地震捕手--通过传感器技术和计算机网络检测地震

地震专家（seismologist）正在设想一种“地震捕手”（Quake Catchers）网络，能够通过志愿者的笔记本电脑来精确地绘制大地震动图。

　　《洛杉矶时报》（Los Angeles Times）2010-3-11凯拉·米娅·黛马萨（CaraMia DiMassa）

地震捕手网络系统的截屏

　　地震捕手网络标志：将地震学带到家里和学校（Bringing Seismology to Homes and Schools）

　　如果伊丽莎白·科克伦（Elizabeth Cochran）让自己进入梦境的话，未来将会是下面描述的样子：

　　每一台个人电脑都将兼任地震监测仪（seismic monitor）的角色。一家咖啡厅里一个人正在用苹果公司的笔记本电脑（MacBook）写电影剧本；当他喝着拿铁（latte）咖啡时，他的电脑同时也在检测地面震动。老化的个人电脑采集客厅里的灰尘，这是在准备捕获下一次地震的信息。

　　如果科克伦，美国加州大学河滨分校（UC Riverside）的一名地球科学家，实现了她的设想，那么每当我们脚下的地面震动时，那些笔记本电脑都将捕获到地面的震动，并将捕获的信息反馈给一个中央计算机系统（central computer system），最终将廉价而生动地描绘感知到的地震的强度与发生地点。

　　这样一个笔记本电脑网络可能能够显著地促进我们对地震的理解——并且使研究人员离建立一个地震预警系统又近了一步，这个预警系统能够在灾难性的地震经过某一地区之前，为处理紧急事件的官员提供至关重要的几秒时间去做准备。

　　通过采用加速度计——一种能够检测运动的微型设备，使iPhone（苹果公司出品的手机）能够从纵向快速翻转到横向，也使Wii（日本任天堂公司2006年出品的新一代电视游戏机）的外设网球拍遥控手柄具有像真实网球拍一样的功能——科克伦和她在加州大学河滨分校以及斯坦福大学（Stanford University）的同事已经开始建立一个系统，将平常的笔记本电脑联入一个地震监测网络。

　　任天堂的Wii网球游戏：玩家就像手里拿着真实的球拍一样，挥动遥控式手柄。图片选自网络

　　苹果公司iPhone手机：通过内置方向感应器来对动作做出反应。当你将 iPhone 由纵向转为横向时，方向感应器会自动做出反应并改变显示方式。图片选自苹果中国网站

　　理想的情况下，科克伦说，“我们想保证每一栋建筑有一个地震检波器（seismometer），至少每一个街区有一个。同时在高层建筑内，我们将会（在不同楼层）安置多个传感器。那样的话，我们将能够获得更详细的细节，了解地震期间地面如何震动的情形。”

　　几年以前，科克伦进行的关于地面震动的大部分研究都还需要进行极度劳累的田野调查式的工作：沿着断层带（fault zone），在地面上挖很深的沟来安装传感器。现在只需要在笔记本电脑上安装一个简单的程序就行了，她笑着说，“这样就简便了许多。”

　　这样同时也更便宜。一些新买的笔记本电脑已经装有加速度计，对于那些没有安装加速度计的笔记本电脑，通过USB接口的电缆安装一个50美元的传感器也相当容易，这种传感器能够以几乎与加速度计相同的方式检测运动。

USB接口的地震捕手传感器

　　科克伦受到一位朋友的苹果笔记本电脑上的一个计算机程序的启发，得到了地震监测网络这个想法。这个程序叫Seismac（苹果检波器），允许用户在晃动他们的电脑时仍然能够通过电脑内置加速度计的调整进行阅读。这个程序原本是为了好玩而设计的——但是科克伦立即就想知道这个功能如何能够被用于对地震的检测。

笔记本电脑内置地震捕手传感器

　　她把这一发现告诉了同事杰西·劳伦斯（Jesse Lawrence）。她说，劳伦斯听到这个发现后，“类似说了这么一句话，‘这是我听到的最酷的事情。’”于是他们开发了一个可以记录地震震动并且将数据反馈给检测网络的程序。

　　目前已经有1000人登记成为“地震捕手”，这个名字是为使用自己的笔记本电脑追踪地球运动的业余地震学家而取的。科克伦和她的同事正尝试将地震捕手的参入人数增加到1万人。他们梦想地震捕手能够覆盖整个加州以及更远的地方。

　　如果地震发生，比如说，地震沿着索尔顿湖（Salton Sea）附近的圣安德烈亚斯断层（San Andreas fault）发生，位于棕榈沙漠（Palm Desert）附近的几台笔记本电脑将最先检测到地震。几秒钟之后，圣哈辛托（SanJacinto）一所高中的科学课堂上的师生将会记录地震波。当地震沿着断层带移动时，震动将触发加州大学滨河分校音乐图书馆中的传感器，然后触发加州波莫纳（Pomona）地震监测总部的传感器，并最终触发埃尔蒙特（El Monte）一间五年级教室里的传感器。在每一个地震经过的地点，地震捕手的笔记本电脑都将把地震的大小与范围这些信息发送到由地震专家监控的计算机系统。

加州圣安德烈斯断层示意图：译者使用Google地图绘制

　　在发生巨大地震的情况下，地震捕手网络可能能够为震中（epicenter）附近的地区提供几秒钟的预警时间。地震产生的冲击波在地面上迅速移动，不过电信号传递地更快，这使得预警信号能够超过地震波而传递到当地的民众那里。

　　这样的预警通知可能能够允许文图拉（Ventura）的紧急事务官员，在地震袭击索尔顿湖之后，立即关闭城市的燃气与供水线，停止火车发车并且打开消防队的大门让消防员提前做好准备。

　　科克伦现在成了半科学家半推销员，因为她在整个加州间穿梭游走，以劝说人们成为地震捕手。

　　她已经参加了科学课程教师会议。她和她的团队轮番在科学性的在线公告栏上发布信息，试图劝说同行的科学家与学生成为地震捕手。科克伦同时也将她的行程延伸到了教室里。

　　最近一个周三的早晨，她站在河滨市Pachappa小学（Pachappa Elementary School）里莱兹丽·舍斯基（Lezlie Sheskey）的二年级教室前面。她穿着夹克上衣和牛仔裤，31岁的科克伦，站在自己研究生的旁边。她是一名助理教授，在加州大学洛杉矶分校（UCLA）获得地球物理与空间物理专业的博士学位，而且当她这样演讲时，她对自己专业的深深热爱变得愈加深厚。当她看着一排课桌并开始讲地球的构造板块（tectonic plate）时，她的眼睛变得更亮了，为了强调某一点她的手快速移动着，同时她的整个脸庞都浮现出笑容。

　　舍斯基是在今年一月份海地发生里氏7.0级大地震后联系科克伦的。她的学生，她说，带来的关于海地地震的信息是“每个地方都可能发生地震”。于是舍斯基邀请科克伦和她的团队来学校，因为她认为参入地震捕手网络将会为她们提供对地震如何发生这一问题的真正理解。

科克伦给二年级学生讲解地震捕手。

　　供图：伊尔凡·汗（Irfan Khan）/洛杉矶时报

　　不过，那天早晨真正具有明星吸引力的是科克伦银色的苹果笔记本电脑，电脑里配备了地震捕手软件。当学生们用拳头猛击放着电脑的桌子时，四个有色波形图猛烈地抖动。

地震捕手网络系统的截屏2

　　“你们制造的震动效果很好！”科克伦大声鼓励他们。

　　在离开之前，科克伦在教室角落里的电脑上安装了一个传感器和地震捕手软件。

　　上个月，地震捕手捕获到了智利（Chile）发生的里氏8.8级大地震，以及芝加哥（Chicago）西北部发生的3.8级轻度地震。

　　中亚国家（Central Asian nation）吉尔吉斯斯坦（Kyrgyzstan）和塔吉克斯坦（Tajikistan）也有一些地震捕手——这些地方“很难安装传统的地震检波器。”

　　另一个传感器更偏远。大约6个月的时间里，某个人都从南极洲（Antarctica）传来地震数据。科克伦非常兴奋，但是后来数据突然停止传送。科克伦认为是南极洲从事长期研究的一位科学家，随身带去了一台安装有地震捕手软件的笔记本电脑。（出于私人原因，地震捕手软件不对参入的个人进行识别，同时捕获的数据只提供地点信息而不提供参入者的姓名。）

　　就在上周，她和劳伦斯将两名研究生送到智利，在那里安装了50多个笔记本电脑传感器。

　　随着地震捕手网络的扩大，科克伦看到成功征兆的同时，也看到了地震捕手网络的潜在限制性。

　　建立地震检波器网络的一个永恒挑战是如何区分科学家关心的、由地球板块发生移动触发的运动与科学家不关心的运动：比如汽车、货车甚至是二年级学生的拳头造成的震动。

　　加州的官方地震监测网络，是由大约450台遍布全州的传感器设备组成的，依靠这些昂贵设备的混合以及连接方式进行工作。为了压制无关的环境震动，一些检测器被埋在地下，或者放在地下的放射性尘埃掩蔽所（fallout shelter），或者是包裹在聚苯乙烯泡沫塑料（Styrofoam）里。

　　地震捕手网络远没有这么敏感。

　　相反，科克伦说，设计地震捕手网络的科学家已编写程序让电脑记录所有的震动，但仅当同一地理区域（geographic area）的很多台电脑同时记录到“显著的震动”时才上传信息。

　　这也是为什么科克伦认为扩大地震捕手网络如此重要的另一个原因。一个地区有更多的电脑意味着检测网络的准确率更高。

　　乔治·罗斯福斯（George Rothfuss），一位约巴林达（Yorba Linda）的居民，去年成为了地震捕手；他当时还不知道地震捕手软件确切能做什么。但是在他和他的妻子马尼亚·皮尔斯（Manya Pierce）加入地震捕手网络后不久，发现约巴林达处在一群小地震带中心。

　　这对夫妇的笔记本电脑记录了大部分的震动，并将数据传送到网络中心。罗斯福斯在地震捕手的在线布告栏里张贴他的电脑屏幕截屏图片，就像一位自豪的爸爸一样（将地震捕手网络比喻成儿子）。现在，他们自己也已经成为地震捕手的推动者——他们也像科克伦一样探询了许多人。

　　“如果加州从幼儿园到高中所有的基础教育学校（K-12 school）都安装了传感器，”罗斯福斯说，“在我看来，我们可能就能够拥有某种地震预警系统了。”

以上信息转自：http://www.jfdaily.com/blog-article/161816.html