2015年及以前

中国网(2013.05.29):地震前后,科技能做什么

撰稿: 沈阳自动化研究所 发布时间:2013-05-29

编者按 当前,我们夺取了四川芦山“4·20”地震发生后抗震救灾第一阶段胜利。回顾地震灾害防范应对的历程,我们将发现,科技在地震监测预报、震灾预防、应急救援等方面发挥了重要的作用。事实证明,防震减灾是一项科技型社会公益性事业,依靠科技进步是防震减灾事业发展的根本原则和必由之路。

自动速报技术

“抢出”救援时间

4月20日8点02分,四川芦山地震发生,不到一分钟,中国地震局发布自动地震速报信息,与地震救援相关的人员随即收到手机短信,应急预案迅速启动。震后12分钟完成正式速报,震后18分钟,中国地震局启动地震应急一级响应。一场“生死时速”的大救援随即展开。

“自动速报技术为救援抢出了‘黄金’时间。”中国地震局地球物理研究所研究员杨大克说。震后1小时内,地震、交通、卫生、公安、民政等相关部门纷纷到位;震后2小时内,震中芦山县城区出现军队救援直升机;震后3小时内,第一支救援队抵达震中;震后8小时,第一批物资抵达灾区;震后32小时内,芦山县、宝兴县、天全县的交通、通讯基本恢复。

杨大克说,自动地震速报最突出的优点就是“快”,从处理到发布均由计算机自动完成,网内地震速报一般不到2分钟便可完成,与人工速报相比具有明显的速度优势。美国、日本、欧洲等发达经济体以及我国台湾地区已全面实现了地震的自动速报。我国较早就已经开始研究和开发自动速报技术,但由于技术不够成熟,面对2008年的汶川地震、2010年的玉树地震等地震时,仍然在使用人工速报手段。

“速报是时间和精度的博弈。汶川地震以来,中国地震局大力推进自动地震速报技术研发和应用,我国自动速报技术取得了明显进步,自动速报的时效性和精度显著提高,误报率大大降低。”杨大克说。2013年4月1日起,中国地震局正式对外提供自动地震速报服务,通过网站、微博、短信、移动客户端等渠道向全社会实时发布自动地震速报信息。

除了比较准确地发布地震发生地点、时间和震级,中国地震局陈运泰院士研究小组利用密集的地震台网和现代先进的数字地震波反演分析技术,在震后3小时内获得了地表破裂方向和分布情况,并很快估计了重灾区的分布情况。中国地震局地质研究所研究员冉勇康说:“汶川地震后,由于迟迟发布不了地表破裂方向和破裂分布情况,难以判断重灾区的分布情况,以致出现了地震发生初期救援人员都赶到都江堰地区,而北川地区的灾害大家迟迟难以知道的情况。”

遥感探测技术

快速评估灾情

4月20日12点左右,从电视上或者网络上,关心灾区的广大群众已经可以看到航空遥感影像,这就是遥感技术的典型应用。“我们可以据此分析受灾情况,从而作出准确的决策,把有限的救援力量投入到关键点上。”

专家称,地震发生后2小时内,灾情获取可以利用的手段,主要通过基于基础数据库的快速评估、手机短信或12322报灾、微博或网络地震舆情获取。震后24小时内,可以利用的手段主要是遥感手段以及灾区的实际灾情动态上报。

中国地震局地震预测研究所研究员王晓青说,在震后第一时间,中国地震局对这次地震的灾区范围和受灾程度进行了初步估计,快速确定了获取高分辨率卫星和航空遥感影像的范围,并将这些信息提供给有关遥感数据获取单位或机构。与此同时,地震发生当天,国防科工局紧急启动在轨运行的实践九号A星等五颗卫星,对雅安地区进行遥感数据成像。地震发生后两小时内,中国科学院遥感与数字地球研究所的航空遥感飞机就携带光学传感器从四川绵阳机场起飞,执行了雅安地区地震灾情遥感监测任务,获取了分辨率为0.6米的第一批航空遥感数据。“我们根据遥感数据,快速分析判读了233个滑坡点,并对126个居民点的防震建筑震害程度进行了遥感影像解译,进而确定了这些居民点的地震烈度。”

王晓青说,汶川地震后,中国地震局组织有关单位开展了系统的地震现场震害遥感比对科学考察和震害定量评估研究,建立了震害遥感信息提取、震害定量评估,特别是地震烈度遥感评估等方法,从科学上保证了遥感在2010年玉树地震和今年芦山地震等地震应急工作中的成功应用。

尖端科技的应用,为在最短的时间内准确判断灾情准备了条件。

此外,中国地震局调集了地震系统300多名技术人员组成现场应急工作队,在地震灾区开展现场灾害调查评估工作,累计行程3万多公里,对21个县(市、区)的房屋建筑、生命线工程、工矿企业等进行了全方位调查。

4月25日,中国地震局综合现场调查、遥感震害解译、强震观测记录等资料,编制并发布了地震烈度图。烈度分布图反映出地震发生后的实际破坏情况,对地震造成的直接经济损失估算和灾后恢复重建等具有重要意义。专家指出:“汶川地震一百多天之后的8月29日,烈度分布图才正式公布,与此相比,芦山地震烈度图的发布时间缩短了90多天,表明我国在地震烈度评估技术上取得了较大进步。”

搜救机器人

拓展救援手段

与汶川地震时相比,此次芦山地震中不仅自动速报技术、遥感探测技术取得了明显进步,而且3款国产搜救机器人首次出现在救援现场。

4月22日,旋翼飞行机器人随国家地震灾害紧急救援队前往芦山县的重灾区龙门乡,遇上山体滑坡,救援队当即决定派小飞机空中侦察道路情况,通过小飞机回传的视频,了解到前方6至7公里范围内道路拥堵的情况,救援队随即决定弃车徒步行走奔赴龙门乡。从22日至24日,在救援队的指挥下,小飞机分别在古城村、红星村和清仁乡等地,拍摄了这些村镇的全景图,分辨率高达0.01米。救援队根据影像和图片进行了有针对性的调度和部署,并提供给当地政府用于抗震救灾决策。

同时,2款废墟搜救机器人在中国地震局地震现场应急工作队的指挥下,对芦山县明德小学教学楼、龙门乡红星村、雅安市碧峰峡和中里村等地排查危房、搜索幸存者,为灾情评估和救援决策提供了必要的数据和图像支持信息。

中国地震应急搜救中心技术部主任尚红介绍,此次参与救援的7台搜救机器人共分为3种,分别是旋翼无人机、可变形废墟搜救机器人、机器人化生命探测仪,均为“十一五”国家863计划重点项目“救灾救援危险作业机器人技术”研究成果,由中科院沈阳自动化研究所与中国地震应急搜救中心联合研制。

尚红说,废墟可变形搜救机器人可根据任务要求和工作环境,变为坦克形、三角形、一字形,同时还配有摄像机,即使在没有光线的情况下,也能传回黑白图像。“在一些缝隙、狭小空间等,救援队员进去有危险,大型设备又进不去的情况下,可变形搜救机器人发挥了不可替代的作用。”而旋翼无人机具有低空飞行、随车机动、随时释放、定点悬停的功能,不仅能在夜间、小到中雨的环境中进行搜索,而且能快速获取定点区域地理信息,搜索高楼被困者,还可及时向救援队提供图片和视频信息,高效节约了救援力量,在震后黄金72小时救援中发挥重大作用。

减隔震技术

给房屋装上安全阀

芦山地震中,不少房屋垮塌,尤其是农村房屋毁损严重,但芦山县人民医院新建门诊综合楼主体结构完好无损,被称作“楼坚强”。据了解,该医院由于采用了隔震技术,6层高的钢筋混凝土框架结构,共使用了83个隔震支座,取得了良好的防震效果。同样采用了这一技术的汶川二小也表现出色,根据监测,芦山地震发生时,学校房屋的结构震动比地面震动减轻了二分之一。

“减隔震技术是效果非常好的抗震办法,可以使建筑物受到的地震力减少70%至90%,从而免遭破坏。”中国地震局地球物理研究所研究员俞言祥说,到目前为止,全球范围内经历大地震的隔震建筑已有数百栋,无一遭到地震损坏。

与传统的建筑抗震技术不同,减隔震技术主要是从“抗”转变为“隔”,即地震发生时,尽量隔离或是减轻地震震动对建筑物的影响。通俗地说,就是把建筑物放在一个柔软的“垫子”上面保护起来。这个“垫子”由橡胶、钢板层层叠压而成,称为“叠层橡胶隔震支座”。建造房屋时,将这些支座一个个放置到房屋与地基之间,彼此间留下足够空隙。地震来时,这些支座就会依靠延展和活动空间,把地震波能量隔离、消减掉。

俞言祥介绍,我国是世界上隔震减震工作做得比较好的国家,汶川地震后,减隔震技术受重视,在灾后重建中,部分建筑采用了这一技术。目前我国已有超过2000栋建筑应用了隔震技术,2012年投入使用的云南省昆明新机场航站楼是目前世界上最大的单体隔震建筑。

“减隔震技术作为震前防御重要技术手段之一,要真正发挥作用,还需要有其他条件,比如避让活断层。”俞言祥说,芦山地震比汶川地震损失轻,除震级强度小的原因以外,建筑物避让活断层以及提高抗震设防标准也是主要原因之一。据介绍,汶川地震后,我国依托汶川地震科考、雅安市活动断层调查与地震危险性评价等项目,对龙门山南段的主要活动断裂开展的调查,初步确定了主要活动断层的位置,灾区各县重建中小学、医院等建筑采取了避让活断层及提高抗震设防标准一个档次的措施。

“灾前防御比灾后救援更经济,减灾效果更显著。”汶川地震来,中国地震局在活断层探测技术、地震危险性评价技术方面也取得了较大进展,为震前防御起到了良好的作用。