科學家們一直在努力尋找解決自然災害的方法。雖然消除似乎遙不可及，但重點一直放在減少生命和安全上。此類自然災害包括地震、洪水、颶風、龍卷風、火山爆發、海嘯、風暴和其他地質過程。開放式地震預警項目 (OpenEEW) 旨在降低 EEW 系統的成本，加速其在全球范圍內的部署，并有可能挽救許多生命。

Linux 基金會最近宣布與 IBM 合作支持 Grillo 的 OpenEEW 項目，以加速地震預警 (EEW) 系統的標準化和實施。該項目包括 Grillo 的 EEW 解決方案，其中包括檢測和分析地震以及向社區發出警報的綜合能力。在 IBM、美國國際開發署、克林頓基金會和艾睿電子的支持下，Grillo 創建了 OpenEEW。

系統在地震到來之前向人們發送實時警報。然而，由于傳統地震儀、專用電信和定制軟件的成本高得令人難以置信，只有幾家機構嘗試構建解決方案。Grillo 實施了物聯網 (IoT) 方法，將組件、軟件和專有技術的組合標準化以降低成本。自 2017 年以來，Grillo 團隊在墨西哥和智利開發并實施了基于物聯網的系統，并通過 Twitter、移動應用程序和警報設備發布了公共警報。

“速度取決于地震到用戶的距離。一旦傳感器檢測到地震，在毫秒內處理并將警報發送給附近的用戶。如果用戶距離地震數百公里，他們可能需要一分鐘或更多/更少的時間來準備，然后才能感覺到震動。如果地震非常接近，他們可能只有幾秒鐘。無論哪種方式，這都會很有用，例如，在孩子們可以躲在桌子底下的學校里，”Grillo 首席執行官 (CEO) 安德烈斯·梅拉 (Andres Meira) 說。

地震探測

地震是地殼的振動或移動，這是由于構造力將一定量的能量釋放到地球內部稱為震源的區域的結果。沖擊會引起振蕩，根據強度不同，可能會對未按照相應規定建造的建筑物造成損壞。

地震無法提前確定，即確切地知道事件發生的日期和時間。但是，有一種技術可以為人們提供有關地震情況到來的支持。在這方面，許多國家已經進行了研究，這些研究提供了地震預警系統，通過智能手機向民眾發出警告，從而試圖降低損失和人員傷亡水平。

預警系統提供預期地震強度和到達時間的早期預警。這些估計取決于使用震中附近的地震儀觀測到的數據對地震震級的準確分析。該預警系統旨在減輕地震破壞，允許采取諸如減速列車、電梯控制等對策，并允許人們在工廠、辦公室和家庭等各種環境中快速保護自己。

日益增長的城市化進程，尤其是對復雜的電信和交通基礎設施的強烈依賴，已導致對通過向民眾發出警報的地震預警系統進行仔細研究。開發這樣一個系統是減少對地震的未知和不可預測性的恐懼，同時提高人們的安全的基本步驟（圖 1）。

預警是可能的，因為信息可以通過通信系統幾乎即時發送。地震波以一 (1) 到七 (7) 公里/秒的速度穿過地球（取決于波 P、S 和半波的類型）。這意味著騷動可能需要幾秒鐘甚至幾分鐘才能從地震發生地傳播到人口高度集中的地步。

當地震發生時，地震波，包括壓縮波或縱波 (P)、橫波 (S) 和面波 (R 和 L)，從震中向外輻射。較快但較弱的 P 波傳播到附近的傳感器，在較慢但較大的 S 波和面波到來之前產生警報信號以執行保護操作。

在地震事件發生前準確發送警報的能力需要一些重要的技術解決方案：

傳感器網絡有更多的數據進行分析；

穩健高效的數據處理區；

快速估計事件位置、時間和地圖的計算機算法

圖1：臺灣使用的ShakeAlert系統的操作[來源美國地質調查局]。

Linux基金會和Grillo

地震通常在發展中國家造成最嚴重的后果，部分原因是建筑和基礎設施問題。警報系統在墨西哥、日本、韓國和***提供公共警報，但由于成本原因，近30億人難以訪問。OpenEEW希望幫助降低EEW系統的成本，加快其在全球的部署；有可能挽救許多人的生命。

OpenEEW 項目包括物聯網的幾個重要組成部分：可以快速檢測和傳輸地面運動的傳感器硬件和固件，可以部署在各種平臺上的實時傳感系統，從 Kubernetes 集群到 Raspberry Pi；以及允許用戶盡快在硬件、可穿戴設備或移動設備上接收警報的應用程序。開源社區旨在通過貢獻 OpenEEW 的三種集成技術能力來幫助推進地震技術：傳感器實施、地震檢測和警報發送。

“借助 OpenEEW，您可以使用我們提供的原理圖 ( https: //openeew.com/docs/build...) 構建您的傳感器，或者購買組裝好的產品。這些傳感器采用現代 MEMS 加速度計，其噪聲遠低于智能手機中的加速度計。這樣可以提供高質量的數據，傳輸到云或用戶提供的私人服務器。傳感器還包括為傳輸和連續運行提供可靠性的定制固件。自 2017 年以來，這些傳感器一直在墨西哥和智利的偏遠地區運行，無需任何維護，”Andres 說。

他繼續說：“傳感器在固件中進行連續校準，以消除對加速度值的任何偏移。他們還做了一些簡單的過濾。在云端（或可能是新版本的固件）中，檢測系統尋找地震事件。不同的算法，如短期平均或長期平均，以及組合來自其他設備的信號，以確保它不是誤報。

該系統是一個微控制器（ESP32），它具有足夠的性能來讀取加速度計和流數據，以及一些其他功能。“然而，我們目前得到了 Arrow 的支持，他們正在為一種新的傳感器提供工程設計，該傳感器以低功耗進行邊緣計算和蜂窩傳輸。這將允許以前因缺乏互聯網或電力而受到限制的新安裝可能性，”安德烈斯說。

他繼續說道，“現在正在開發的下一階段是使用機器學習來改進這些檢測，可能只使用單個傳感器的讀數。自 2017 年以來，我們已經發布了所有未處理的數據以促進這一點 ( https://openeew.com/docs/machi... )。”

通過使用微控制器、新一代 MEMS 加速度計和云計算，現在可以為這些社區提供以前只能在少數幾個國家以高額公共費用獲得的解決方案。“通過將檢測系統作為開源提供，現在可以根據需要將軟件部署在不同的平臺上。例如，這可以在本地 Raspberry Pi（在小型網絡的情況下）或筆記本電腦上運行，這可以提供延遲優勢，而不是依賴 100 公里外的云服務，”Andres 說。

接收警報的警報或應用程序可以根據用戶的規范進行定制。“在 OpenEEW GitHub 中，我們提供了一個人們可以創建的示例應用程序，但他們可能還希望將警報引導到他們的 twitter 提要、公共廣播系統，甚至是建筑管理系統。我們不知道最后一英里是如何實現的，”安德烈斯說。

OpenEEW 傳感器具有高性能 MEMS 加速度計和以太網或 Wi-Fi 連接。它還包括一個響亮的蜂鳴器和三個用于警報功能的明亮 NeoPixel LED。固定相應的電路部件后，PCB板工作在3.3V，最大電流為1A。

加速度計通過 SPI 接口訪問，特別是 ESP32 的 VSPI。可選擇添加帶有 UART 接口的 GPS（圖 2）。

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OpenEEW 傳感器需要特定的安裝條件以確保可接受的數據質量。安裝示例如圖 3 所示。該系統需要靠近路由器和良好的信噪比，以實現最佳的數據包傳輸。

圖3：OpenEEW系統安裝

OpenEEW 是在美國國際開發署、克林頓基金會的支持下創建的，艾睿電子包括物聯網 (IoT) 核心技術的支持。

IBM 通過克林頓基金會的克林頓全球倡議 (CGI) 行動網絡支持格里洛，表示將在 Linux 基金會支持的 Call for Code 中添加 OpenEEW 技術。Call for Code 于 2018 年 5 月啟動，旨在結合數據、人工智能和區塊鏈技術，創建更好地應對自然災害的系統。

除此之外，IBM 聲稱已經開發了一個新系統來顯示傳感器讀數，并在波多黎各實施了六個 Grillo 傳感器來進行測試。通過 OpenEEW，IBM 希望鼓勵在尼泊爾、新西蘭、厄瓜多爾和其他地震地區等地建設 EEW。然后，這些社區可以通過推進傳感器硬件設計和創建向公民提供警報的方法來幫助 OpenEEW。

審核編輯 黃昊宇