2016年2月21日 星期日

新的App可以用GPS改善地震預警

New App Could Improve Earthquake Warning Using GPS

By Prachi Patel
Posted 12 Feb 2016 | 19:00 GMT


有個新的Android應用程式使用智慧型手機的GPS感測器來檢測地震和即時估計其位置和大小。這項技術可形成密集的全球地震監控網絡,警告距離震央只有數公里的人們,給他們幾秒鐘的時間,在最強烈的震動襲擊之前找到一個安全的地方。加州大學柏克萊分校的科學家們已經在Google Play發布了叫做MyShake的免費應用程式。
目前地震預警系統只存在於日本和墨西哥。美國地質調查局(USGS)目前正在測試用於美國西部,一個名為ShakeAlert的系統。這些系統使用的數據來自相隔數公里的幾十到幾百個地震站構成的網絡。

GPS加速規(GPS accelerometers)可以在一個特定位置做連續測量,也可以檢測地質斷層的長期地面運動,以及因地震造成組合力(built-up forces)的突然釋放。而由於目前大多數智能手機都具備這些加速規,它們可以成為一個免費、眾包(crowdsourced)的地震監控網絡。

「智慧型手機網絡非常密集,每個區塊上都有一至兩個感測器,」開發MyShake核心算法的畢業生Qingkai Kong說。 「它可以支援現有的地震監控網絡。而在海地或尼泊爾這樣沒有傳統地震監網,卻有數以百萬計智慧型手機的地方,這可成為一個發布警告和拯救生命的低成本系統。」

美國地質調查局的研究人員最近報告說,從商業的GPS設備收集到的測量結果確實可以改善地震預警。

但這個新的應用程式是第一個能夠實際利用智慧型手機的GPS感測器提供的數據。首先,其巧妙的算法可以區分地震震動和正常人類活動。它是利用分析加速規信號的頻率和幅度而做到的,Kong說。在模擬測試中,此算法93%的時間中都準確地區分地震和其他移動。研究人員在科學雜誌Science Advances上詳述了他們的算法。

該應用程式的另一個關鍵特點是,它在手機後台運行,並只使用相當微量的電源。由於GPS是個耗電大戶,應用程式只會在絕對必要時才使用它。只有當手機的加速規檢測出運動與地震相符時,它才會短暫啟動手機的GPS然後發送時間、晃動幅度及手機的GPS座標等資訊。對大多數用戶來說,手機運行MyShake不需要比沒有運行的手機更頻繁地充電,Kong說。
數據從手機發送到柏克萊實驗室的加工中心。在那裡,網絡檢測算法基於多支電話的觸發器計算地震的位置、發震時間和幅度。然後可以在破壞性的波到達目標位置前,使用這些資訊來估計震動強度和剩餘時間。

在一系列使用來自加州不同地震的數據進行概念驗證(proof-of-concept)的模擬中,研究顯示配備有該應用程式的智慧型手機可以在10公里以內的距離記錄5級地震。地震會在震動開始5秒之後首次被確定。這種表現,與美國地質調查局目前正在測試的ShakeAlert陸基(ground-based)預警系統相似,該系統能在地震發生後5.3秒發出預警。 「在大多數情況下,這些手機只能檢測到非常強力晃動的部份,而無法檢測到波的初期,」Kong說。

裝載此應用程式的手機形成的網絡越密集,將能越快、越好地檢測地震,Kong說。「通常若在一個110x110公里的區域內有300多支智慧型手機時,我們可以做出相對準確的位置、震級和發震時間的估計。」

一旦使用此應用程序的人夠多,錯誤也修正之後,柏克萊團隊計劃建立一個即時的預警系統。他們也正在開發iPhone上的應用程式。

Google Play:https://play.google.com/store/apps/details?id=edu.berkeley.bsl.myshake

來源:http://spectrum.ieee.org/tech-talk/consumer-electronics/gadgets/new-app-could-improve-earthquake-warning-using-gps