四、强震数据处理
广义上说，数据处理分析包括：原始加速度记录的整理、转 换和统一数据格式，录入元数据，零线调整，以及绘制未校正加 速度图。 微观上讲，传统的固态数字仪器记录数据常规处理内容为 （谢礼立，于海英，等）： 数字仪的低频误差校正，（双向高通数字滤波、零线调整） 仪器失真校正，（由于仪器性能的提高，现已不再做） 得到处理后加速度记录，（零线调整） 积分后得到速度记录，（带通滤波） 积分得到位移时程，（调整零线并用最小二乘法） 此外，用处理后的加速度记录进行傅里叶振幅谱及反应谱的计 算。马强已对快速（几乎是实时）强震观测数据处理方法做了 研究。 对强震数字记录的处理都是用软件完成的，源代码由 FORTRAN语言编写。
数字强震仪加速度记录的低频误差校正
从理论上来讲，在地震波未到达之前，加速度、速度以及位 移的初始值都应为零，但由于仪器电磁噪声和场地背景噪声， 尤其是传感器初始零位的偏移存在，实际初始值并不为零。 初始值将导致在位移时程中产生很大的零线漂移，很小的初 始加速度在积分中逐步放大，从而在位移时程中产生很大的误 差。因此为了减小由于初速度值不为零而产生的误差，由“速 度—位移”积分之前，进行零线调整。 通过对典型记录采用不同处理方法的结果比较，确定了数字 强震仪记录的低频误差校正方法： 减去事前记录部分平均值的方法对原始减速度记录做零基线调 整。如果没有事前记录可用，可减去记录全长的平均值，或者 用最小二乘法调整基线。 对调零后的加速度记录做Butterworth数字双向高通滤波，截止 频率通过事前噪声记录与地震记录的傅里叶分析获得。 对滤波后的加速度记录计算方加速度反应谱、速度反应谱和位 移反应谱。积分计算速度和位移时程，对位移时程使用最小二 乘法调整零线以消除线性趋势[地震动的谱分析入门.大崎顺彦.120~123页]。
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
数字强震仪加速度记录的低频误差来源分析
场地背景噪声 低频误 差来源 仪器电磁噪声
波浪、风、人类活 动引起的环境振动 电子噪声
采样率和分辨率 不足引起的误差
频率范围广， 接近白噪声 （随机噪声）
传感器材料和电路的微 小磁滞效应引起的噪声
其他不明噪声
数字强震仪记录中的低频误差基本分为仪器噪声和场地背 景噪声两类，两者是很难分离的。通过对噪声和地震波的傅里叶 可知，在地震波的主要频率范围内地震记录的傅里叶幅值水平大 大高于噪声水平，但在高、低频两端，地震记录谱幅值逐渐下降， 直至与噪声谱相当，此时已无法从地震记录中获取可靠的信息。 因此，可以通过傅里叶分析，确立一个截止频率fc，用高通数字 滤波将低于该频率的低频信号滤去，以减少低频误差。
数据传输方式多为电话拨号，部分为专线或无线传输

固定强震台站分布（1154台）
自由场地固定台
单点观测
地震烈度速报台网有五个:

北京、天津、昆明、兰州、乌鲁木齐
专业台阵（12个）

1个近断层地震动观测台阵（云南小江断裂） 2个地震动衰减观测台阵 （东部和西部） 2个场地影响观测台阵 （东部和西部） 1个地形影响观测台阵（四川自贡） 1个桥梁反应观测台阵（广东汕头） 1个大坝反应观测台阵（四川二滩） 4个典型建筑结构反应观测台阵 多层建筑、大跨结构、基础隔震建筑（北京市） 超高层建筑（上海市）
仪器 使用者 地震 运转 专业 强弱 地震仪 地震 弱 连 续 不停 强震(加 抗震 强 自 动 速度)仪 触发

记 录 放 大 记 录 地 记录重点内 设 置 地 纸速 倍数 震动量 容 点 慢 高 位移 各波形到时 基岩 与初动方向 快 低 加速度 全过程 各场地/ 结构
通频带 窄 、 低 频 宽高 、 低频
RS-232-C 串行接口
ASCⅡ码
格式 转换 标准常 规处理
固态数字强 震仪原始数 字记录
标准格式的光盘、 软盘、磁带输出
录入数据库
数据打印输出 电脑 数据处理及录入过程是在强震数据中心完成的，流程图如上
中国数字强震动台网采集的ASC Ⅱ码加速度文件
051JZG070111011801 0070111011858 2007-01-11 1:18:58 BTM GANSU EARTHQUAKE, GANSUWENXIAN,CHN EPICENTER 33.233N 104.650E DEPTH 22 KM MAGNITUDE 4.4(Ml) STATION: 51JZG 33.1N 104.3E SITE CONDITION: SOIL INSTRUMENT TYPE: ETNA/ES-T OBSERVING POINT: GROUND COMP. EW UNCORRECTED ACCELERATION UNIT: CM/SEC/SEC NO. OF POINTS: 9400 EQUALLY SPACED INTERVALS OF: 0.005 SEC PEAK VALUE: -30.846 AT 21.46 SEC DURATION: 47 SEC PRE-EVENT TIME: 20 SEC CSMNC
强震仪的组成件----数字采集器，美国Kinemetrics 公司的BASALT记录仪
外置力平衡 式加速度 拾振器
压 电 式 加 速 度 传 感 器
动 加圈 速换 度能 拾伺 振器 服 式
美国Altus K2 固态存储加速度仪
我国GDQJ-1固态存储加速度仪 我国GDQJ- Ⅱ固态存储加速度仪
历年服役 于大陆强 震台网的 固态存储 式强震加 速度记录 仪
十五期间(2000-2005)中国数字强震动观测台网

国家数字强震动台网：1983台强震观测仪
固定强震台站（基岩、土层）
流动强震动观测仪器 地震动强度速报（烈度）台网
1154 台
200 台 310台
专业台阵（断层、场地、衰减、结构）
319台

对北京烈度速报台网进行了加密,同时新建了天津、昆明、 兰州和乌鲁木齐市地震烈度速报台网(京津80，其它50)
美国Kinemetrics 公司的BASALT
固态存储式：
美国A700 、 SSA-1、SSA-2、SSR-1、ETNA、K2、Q330； 中国EDAS-3、GDQJ-1、GDQJ-II、GSMA2400 日本CV-901VR； 澳大利亚KELUNJI
数字强震仪的工作原理
数字强震仪工作原理框图
地震动 拾振 器 放大 器 数字强震 动记录器 电源 模拟滤 波器 模拟 转换 数字滤 波器 数字 记录
输出到电脑
内臵力平衡式 加速度拾振器
地震观测数字记录系统
地震观测系统实质是将输入地面运动信号转换输出为另一种可以保存、分析、 复制的记录。 输出的记录可以是与地面运动输入量存在某种线性关系的电压、电流或光强 度等物理量。模拟地震记录就是用记录笔画出这类物理量的地震图；而数字地 震记录就是用一个“模--数 (A/D) ”转换器将这类物理量（电流或电压）按等时 间间隔采样，在一系列时间点上采样、测量、计数，并保留在存储器上。 简言之，数字记录过程就是将地面运动输入一个线性系统，在这个系统中经 由放大、“模-数”转换、滤波等步骤最后输出数字记录的过程。
二、强震动观测应用领域
地震动特性研究 地震动空间相关性研究 地震动衰减关系建立 标准设计反应谱确定 场地地震影响研究 场地液化研究 抗震分析和试验的输入 结构地震反应特征研究 抗震分析方法检验 结构地震破坏机理研究 土-结相互作用分析
地震预警 地震速报 震源机制
烈度速报
灾害评估
紧急处置 健康诊断
三、地震观测仪器
区域数字测震台站 国家数字测震台站
台址选择的区别：
地震观测：基岩、深井，背景噪声尽量小 背景噪声水平低（地动速度小于1×10-5cm/s） 强震观测：不同地质条件
如基岩场地、土层场地、断层附近、地形、盆地等 结构的不同部位（振型分布） 浅层地表反应（井下） 背景噪声通常要求小于1cm/s2，城区、乡村均可。
输出加速度记录
积分后输出速度记录
积分并用最小二乘法调零 输出位移记录
数字强震仪低频 误差校正流程图
400
UD(gal)
2 200 250 300
1000
EW(gal)
500 0 -500 -1000 0 50 100 150 200 250 300
①
② ③
输入加速度记录 是否有事前 记录
减去事前记录部分 平均值调整零线
Butterworth滤波器做双 向高通滤波，截止频率 通过事前噪声与地震记 录的傅氏谱分析确定
减去记录全长平均值或利 用最小二乘法调整零线
Butterworth滤波器做双向高通 滤波，截止频率通过经验选定 并从得到的位移零漂是否消除 来判断合适的截止频率
地震定位，烈度速报、震害评估、大震预警。
维护管理的区别： 地震观测：有人值守、连续观测、实时性高 强震观测：无人值守（巡回/电话拨号检查）
多为触发记录、数据回收（人工或自动）
一、中国强震动观测现状



中国大陆的强震动观测始于1962年 自由场台站：近2000个 结构台阵：超过50个 一个国家台网中心，3个局域台网中心 （西北、西南、东南） 几乎所有省局都开展强震动观测 获得近3万条地震记录
观测对象的区别：
地震观测：震源、地震波传播、地球结构 灵敏度很高，能记录远震和微震 强震观测：地震动，不同类别场地、不同工程结构
灵敏度较低，希望得到强震震中区的记录
数据应用的区别： 地震观测：震源定位、破裂模式、矩张量计算、 大尺度的地质结构特征、地球构造 、面波 地下核爆炸与水库诱发地震监测 强震观测：地震动衰减规律、地震动模拟、地震动频谱特征、 非点源震源破裂模型、小尺度地质构造、永久位移 真实地震环境下原型结构试验 结构动力特性分析、结构抗震分析方法检验 结构健康诊断，土层力学特性与地震反应方法研究；