نظام LifePatron® المتقدم للتحذير من الزلازل

يتم فحص جهاز إنذار مبكر للكشف عن الزلازل قادر على إيقاف المصاعد ووضع إجراءات سلامة نظام البناء موضع التنفيذ.

بواسطة Jüergen Prybylak

المقدمة

يقدر أن سبعة ملايين شخص لقوا حتفهم في الزلازل على مدى السنوات الخمسمائة الماضية. يسجل علماء الزلازل حوالي 500 ألف هزة سنويًا. يتفق الخبراء على أن ملايين الأشخاص الذين يقيمون في مناطق حضرية كبيرة معرضة للزلازل ، في المستقبل القريب ، سيتعرضون للتهديد من جراء الكوارث ، التي هم ليسوا مستعدين لها بشكل كافٍ. 

على الرغم من الإجراءات الأمنية المحسنة للمباني من خلال البناء المقاوم للزلازل ، إلا أن الآلاف من الناس لقوا حتفهم في الزلازل الكبيرة بسبب المباني المنهارة والحرائق الناجمة عن تمزق أنابيب الغاز والأسلاك عالية الجهد. لسوء الحظ ، كثير من الناس لا يعرفون الكثير عن الزلازل والمشاكل المختلفة التي يمكن أن تسببها.

الزلازل هي اهتزازات مؤقتة للتربة تنتشر من نقطة نشأتها بموجات مختلفة في جميع الاتجاهات. تتميز الموجات الزلزالية بين الموجات الأولية (P) والثانوية (S). تنتقل الموجة P (عادة غير مدمرة) في حركة رأسية في الغالب ولديها سرعة تقارب ضعف سرعة الموجة S الأفقية ، والتي عادةً ما يكون لها إمكانات إزاحة أكبر ولها الحركة المرتبطة غالبًا بالضرر الهيكلي. في حين أن السرعة الدقيقة لهذه الموجات من المنطقة البؤرية للزلزال تعتمد على الجيولوجيا وعوامل أخرى ، يظل فارق السرعة النسبي ثابتًا إلى حد ما. وبالتالي ، فإن الاكتشاف الموثوق للموجات P يوفر فرصة لتحذير تلقائي من الوصول الوشيك لموجة S. وبالتالي ، تصل الموجة P دائمًا إلى موقع النظام أولاً

يصف مقياس ريختر الدولي قوة الزلزال في مركزه Hypocentre (الموضع الذي يتم فيه إطلاق طاقة الإجهاد المخزنة في الصخر لأول مرة ، مما يشير إلى النقطة التي يبدأ فيها الصدع في التمزق) بمساعدة أجهزة قياس الزلازل. الأحجام المختلفة تشمل:

• توصف الزلازل التي تبلغ قوتها 2.0 أو أقل بأنها زلازل صغيرة ولا يمكن ملاحظتها عادة.
• الزلازل التي تبلغ قوتها 2.0 إلى 3.9 درجة ملحوظة لمعظم الأشخاص الذين يستريحون.
• يلاحظ معظم الناس الزلازل التي تبلغ قوتها 4.0 إلى 5.2 درجة.
• الزلازل التي يزيد قوتها عن 5.2 يلاحظها جميع الناس.

يعني الحجم الأعلى على المقياس إطلاق 32 ضعفًا للطاقة (زيادة لوغاريتمية). مقياس ريختر الشائع الاستخدام والتعبيرات العلمية الأخرى لحجم الزلزال هي مقاييس لوغاريتمية تستخدم لتحديد كمية الطاقة الصادرة عن الزلزال. إنها ليست مقاييس هندسية وغالبًا ما تكون مربكة عند مقارنة تأثيرات الزلزال على مسافات مختلفة من مركز الزلزال (المنطقة على سطح الأرض التي يتم توجيه طاقة الزلزال نحوها) أو التركيز (أصل التمزق داخل القشرة الأرضية).

كثافة

نظرًا لأن تأثيرات الزلزال التي تم الشعور بها على مسافات محددة من مركز الزلزال تتفاوت بشكل كبير ، بسبب الجيولوجيا وظروف التربة وآلية تمزق الصدع وعوامل أخرى ، فإن الاعتبار الرئيسي عند التفكير في الضرر المحتمل ليس مقياس ريختر ، بل شدة الاهتزاز الذي تم اختباره في المنشأة المعنية.

وقت التحذير الكامل 

يختلف وقت التحذير (P و S1) لكل زلزال. ننظر داخل ذروة الموجة P الأولى ونحلل ترددها وتسارعها وخصائص أخرى. يستغرق تحليل الموجة جزءًا من الثانية. بمجرد تحليل النظام ، يعرف بعد ذلك مستوى شدة الموجة عندما تصل إلى موقع النظام المثبت. سيطلق الإنذار جميع عمليات التحويل ويوجهها. يوضح الجزء السفلي من الرسم التخطيطي اندفاع تبديل النظام. إذا كانت قيمة العتبة (الكثافة في المبنى) أعلى من القيمة المعدلة ، فسيقوم النظام بإصدار إنذار. من خلال القيام بذلك ، من الممكن:

• انتبه قبل وقوع الزلزال
• قطع إمدادات الغاز والكهرباء والمياه
• تفعيل مولدات الطاقة في حالات الطوارئ
• مصاعد الحديقة
• فتح أبواب وبوابات الأمان
• قم بإيقاف حركة المرور وأضواء الأنفاق لإيقاف حركة المرور قبل أن تضرب الموجة الفعلية
• تركيبات إشارة السكك الحديدية التحكم
• قم بتشغيل برامج النسخ الاحتياطي للبيانات
• بدّل أنظمة إدارة المباني لإيقاف المصاعد وإغلاق الغاز وصمامات المياه والكهرباء. 

مكان للتثبيت

لإجراء قياس دقيق ، يجب دائمًا تثبيت مستشعرات الزلازل في الطابق السفلي من المبنى بحيث ينقل التخصيص المباشر (الأرض / المبنى) 1: 1 إلى المستشعر. يوجد جهاز استشعار يقوم بتحليل الاهتزازات في الموضع المثبت داخل كل مستشعر للزلازل. في حالة حدوث تجاوز لقيمة التورم المعدلة ، يتم إرسال إشارة كابل اتصال الناقل إلى السيد. يقوم السيد بفحص جميع العبيد دوريًا ويقرر إطلاق إنذار لجميع أجهزة الكشف عن الزلازل في النظام المتصل. كمية أجهزة كشف الزلازل تعتمد على المشروع.

أمثلة على كمية المستشعرات:

• منزل خاص: سيد واحد واثنين من صفارات الانذار
• شقة من 10 شقق: سيد واحد ، عبد واحد ، مصدر طاقة واحد و 10 صفارات إنذار
• مركز تجاري: سيد واحد وثلاثة إلى خمسة عبيد ، مع إمدادات الطاقة التي تعتمد على صفارات الإنذار
• المصعد التحكم عن طريق الموجة P: سيد واحد وعبد واحد

يمكننا إيقاف المصعد بواسطة الموجة P لفترة قصيرة (على سبيل المثال ، دقيقتان) في الطابق التالي ، وفي حالة وجود موجة S ، يمكن للنظام إيقاف المصعد للتحكم.

وصف الأجهزة

1. جهاز كشف الزلازل الرئيسي مع شاشة عرض (EQm)

• النسخة الأساسية من Secty LifePatron^® يتكون من جهاز مستقل مع بطارية واحدة متكاملة قابلة لإعادة الشحن لطاقة الطوارئ لصفارتين متصلتين بقوة 105 ديسيبل لتحذير الناس من وقوع زلزال وشيك.
• مرحل واحد حر محتمل (≤230V) لإغلاق إمداد الغاز عن طريق صمام غاز كهرومغناطيسي أو عمليات تحويل أخرى
• يتم التعامل مع النظام من خلال القائمة من خلال شاشة LCD (أربعة X 20 حرفًا) ، مع وحدة تحكم مدمجة في الغطاء الأمامي للمبيت. يتم عرض جميع المعلومات والمؤشرات المعلقة في الشاشة. هناك خيار مراقبة وظائف التشغيل والتحكم عبر TABD من موقع بعيد (مركز أمان أو حارس البوابة).
• تتم الإشارة إلى حالة النظام بصريًا بواسطة مصابيح LED للتشغيل والفشل والإنذار.
• أبعاد الهيكل: 217 × 250 × 122 ملم

2. جهاز كشف الزلازل التابع (EQs)

• الأمن الزائد
• لهذا الغرض ، يتم توصيل EQs عبر خطوط البيانات في ترتيب رئيسي / تابع. يقوم السيد بمسح جميع العبيد دوريًا ويقرر إطلاق إنذار. يمكن توصيل 16 جهاز استشعار للتحذير من الزلازل كحد أقصى
• يمكن تثبيت صفارتين على كل عبد
• تتم الإشارة إلى حالة النظام بصريًا بواسطة مصابيح LED للتشغيل والفشل والإنذار.
• أبعاد الهيكل: 217 × 250 × 122 ملم

شنومكس

• يوفر جهدًا منخفضًا ، عبر خط طاقة / كهرباء منخفض الجهد. توفر بطاريتان مدمجتان قابلتان لإعادة الشحن طاقة طارئة لتأمين تشغيل النظام في حالة انقطاع التيار الكهربائي. واصلت
• عندما يبلغ السيد عن زلزال وشيك ، يتم تشغيل الإنذار البصري / الصوتي وإصدار صوت من خلال ستة صفارات كحد أقصى متصلة بمصدر الطاقة.
• يمكن تشغيل خمسة عشر جهازًا
• تتم الإشارة إلى حالة النظام بصريًا بواسطة مصابيح LED للتشغيل والفشل والإنذار.
• أبعاد الهيكل: 281 × 290 × 147 ملم

4. نظام إدارة الطاقة (EMS)

• يمكن لنظام EMS التحكم بحد أقصى ثمانية أنظمة طاقة مختلفة تعمل إلكترونيًا ومنشآت بناء (ثمانية جهات اتصال خالية محتملة (≤230V).
• عندما يبلغ السيد عن زلزال وشيك ، يتم تشغيل إنذار ينشط نظام الإدارة البيئية ويشغل على الفور جميع أنظمة الطاقة المتصلة والمنشآت الإلكترونية للمباني والبنية التحتية.
• تتم الإشارة إلى حالة النظام بصريًا بواسطة مصابيح LED للتشغيل والفشل والإنذار.
• أبعاد الهيكل: 217 × 250 × 122 ملم

5. عضو مركزي الخدمة والتحكم (TABD) 

• عضو التحكم في حالة عدم وجود شاشة عرض للسيد
• التثبيت في غرفة التحكم / الأمن
• تتم الإشارة إلى حالة النظام بصريًا بواسطة مصابيح LED للتشغيل والفشل والإنذار.
• أبعاد الهيكل: 120 × 200 × 57 ملم

6. مجلس إدارة المباني

• هذه اللوحة تأتي في الجهاز الرئيسي.
• لديها ثلاث جهات اتصال مجانية محتملة (≤230V).
• يمكن للمستخدمين إرسال المعلومات الخاصة بالتشغيل والفشل والإنذار إلى نظام إدارة المباني الحالي (BMS). من هنا ، يمكن لـ BMS التحكم في كل الأشياء في المبنى.

الوصف الفني

طورت شركة Secty Electronics GmbH هذا الجهاز لاستخدام التحذيرات الزلزالية. يراقب Secty LifePatron حركة الأرض في ثلاثة اتجاهات مكانية ويقيم شدة الاهتزاز في ضوء احتمال وصول الموجات الزلزالية التي تنشأ من الزلازل الكبيرة. قام مركز GFZ الألماني لبحوث علوم الأرض باختبار هذا المنتج فيما يتعلق بحساسيته.

تقنية الاستشعار

تم فحص المكونات الإلكترونية المستخدمة في Secty LifePatron ودقة القياس المرتبطة بها عن طريق القياس المقارن. تتطلب المكونات المستخدمة أن تحقق المعدات الطرفية الخصائص التالية:

1. المستشعر: ثلاثي المحاور (محاور X و Y و Z)
2. نطاق التشغيل: تيار مستمر - 40 هرتز
3. الحساسية: 1 V / g ± 4٪
4. اللاخطية: <2.5٪
5. الحساسية المتقاطعة: <3٪
6. الضوضاء: ~ 0.01 ميجابكسل²
7. درجة حرارة الاختبار: -18 درجة مئوية إلى 51.5 درجة مئوية

اختبار الإنذار عن طريق تجاوز الحدود

يستخدم نظام القياس كنظام تحذير في حالة وقوع زلزال. لا ينبغي أن تطلق إنذارات كاذبة. يتم ضمان ذلك من خلال التدابير التالية:

• تقييد الإشارات التي تم تحليلها على النطاق الترددي
• تم تصميم خوارزمية التحليل المزروعة للكشف عن الموجة P.
• يبلغ معدل التحويل السفلي لنظام المراقبة 0.3 ميجا في الثانية².
• شبكة مراقبة الزلازل الزائدة عن الحاجة - سيد واحد و 15 عبدًا (حسب المشروع)
• تعديل لثمانية عتبات مختلفة

تجارب الزلازل في دول مختلفة مع أنظمة الإنذار

• تشيلي: تلقت مدرسة ألمانية في تشيلي إنذارًا قبل 30 ثانية من ضرب الموجة P ودقيقة واحدة حتى ضرب S1.

• هايتي: تم تركيب نظام إنذار بعد زلزال 29 يناير 2010. في 23 فبراير 2010 ، أرسل النظام إنذارًا بزلزال بقوة 4.7 درجة ، محذرًا حوالي 5,000 شخص.

• باكستان: تم تركيب أربعة أنظمة في يناير 2009. وقع زلزال كبير قوته 5.4 درجة في 20 فبراير 2009 ، وأصدرت الأنظمة إنذارًا قبل وصول الموجة S المدمرة إلى الناس.

• السلفادور: في مدرسة ألمانية في السلفادور ، قدم النظام إنذارًا بوقوع زلزال في 4 أبريل 2008. وكان مركز الزلزال الذي بلغت قوته 6.1 درجة في غواتيمالا ، على بعد حوالي 150 كيلومترًا من المدرسة.

خاتمة

من المهم أن يتلقى الأشخاص تحذيرات من موجات S. المدمرة. نتيجة لذلك ، اتفق العديد من الأشخاص المتضررين على أنه كان من الممكن أن يساعدهم في الحصول على نظام تحذير LifePatron قبل تجربة الزلزال ، حتى لو كان يوفر بضع ثوانٍ فقط من التحذير.

يورغن بريبيلاك هو فني الكتروني في Secty Electronics. عمل في مشروع LifePatron لمدة ست سنوات بالاشتراك مع علماء GFZ-Potsdam.