多通道強震動(dòng)監測與報警系統的設計研究

目前，從國外整套進(jìn)口的地震反應專(zhuān)用臺陣的數據采集設備，其性?xún)r(jià)比和功能已經(jīng)不能很好滿(mǎn)足國內的需要。通過(guò)多方選型，決定采用NI 的cRIO搭建硬件平臺，使用LabVIEW8.6自主進(jìn)行多通道強震動(dòng)監測與報警系統開(kāi)發(fā)。

NI cRIO是一款高級嵌入式控制和采集系統，具有耐久較好、功耗較低等特點(diǎn)。借助NI cRIO，我們低成本、短周期、高可靠地開(kāi)發(fā)了采集系統。系統中的數據觸發(fā)存儲功能更為強大和專(zhuān)業(yè)，支持地震業(yè)界標準的文件格式，全面滿(mǎn)足地震信號處理與分析的專(zhuān)業(yè)要求。在NI平臺上實(shí)現的地震業(yè)界通用的數據交換格式miniSEED的實(shí)時(shí)打包，并且基于NetSeisIP地震數據流的通信協(xié)議傳輸數據，更具創(chuàng )新性。

隨著(zhù)我國經(jīng)濟建設步伐的加快，地震對社會(huì )和經(jīng)濟的影響更顯突出，建設高密度數字強震臺網(wǎng)、臺陣和系列配套軟硬件，已成為減輕地震災害的重要舉措，已受到政府高度重視。“十五”期間，國家在在21個(gè)國家地震重點(diǎn)監視防御區內建設了1160個(gè)固定自由場(chǎng)強震動(dòng)觀(guān)測臺，在全國建設了活斷層影響、地震動(dòng)衰減、場(chǎng)地地形影響、大型橋梁、水庫大壩、典型建筑結構等12個(gè)地震反應專(zhuān)用臺陣，但是這方面的數據采集設備幾乎全部依靠整套進(jìn)口，承受著(zhù)昂貴的費用負擔和技術(shù)約束，在一定程度上制約了我國防震減災和社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展。

TheChallenge:

系統在高動(dòng)態(tài)范圍、高計時(shí)精度、高頻譜純度和多通道設計上，具有一定的難度。在FPGA上，GPS同步、數字降采樣、標定信號的多路轉換控制和多種復雜的觸發(fā)策略的實(shí)現極具挑戰性；在數據接口中，miniSEED地震數據包的封裝和基于NetSeisIP地震數據流的通信又是一個(gè)難點(diǎn)。在數據分析上，需要時(shí)域指標分析、頻譜分析和聯(lián)合時(shí)頻譜分析等綜合分析處理并進(jìn)行強震動(dòng)報警。

TheSolutiON:

利用NI公司的cRIO模塊和LabVIEW8.6集成開(kāi)發(fā)軟件快速構建軟硬件平臺，進(jìn)行多通道強震動(dòng)監測與報警系統開(kāi)發(fā)，實(shí)現地震動(dòng)信號調理、數據采集、時(shí)鐘同步、數據壓縮傳輸、數據實(shí)時(shí)分析、數據離線(xiàn)分析、健康診斷、突發(fā)性震動(dòng)破壞事件報警、網(wǎng)絡(luò )通信和儀器控制等功能。

“借助NIcRIO，我們低成本、短周期、高可靠地開(kāi)發(fā)了地震數據采集系統。系統中的數據觸發(fā)存儲功能更為強大和專(zhuān)業(yè)，支持地震業(yè)界標準的文件格式，全面滿(mǎn)足地震信號處理與分析的專(zhuān)業(yè)要求。”基于NIcRIO的多通道強震動(dòng)監測與報警系統“已經(jīng)在廣東虎門(mén)大橋的地震反應專(zhuān)用臺陣上投入使用，初見(jiàn)成效。”

1.強震動(dòng)監測與報警系統組成

“基于NIcRIO的多通道強震動(dòng)監測與報警系統”是針對重大工程、生命線(xiàn)工程、超高層建筑和特殊結構遠程實(shí)時(shí)長(cháng)期地開(kāi)展強震動(dòng)監測和分析其健康狀況而設計的，既能夠以分布式布設，也可以作為單一監測系統獨立工作。系統由地震觀(guān)測站點(diǎn)、專(zhuān)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和數據中心三大部分構成，如圖1所示。

圖1強震動(dòng)監測與報警系統組成