多通道強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

目前，從國(guó)外整套進(jìn)口的地震反應(yīng)專用臺(tái)陣的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其性價(jià)比和功能已經(jīng)不能很好滿足國(guó)內(nèi)的需要。通過(guò)多方選型，決定采用NI 的cRIO搭建硬件平臺(tái)，使用LabVIEW8.6自主進(jìn)行多通道強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

NI cRIO是一款高級(jí)嵌入式控制和采集系統(tǒng)，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(tǒng)。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)觸發(fā)存儲(chǔ)功能更為強(qiáng)大和專業(yè)，支持地震業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的文件格式，全面滿足地震信號(hào)處理與分析的專業(yè)要求。在NI平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的地震業(yè)界通用的數(shù)據(jù)交換格式miniSEED的實(shí)時(shí)打包，并且基于NetSeisIP地震數(shù)據(jù)流的通信協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，更具創(chuàng)新性。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的加快，地震對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的影響更顯突出，建設(shè)高密度數(shù)字強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)、臺(tái)陣和系列配套軟硬件，已成為減輕地震災(zāi)害的重要舉措，已受到政府高度重視。“十五”期間，國(guó)家在在21個(gè)國(guó)家地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)內(nèi)建設(shè)了1160個(gè)固定自由場(chǎng)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)，在全國(guó)建設(shè)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(kù)大壩、典型建筑結(jié)構(gòu)等12個(gè)地震反應(yīng)專用臺(tái)陣，但是這方面的數(shù)據(jù)采集設(shè)備幾乎全部依靠整套進(jìn)口，承受著昂貴的費(fèi)用負(fù)擔(dān)和技術(shù)約束，在一定程度上制約了我國(guó)防震減災(zāi)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

TheChallenge:

系統(tǒng)在高動(dòng)態(tài)范圍、高計(jì)時(shí)精度、高頻譜純度和多通道設(shè)計(jì)上，具有一定的難度。在FPGA上，GPS同步、數(shù)字降采樣、標(biāo)定信號(hào)的多路轉(zhuǎn)換控制和多種復(fù)雜的觸發(fā)策略的實(shí)現(xiàn)極具挑戰(zhàn)性；在數(shù)據(jù)接口中，miniSEED地震數(shù)據(jù)包的封裝和基于NetSeisIP地震數(shù)據(jù)流的通信又是一個(gè)難點(diǎn)。在數(shù)據(jù)分析上，需要時(shí)域指標(biāo)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(qiáng)震動(dòng)報(bào)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(gòu)建軟硬件平臺(tái)，進(jìn)行多通道強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)地震動(dòng)信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集、時(shí)鐘同步、數(shù)據(jù)壓縮傳輸、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析、數(shù)據(jù)離線分析、健康診斷、突發(fā)性震動(dòng)破壞事件報(bào)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)觸發(fā)存儲(chǔ)功能更為強(qiáng)大和專業(yè)，支持地震業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的文件格式，全面滿足地震信號(hào)處理與分析的專業(yè)要求。”基于NIcRIO的多通道強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)“已經(jīng)在廣東虎門大橋的地震反應(yīng)專用臺(tái)陣上投入使用，初見(jiàn)成效。”

1.強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)組成

“基于NIcRIO的多通道強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)”是針對(duì)重大工程、生命線工程、超高層建筑和特殊結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)長(zhǎng)期地開(kāi)展強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)和分析其健康狀況而設(shè)計(jì)的，既能夠以分布式布設(shè)，也可以作為單一監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獨(dú)立工作。系統(tǒng)由地震觀測(cè)站點(diǎn)、專線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心三大部分構(gòu)成，如圖1所示。

圖1強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)組成