GNSS采集，并重复上述步骤，直到非震动状态；
地震监测前端自主集成GNSS和加速度数据，实时计算厘米至毫米级精度的地震位移和速度时间序列，再拾取地震波到时以计算地震波的卓越周期和最大幅值。


3.根据权利要求1所述的智能化自主组网地震预警装备，其特征在于，计算模块中实现组网式强震互判和组网式地震预警信息解算的具体方法为：
识别到震动的地震监测前端使用泛洪法向周围所有前端节点单跳播发单帧的地震触发确认信号，若有单个地震监测前端接收到的地震触发确认信号数量大于三，则确认该区域地震发生，将联立所有识别出震动的地震监测前端组成临时监测网，形成组网式强震互判，否则关闭各前端的GNSS模块的采集功能；
临时监测网通过所有前端IP和路由表路由信息，智能辨识出与网内所有前端通信时间最短的可用监测前端为临时计算监测前端，来以最短通信路径接收网内所有监测前端计算的地震波信息，进行组网解算地震的震中、发震时刻和震级等预警信息。


4.一种智能化自主组网地震预警方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、通过分布式设置的多个地震监测前端进行智能化自主组网，地震监测前端自主进行震动识别；
S2、识别到震动的地震监测前端播发地震触发确认信号，并进行加速度和GNSS的多源数据采集，实时解算地震波信息；
S3、若有单个地震监测前端接收到的地震触发确认信号数量大于或等于设定的阈值，则联立并实时接入所有识别出震动的监测前端组成临时监测网，形成组网式强震互判；
S4、若地震监测前端接收到的地震触发确认信号数量均小于阈值，关闭各个地震监测前端的GNSS模块；
S5、临时监测网辨识出与网内各个地震监测前端通信时间最短的可用地震监测前端，将其作为计算监测前端；
S6、计算监测前端接收临时监测网内所有地震监测前端计算的卓越周期、最大幅值和地震波到时，解算得到预警信息，包括：地震的震中、发震时刻和震级；
S7、计算监测前端通过通信模块和智能无线自主通信网，以多个路径向附近多个通信基站、用户接收终端和预警中心播发地震预警信息。


5.根据权利要求4所述的智能化自主组网地震预警方法，其特征在于，步骤S2前端解算地震波信息的具体实现方法为：
S21、识别到震动的地震监测前端开启多源数据采集模块的GNSS模块，同步采集GNSS和加速度多源观测数据，其中GNSS数据包括广播星历、伪距和载波相位观测值，加速度数据为加速度计自身惯性坐标系对齐“ENU”坐标系的三轴线性加速度观测值；
S22、地震监测前端自主集成GNSS和加速度数据，实时计算厘米至毫米级精度的地震位移、速度和加速度时间序列；
S23、地震监测前端基于上述地震波时间序列拾取地震波到时以计算地震波的卓越周期和最大幅值的地震波信息。


6.根据权利要求5所述的智能化自主组网地震预警方法，其特征在于，步骤S22的具体计算方法为：
S221、构建ENU坐标系转换地心地固坐标系ECEF的坐标变换矩阵，将加速度ENU三分量转为ECEF三分量，与GNSS保持在同一个坐标基准下；且加速度计由GPS授时确保时间基准对齐到GPS时间；
S222、为适用于低成本前端边缘计算，减少计算量和通信资源，采用改进的载波相位历元差分法来集成GNSS和加速度，在无需外界辅助信息的前提下实现位移和速度信息的高精度解算，即在上述时空间基准统一的基础上，构建如下GNSS载波相位与加速度组合观测方程：






式中，λi为i频率对应的波长，为r测站观测s1和s2两颗卫星的载波相位观测值的星间单差在t和t-1两个历元之间的差分观测值，其中星间单差被用于消...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿江辉，栗广才，辛绍铭，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42