雷海濤

（咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽　712000）

基于感震器技術(shù)的地震災(zāi)情信息系統(tǒng)設(shè)計

雷海濤

（咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽712000）

地震災(zāi)害常常困擾我國經(jīng)濟發(fā)展和人民財產(chǎn)安全，必須對地震發(fā)生進行深入的了解，分析其發(fā)生規(guī)模、分布空間以及次生災(zāi)害的影響等情況，制定有效的救援策略，最大限度的減少地震災(zāi)害。除此之外，國家還應(yīng)該積極研發(fā)地震預(yù)測技術(shù)，從而對地震信息實施分析，并構(gòu)建災(zāi)情支持系統(tǒng)。文中研究的就是一種基于感震器技術(shù)的地震災(zāi)情信息系統(tǒng)，此系統(tǒng)利用各種先進的科技技術(shù)成果，比如計算機數(shù)據(jù)采集、GPS定位系統(tǒng)、視頻采集、無線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，實現(xiàn)采集系統(tǒng)在待機模式與工作模式兩種不同狀態(tài)下的運行，進行災(zāi)情數(shù)據(jù)實時報告，很好的滿足了地震災(zāi)情信息的獲取，同時降低系統(tǒng)功耗，提高信息獲取的準確性。

感震器技術(shù)；地震災(zāi)情；信息系統(tǒng)；設(shè)計

地震是一種比較嚴重的自然災(zāi)害，能夠給人們帶來較大的經(jīng)濟損害和人員傷亡，震后次生災(zāi)害對人們的影響也比較大，必須對地震進行應(yīng)急救援［1-2］。在地震救援的過程中有很多重要的信息需要進行科學(xué)的管理，比如余震信息分析，抗震救災(zāi)信息以及人員傷亡信息等，將這些信息進行總結(jié)與分析，能夠有效減輕次生災(zāi)害的影響，而且有利于救援策略的制定［3-4］。在信息技術(shù)的發(fā)展下，利用感震器技術(shù)進行地震災(zāi)情信息系統(tǒng)設(shè)計，能為災(zāi)情信息采集提供系統(tǒng)性建設(shè)需求，提高災(zāi)情信息處理效率和準確性。

1　系統(tǒng)概述

感震器型地震災(zāi)情信息系統(tǒng)的設(shè)計一般由數(shù)據(jù)采集模塊、視頻采集模塊、GPS模塊、嵌入式計算機等模塊組成，基于感震器技術(shù)的地震災(zāi)情信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。在系統(tǒng)的各個組間中嵌入式計算機采用的是一種低功耗形式的集成化計算機，它的主要作用是為系統(tǒng)提供核心管理，調(diào)節(jié)各個功能模塊，實現(xiàn)其災(zāi)情信息采集、處理和上傳等功能。智能電源模塊的主要功能是為系統(tǒng)提高電力能源，促進災(zāi)情范圍內(nèi)電力資源的可持續(xù)發(fā)展，保障系統(tǒng)穩(wěn)定、持續(xù)運行［6-7］。

GPS模塊主要是利用定位系統(tǒng)獲取地震災(zāi)區(qū)相關(guān)位置和監(jiān)控信息位置，同時又能夠為整個系統(tǒng)提供提供大致位置和時間坐標；數(shù)據(jù)采集模塊的主要功能是以單片機為核心，通過火災(zāi)、有毒氣體等多種災(zāi)情傳感器采集地震數(shù)據(jù)；視頻采集的是對四地震災(zāi)害區(qū)進行全天候視頻監(jiān)控，由USB和紅外視頻攝像機組成；無線網(wǎng)絡(luò)模主要是通過Wifi和3G的冗余配置實現(xiàn)應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的接入［7-8］。

圖1　地震災(zāi)情信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖

2　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)分析

2.1嵌入式計算機

本系統(tǒng)的嵌入式計算機組間采用的是研華公司生產(chǎn)的PCM-9357型嵌入式計算機，在整個系統(tǒng)中計算機是其核心組間，控制著整個系統(tǒng)的運行核心，在系統(tǒng)中具有這舉足輕重的作用［9-10］。此模塊的主要功能：低能耗、高性能，所以比較適合應(yīng)用于地震現(xiàn)場的應(yīng)急需求，嵌入式計算機的主要配置信息如下：

1）硬盤：16G，固態(tài)電子型號

2）功耗：LX800 500MHz CPU ADM低功耗

3）內(nèi)存：256MDDR

4）顯卡：24位TFT LCD雙顯卡

5）網(wǎng)絡(luò)：選用以太網(wǎng)，4串行COM接口。

2.2數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)鏈接設(shè)計

數(shù)據(jù)采集模塊包含：地震烈度、有毒氣體以及火災(zāi)傳感器等部分，其中地震烈度傳感器的主要作用是利用加速度測量和計算地震烈度值［11］地震次生災(zāi)害傳感器主要由火災(zāi)傳感器和有毒氣體傳感器組成，主要應(yīng)用于判斷地震現(xiàn)場是否有氣體泄漏和火災(zāi)事件發(fā)生；數(shù)據(jù)采集模塊的傳感器均可以根據(jù)實際需求進行選擇和配置，以便提高系統(tǒng)靈活性。實施數(shù)據(jù)庫聯(lián)機資源有限，在使用數(shù)據(jù)庫時，必須在需要時才打開鏈接，一旦用完，盡早關(guān)閉鏈接，以釋放資源，這種設(shè)計模式能夠有效提高系統(tǒng)的可操作性和靈活性。比如3）在所需開啟數(shù)據(jù)庫鏈接的地方，應(yīng)用SqlConnection對象的State屬性判斷數(shù)據(jù)庫的鏈接狀態(tài)，部分代碼如下：

2.3GPS傳感器

GPS傳感器的主要作用是采集地震災(zāi)情空間分布信息，該模塊主要利用GPS定位系統(tǒng)獲取地震災(zāi)區(qū)地理位置和時間標準等，而且系統(tǒng)能夠利用GPS中的其他功能實現(xiàn)時間信息和地理位置的數(shù)據(jù)采集相關(guān)信息，并獲取相應(yīng)的地震烈度信息，以便為工作人員提供一個完整的地震災(zāi)情系統(tǒng)信息，為地震災(zāi)害情況提供更加全面、準確的信息［13-14］。

2.4視頻采集模塊

這個模塊主要利用視頻功能實現(xiàn)地震現(xiàn)場真實情況的了解，從監(jiān)控的視頻中能夠看到地震發(fā)生后當?shù)毓?、房屋等建設(shè)物損壞情況，通過這些視屏圖像信息確定地震次生災(zāi)害，以便為地震災(zāi)害的應(yīng)急救援提供準確的信息。這個模塊主要由USB圖像采集卡、紅外一體化攝像機兩部分構(gòu)成；其中攝像機中有感光元件，這個器件能夠為攝像機提供照明功能，使攝像機能夠滿足地震現(xiàn)場黑夜、白天的采集需求；系統(tǒng)中還有一個USB圖像采集卡，它的主要作用是將攝像機輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換程可以能夠分析、計算的數(shù)字信號，以便計算機執(zhí)行各種命令，提高系統(tǒng)效率。

2.5智能電源模塊

地震發(fā)生后現(xiàn)場可能會出現(xiàn)電力破壞，這樣不但不能為人們?nèi)粘Ｋ杼峁╇娔埽瑫r也不能為采集系統(tǒng)提供支持工作的電源。而智能電源裝置能夠為系統(tǒng)提供充足的電力能源；智能電源主要由單片機、太陽能供電系統(tǒng)、串行接口以及電源控制電路等組成［15］。

2.6文件預(yù)覽設(shè)計

在“數(shù)據(jù)信息查詢”模塊中，需要對所查詢的數(shù)據(jù)進行預(yù)覽，以便能夠判斷是否需要下載該類信息，節(jié)約用戶時間，這些操作在后臺執(zhí)行，部分代碼如下：

3　軟件設(shè)計

3.1采集系統(tǒng)分析

以上我們對地震塞海信息系統(tǒng)的硬件模塊進行了深入的分析，另外還需要對系統(tǒng)軟件模塊進行分析，以便使硬件和軟件共同協(xié)作，完成整個系統(tǒng)的工作。如圖2是系統(tǒng)硬件、軟件相互配合工作流程圖。采集系統(tǒng)一般處于待機狀態(tài)，當震感器檢測到地震信號時發(fā)生中斷，智能電源模塊為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定、充足的電源，保證系統(tǒng)工作的順利進行。操作系統(tǒng)實施后將控制權(quán)轉(zhuǎn)交采集系統(tǒng)的總體測控程序，而后向數(shù)據(jù)采集模塊、視頻采集模塊以及GPS模塊發(fā)送各種命令，同時將采集的數(shù)據(jù)儲存、處理、計算，最后將數(shù)據(jù)顯示在顯示屏上，實現(xiàn)災(zāi)情數(shù)據(jù)的實時上傳，上傳任務(wù)結(jié)束后關(guān)閉計算機，系統(tǒng)返回到待機狀態(tài)。

圖2　采集系統(tǒng)軟硬件工作流程圖

3.2總體測控程序分析

為了使系統(tǒng)收集的災(zāi)情數(shù)據(jù)能夠快速、實時的上傳和顯示，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，一般應(yīng)用多線程并行方式實施總體測控程序的工作。進而在智能電源的作用下實施信息獲取，根據(jù)信息判斷地震發(fā)生情況，并讀取各個模塊線程，實現(xiàn)位置信息和授時信息的讀取，并將采集到的信息進行本地存儲，最后通過無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將信息進行上傳，完成所有線程任務(wù)。

4　結(jié)束語

地震應(yīng)急系統(tǒng)的構(gòu)建能夠有效減少地震次生災(zāi)害，挽救受災(zāi)害的群眾。我們本次研究的一種基于感震器技術(shù)的地震災(zāi)情信息系統(tǒng)的設(shè)計利用無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、GPS等獲取地震災(zāi)害信息，降低系統(tǒng)功效的同時，提高信息獲取的準確度和效率，是目前地震災(zāi)情信息處理最佳選擇。

［1］付繼華，王建軍，劉曉皙，等.基于感震器的地震災(zāi)情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)［C］.中國儀器儀表學(xué)會.第七屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集.中國儀器儀表學(xué)會，2009:5.

［2］庾露.基于WebGIS的地震災(zāi)情數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)設(shè)計與研究［D］.南寧：廣西師范學(xué)院，2010.

［3］劉鵬斌，劉守義，祿樂濱.基于DLL的地震臺數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化軟件的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2006（19）:157-158，161.

［4］呂養(yǎng)天.智能化地震震源同步系統(tǒng)的數(shù)據(jù)編碼與其接收方法［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，1996（2）:30-32.

［5］洪惠群，朱耿青，吳楠楠，等.基于ASP.NET的災(zāi)情信息系統(tǒng)的設(shè)計［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2013（14）:73-75，78.

［6］災(zāi)情數(shù)據(jù)自動獲取的地震災(zāi)情信息系統(tǒng)［J］.數(shù)據(jù)采集與處理，2009，24（z1）:310-314.

［7］李胤.汶川地震災(zāi)區(qū)無人機影像應(yīng)急處理及災(zāi)害信息提取技術(shù)研究［D］.成都：成都理工大學(xué)，2012.

［8］李珊，陳維鋒.基于WSN的災(zāi)情信息監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計［J］.儀器儀表用戶，2013，（1）:26-28.

［9］馬文娟，金偉祖，許文俊，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的地震監(jiān)測臺網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度平臺設(shè)計與應(yīng)用［J］.地震工程與工程振動，2013，33 （1）:204-211.

［10］劉峰.基于飛行測控平臺的3G通信鏈路設(shè)計及應(yīng)用［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2014.

［11］涂崖村.地震救援現(xiàn)場環(huán)境信息快速采集技術(shù)的研究［D］.成都：成都理工大學(xué)，2012.

［12］叢吉，王立忠，宋揚，等.多功能探測安防智能四軸飛行器的研制［J］.高師理科學(xué)刊，2014（1）:41-43.

［13］程金山.基于多Agent鐵路防災(zāi)減災(zāi)分布式微機監(jiān)測系統(tǒng)的研究［D］.蘭州：蘭州交通大學(xué)，2014.

［14］李莉玲，劉怡，盧進，等.桉樹枝癭姬小蜂雄蟲感器超微結(jié)構(gòu)觀察［J］.中國森林病蟲，2015，34（3）:5-8.

［15］張蒙，馬濤，朱雪嬌，等.黃野螟幼蟲頭部化學(xué)感器電鏡掃描觀察［J］.中國森林病蟲，2014，33（3）:1-4.

Design of earthquake disaster information system based on the technology of shock absorber

LEI Hai-tao
（Xianyang Vocational and Technical College，Xianyang 712000，China）

Seismic Disasters often plague development of China’s economy and people’s property，it must earthquake-depth understanding and analysis of the size of its occurrence，distribution space，and the secondary effects of disasters，etc.，the development of effective rescue strategies，to minimize earthquake disaster.In addition，the state should also actively developing earthquake prediction techniques to analyze the implementation of the seismic information，and build disaster support system.This paper is based on a sense of shock earthquake information system technology，and this system uses a variety of advanced technology and technological achievements，such as a computer data acquisition，GPS systems，video capture，wireless networking and other technology to achieve collection system in standby operation mode and operating mode in two different states，conduct real-time reporting of data disaster，good to meet the acquiring seismic disaster information，as well as the death of the system power consumption，improve the accuracy of the information obtained.

a sense of shock technology；earthquake；information systems；design

TP99

A

1674-6236（2016）14-0104-03

2015-12-31稿件編號：201512320

雷海濤（1980—），男，陜西西安人，碩士，講師。研究方向：結(jié)構(gòu)工程教學(xué)與研究。