卡塔尼亚城市地震观测站（意大利）：城市规模的实时地震监测.docx

卡塔尼亚城市地震观测站（意大利）：城市规模的实时地震监 测抽象我们描述了意大利第一个密集的实时城市地震加速度网络，名为OSU-CT,位于卡塔尼亚的历史中心。这座城市位于整个意大 利领土上危险，脆弱性和地震暴露最大的地区。俄勒冈州立大学CT是在名为EWAS”文化遗产早期研究系统，的项目中规划和实 现的，该项目旨在快速评估地震引起的破坏并测试现场地震预警系统。OSU-CT主要基于使用尖端技术和数字MEMS （微机电 系统）三轴加速度计实现的低成本仪器，具有出色的分辨率和低噪声。四十个预定车站中的20个已经设置在重要的历史公共建 筑的底层。为了评估地震预警（EEW）现场系统的性能，我们还在三座被选为测试地点的建筑物中安装了宽带测速仪（ETL3D / 5s）,这些建筑物将用于结构健康监测（SHM）。除了对开发的仪器进行多次实验室和现场验证测试外，OSU-CT的有效操 作测试是MW4.3地震发生在2021年12月23日，16公里西，西南 卡塔尼亚.网络记录的峰值地面加速度（4.956加仑 至39.360加仑）允许获得第一个城市振动图并确定城市历史中心地面运动的可靠分布，这对于历史建筑的脆弱性研究非常有用。关犍字:城市地震监测;基于MEMS的加速度网络;地震仪;摇动地图1 .引言意大利是考古，建筑，文化和纪念性财产最集中的国家之一。建筑的脆弱性，气候变化以及地震和水文地质威胁需要不断 努力恢复和保护这一遗产，这是国家历史景观的独特性和价值。考虑到历史建筑和艺术遗产的高度脆弱性，地震危险是该国大 部分地区风险评估中最重要的组成部分之一。在过去的150年中，意大利遭受了多达36次灾难性地震的袭击，平均每4-5年发 生一次。这些地震已造成20多万人遇难，并严重破坏了包括几个主要城市在内的约1600个地点。仅在过去50年中，重建成 本估计每年至少为30亿欧元，而不考虑2016年袭击意大利中部的地震。因此，中度和大型地震（MN5）都对个人和国民经济, 基础设施和文化遗产的安全构成威胁。大地震对容易发生灾难性地震事件的城市中心的影响可以通过在事件发生后采取适当和及时的行动来减少。在地震的情况 下，如果通过快速反应系统提供的信息迅速评估损失的位置和严重程度，城市地区的伤亡人数是可以减少的。如今，现代技术, 如微机电系统（MEMS）,使得近乎实时地测量强烈的地面运动成为可能1, 2, 3, 40在面临地震风险的城市地区，这可以使 公共和私营部门的应急管理中心分配和确定资源的优先级，以提高应急能力，动员救援队，最大限度地减少生命损失，促进疏 散，允许快速有效地部署应急行动。与这些重要问题相关，城市和建筑规模的监测网络朝着同一方向发展，代表了启动预警系统测试并实现震后快速灾害评估 的有效系统的最创新和最前沿的解决方案。城市规模网络的重点是绘制地震强度图和实施预警系统5, 6o另一方面，建筑规模 监测网络致力于结构健康监测（SHM） 7, 8, 9, 10和现场地震预警（EEW） 11系统;目前，SHM和EEW的实时城市地震 网络在意大利几乎不存在。SHM本身仍然很少应用，主要是因为所涉及的成本很高，并且在使用传统商业工具维持长期活动和 监测方面存在后勤困难。SHM在意大利城市规模上的唯一例子是民防部（DPC）通过结构地震观测站（OSS）项目12 （http:/www.protezionecivile.gov.it/jcms/en/osservatorio.wp, 2022 年 2 月 2 日访问）中预见的活动。然而，开放源码软 件只对129个公共建筑（121座建筑物、7座桥梁和1座大坝）的孤立土木结构进行了地震监测，分布在意大利20个地区行政 单位，其分布反映了各自领土的不同地震灾害。在本文中，我们描述了城市地震观测台OSU-CT的整体架构，指出了自其初始安装以来取得的进展及其未来的发展和扩 展，并讨论了其设计和改进的最重要方面。然后，我们首先介绍了己实现的地震加速度站的主要特征，首先是性能，并利用地 震数据展示了早期测试的结果。我们将它们与使用商业地震站和INGV经常用于地震监测的传感器获得的地震数据进行比较。图9.来自OSU01和0SU19的四次地震的加速图，震级从2.3到3.3不等，在主震之前记录。在右侧，M的缩放比例I-2.4事 件在左侧以灰色突出显示。因此，M-A352能够识别震级大于约2.0的地震的地震相位，这是一种功能检测，可在该距离范围内测试EEW。值得注意的是，对于M的事件也是如此L在大约70公里的距离处发生约3.0, M-A352再次显示出非常好的信噪比，可 以清楚地检测P和S相位。在图10中，给出了在OSU01上记录的3.3级圣韦内里纳地震的天鹅皮图和加速图，该地震发生在 2022年2月5日，距离空间站28公里。在这里，将ETL3D/ 5s-H2记录的velocigram与同位商业纳米站记录的天鹅绒图进行 比较，该站包括三叉戟数据记录器和延龄草40s测速仪。对于此事件，M-A352记录的垂直，NS和EW分量的加速度图也与相 关的P和S波谱一起显示（图10的下半部分）。2 o-24 o. 4 (w) M8a>>Santa Venenna Eq. (ETL 3O/5s)卜 101NSji<Mw*'*x1EWETL3D/5S vs. Tnlliunv4OsP-waveS*wave NSS-wave EW204060 Tme Santa Venenna Eq. (M-A352)204 o60 Time (s)Frequency (Hz)图10.顶部，时间历史和圣维纳里纳M光谱的比较L3.3地震记录在ETL3D/5S-H2 （OSU01）（黑线）和位于延龄草40s （灰 线）测速仪。在中央部分，显示了在两个传感器上记录的P相和S相的叠加波形（延龄草记录以灰色显示）。在右侧还显示了 在两个传感器上记录的针对P和S相（地震图中的灰色区域）计算的速度谱的比较，以及每个分量（Z、南北和东西）。底 部，在M-A352加速度计上记录的时间历史以及P-（黑线）和S相（明和深灰色线）光谱。尽管数据记录仪和测速仪以及信号采样设置存在差异（0SU-AQ2为500 sps, Trident-Nanometrics 100 sps）,但需 要强调的是：（1）每个组件的信号在幅度值和形状方面都具有良好的相关性；（2）两个站点的记录的P波和S波速度谱非常相 似，直至U 30 Hz.高于止匕频率，信号的频谱形状发散，因为053人02处的抗混叠滤波器设置为100也。2021年12月23日卡塔尼亚平原地震:意大利第一次城市规模的震动地图2021年12月23日21： 33 GMT, M地震 W4.3是由国家地震网络（Rete Sismica Nazionale, RSN）和其他协调网络 在意大利和邻近国家（卡塔尼亚以西约10公里）的站点记录的。卡塔尼亚和该省清楚地感受到了这一事件，但报告也来自锡拉 库扎，拉古萨，恩纳和墨西拿等省。幸运的是,这次地震没有造成任何破坏,代表了地震序列中最强的事件（图11）,包括大 约50个地震事件（1.2<mL<4.3）,于12月23日格林尼治标准时间19： 49开始，mI_1 .5级地震。总的来说，地震序列的 焦点深度在8-10公里的范围内。37.72R37.44°N-15.12'E14.77°E图11.地震序列的地震震中（蓝色圆圈）地图于2021年12月23日格林尼治标准时间19： 49开始，于2021年12月25日格林尼治标准时间04： 10结束，卡塔尼亚西南约10公里。最大的单一事件是MW4.3地震12月24日21： 33 GMT。圆圈的大 小表示不同的星等类别（从修改，于2022年3月1日访问）。图12显示了 M的地面震动强度图W4.3级地震。它是由INGV使用ShakeMap工具近乎实时地生成的（,于2022年3 月1日访问）。用于计算地图的强运动数据由属于意大利强运动网络（Rete Accelerometrica Nazionale - RAN,由意大利民防 部-DPC运营）和国家地震网络（Rete Sismica Nazionale-RSN,由INGV运营）的加速度站记录。地震发生在距离卡塔尼 亚12公里的地方，在该地区产生了中到非常强的地震震动，在CAT站（属于RAN）检测到的最大峰值地面加速度（PGA）值 约为0.08克（ITACA数据库V3.2）。该站位于卡塔尼亚平原，距离海岸线约3公里，位于同一平原的软冲积填充的全新世序列 上，这往往会放大地面震动。事实上，该记录站点在横波速度剖面方面的现场表征（通过DPC-INGV2007-09-ProjectS4-意大 利强运动数据库内的表面波多通道分析获得MASW）导致最浅30 m （VS, 30）等于159.0 m/s,因此根据欧洲规范8 43将场地置于土壤等级D中。请注意，在距离震中约9公里并安装在玄武岩（EC8 土壤A级）的PTR站（也属于RAN） , PGA 仅达到0.004克（ITACA数据库V3.2 44） 03TN379N13*E14*6i5e16*6SHAKIHGNot fekweakughtModerateStrongVery strongSevereSolentExtremeDAMAGENoneNoneNoneWry hghtU亦Moderateml碗 v-; -.HeavyWry heavyPG2 二790556；'：.1知4.8211 328.i70.1>171PGVtcm/s) INTENSITY<0.017 10.0775 lidll0 i 3 JIVQ 898V2.39 VI6.37 VII45 2Efl2120Scale based on Faerua and Michehrw (2010, 2011)Verdon 1： Processed 202142-23T22：25：MZ Sertrrwc instrument o Reported Intensity Epicenter图12.MW 4.3地震的仪器强度分布图由INGV使用ShakeMap工具近乎实时地生成。该强度是通过Faenza和Michelini的经 验定律推导出来的45,46,该定律将实际地面震动的记录值与意大利地震的宏观地震强度相关联（参见47意大利Macroseismic 数据库，DBMI15,于2022年3月1日访问）。黑色星表示震中。三角形显示计算中使用的加速度或速度测量站，根据记录 的晃动（，于2022年3月1日访问）着色。图13显示了在M期间记录的三分量加速图的迹线W4.3去除偏移后，OSU-CT网络的五个选定台站发生地震事件。Tyne 由a(Hz)图13.2021年12月23日Z、NS和EW分量的原始加速时间历史样本（MW4.3） OSU-CT网络5个选定站点的地震， 以及它们相应的傅里叶幅值谱（FAS）和5%阻尼伪加速度（PSA）响应谱。地震的探测具有良好的信噪比，各个地震阶段的到来也清晰可见。值得注意的是，所有传感器都部署在建筑物的地面上, 两个最远的站点之间的距离为1.7公里（OSU01和OSU16之间的距离）。如表2所列，水平PGA （以下简称PGA） h）的 范围从4.956加仑到39.360加仑，这是最后一次在NS方向上测量安装在“圣基亚拉阿纳格拉夫教堂”的OSU15站。这座罗马 天主教堂的当前结构于1760年完工，在先前被M夷为平地的废墟上重建W7.4 1693年地震，矗立在巴雷拉德尔博斯科熔岩流 上方的冲积沉积物上（图14）。4.153 000OSU12OSU01OSU19Larmisi lava flowsOSU15 OSU074J05OO4.152.0004.151 5004.151.000507 500see oooLongitude (km)01669and Barriera I I Lacustrine deposits del Bosco lava flowsAnoent wa»s with bast2ns before 1693S G Galermo lava flowsAlluvial depositsOSU-CT slabons Bad oc No Data图14.在右边，是卡塔尼亚市区一部分的简化地质图，其中包括城市最古老的地区，与古城墙接壤（从48修改而来，并经圣布 兰卡许可复制）。白色矩形表示与左侧的抖动图相对应的区域。摇动图是通过PGAmax值的自然邻域插值构建的。表2.在M期间在俄勒冈州立大学的操作站测量的峰值地面加速度L4.3级地震。PGA的可比值h在OSU03 （PGA）电台录制h= 38.752 gal）安装在“Palazzo Minority”，该省是卡塔尼亚地区省的所 在地。与圣基娅拉阿纳格拉夫教堂一样，该建筑建于18世纪，位于1693年上述地震完全摧毁的前修道院的废墟上。距离Palazzo Minority仅140米的建筑是目前位于生产政策办公室（卡塔尼亚市）总部的建筑，OSU08站记录了 PGAh值等于37.740加 仑。只有略低的PGAh在0SU19站（PGA）测量h= 30.334 gal）,距离OSU03100米，安装在Villa Cerami （目前是 卡塔尼亚大学法学学院的办公室）内，该别墅建在罗马圆形剧场一部分的废墟上，在1693年地震造成的破坏后几乎完全重建。 相反，最低的PGA是在OSU12站（PGAh= 4.956 gal）安装在Villa Zingali Tetto,位于图14所示地图的最北端。这座别墅 设计于二十世纪初，是卡塔尼亚新艺术风格建筑的最佳典范之一，矗立在名为Larmisi的史前熔岩流上。伪加速度响应谱（PSA）在光谱形状上表现出一般相似性，并且在NS和EW方向的振幅没有显着差异，这表明监测结构 在两个方向上都遭受了相当相似的振动。地震期间，在OSU15记录了光谱加速度的最大值，在EW和NS方向上，T=0.15s 时分别为140 gal和T = 0.2 s时为135 gal。总体而言，光谱加速度的峰值都在0.4 s以下的周期范围内，其中大多数周期小于 0.3 So根据欧洲地震设计法规Eurocdice 8,建筑物的基本振动周期（T）与其高度（H） （T = 0.075H）之间相关性的经验定律3/4丁在s中，H在m中），TvO.3 s表明不利的地面运动强度可能会影响低层结构（H小于约10 m）,因此那些被认为 是卡塔尼亚历史中心最感兴趣的结构。一个有趣的比较可以与安装在“Palazzo degli曰efanti”的乍站记录的仪器数据进行比较，该车站目前是该市市政厅的所在 地。这座三层公共建筑是由意大利民防部运营的永久地震网络OSS （意大利语名称“Osservatorio Sismico delle Strutture"）的 车站监测的129个意大利结构之一12。该建筑配备了一个完整的监控系统，包括1个位于地面的三轴力平衡（FB）型加速度 计（GeoSIG AC-63）,安装在内部庭院（图15a中的S0站）的小坑内，以及从地面到爬行空间安装的其他13个加速度计（2 个三轴，10个双轴和1个单轴，总是GeoSIG）。图15. （a） “Palazzo degliElefanti”的底层平面图，以及加速度站OSU02 （属于网络OSU-CT）和SO （属于网络OSS）（红 色三角形）的位置。P1和P2表示岩心钻探地点（30米岩心），（b）在M期间记录的3分量加速度图L4.3地震由OSU02 站（上图）和SO站（下图）组成，并得到P1和P2钻探点（c）地层的相对伪加速度响应谱。OSS的S0站安装在距离OSU02站仅几米的地方，因此它们适合于低成本MEMS加速度计（例如安装在OSU02的加 速度计）和FB型加速度计系统（例如安装在S0处的加速度计）之间的进一步比较。值得注意的是，三轴加速度计AC-63的规 格为10伏/克，分辨率为10-5g.此外，动态范围水平为±1 g,采样率为200采样/秒（而OSU02站为125采样/秒）。有关 OSS框架中采用的仪器的更多信息可以在Dolce等人12中找到。在图15b中，显示了 OSU02和SO站在ML 4.3地震期间记 录的三分量加速度图以及相对伪加速度响应谱（PSA）。在S0处估计的PGA在Z、X和丫方向上分别为0.014 g、0.015 g和0.013 g,因此略高于在OSU02上测量的 PGA。然而，在解释这些结果时，我们必须考虑两个站的特征差异。首先，与OSU02的情况不同，S0的轴X和丫的方向分别 与NS和EW方向不一致。其次，应考虑两个工作站的安装类型（分别在地板上和为OSU02和S0目的创建的箱形坑内），因 为这会影响传感器与土壤的耦合。最后，不同的响应可能归因于浅层地下地质，这也是台站的典型特征。事实上，如图15c所 示的地层学所示，相对于沿着叩2位2。（1。91旧3£3田在街道上钻探的两个岩心（参见图15a的位置）,层的类型及其厚度也可 以在彼此相距约20-30米的地点之间发生显着变化。最后一个方面是需要考虑的重要因素，因为当地的地质条件可以对地面运 动的放大产生显着影响，从而对相关的当地地震灾害产生显着影响，即使在城市规模上也是如此。4.结论本文描述了卡塔尼亚城市地震观测站（OSU-CT）的核心，该天文台是EWAS“文化遗产早期研究系统”项目的一部分。OSU-CT基于低成本和实时地震加速度系统，旨在（i）快速评估地震引起的损害以迅速做出反应，以及（ii）测试地震早 期预警现场系统。它目前由20个智能站（40个预定站）组成，专门用于记录由三轴MEMS/QMEMS和宽带（5 s）测速仪（在 三个站点）获取的加速度和速度信号。所有传感器都安装在市中心历史和战略建筑的底层。OSU-CT的关键组成部分是临时开 发的仪器。它们由OSU-AQ2数据记录器和低成本ADXL355 MEMS加速度计组成（噪声密度为25 pg/Hz）后者出现在几乎 所有节点中。OSUCT的未来发展，除了增加地震加速度节点外，还计划用混合地震仪HTL3D/5S-H2取代ADXL355加速度计 的一定比例，该混合地震仪HTL3D/5S-H2集成了超低噪声M-A352 Q-MEMS加速度计（噪声密度为0.2 pg/VHz）,灵敏度接 近力平衡加速度计，以及5s周期速度传感器（1 Hz时为10 （nm/s） /Hz）。事实上，我们的测试表明，这种具有成本效益的 加速度计可以在监测较低水平的地震活动中发挥关键作用，并且可以用于城市观测站和SHM我们的实验室和现场测试，以及最近的地震序列（约50次微地震），在光M之前和伴随W4.3卡塔尼亚平原主冲击， 证明了 ADXL355在记录幅度大于3.0的事件方面的良好性能，同时M-A352在低幅度（2.0<M方面具有显着的可靠性L< 3.0） 地震活动监测，从30公里以内。光MW4.3在所有OSU-CT操作站都检测到具有良好信噪比的地震，各个地震阶段的到达都 清晰可辨。水平PGA的范围从大约5到40加仑，而PSA都在0.4 s以下，其中大多数周期小于0.3 s。根据欧洲法典8,周期 Tv0.3秒，表明不利的地面运动强度会影响低层结构（H小于约10米），例如主要存在于城市历史中心的建筑物，因此可能对 卡塔尼亚历史中心的建筑物产生非常强烈的影响。OSU-CT加速度站记录的PGA使我们能够在意大利的城市规模上获得第一个Shakemapo我们确定了城市历史中心地面 运动的可靠分布，这代表了历史建筑脆弱性研究的宝贵因素。虽然震动场景仅限于中度地震（幸运的是），并且仅限于卡塔尼亚历史市中心的一部分，但它代表了描述历史建筑预期行 为的第一个也是唯一的试点例子。事实上，从小地震中推断出的明确定义的摇晃模式可以帮助识别经常被忽视的局部副作用。OSU-CT及其未来发展可能成为一个强大而有效的工具，以获得整个历史区域的概况，并协助决策者确定建筑检查的优 先级并采取适当的安全措施。在计划在所有站点现场实施EEW （已经在OSU01和OSU02上进行测试）并在选择作为测试站点的三座建筑物中实现 SHM之后，下一步将是测量建筑物在不同战略点（因此不仅在底层）的移动，以便通过分析模态特性来控制和监控结构完整性。 事实上，已知地震引起的固有频率降低与建筑物结构损伤之间的关系49。此外，通过比较地震事件期间获得的变形和完整结构 的3D模型的变形，对模态特征的研究将有助于确定最终的退化/损伤。模态形状和模态阻尼随累积损伤水平的增加而变化，特 别是模态阻尼比偏移，显示出与系统实际性能最强的相关性，并给出了损伤的最佳表示50。另一个步骤可以是建立一个综合控 制系统，以便对多个目标的“健康状况”一目了然，以支持决策系统，以协助利益攸关方管理潜在的紧急情况。总之，俄勒冈州立大学CT可以被认为是一个最先进的项目，在发生大地震时，它将能够向民防部提供城市规模的震动地 图，并评估结构监测历史建筑的健康状况。最后，我们认为OSUCT代表了一种新的最佳实践的例子，应该扩展到地震危害严 重的所有主要城市，并认为对文化遗产，基础设施，工厂等的更广泛监测可能有助于降低风险。最后，最近的一个MW4.3地震发生在埃特纳火山地区，使意大利产生了第一个地面震动强度城市地图（shakemap）的例子, 标志着评估环境威胁如何影响建筑遗产的一个重要里程碑。城市地震网路和结构健康监测（SHM）从地震学和工程学的角度来看，城市地震学现在是一个重要的研究领域13, 14, 15, 16o它在密集居住区的地震微区划 研究和监测历史建筑物中发现了最重要的应用15, 17。众所周知，在城市地区，地震信号主要由高频的人造活动主导，工作时 间的能量很高（图1），夜间和周末的能量要低得多。图1.由属于OSU-CT网络的地震站之一记录的工作日内道路交通产生的地震信号示例。（a）地震速度的垂直分量和（b）地 面运动的加速度。频谱图相对于以黄色突出显示的时间段。昼夜变化是显而易见的。在最近的意大利强地震中，城市地区地面运动的显着变化18也被清楚地观察到19, 20, 21。事实上，当地的地质和地 球物理条件能够在小距离内产生放大效应和差异损伤22。因此，采用单一地震危险区（通常由国家地震法规为大片地区或 地区提出）肯定是不够的。在过去的二十年中，人口稠密地区的城市地震学越来越受欢迎，其目的是获得微区图，用于工程目的，例如历史和纪念性 建筑的SHM以及交通监控。由于仪器仪表和传感器的技术进步，地震监测取得了长足的进步。传统设备（即大型且昂贵的仪器） 的许多局限性已被克服，如今MEMS技术和无线数据传输的进步为地震学多个领域的新应用开辟了道路23, 24, 25, 26, 27。选择用于在广阔的城市地区建立监控系统的传感器是需要考虑的最关键的方面之一。例如，在建筑物的SHM的情况下， 通常具有异构特性，要安装的传感器的类型和数量的选择显着影响最终成本和系统的性能。根据美国地质调查局对传感设备的 标准化分类（ANSS 2008）,昂贵的A类加速度计（20至26位分辨率）通常用于地震学领域，包括EEW。但是，必须努力 在不影响应用基本要求的情况下优化成本效益，并且今天可以考虑B类（16至19位分辨率或更高）的最佳传感器和C类（12 至15位分辨率）中一些传感器。部分或全部由MEMS传感器组成的地震城市网络的有效性和可靠性已在许多工作中得到评估，并能够记录强烈的区域地 震28, 29, 30, 31甚至低至中度（M>3）局部地震32。其他使用MEMS传感器的网络主要是为地震预警系统（SWS）设计 的，其中许多网络已经在不同国家实施或正在建立33, 34, 35o此外，对于SHM而言，MEMS技术由于其低成本生产，将能 够在短时间内克服高成本传感器的问题。此外，传感器网络无线系统（WSN）的开发和改进，允许实现长期应用的有效连续和 高空间密度监测36。值得注意的是，在意大利，建筑物和/或民用基础设施（高架桥，桥梁，水坝等）的SHM仍然很少应用，并且经常使用高 成本传感器进行短期运行。不幸的是，该领域最显著的改进是在最近一次袭击意大利中部的强烈地震之后获得的37。一般来说, 自然和人为退化（例如，地震事件，大气因子，交通引起的振动，施加的载荷）都会随着时间的推移而降低结构阻力，从而诱 发潜在的长期风险。因此，SHM应该被认为是基本的，至少对于具有战略功能的公共建筑以及历史和纪念性建筑而言。12为什么在卡塔尼亚设立城市地震观测站?西西里岛历史上遭受了无数次灾难性地震（M“）,就受害者人数而言，这是意大利最严重的地震之一。1693年的Vai di Noto和1908年的墨西拿地震无疑是西西里岛整个东部地区最着名的和影响。然而，该地区的西部地区也受到1968年贝利斯谷 地震的破坏性影响的严重影响。此外，还有许多所谓的“中度地震”（M 5-6）,广泛影响整个西西里领土，并能够造成严重破坏 和局部破坏。图2中的地图显示了历史（从1000年开始）和最近的仪器（1985-2019）地震活动，突出显示了西西里岛的一些 主要地震区域。除了巴勒莫，卡塔尼亚，墨西拿三个大都市区以及人口密度更高的中心外，西西里岛地震风险最大的地区还包 括在PrioloGargallo, Augusta, Gela和Milazzo镇附近建造的三个石化中心。这些工业中心位于人口稠密的地区，约有15万 人居住，不考虑锡拉库扎，墨西拿和其他附近城镇的人口。38N37°N-13°E14°E15°E图2.西西里岛从1000年到2019年的历史和仪器地震活动，以矩震级（MW）类（正方形的大小和颜色）（修改自Rovida等 人的 Directmato Parametrico dei Terremoti Italiani CPTI15, 2021 年。高地震力和超过100万人口意味着卡塔尼亚大都市区是意大利地震风险最高的地区之一。根据地震目录的证明，卡塔尼 亚在过去1000年中因1169年和1693年的地震事件而两次被摧毁38。其他事件，如1542年、1716年、1818年、1848年 和1990年的事件，即使非常严重，产生的破坏性影响较小38。在Hyblean前陆沿海地区发生的地震是造成破坏或严重破坏的 主要原因。中度或轻微的影响通常是由墨西拿海峡和Hyblean地区内部的地震结构发生的地震事件引起的39。卡塔尼亚与另外七个晚期巴洛克城市一起属于诺托山谷，该山谷于2002年成为意大利联合国教科文组织世界遗产之一。 在1693年灾难性地震事件发生之前，这座迷人的城市具有中世纪城镇的典型特征，配置在先前存在的罗马定居点上，街道短而 窄，主要道路从南到北贯穿城市。该镇被周长约5公里的城墙包围，有八个堡垒和八个大门（Policastro, 1952年（图3a）。 在1693年地震事件之后，根据17世纪和18世纪初在欧洲蓬勃发展的巴洛克风格模型，卡塔尼亚完全在同一地点重建（图3b）。 1693年的地震是西西里岛有史以来最猛烈和最具破坏性的事件之一。悲惨的结果是超过60, 000人死亡，仅在卡塔尼亚市就有 约16, 000人死亡，西西里岛东部的45个村庄被完全摧毁。图3,卡塔尼亚市（a）在1693年地震之前和（b）之后的城市布局。从1693年的地震后重建到儿乎整个19世纪，卡塔尼亚只经历了有限的增长和城市结构的适度变化。随后，1970年代至 1990年代时期的增长过程导致了当前的城市系统，但没有适当的城市规划工具。1990年12月13 口地震后（ML与西西里岛东南部许多受影响的城镇相比，卡塔尼亚在此期间遭受了轻微的破坏，该市 是国家和欧洲一级紧张研究活动的中心。总的来说，“卡塔尼亚项目”和“欧洲风险UE”项目获得的结果表明，卡塔尼亚的人员损 失数量和预期损失被认为有必要从预防政策开始，对领土和建筑环境有更深入和更详细的了解。鉴于可能高度脆弱性，这不仅 对于历史建筑是必要的，而且对于在1981年地震法规之前建造的较小和较新的钢筋混凝土建筑也是必要的。最后，必须指出, 意大利地震灾害图表明卡塔尼亚市是预计全国地面运动加速度峰值最高的地区之一（2006年4月28日PCM法令第3519号）。2 .方法俄勒冈州立大学卡塔尼亚市的城市地震观测台由于与卡塔尼亚市政府签署了谅解备忘录（MoU）,计划于2018年在卡塔尼亚市建立城市地震观测站（OSU-CT）。自 2019年以来，该天文台正在EWAS （文化遗产早期记录系统）项目40内开发，该项目由2014-2020年国家研究与创新行动计 划（PONR和I）资助（专业领域PNR2015-2020, “文化遗产”），由意大利教育，大学和研究部（MIUR）管理,由INGV-Etnean 天文台（INGV-OE）协调。OSU-CT背后的首要概念是通过安装在卡塔尼亚市区的40多个站点的高密度网络进行实时地震监测，其中20个站点已在其历史中心投入使用（图4） o从各种角度来看，密集的网络会产生重要后果。首先，有助于更好地采样土壤条件及其对地面 震动强度变化的影响。同时，实时数据可确保更快地对测量参数发出警报，这是EEW“现场”系统实验的关键因素。此外，可以 使用实验数据生成震动图，而无需应用任何需要了解震中坐标的基于模型的插值。、和, aQsuta八A, JTWk 纣*:- -”公 。丘二、117二匕二 IRC12:年*京.，2之如耳二24峥E0修 :区"外，.0岸守泞崇廿我-，匕八T>&*喊（泡、U,.牛守 卬【 二 二2*' 一 esL « , © 尸 <W* .=尸&.、ar n* . <3? 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OSU-AQ2数据记录仪OSU-AQ1智能数据记录仪是目前使用的多参数数据采集系统的早期版本，名为OSU-AQ2。它于2019年发布，只组装了一小批原型。经过一年的现场测试，它得到了改进和重新设计，从而在2020年制作了 OSU-AQ2版本。为了减少开发时间和生产成本，在商业零件中选择了组件，并对其进行了定制组装。OSU-AQ2允许连接数字和模拟传感器（图5） oOSU-AQ2图5,显示OSU-AQ2主板（左）和组装的数据记录器的图像，没有上盖（右）。OSU-AQ2的主板包括：德州仪器（TI）的24位、16通道（多路复用）A-Z模数转换器（ADC） ADS1258;模拟接口，具有德州仪器的极低噪声可编程增益放大器PGA281和无源低通100 Hz抗混叠滤波器;微控制器Arm Cortex M4MCU 80 MHz STM32F405,它具有三个主要功能：从模拟和数字传感器读取样本，生成包 括样本号和时间戳的数据帧，最后将数据传输到单板计算机（SBC）。SBC （Raspberry Pi Model 3+）的集成允许数据管理和存储，网络连接设置以及软件代码的执行，例如在现场实现地震 预警的代码。由于需要具有6个以上通道的多参数数据记录器，强大的性能和低成本，德州仪器ADS1258被选为项目目标的绝佳折衷 方案。该ADC采用Z-架构，可实现高有效分辨率，集成多路复用器可减小电路板尺寸。输出采样率可通过一组可配置的数字 滤波器进行选择，从而减少外部计算开销。添加可编程增益放大器PGA281是为了在单端的三个通道或差分模式下的6个通道 上执行可调增益（0.125、0.25、0.5、1、2、4、8、16、32、64和128）。这允许根据传感器类型改变输入的动态。此外，放 大器级能够最大限度地降低噪声并获得更稳定的测量结果，即使使用产生非常微弱信号的传感器也是如此。例如，对于微震分 析，信号较弱且没有饱和风险，因此可以显着增加增益并将噪声降至最低。OSU-AQ2集成了 GPS接收器Ublox NEO-7M和基于SIM7600E-H的3G/4G调制解调器。使用配备PPS输出（每秒1 个脉冲）的GPS