TWM645903U - 自由場、結構物感測器及遠端訊號源的組合及其地震偵測系統 - Google Patents

Abstract

一種自由場、結構物感測器及遠端訊號源之組合的地震偵測系統，包括：一主機；一主感測器，設置於一自由場上並連線至該主機；一輔助感測器，設置於一結構物上；以及一遠端訊號源，設於相對於該主感測器的一遠端，並通過一網路與該主機連線且傳送一遠端訊號。通過裝置在不同位置的複數個感測器以達到覆核的效果，唯有各感測器均確認有地震時，始對被保護場所發出地震警告，如此即可避免非自然因素使地震儀誤判，不讓人類的活動所造成的振動干擾到地震儀、地震感測器。

Description

自由場、結構物感測器及遠端訊號源的組合及其 地震偵測系統

本創作係關於地震偵測；特別關於運用多個感測器的地震偵測方法與裝置，尤其是運用於港埠站體等交通設施上、以及具有金融中心、高樓大廈充斥的場域空間的地震偵測系統及其網路。

在所有自然災害中，「地震」算是其中相當可怕的一種，因為其他災害如：颱風、火山爆發等，大多數都可以預測，而且可以提前非常早的時間，從數小時到數天。然而地震的發生則無法預測，因為地震於發生前是毫無跡象的。不過即使在地震發生之初，還是可以做出一定程度上的預測、預防，因為地震波的速度由快到慢可區分為「P波」與「S波」等。其中S波的破壞性較大但速度較慢，抵達地表(自由場，Free Field)最遲；而振幅小、破壞力較低的P波波速較快，最快抵達自由場，因此在進行地震預警時，可利用地震儀感測地震波來預警、搶在嚴重災害尚未形成之前發出警告並採取措施的行 動。而具體的預測方法就是利用P波的波速最快、最早抵達的特性，來預測之後抵達的S波、表面波的預警。目前主流的地震預警或感測系統，主要分為區域型與現地型。區域型的大致原理是建構在基本的地震定位與決定規模的方式，「區域型地震預警」的技術大約可以縮短在20秒之內。至於現地型地震預警系統(On-site Earthquake Early Warning System)是利用在某地佈設的地震觀測站觸發後的若干秒資訊對地震的破壞性即時作出判斷，並向當地發佈警報訊息的預警手段。這一模式一般依靠個別站台觸發，能夠有效降低預警佈設成本、縮小預警盲區範圍。

然而，地震感測器常常因為人類活動(例如：人員跑步、車輛經過、建築工地、重工業工廠)造成地表震動，而有誤判為地震的情形。因此，如何避免非自然因素使地震儀被觸發而誤判為地震，也是目前研究的方向之一。習用技術如中華民國專利I541528號雖然揭示了感測器的設置方式，但並未揭示使用的前提條件、以及適用的場域，此外亦未揭示以遠端訊號源的方式作為現地(本地)地震偵測系統的輔助的感測訊號之來源，故對降低誤判之功效有限，且若發生其他感測器故障或訊號無法傳輸時，即會造成誤判概率的增加。至於中華民國專利I553327號則雖然提出了人類活動會造成地震儀的誤判，但其解決方式是以單一門檻值判別的方式，當場域內非自然的振動有數種型態時，則此一方式即容易誤判。

因此，本創作之主要目的即在於提供一種地震偵測系統，針對各種需要被保護的場所進行特別的規畫，為此，申請人殫精竭慮，提出了本創作的「自由場、結構物感測器及遠端訊號源的組合及其地震偵測系統」，以避免因非自然因素之地表振動所導致之誤判，且增進地震判斷的準確性。

為了達到避免非自然因素使地震儀誤判之目的，不讓人類的活動所造成的振動干擾到地震儀、地震感測器，本創作通過裝置在不同位置的複數個感測器以達到覆核的效果，唯有各感測器均確認有地震時，始對被保護場所發出地震警告。通過三個不同環境所設置的感測器以避免兩個感測器在相同環境時可能受到的同一種干擾而使兩者同時誤判的缺失。本創作的「自由場、結構物感測器及遠端訊號源的組合及其地震偵測系統」，更進一步是指運用於非工廠、非廠區但作為港埠站體的建築物如汽車站、軌道車站、港口、機場等相類的環境，此類環境的特點在於人比較多，也會有來自交通工具、搬運用機械如吊車所產生的震動干擾，亦即針對這樣的環境，對感測器的設置位置進行優化的配置，以充分達到準確偵測。本創作除了在自由場上設置一自由場感測器外，更於一結構物上設置一結構物感測器，雖然港埠站體可能會受到交通工具的干擾，但由於其量體較單純的軌道要大很多，亦即其慣性較大，故通常能吸收掉大部份來自交通工具的振動，且經過 適當的設計更可以將軌道車輛的振動與結構物感測器隔絕。又，本創作的結構物感測器亦適用於一些廠房、廠區、甚至包括金融大樓、住宅、辦公大樓、學校、醫療院所等相關之結構物以及高樓大廈充斥的場域，只要其不會有大規模、常態的劇烈振動即可，且若這些結構物的腹地太小，地質條件較差而不能將深井感測器設置的足夠深，則可以搭配遠端訊號源，以作為協助覆核地震是否發生之用。此外，為了以防萬一，本創作更藉由一遠端訊號源來降低本地的地震偵測的誤判，也就是只有在本地的自由場感測器、結構物感測器、遠端訊號源三者均認為有地震時，主機始發出一地震警報。又或者結構物感測器與遠端訊號源兩者之間互為支援，萬一其中之一故障或失去連線，則另一個仍可發揮感測地震之功能，並配合主感測器以覆核地震是否於同一特定時段內發生。通過結構物感測器及/或遠端訊號源對主感測器進行的覆核，可以更有效降低地震的誤判，進而降低因為誤判而採取類似停工、停車所帶來的損失，此外，由於本創作降低了地震的誤判，人們的生活即不會因錯誤的地震警報而停滯，意即無須採取避難行動、車輛也無需減速或停駛，故而能提升生活品質。

故為了達到上述之目的，本創作提供一種自由場、結構物感測器及遠端訊號源之組合配置的地震偵測系統，包括：一主機；一主感測器，設置於一自由場上並連線至該主機；一輔助感測器，設置於一結構物上並連線至該主機；以及 一遠端訊號源訊號源，設置於一遠端，並通過一網際網路輸出一遠端訊號。

為了達到上述之目的，本創作再提供一種運用於一地震偵測系統的自由場、結構物感測器及遠端訊號源的組合配置，包括：一主感測器，設置於一自由場上以作為自由場感測器；一第一輔助感測器，設置於一結構物上；以及一第二輔助感測器，設置於相對於該主感測器的一遠端，其中該第二輔助感測器通過一網際網路輸出一遠端訊號，其中該主感測器與該第一輔助感測器所發出的感測訊號、以及該遠端訊號均抵達至同一接收裝置。此接收裝置通常即是一主機。

10:地震判斷

100:開始

101:主感測器與輔助感測器是否同時觸發

101Y:判斷地震發生，並傳送一地震指示訊號

101N:判斷地震未發生，不傳送地震指示訊號

C-SYS:遠端訊號源

M:主機

FF:自由場

FFS:主感測器

S:結構物

S1:結構物感測器

本創作的上述目的及優點在參閱以下詳細說明及附隨圖式之後對那些所屬技術領域中具有通常知識者將變得更立即地顯而易見。

〔圖1〕係本創作的地震判斷方塊圖。

〔圖2〕係本創作自由場、結構物感測器及遠端訊號源的組 合配置及其地震偵測系統的示意圖。

請參閱圖1，其中揭示地震判斷10，步驟100：開始。是指當系統測試完畢後，各感測器、主機(圖1未揭示)處 於正常開機、通電的狀態。接著，進行步驟101：主感測器、輔助感測器、以及遠端訊號源是否同時確認有地震。此步驟是指一判斷步驟，若主感測器、輔助感測器、以及遠端訊號源均同時令主機確認有地震，則進入步驟101Y：判斷地震發生，並傳送一地震指示訊號。又若主感測器、輔助感測器、以及遠端訊號源並未同時令主機確認有地震，則進入步驟101N：判斷地震未發生，不傳送地震指示訊號。此處所述的同時觸發，實質上是指在一特定時段內觸發，此特定時段是六秒，亦可更短。再者，遠端訊號源係透過網路與主機連線，並傳送一遠端訊號給主機。若遠端訊號源是一輔助感測器，則該遠端訊號是一量測值。更進一步而言，該量測值是選自一加速度訊號、一速度訊號、或一位移訊號。又若該遠端訊號源是一輔助地震偵測系統時，該遠端訊號是一觸發訊號。

請參閱圖2，是本創作自由場、結構物感測器及遠端訊號源的組合配置的示意圖。其中可見總共有三種類型的感測器設置、連線方式。首先是在自由場FF(free field，指地表或很接近地表的位置)設置了主感測器FFS(自由場感測器)，自由場大致上包括了地表上至地表下兩公尺以內的空間，主機M亦可設置於自由場FF上，而主感測器FFS設在旁邊並通過實體線與主機M連線。為了便利調校維修會將主機M及主感測器設置在地表，如若在學校的運動場邊則可能時常受到球類、運動器材的干擾，為了避免被保護場域內的人類活動的干 擾，自由場感測器FFS距離被保護場域內之結構物的水平距離至少十公尺，以三十公尺為較優，亦可更遠。此外，主機M亦可設置在現地的場域內的結構物S內，如住宅、醫療院所、交通相關建築物、廠房、辦公樓、廠辦合一建築物內。

請繼續參閱圖2，其中還揭示了一個位於結構物S上的結構物感測器S1，一般而言設置於結構物S的梁、柱、或梁與柱的接合處，這是為了震波能經由梁柱系統傳遞到結構物感測器S1上。若建築物內沒有產生巨幅震動的機械、器具，人類本身所產生的震動如在搬運行李、人類走動、跑動、跳動時的震動幅度極其有限，基本是不可能傳出到建築物外而觸發自由場感測器FFS，至於冷凍空調設備的壓縮機的震動幅度也小，且通常機台本身有減震墊可以極大程度地減少震動傳出，而震動模式相當固定亦可被本創作的系統排除，例如汽車站、火車站、港埠、機場的等候室之類的結構物，則可以採用結構物感測器S1。由於做為軌道站體的結構物S的整體結構物體量較大，故而比起單純的軌道而言較不易被列車所震動，而且經過適當的結構物設計可以極大的降低軌道帶來的震動，因此可以使用結構物感測器S1。又，為了進一步避免人類的干擾，結構物感測器S1還可以設置在結構物S的頂部，如屋頂，較佳者，即設置在柱體的最頂部。

請繼續參閱圖2，其中揭示了遠端訊號源C-SYS，可以包含一個或一個以上的遠端訊號源器做為輔助感測器， 其水平距離被保護物的距離可能從數十公尺至數百公尺，甚至是三、四公里之遠，而所謂遠端訊號源C-SYS亦可以是另一個地震偵測系統，亦即其本身具有主機，以作為相對於本地的一個遠端的系統，並通過網際網路與本創作的主機M連線，亦即遠端訊號源C-SYS做為一個來自遠方的地震感測訊號源，其可以來自於感測器，相對於現地而言即為一輔助感測器；亦可來自於一地震偵測系統，相對於現地而言即為一遠端輔助地震偵測系統。主機M可以設置在自由場FF上，或是在被保護場域內的結構物之內。使用遠端訊號源C-SYS的時機在於若被保護場域的腹地不夠，使得自由場感測器FFS缺乏足夠的水平距離以遠離被保護場域內的干擾源而設置、或是地質條件的限制而無法設置深井感測器U1，雖然結構物S上已有設置了結構物感測器S1，若有上述限制的場所，則可以使用遠端訊號源C-SYS。如在軌道車站則可以同時使用這些感測器，以最大化的避免軌道車輛之震動對結構物感測器S1及自由場感測器FFS的干擾而誤判。再者，當該遠端訊號源訊號源、該輔助感測器、以及該主感測器均認為有地震時，該主機亦認為有地震。此外，通過遠端訊號源C-SYS可以作為萬一其他各感測器失效時的備用。當有複數個遠端訊號源訊號源時，意即這些訊號源均相對於主感測器而遠端地被設置，換言之，就是設置在遠端，但該複數個訊號源可以是在遠端的同一場域內、亦可是在遠端的不同場域內，亦即遠端是一個遠距的概念，指得是遠端訊 號源訊號源相對於主感測器的距離是遠距。此外，當該遠端訊號源訊號源是一輔助感測器時，則該遠端訊號是一量測值。更進一步而言，該量測值則是選自一加速度訊號、一速度訊號、或一位移訊號，通常是將量測值傳送到主機後，由主機轉換而成為這三種訊號，但若輔助感測器具有計算或轉換功能，則亦可以是將轉換後所產生的這三種訊號擇一、擇二、或全部傳送至主機。又，當該遠端訊號源是一輔助地震偵測系統時，該遠端訊號是一觸發訊號。

綜上所述，本創作利用各種不同配置的感測器來達到輔助判斷地震是否發生的效果，當然，若有足夠的預算，則可以對被保護物以盡量多種的配置來對其予以保護，一般而言，若腹地夠大，則可以將主感測器以較遠的水平距離設置。若結構物內有機械會產生震動、或是結構物附近會受到車輛的干擾，則可以設置深井感測器以通過較遠的垂直距離遠離干擾。若結構物如住宅、學校、醫療院所內沒有較大震動源、或是不會有大規模振動的廠房、或是港埠站體的體量夠大足以經由適當的設計避免來自交通工具之震動的干擾，則可以設置結構物感測器。此外，再輔以遠端訊號源C-SYS則可以更有效地遠離各種干擾，以降低地震的誤判，亦即僅有在主感測器、結構物感測器、與遠端訊號源三者均於一特定時段內認為有地震時，本創作才作出確實有地震的判斷，如發出地震警報等。又，結構物感測器與遠端訊號源兩者亦可互相支援，若其 中一個故障或無法連線，則剩下的輔助感測器仍可達成覆核主感測器的地震判斷是否正確，從而顯著地降低地震的誤判。通過本創作的多種地震感測器的配置方式，可以讓地震預測的準確性更高，並依據被保護場域的限制提供適合的複數個感測器來形成配置，當地震的誤判率降低，則因為誤判而導致的停工就會減少、進而減少因停工、停料而導致的延誤或浪費，此外，由於本創作降低了地震的誤判，人們的生活即不會因錯誤的地震警報而停滯(即無須採取避難動作)，軌道載具也不會因而減速或停駛導致時間之延誤，故而能提升生活品質，換言之，誤判率降低，則因為誤判而採取的避難措施就會減少，因這些避難措施而導致的損失也會降低。由此可見，本創作對於相關產業而言具有莫大的貢獻。

【實施例】

1：一種自由場、結構物感測器及遠端訊號源之組合配置的地震偵測系統，包括：一主機；一主感測器，設置於一自由場上並連線至該主機；一輔助感測器，設置於一結構物上並連線至該主機；以及一遠端訊號源訊號源，設置於一遠端，並通過一網際網路輸出一遠端訊號。

2：如實施例1所述的地震偵測系統，其中當該遠端訊號被判斷為有地震，且該輔助感測器及該主感測器亦均認為有地震時，該主機即認為有地震。

3：如實施例1所述的組合配置，其中當該遠端訊號源訊號源是一輔助感測器時，則該遠端訊號是一量測值。

4：如實施例1所述的組合配置，其中該遠端訊號源是一輔助地震偵測系統時，該遠端訊號是一觸發訊號。

5：如實施例1所述的地震偵測系統，其中該輔助感測器或該遠端訊號源具有複數個。

6：如實施例5所述的地震偵測系統，其中該輔助感測器是設置於該結構物的梁、柱、或梁與柱的結合處，且至少一設置於該結構物的頂部。

7：如實施例1所述的地震偵測系統，其中該輔助感測器是設置於該結構物的頂部。

8：一種運用於一地震偵測系統的自由場、結構物感測器及遠端訊號源的組合配置，包括：一主感測器，設置於一自由場上以作為自由場感測器；一第一輔助感測器，設置於一結構物上；以及一第二輔助感測器，設置於相對於該主感測器的一遠端，其中該第二輔助感測器通過一網際網路輸出一感應結果，其中該主感測器與該第一輔助感測器所發出的感測訊號、以及該感應結果均抵達至同一接收裝置。

9：如實施例8所述的組合配置，其中當該主感測器與該第一輔助感測器以及該第二輔助感測器於一特定時段內均判斷有地震時，則確認真的有地震。

10：一種地震偵測系統，包括了如實施例8至9 中任一項所述的組合配置。

C-SYS:遠端訊號源

FF:自由場

FFS:主感測器

S:結構物

S1:結構物感測器

Claims (10)

1. 一種自由場、結構物感測器及遠端訊號源之組合的地震偵測系統，包括：一主機；一主感測器，設置於一自由場上並連線至該主機；一輔助感測器，設置於一結構物上並連線至該主機；以及一遠端訊號源，設置於一遠端，並通過一網際網路輸出一遠端訊號至該主機。
2. 如請求項1所述的地震偵測系統，其中當該遠端訊號被判斷為有地震，且該輔助感測器及該主感測器亦均認為有地震時，該主機即認為有地震。
3. 如請求項1所述的地震偵測系統，其中當該遠端訊號源是一輔助感測器時，則該遠端訊號是一量測值。
4. 如請求項1所述的地震偵測系統，其中當該遠端訊號源是一輔助地震偵測系統時，該遠端訊號是一觸發訊號。
5. 如請求項1所述的地震偵測系統，其中該輔助感測器或該遠端訊號源具有複數個。
6. 如請求項1所述的地震偵測系統，其中該輔助感測器是設置於該結構物的梁、柱、或梁與柱的結合處，且至少一設置於該結構物的頂部。
7. 如請求項1所述的地震偵測系統，其中該輔助感測器是設置於該結構物的頂部。
8. 一種運用於地震偵測系統的自由場、結構物感測器及遠端訊號源的組合，包括：一主感測器，設置於一自由場上以作為自由場感測器並連線至一接收裝置；一第一輔助感測器，設置於一結構物上以作為結構物感測器，並連線至該接收裝置；以及一第二輔助感測器，設置於相對於該主感測器的一遠端以作為遠端訊號源，其中該第二輔助感測器通過一網路以連線至該接收裝置並輸出一感應結果，其中該主感測器與該第一輔助感測器所發出的感測訊號、以及該感應結果均抵達至該接收裝置。
9. 如請求項8所述的組合，其中當該主感測器與該第一輔助感測器以及該第二輔助感測器於一特定時段內均判斷有地震時，則確認真的有地震。
10. 一種地震偵測系統，包括了如請求項8至9中任一項所述的組合。

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