CN114694351B - 用于检测地震事件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测地震事件、特别是检测前震以进行地震预测的方法，在该方法中，所述事件由多个传感器检测，其中，至少一部分其上布置有传感器的水管网被用于检测。

Description

用于检测地震事件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测地震事件、特别是用于检测前震以进行地震预测的方法，以及一种适于执行该方法的超声波水表。

背景技术

地震是由穿过地球岩石的地震波所引起的地面突然震动。当储存在地壳中的能量突然释放时，通常是当大量相互推挤的岩石突然停止和滑动时，就会发生这样的地震波。在地震发生之前，通常会有与时间和空间相关的前震。这些地震和前震会在整个频谱中产生声学信号：次声波、超声波和在可听范围内。预测这样的地震以便能够及时发出警告是一个不变的目标。

专利文献AU2016100644A4公开了一种基于地下超声波进行监测和分析的地震预测报警系统。这些系统需要大量的分布在广阔区域上的超声波传感器。需要对这些超声波传感器的信号进行监测和分析，这带来了巨大的技术工作量。另一个问题是这些超声波传感器必须布置在地球中的合适位置上，特别是布置在能够传输超声波的坚硬的岩层、岩体等上。

发明内容

本发明的目的在于减少技术工作量。本发明的另一个目的是在没有任何声耦合问题的情况下实现全区域覆盖。

根据本发明的技术方案是一种用于检测地震事件、特别是用于检测前震以进行地震预测的方法，在该方法中，利用多个传感器来检测事件。根据本发明，至少一部分其上布置有传感器的水管网被用于检测。

本发明的主要思想是使用安装在世界许多地区用于供水的供水网络，可以是饮用水、生活用水或工业用水。这种供水网络由通常在压力下引导水的水管网络组成。管道由硬塑料或金属制成，并且它们传输任何声波。特别是金属管道非常适合于传输由地震事件在地球中引起的机械波/声波。由于这些水管网是无处不在的，因此可以在没有任何额外费用的情况下使用它们。当然，如果不能使用安装在那里的任何传感器，则必须在水管网上布置用于检测的传感器。

优选地，这些地震事件被声学地检测，因为这是检测它们最简单的方式。对于声学检测，应该使用声学传感器。

在文明国家中有用于供应饮用水或生活用水的管道网络。这种供水必须根据消耗量支付费用。这就是为什么在这些网络中安装数千个水表的原因。过去使用的是机械水表，现在则是电子水表，电子水表通过无线电向集中器发送有关耗水量的信号，在这里对这些数据进行进一步处理和分析。这些电子水表通常配备有超声波传感器。这些水表被称为超声波水表，它们利用例如管道中的两个超声波传感器来测量消耗量。如果水管网中使用的是这样的超声波水表，则使用它们的超声波传感器来检测地震事件是特别有利的。有许多需要附加成本或附加成本很低的、可用于检测地震事件的传感器。修改超声波水表中的硬件和/或软件可能会产生附加成本。然而，一个很大的优势是使用已经存在于那里并且用于泄漏检测和/或用于流速测量的硬件和/或软件。用于水管网中的泄漏检测的硬件和/或软件是超声波水表的附加特征，其可适用于相当简单地检测地震事件。

水管网通常延伸很长的距离(10km或更长)，这对于定位地震事件来说过大。因此，将水管网划分成多个区域并将超声波水表分配给它们所在的区域可能是有利的。通过这种方式，可以在各个区域中分析超声波水表中的超声波传感器的信号，以定位地震事件的中心或方向。

如果使用超声波水表的超声波传感器进行检测，可能存在的问题是超声波水表的数据不是连续地传输，而是每隔一定的时间间隔传输。这样做是为了节省非常有限的电能，因为电池应该持续使用16年或更长。由于该原因，在发送预分析数据到集中器的超声波水表中进行对超声波传感器信号的预分析可能是有用的。如果在超声波水表中进行预分析所需的电能少于将这些数据连续传输到集中器所需的电能，则这是有用的。如果电气和电子元件的技术条件发生变化，这点可能会改变。

这些被布置为从例如1000个超声波水表接收数据的集中器被连接到供电网络。这就是为什么对从超声波水表接收到的信号的分析(evaluation)和相关性应该优选在集中器中进行处理的原因。

有用的是，进一步分析来自每个区域的超声波水表的信号并且将逐个区域的地震典型信号曲线(signal course)用作分析的基础。这些信号曲线应该适配于相应区域的地理位置和/或时间顺序。

一组分别接收一组超声波水表信号的集中器被数据连接到前端系统(head endsystem)。如果在前端系统中执行所述进一步的信号分析，是有利的，因为所有的数据都汇集在那里。

因此，使用该基于超声波水表、集中器和前端系统的系统，有用的是在超声波水表内部进行数据预分析，在集中器中进行数据分析，并在前端系统中进行进一步的信号分析。

对于检测前震以进行地震预测来说，重要的是预测的可靠性，这意味着应该是只有那些检测到的地震事件才会导致地震警报，该警报可以被安全地确定为前震。为此，根据本发明使用两阶段方法来检测前震，在第一阶段检测表征前震的信号模式，并在第二阶段对所检测到的模式进行验证。只有两个阶段一致时才触发警报。对于第一阶段中的信号分析，有利的是使用支持该分析的神经网络。通常并不真正清楚信号模式是否真的对应于检测到的前震，通过使用神经网络可以使该决定更安全。替代地或附加地，可以通过与来自不是超声波传感器的另一传感器的信号的比较来验证所检测到的模式。这些传感器应该不同于超声波传感器，这些传感器优选地是次声波传感器，因为地震的前震通常产生次声波。这些传感器可以是例如加速度计。

如果根据本发明所规定的方法使用超声波水表检测地震事件，则应该使用那些已经适配于执行该方法的超声波水表。这意味着以最容易的方式对仪表内部的软件进行调整，以对检测到的信号进行预分析。此外，还可以进行硬件适配，可以是内部的数字电子器件和/或内部的其他传感器。这可以是例如麦克风。有利地，将次声波传感器安装在超声波水表中，从而有两种不同类型的传感器，这使得前震的检测更加可靠。

附图说明

以下将参照附图对其上布置有传感器的水管网的使用进行说明，其中：

图1以简化示意图示出了配水网络的扩展性和复杂性，

图2为使用水管网的地震检测系统，

图3为具有泄漏和地震事件检测功能的超声波水表的结构的示意图，

图4为具有三个传感器的超声波水表的示意性剖视图。

其中，附图标记列表如下：

1 第一检测区域

2 第二检测区域

3 第三检测区域

4 水管

5 水管网

6 集中器

7 前端系统

8 前震

9 波

10 超声波水表

11 流动方向

12 流速信号

13 泄漏检测信号

14 地震事件信号

T1 第一超声波传感器

T2 第二超声波传感器

T3 次声波传感器

R1 第一反射器

R2 第二反射器

C1 用于确定流速的电子器件

C2 用于确定泄漏和地震事件的电子器件

具体实施方式

图1示出了布置在包括城市在内的区域中的典型水管网的主水管(water main)。水流方向用箭头示出。这些主水管中的每一个都供应着大量的家庭，每个家庭配备有超声波传感器类型的水表。这些超声波水表是众所周知的和常见的，例如Kamstrup Multical型。该水表内部具有两个超声波传感器，用于测量流量。其思想是使用流量表内部的超声波传感器来检测地震事件。

为了能够定位地震事件，超声波水表10被按区域分组。从图2可以示意性地看到，存在第一检测区域1、第二检测区域2和第三检测区域3。它们全部与水管网5的水管4连接，如图1所示。这些区域可以包括多达1000个或更多个超声波水表10，它们分别按照时间间隔将其数据发送到集中器6，在集中器中对所接收到的数据进行处理和分析，然后将它们发送到一个或多个前端系统7，在前端系统进行地震预测以及任何警报。地震事件，例如典型的前震，在图2中用8表示。事件8产生传播到网络和网络5的区域1、2、3的声波9。这些波9根据到中心的距离而具有或大或小的强度。

在每个超声波水表10中，是利用取决于区域1、2、3的距离的强度来检测波9。超声波水表10的超声波传感器T1、T2所产生的信号14在水表内部通过用于泄漏检测和/或流速测量的相同的电子组件C1、C2进行预分析。相应地调整软件。预分析数据从超声波水表10发送到分配给一组表10的集中器6。在该实施例中，每个区域1、2、3都具有自己的集中器6。只是为了简化说明而布置在这里并且可以不同。集中器6接收水表10的预分析信号12、13、14，并且处理和分析这些信号。在这些集中器6中存在模式识别的第一级。

集中器6将它们的信号发送到一个或多个前端系统7，在那里进行信号检测的第二级。在该前端系统7中，分析所有集中器6的信号，并且进一步分析这些检测到的地震事件是否是地震的前震。如果确认是后者，则生成警报。前端系统7中的该检测的第二级将所有集中器6的信号相关联并且安排例如合理性(plausibility)检查。还可以进一步地根据阵列1、2、3中的信号强度、前震8的中心位置或者至少其来自的方向来计算。

此外，至少一些超声波水表10可以配备有次声波传感器T3，用于确认检测信号14是地震事件的类型而不是任何外部干扰。

在图3中示出了超声波水表10的结构。该超声波水表10集成在具有流动方向11的水管4中。水管4的一部分是超声波水表10的组成部分。在壁中布置有第一超声波传感器T1，并间隔一定距离布置第二超声波传感器T2。还设置有分配给第一超声波传感器T1的第一反射器R1和分配给第二超声波传感器T2的第二反射器R2。超声波传感器T1和T2连接到分析电子器件C1以确定流速，并且连接到分析电子器件C2以确定泄漏和地震事件。电子器件C1发出对应于流速的信号12，电子器件C2发出信号13和14。信号13是泄漏检测信号，信号14是地震事件检测信号。这些可以被进一步处理的信号12、13、14被无线传输到集中器6，在那里对它们进行进一步处理并传输到前端系统7。

在图4中示出了超声波水表10，其不仅适用于通过超声波传感器T1、T2以及分析电子器件C1、C2检测地震事件，而且还具有被构造为次声波传感器的附加传感器T3。该传感器T3可以布置在管道4的壁上，但是替代地，也可以布置在超声波水表10的壳体壁上。利用该次声波传感器T3，可以分析由超声波水表10的超声波传感器T1和T2检测到的地震事件。

Claims (14)

1.一种用于检测包括前震的地震事件以进行地震预测的方法，在该方法中，利用多个传感器(T1，T2)检测所述事件，所述多个传感器被布置在至少一部分水管网(5)上，其中，以声学的方式检测所述事件，并且所述传感器(T1，T2)是声学传感器，

其特征在于，所述传感器(T1，T2)是超声波传感器，并且将超声波水表(10)中的超声波传感器(T1，T2)用作检测地震事件的超声波传感器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用已经存在的硬件(C1，C2)和/或修改后的软件检测地震事件，所述硬件和/或软件还用于利用超声波水表(10)进行泄漏检测和/或流速测量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述管网划分为多个区域(1，2，3)，并将所述超声波水表(10)分配给它们所在的区域。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述超声波水表(10)中对所述传感器的信号进行预分析，所述超声波水表将预分析的数据发送到集中器(6)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述集中器(6)中对从所述超声波水表(10)接收到的信号的分析和相关性进行分析。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，逐个区域地执行进一步的信号分析，并且逐个区域地将地震典型信号曲线用作分析的基础，所述地震典型信号曲线适配于相应区域的地理位置和/或时间顺序。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在前端系统(7)中进行所述进一步的信号分析，所述前端系统数据连接到一组集中器(6)。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使用两阶段方法来检测前震，其中，在第一阶段检测表征前震的信号模式，并且在第二阶段对所检测到的模式进行验证，然后触发警报。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，使用神经网络执行检测方法的第一阶段。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过来自非超声波传感器(T1，T2)的另一信号进行所述验证。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在来自次声波传感器(T3)的另一信号的帮助下进行所述验证。

12.一种超声波水表，适于执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。

13.根据权利要求12所述的超声波水表，其特征在于，麦克风布置在所述超声波水表(10)之中或之上。

14.根据权利要求13所述的超声波水表，其特征在于，所述麦克风为次声波传感器(T3)。