[发明专利]地震警报系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年12月17日提交的题为“地震警报系统”的美国临时申请第61/424,165号的优先权。本申请还要求于2010年12月17日提交的题为“快速、可靠的联网地震警报系统”的美国临时申请第61/424,193号的优先权。本申请还要求于2010年12月17日提交的题为“快速、可靠的地震警报系统”的美国临时申请第61/424,175号的优先权。

上面所引用的所有申请的全部内容都通过引用并入本文。

通过引用并入

在本说明书中提及的所有出版物及专利申请均通过引用并入本文，其程度如同每一单独出版物或专利申请被具体地和单独地指明通过引用而并入本文。

技术领域

本申请总体上涉及地震的检测和警报。特别地，本申请涉及确定地震的强度而不估计震级、使用单个站点估计震中位置、以及降低所感测的信号中的噪声。

背景技术

地震警报系统（EWS）依靠快速检测和地震地面运动的表征来在危险震动前提供警告。大多数现有的EWS被设计成通过感测P波的到来和分析P波来检测地震的开始，以通过P波的某些属性和历史地震的震级之间的经验关系估计正在进行的事件的震级。几个站点处的P波到达时间用来估计事件的震中。使用震级、震中距离与地面运动强度之间的经验关系，所估计的震级和震中随后被用来估计即将发生的地面运动的强度。基于P波的EWS能提供的警报量与距震中的距离成正比。一般的经验法则是每8公里1秒。

这种技术导致从P波估计震级和从震级估计强度之间的不确定性倍增。此外，时间是地震警报中的关键因素，而这种两步估计不必要地增加了计算时间。该估计中的测量不确定性通常不与估计本身一起被报告，这导致了不连续的响应行为，在该不连续的响应行为中，由于已超过特定的阈值，所以所估计的地面运动中的微小变化导致了截然不同的响应。例如，假设对于某一任意标度中的5或更大的估计强度，将发出警报声。在不报告估计中的不确定性的情况下，估计强度为4.999的响应与估计强度为5.000的响应是截然不同的。在后一种情况下，发出警报声，而在前一种情况下，对于一个非常类似的地面运动估计，不发出警报声。但是，如果这两种估计强度由于它们各自的误差范围而在统计学上没有区别，则对估计的警报或其他响应不应该不同。

其他EWS依靠在足够的距离处检测S波，以便提供强烈的冲击波的警报。警报时间的量可能更少，因为S波比P波传播更慢，但强度估计中的一些不确定性通过等待直接测量S波而得以降低。当可能的震中距人口中心足够远时，这种方法最有效，以便为远程传感器提供等待S波的时间以及仍然能够提供有用的警报。这样的系统向墨西哥城发出了源于海岸的地震警报。

EWS设计各有不同，但一般可描述为单机的或联网的。单机EWS使用本地感测设备来对地震是否已经开始以及地震是否有足够的强度来证明应当发起保护行动进行严格地本地判定。这些系统可以迅速对P波的到来作出反应，但可能遭遇有问题的误报表现。依赖于S波检测的单机设备通常被称为地震开关。这些不提供地震警报，因为它们仅在严重的震动开始后才作出响应，但能够发起可以防止破坏的行动。

联网的EWS包括地理上分散的站点，这些站点被放置以使到可能的震中附近的可能的地震震中的距离最小化。当地震发生时，P波向外传播最先到达最近的站点，然后该最近的站点向所有其他受影响的站点发送信号。该EWS能提供的警报时间优于每个单机站点可能提供的警报时间，因为来自最近的站点的信号将在P波到达之前到达其他站点。

单机系统的正常警报时间由下式给出：

t_{警报-单机}＝t_s-t_p