TWI676967B - 地震即時警示方法 - Google Patents

Abstract

一種地震即時警示方法，係針對地震事件在未發生前、發生當下及發生後分別規劃有震前、震中、震後之相應處理流程，其中，在震前階段中係利用一移動視窗式轉換函數建立出一結構物震動特性資料庫；當震中階段時，係執行一即時警報程序，以通知用戶就地緊急避難並自動控制相關設備以減少損傷；在震後階段可對建物進行損傷狀況評估，提供用戶返回建物是否安全之參考。

Description

地震即時警示方法

一種地震即時警示方法，尤其是指一種利用地震感應器取得地震資訊後，立即判斷地震威脅程度以及對於各威脅程度作出及時應對措施的方法。

現今的地震即時警示方式，係利用一訊息廣播平台統整中央或地方政府所發布的地震訊息，接著透過該訊息廣播平台將地震訊息發送至各項通訊設備，例如使用者的手機，以通知最新的地震消息。一般而言，使用者僅為被動式的接收地震訊息，並根據訊息內容決定對應的行為，例如迅速逃生、關閉瓦斯或是不須動作。惟使用者對於訊息的判斷與實際地震的影響可能有所落差，而導致失去即時逃生的黃金時間，或是在逃生過程中受到阻礙。另外，一般而言，在運轉中的生產設備只能靠人為手動關閉相關電源或是開啟保護設備，在此當中可能會造成更多的設備及人員傷亡。

為解決上述問題，本創作係提出一種地震即時警示方法，利用多個分佈設置在各地的地震感應器即時偵測地震的發生，搭配數據中心所提供的數據，由主機依據彙整及換算後的數據即時做出對應的做動，爭取在短時間之內為使用者及設備提供警示及啟動相對應之緊急措施。

為達成上述目的，本創作地震即時警示方法包含有震前、震中及震後階段，其中：A.在震前階段中，執行一移動視窗式轉換函數以針對一建築物出建立出一結構物震動特性資料；B.在震中階段中，執行一警報程序，其中該警報程序包含以下步驟：(a)以複數個地震感應器量測一地震事件，各地震感應器設置於該建築物中不同樓層，且於地震事件發生後一段預設時間內偵測出一最大加速度感測值、一勁度折減率及一P波最大位移感測值；(b)利用一主機接收由該地震感應器輸出的該最大加速度感測值、該勁度折減率及該P波最大位移感測值，其中在該主機內預設至少一警告規則及對應各警告規則的控制指令，該主機設置於該建築物中；(c)該主機根據該最大加速度感測值、該勁度折減率與該P波最大位移值，判斷出該主機其所在區域受此地震事件威脅的程度及其對應之警告規則，並根據判斷出之警告規則發出相對應的控制指令，以控制該建築物中的複數設備產生警示動作；C.在震後階段中，執行一比對程序，判斷該建築物是否因受該地震事件影響而有結構損毀的風險。

利用該等主機、該等地震感應器及該數據中心的結合，能即時偵測到地震的發生，再利用該等地震感應器及該數據中心輸出的數據，讓該等主機進行彙整及換算，在地震從發生到該等主機所在地的短暫時間內判斷地震的威脅程度，進而對使用者及設備啟動對應的緊急保護措施，能即時地保護使用者的安全以及降低設備的毀壞程度。

10a~10d‧‧‧地震感應器

21‧‧‧第一主機

22‧‧‧第二主機

31‧‧‧家電設備

32‧‧‧產線設備

圖1：本創作地震即時警示方法示意圖。

圖2：本創作之流程圖。

圖3：本創作架設地震感應器示意圖。

本發明係揭示一種地震即時警示方法，係分為三個皆段：震前階段、震中階段及震後階段，以下以這三個階段分別敘明。

S101：震前階段；請參見圖1，在本發明的方法中係使用到複數地震感應器10a~10d、至少一主機及一數據中心30。該主機包含一第一主機21、一第二主機22；該等地震感應器10a~10d係分別與該第一主機21、該第二主機22及該數據中心30以有線或無線的方式連線；該等地震感應器10a~10d可設置於同一建築物的不同位置，或是散佈於可能會發生地震事件的區域，在地震發生之前，用以監測該建築物在車輛經過、受風等動態荷載作用下之反應，並利用儲存於該等主機21、22的一移動視窗式轉換函數(Transfer Function with Moving Window)蒐集上述數據，並建立一結構物震動特性資料，作為判斷該建築物結構是否受老化、乾縮、潛變或基礎下陷等影響而使震動特性改變；該數據中心30可包含至少一伺服器，其中該伺服器可為中央氣象局內提供地震資訊之伺服器，或是可提供地震資訊之雲端伺服器。

S102：震中階段；當地震發生時，該等地震感應器10a~10d會偵測該地震事件發生後一段預設時間內的一最大加速度感測值及一P波最大位移感測值(P_D)。

該第一主機21與該第二主機22可設置於任一建築物或是建築物中的室內空間，並分別與複數設備以有線或無線的方式連接，在一較佳實施例 中，該等設備可為至少一家用設備31或至少一產線設備32。具體來說，該家用設備31可為電器設備、逃生燈具、電子門鎖或瓦斯開關之，該產線設備32可為在生產製作流程中所需要的相關電器設備。在本實施例中，該第一主機21係設置於一般用戶的住家，與該家用設備31相連接，用以控制該家用設備31；該第二主機22係設置於工廠廠房，與該產線設備32相連接，用以控制該產線設備32。

第一主機21、第二主機22各儲存了至少一警告規則，舉例而言，該至少一警告規則包含一第一警告規則、一第二警告規則、一第三警告規則及一建築風險規則。該第一警告規則儲存了預設的一最大加速度第一臨界值、P波最大位移第一臨界值及一震度第一臨界值；該第二警告規則儲存了該等產線設備32所能承受的一最大加速度第二臨界值、一P波最大位移第二臨界值及一震度第二臨界值；該第三警告規則儲存了一震度第三臨界值；該建築風險規則儲存了該第一21主機或該第二主機22所在建築物所能承受的震度安全值、最大加速度安全值、P波最大位移安全值及位移安全值，如下表所示：

請參見圖2，當某一地區發生一地震事件時，該等地震感應器10a~10d會偵測到該地震事件發生後三秒內的一最大加速度感測值及一P波最大位移感測值，並將該最大加速度感測值及該P波最大位移感測值回傳至該第一主機21、第二主機22。該第一主機21、第二主機22接收該最大加速度感測值及該P波最大位移感測值，並同時接收由該數據中心30輸出的該地震事件之震央資訊，其中該震央資訊包含該地震事件之震央經度、緯度、深度及該地震事件發生的時間。當該等主機21、22接收到該最大加速度感測值、該P波最大位移感測值及該震央資訊時，該等主機21、22會進行以下的步驟：(c1)計算該地震事件的震央到該等主機21、22之所在地的距離，利用該等主機21、22及該等地震感應器10a~10d的經緯度位置進行換算；(c2)計算該地震事件產生的震波到達該等主機21、22的時間，利用步驟c1得到之距離及一震波常數計算(時間=距離x震波常數)，以提供該等主機21、22所在地之使用者具有因應震波到達前之緩衝時間；(c3)計算該主機21、22所在地的一預測震度，該主機21、22會儲存一地震衰減公式，其中該地震衰減公式為：PGA=1.657*(e^(1.533*M))*(r^-1.607)*S

其中M為芮氏規模，r為震源到主機的距離，S為場址效應因數。

利用該地震衰減公式計算出該主機21、22所在地的該預測震度；(c4)根據上述c1~c3步驟所得到的距離及預測震度，該主機21、22會判斷相對應的該警告規則。

當該地震事件發生時，該等主機21、22會將該地震事件之該最大加速度感測值、該P波最大位移感測值及該預測震度與各警告規則所儲存的數據進行比較。本實施例中，當該最大加速度感測值、該P波最大位移感測值 及該預測震度之任意一值大於第一警告規則中所預設的該最大加速度第一臨界值、該P波最大位移感測第一臨界值及該震度第一臨界值時，該第一主機21會發出警告聲響，同時發送一第一控制指令，該第一控制指令用以控制該家電設備31，例如開啟逃生門鎖、開啟逃生燈具、關閉瓦斯開關以及關閉相關電器設備，確保使用者能及時迅速疏散至安全地帶以及在疏散的過程中的安危。

當該最大加速度感測值、該P波最大位移感測值及該預測震度之任意一值大於該第二警告規則中所對應的該最大加速度第二臨界值、該P波最大位移第二臨界值及該震度第二臨界值時，該第二主機22會發出一第二控制指令，該第二控制指令用以控制該產線設備32做出對應的做動，例如關閉該產線設備32其中之儀器，以降低該儀器在地震過程中損壞的機率及程度，以及確保儀器在因地震而有所損壞的狀況下減少影響到其他設備的機率。

當該預測震度大於該第三警告規則中的該震度第三臨界值時，該等主機21、22會利用位於與該等主機21、22同一建築物之該等地震感應器偵測該主機21、22所在地的一震度當地值、一最大加速度當地值及一P波最大位移當地值，並記錄該震度當地值、該最大加速度當地值及該P波最大位移當地值，同時將該等數值與該建築風險規則中的數值進行比較。

在本創作的另一實施例中，各主機21、22各自搭配至少一地震感應器10a~10d，本實施例中，該等地震感應器10a~10d可安裝於各主機21、22內，或是與各主機21、22設置於同一建築物。當該等主機21、22的所在地發生該地震事件時，該等地震感應器10a~10d僅偵測該地震事件的該最大加速度感測值與該P波最大位移感測值。當該最大加速度感測值及該P波最大位移感測值之任一數值大於該第一警告規則中所對應的該最大加速度第一臨界值或該P波最大位移第一臨界值時，該第一主機21會直接發出警告聲響，並發送該第一控制指令，以控制該家用設備31；而當該最大加速度感測值及該P波最大位移感 測值之任一數值大於該第二警告規則中所對應的該最大加速度第二臨界值或該P波最大位移第二臨界值時，該第二主機22同樣會發出該第二控制指令，以控制該等產線設備32做出對應動作。

請參見圖3，該等地震感應器10a~10d係進一步測量建築物的一勁度折減率。該勁度折減率的計算方式如下所述：位在屋頂的該地震感應器10a測量屋頂的一屋頂絕對加速度Aar(t)，位於地面的該地震感應器10b測量地面的一地面絕對加速度Ag(t)，該等主機21、22將該屋頂絕對加速度Aar(t)及該地面絕對加速度Ag(t)分別濾波後進行雙重積分，可分別得到一屋頂絕對位移Dar(t)及一地面絕對位移Dg(t)，將該屋頂絕對位移Dar(t)減掉該地面絕對位移Dg(t)可得到一屋頂與地面的層間變位Drr(t)(Drr(t)=Dar(t)-Dg(t))，該屋頂絕對加速度Aar(t)與該層間變位Drr(t)之間的線性斜率即為該勁度，並利用一常數減去該勁度後除以該勁度，以得到一勁度折減率，當該勁度折減率越大，該棟建築物的受損越嚴重；在本實施例中，該常數等於1.0。

該等地震感應器10a~10d係進一步測量建築物的一層間最大變位。舉例而言，除了在屋頂及在地面各架設一地震感應器10a、10b，更進一步於一樓架設一地震感應器10c，該地震感應器10c同樣能測量一樓的一一樓絕對加速度Aa1(t)，並對該一樓絕對加速度Aa1(t)進行濾波及雙重積分可得到一一樓絕對位移Da1(t)，將該一樓絕對位移Da1(t)減掉該地面絕對位移Dg(t)，可得到一樓與地面之間的層間變位。當有任一層間變位值超過預先設定的預設層間變位值時，該等主機21、22會發出警告聲。

S103：執行一比對程序；震後階段地震結束後，該等主機21、22將該震度當地值、該最大加速度當地值及該P波最大位移當地值與該建築風險規則中所對應之該震度安全值、該最大加速度安全值及該P波最大位移安全 值進行比較，評估該第一主機21及該第二主機22所在之建築物因受地震所影響的程度，以及判斷該棟建築物的危險情形。

另外，請參見圖3，可在該棟建築物的頂層以及底層分別設置該等地震感應器10a、10b，並將該等地震感應器10a、10b分別感測到之加速度值經由快速傅立葉轉換為一頂層震動頻率值及一底層振動頻率值，並將該底層振動頻率值及該頂層震動頻率值的比值與一安全頻率比值做比較，當該頂層振動頻率值及該底層震動頻率值的比值遠大於該安全頻率比值時，則該等主機21、22會判斷該棟建築物係處於危險狀態。

另外，可在該棟建築物之頂層以及底層分別設置該等地震感應器10a、10b，並將該等地震感應器10a、10b感測到之加速度感測值相減後取積分，得到該建築物之一位移值，將該位移量與該建築風險規則中的位移安全值進行比較，其中該建築風險規則中的位移安全值可根據建築物高度及各國規定之建築物位移容忍比例進行計算得之。當該位移值大於該位移安全值時，各主機21、22判斷該棟建築物係處於危險狀態。

地震結束後，可進一步將該層間變位Drr(t)利用快速傅立葉轉換得到一層間變位頻率函式Drr(w)，該地面絕對加速度Ag(t)同樣可用快速傅立葉轉換換算得到一地面絕對加速度頻率函數Ag(w)，該層間變位頻率函式Drr(w)除以該地面絕對加速度頻率函數Ag(w)可得到該移動視窗式轉換函數H(w)。該移動視窗式轉換函數能計算該棟建築物震後與該震後結構物特性資料，並將該震後結構物特性資料與該結構物震動特性資料進行比較，即能判斷該棟建築物是否受損。

利用該等地震感應器在各地即時感測地震，再搭配該數據中心提供的震央數據，在地震發生時經由主機進行判斷以及即時發出對應指令，能同時控制家電設備的開關及動作，以及在廠房中控制生產設備的流程，以保障 使用者在地震發生時有時間逃生，同時確保在疏散的過程中能迅速且不受阻礙，以及讓該等生產設備能在地震來襲時即時地做出適當的動作，以降低生產設備及其相關設施因地震所造成的損害。

Claims (10)

1. 一種地震即時警示方法，該方法包含有震前、震中及震後階段，其中： A. 在震前階段中，執行一移動視窗式轉換函數以針對一建築物出建立出一結構物震動特性資料； B. 在震中階段中，執行一警報程序，其中該警報程序包含以下步驟： (a)以複數個地震感應器量測一地震事件，各地震感應器設置於該建築物中不同樓層，且於地震事件發生後一段預設時間內偵測出一最大加速度感測值、一勁度折減率及一P波最大位移感測值； (b)利用一主機接收由該地震感應器輸出的該最大加速度感測值、該勁度折減率及該P波最大位移感測值，其中在該主機內預設至少一警告規則及對應各警告規則的控制指令，該主機設置於該建築物中； (c)該主機根據該最大加速度感測值、該勁度折減率與該P波最大位移值，判斷出該主機其所在區域受此地震事件威脅的程度及其對應之警告規則，並根據判斷出之警告規則發出相對應的控制指令，以控制該建築物中的複數設備產生警示動作； C. 在震後階段中，執行一比對程序，判斷該建築物是否因受該地震事件影響而有結構損毀的風險。
2. 如請求項1所述之地震即時警示方法，在步驟(b)中，該主機更進一步根據以下步驟，判斷該主機所在區域的對應的警告規則： (b1)依據儲存於該主機中的地震衰減公式估算出該主機所在地的一預測震度； 根據計算出的該主機所在地的該預測震度，判斷該主機所在區域的對應的警告規則。
3. 如請求項2所述之地震即時警示方法，在步驟(b)中，該至少一警告規則包含：儲存預設之一最大加速度臨界值、一P波最大位移臨界值。
4. 如請求項3所述之地震即時警示方法，當該地震事件之該最大加速度感測值、該P波最大位移感測值分別大於對應之該最大加速度臨界值、該P波最大位移臨界值之任意一值時，該主機會發出警告聲響，並發送對應的一控制指令，該控制指令用以控制至少一家電設備或至少一產線設備。
5. 如請求項4所述之地震即時警示方法，在步驟(b)中，該主機進一步從一數據中心取得該地震事件的震央資訊，其中該主機與該數據中心相連接，該數據中心與該等地震感應器相連接，該等地震感應器與該主機相連接；該震央資訊包括該地震事件之震央的經緯度、深度及地震的發生時間。
6. 如請求項5所述之地震即時警示方法，在步驟(b)中更包含以下步驟： (b2)根據該等地震感應器的位置及該主機位置計算而得到該地震事件之震央至該主機所在地的距離； (b3)根據震央到該主機所在地的距離及一震波常數計算出該地震事件產生的P波到達該主機所在地的時間； 根據計算出的震央至該主機所在地之距離、該地震事件產生的P波到達該主機所在地的時間及該主機所在地的該預測震度，判斷主機所在區域的對應的警告規則。
7. 如請求項6所述之地震即時警示方法，在步驟(b)中，該警告規則更進一步包含一震度臨界值，當該地震事件之最大加速度感測值、P波最大位移感測值及該震度預測值分別對應大於該最大加速度臨界值、該P波位移感測值及該震度臨界值之任意一值時，該主機會發出警告聲響，並發送該控制指令。
8. 如請求項7所述之地震即時警示方法，在步驟(c)中，該警告規則進一步包含： 一建築風險規則，其儲存該主機所在建築物所能承受的一震度安全值、一最大加速度安全值、一P波最大位移安全值及一位移安全值； 一震度警告規則，其儲存一震度臨界值； 當該地震事件的震度值大於該震度臨界值，該主機會儲存地震事件的震度當地值、最大加速度當地值及P波最大位移當地值，並將該些數據與內建於該主機中之該建築風險規則的數據進行比較，判斷該主機所在之建築物是否因受該地震事件影響而有結構損毀的風險； 當該主機所在建築物因地震事件所造成的一平均位移值超過該位移安全值時，該主機會記錄該平均位移值。
9. 如請求項8所述之地震即時警示方法，該數據中心包含一第一伺服器，該第一伺服器為中央氣象局內提供地震資訊之伺服器。
10. 如請求項9所述之地震即時警示方法，該數據中心包含一第二伺服器，該第二伺服器為可提供地震資訊之雲端伺服器。