高速铁路地震预警系统构架设计

和普通列车相比,高速列车作为一种更快速的交通工具,其受到地震的威胁也更大。高速铁路地震预警系统能在破坏性地震波到达前发出报警,是防止其发生重大损失或人员伤亡的有效措施。我国新建的京津、京石等高速铁路中都要求建设地震预警系统。一个好的地震预警系统不仅要有科学先进的算法来确定地震三要素和影响范围等,系统的构架也尤为重要。系统构架影响甚至决定了系统的鲁棒性、可维护性、运行效率、安全性等。因此有必要对预警系统的系统构架进行研究,确保预警系统构架合理。讨论了高速铁路地震预警系统中所需要的硬件和软件模块及其相互关系,为高速铁路地震预警系统的建设提供参考和依据。     

加速度均方根地震动统计研究

根据美国加州等地的强震记录,采用回归分析方法研究了加速度记录水平、竖向分量的峰值加速度(PGA)和一定时间窗内加速度均方根(SRSTM S)的衰减规律。所采用的加速度记录共795组(两水平向与一竖向)2 385条。对作为地震危险性分析的主要参数PGA的衰减规律与SRSTM S的衰减规律作了详细的研究,结果表明,SRSTM S的离散性明显的小于PGA,因此建议将SRSTM S的衰减关系应用于地震动强度的危险性分析。     

小震震源机制P轴取向的预报应用

采用Snoke的振幅比方法,利用江苏台网和山东台网记录到的数字化波形资料,计算了发生在江苏及其附近地区的33个地震的震源机制解,并由此计算了其相应的P轴取向。结果表明:南黄海北部凹陷地区M_L5.1地震发生前2个月内、长江口地区显著小震群发生之前2个月内,在震中所在区域的附近地区有震源P轴取向小于100°的异常地震发生;盐城附近及其近海海域在本文研究的时段内未曾出现震源P轴取向小于100°的地震,该区域也没有发生中强地震或显著小震群事件。由此说明震源P轴取向具有一定的短临前兆意义,但这种情况与大地震事件所表现出来的规律并不完全相同。茅山断裂附近地区出现的2次震源P轴取向小于100°的事件与该地区重力异常结果是一致的,说明2002年前后茅山断裂曾活动过。     

震后城市地震动场快速评估系统研究

震后灾情的快速评估是政府救灾的主要决策依据,而烈度的快速评估是其基础。本文在ArcGIS二次开发的基础上提出了一套城市震后烈度快速评估系统,并以福州市为例介绍了该系统的功能。首先,根据具有跨平台运行能力的实时数据接收程序,将福州强震台网所记录到的地震数据文件导入本系统,再利用福州地区各类场地的地震动放大因子β,经过本系统自行编制的计算程序的快速处理,可以在1～2分钟的时间内得到福州地区的地震烈度分布图及加速度等值线分布图;另外,如果强震台没有得到强震记录,依靠中国地震台网中心发布的地震震源参数信息,同样可以进行烈度快速评估。     

汶川地震局部地形对地震动的影响

关于局部地形对地震动的影响,一直是地震工程学的研究热点。选取汶川地震中自贡地形台有强震记录的山脊地形和典型地震灾害的北川县城河谷地形进行了强震观测记录、规范方法和数值模拟下的地形放大效应分析,结果表明:(1)规范法基本上可满足一般工程场地的要求;(2)对人员密集居住的高度大于60 m的较陡地形,建议应进行二维(三维)数值模拟下的地形效应分析。这为规范的修订提供了一些基础资料。     

不同地震波波型对相干系数影响的对比分析

地震动空间变化一般采用相干函数描述,在利用强震记录计算相干系数时,加速度时程时间窗的选取常常不一样,有的采用S波时间窗,有的直接采用整条强震记录,等等。利用台湾SMART-1台阵的第5次和第45次地震的加速度记录,分别计算了S波时间窗和整条时程的相干系数,并进行了曲线拟合。通过对拟合结果的比较发现:整条记录的相干系数比S波时间窗的相干系数偏小,降低了地震动的空间相关性;同时,台站间距d影响也很大,d越大,采用整条记录统计得到的相干系数降低越多。因此,进行地震动空间相干系数的统计时,必须考虑不同的地震波波型的影响因素。     

华北中北部地面运动衰减研究

使用河北省数字地震遥测台网25个台的259条波形记录资料,采用三段几何衰减模型,通过反演得到华北中北部地区剪切波的衰减模型和介质的品质固子Q(f)值,Q(f)=420.8f~(0.384)。研究发现,华北中北部地区的Q值与广东地区很接近,而与其它地区差异较大。     

地震活动性参数空间扫描追踪及其预报意义

本研究开发了多项地震活动性参数的空间自动扫描程序,能以屏幕显示及打印输出的方式给出各参数的二维等值线图和三维曲面图,使地震活动性强弱的空间分布直观化与形象化。利用本项新技术,对晋冀蒙地区近20年地震活动性系统地进行了多参数的空间动态扫描追踪。结果表明,本区6级左右地震前1、2年,震中区附近A值、E~(1/2)值等参数明显呈高值(峰区),而b值则为低值(谷区),未来强震发生于其中或边缘;在无强震发生时段,地震活动性参数的空间图象则一般呈现相对均匀分布。此过程似显示了强震前区域地震活动性由“白脸”向“花脸”的转化,反映了孕震系统有序度的增加。由此认为,应用这一技术,可以系统追踪地震活动性的演化全貌,获取较完整的地震孕育的空间动态信息,从而有助于选择未来1、2年左右的强震危险区,以及实现源的过程追踪和场的动态监视,具有一定的实用价值。     

江苏地区强震观测30年

从1972年原国家地震局南京地震大队与原国家地震局工程力学研究所合作筹建长江大桥强震观测台网起至今，江苏省的强震观测已经走过了30年的路程。 30年中，江苏强震台网在1974年溧阳地震、 1983年菏泽地震和1990年常熟地震中获得的有科学价值的地震记录，为大型桥梁空间动力性质的分析提供了实证资料，也为中国东部深井地震性质等重要科学问题的研究提供了实证资料。 江苏省地震局的科技人员还进行了大量与强震观测相关的科研工作。 至今，在江苏省及邻近地区已形成了固定观测与流动观测相结合的强震观测台网。 本文简要回顾了江苏强震观测30年历程，并展望了未来发展的前景。     

中期强震预报的TIP方法原理及其应用

在剖析了V.keilia-Borok研究小组近年来提出的强震预报(Time of increasedprobability)方法的基础上,本文简要地介绍了该方法的原理,采用1970-01-01至1991-12-31的全国地震目录,通过两种途径,用Tip方法对云南省和台湾省发生的7级以上(含7级)强震做了检验地震目录,通过表明Tip方法对强震的预报成功率还是较高的.在此基础上,我们又试验将该方法推广应用于云南省发生的6.5级以上(含6.5级)地震,结果表明适当修改地震流函数后,也可以得到较满意的结果.     

中长期地震预报的一个软件系统

<正> 本文以“地震串”法、模糊聚类分析法及地震活动波法为基础,研究了某些地区中长期强震预报问题,编制了计算机应用程序,形成了进行地震中长期预报的一种软件系统。本文给出了华北地区中长期强震预报的一个实例,作为该方法的检验。     

日本地震实时监测系统中液化识别方法可行性研究

日本地震超高密度实时监测系统(SUPREME)建设中的核心技术之一是依据强震记录对液化场地进行反演识别,系统中目前使用的是Suzuki法,但实际应用效果并不理想。选取不同地震下多种类别场地上的实际地震记录,对Suzuki法的适用性进行了研究,讨论了其不同指标对不同类别场地识别结果的影响。分析表明:Suzuki法对不同类别非液化场地的识别能力不同,最显著的缺陷是易将软土场地与液化场地混淆;方法所使用的4个识别指标中,过零周期为控制参数,其它指标仅起到初判作用;方法出现误判的原因是液化场地的过零周期范围与非液化中软土场地上的过零周期范围存在明显交叉,而这一点理论上是无法避免的客观存在;改进的方法是应放弃现有进行绝对值对比的做法,改用地震动某些参数的相对变化作为新的识别指标。     

汶川地震中远场深覆盖土层动力反应分析

对上海余山地震台在汶川地震中测得的基岩波地震记录进行频谱特性分析,然后以同济大学教学科研综合楼场地土层为研究对象,应用水平成层土层地震反应的一维有限元方法,分析该深覆盖场地在这一实测地震记录作用下的动力反应,并将其与同济大学强震监测台在汶川地震中获得的地表波记录进行对比.结果表明:汶川地震的远场地震动记录中,基岩波的长...     

连云港海平面变化与地震相关性的探讨

为探索海平面变化与地震相关的前兆信息,利用了连云港验潮站长达４３年的验潮资料。结合华北地区４次７级以上强震和江苏及其以东黄海海域１８次中强以上地震的震例分析后认为：经基本消除主要干扰因素的连云港平均海平面变化,表征了与地震有关的地壳形变信息。它对监测华北地区强震和江苏及邻近地区的中强震,具有一定的参考价值。     

北川县城土层特性对地震动的影响

作为场地条件之一的土层特性(土层结构、土动力参数)对地表地震动参数的影响研究是一项具有重要理论和工程应用意义的研究课题。选择汶川地震强震区典型的钻孔资料和强震记录,以北川县城地勘标准孔和安县塔水波为基础,运用土层等效线性化程序计算了140个工程场地计算剖面,定量分析了土层特性改变对反应谱αmax、Tg及地震影响系数差△α影响的特点及规律。     

给定地震场景下的随机地震动降维模拟∗

建立了一种可根据地震场景预测和模拟随机地震动加速度过程的降维模型。首先,挑选了1 766 条实测强震记录,根据断层类型和场地类别进行了分组,并识别了各组地震动的演变功率谱参数;然后,基于地震场景参数和演变功率谱参数,训练了两者的高斯过程回归模型（GPRM）,并采用K-fold 交叉验证法,验证GPRM 预测的有效性和精确性;最后,基于非平稳随机过程的谱表示法,通过引入随机函数的降维思想,实现了在给定地震场景下的随机地震动降维模拟。数值算例表明,预测的样本在频谱、峰值、强震持时等方面均与实测记录保持一致,体现了本文方法良好的工程适用性。这为地震动目标地区提供较为合理的人工地震动数据以及工程结构的随机地震反应分析与可靠性评价奠定了基础。     

利用数字地震波资料研究新疆天山中东段地区的介质衰减特征

利用新疆数字地震台网记录的155条地震波形资料,根据S波记录得到观测振幅谱,采用遗传算法联合反演的方法研究了新疆天山中东段地区(乌鲁木齐—乌苏—库尔勒地区)的几何衰减模型、介质非弹性衰减模型。结果表明:在500 km震源距范围内,研究区地震波的几何衰减满足三段衰减模型;研究区非弹性衰减Q值随频率f的关系为:Q(f)=344f~(0.55)。本研究为今后在该研究区利用数字地震观测资料开展震源谱的恢复和强地面运动的模拟等地震学、工程地震学研究奠定了基础。     

川滇甘陕地区反应谱平台值的统计分析

本文利用近十年我国川滇甘陕地区有场地资料的2 388条水平向强震记录,采用差分进化算法对水平向加速度反应谱进行拟合,计算得到了每一条加速度反应谱的平台值。将强震记录按照场地类别、震级和震中距进行分类,统计分析了不同情况下的加速度反应谱平台值。结果表明,川滇甘陕地区的水平向加速度反应谱平台值随着场地类别的提高而增大,随着震级的增大而增大,随着震中距的增大而减小,在相同场地类别下反应谱平台值随着设计基本地震加速度的增大而增大。最后在统计的基础上,本文还给出了川滇甘陕地区的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ场地的加速度反应谱平台值的均值以及场地影响系数,并与第五代地震区划图的场地影响系数进行了对比。     

地震预警系统中的算法研究

通过对地震预警系统中基本算法的研究,在现有方法的基础上提出了一套地震参数快速估算的算法,以应用于地震预警系统中。该算法根据某些噪音的特殊性质,通过引入两个参数:触发时窗与取消阈值,对常用的P波初到判断方法STA/LTA(长时窗平均/短时窗平均)算法进行改进,以消除P波到达前的异常跳动点与脉冲噪音的影响,对P波到达进行识别。在识别到P波到达后,该算法实时的从P波初到后3s时窗内的竖向数据中提取出12类特征性质不同的计算参数作为估算震级,震中距等地震参数的依据,提高了震级、震中距的估算精度,减少了在大震下估算的离散性,取得了较好的结果。该算法可在地震P波到达后的几秒钟内,估算出地震相关参数,在S波到达前发出预警,并为采取相应的措施以及震后求援行动提供判断依据,达到防灾减灾的目的。     

地震预警技术的应用与展望∗

简要回顾了地震预警的发展历程,介绍了地震预警的基本原理和地震位置、预警震级及预测烈度等关键参数的主要测定方法。作为一种能够有效减轻地震灾害的手段,世界上多个国家和地区相继开始建设各自的地震预警系统,以系统建设与应用实效为切入点,介绍了世界主要地震预警系统和我国的相关进展情况;并基于目前地震预警面临的主要挑战,从传感器、信号处理算法及组网模式等方面,展望了未来地震预警系统新的、有潜在变革性的技术和方法。