原创 用树莓派监测地震?

2024-4-11 14:21 311 2 2 分类: 工业电子

监测人类活动和地质活动对地球的影响是 Raspberry Shake 在全球取得的一项成功。



Raspberry Shake 的目标是建立一个让公民科学家也能使用的专业级地震仪。现在,他们在全球安装了数千台基于 Raspberry Pi 的高灵敏度仪器,为前沿研究提供动力。


解决方案:Raspberry Pi 3B、Raspberry Pi 4

企业规模:中小型企业

行业:科学研究

Raspberry Shake 是一台复杂而精密的地震仪,如今被广泛应用于专业科学研究和公民科学项目,而它的诞生正是源于这些项目。它是由创始人布兰登-克里斯滕森(Branden Christensen)和一支由巴拿马地震学家和地球物理学家组成的热情团队设计和制造的,首次使用是为了测量和监测巴拿马最高峰巴鲁火山(Volcán Barú)山坡上的震感,巴鲁火山高 3474 米。克里斯滕森自 2011 年起就开始设计地震活动测量工具,早期原型以 Technologic 的单板计算机为基础。然而,后来发展成为 Raspberry Shake 的项目需要更精简、成本更低的东西来开发可扩展、价格实惠的产品。


挑战


早期原型基于 Technologic 的单板计算机,这是当时市场上为数不多的此类产品之一,但克里斯滕森和同事们需要一种更适合他们技术和成本要求的单板计算机。

2012 年至 2016 年期间,他们使用各种单板计算机和地震仪进行了实验设计,公司的首次众筹活动也是使用不同的嵌入式单板计算机发起的,那时候开始,Raspberry Pi 已经看起来像是最强大的硬件候选者之一。“每次项目在众筹阶段都未能吸引投资和兴趣,所有这些产品不同的迭代都失败了,因为它们没有创造市场份额,”克里斯滕森解释道。他们希望 Raspberry Pi 的巨大成功能够带来改变。



解决方案


Raspberry Shake 测试了多种 SBC,包括 Beaglebone Black 和原始 Raspberry Pi 1 Model B,使用后者与以太网连接来提供仪表板链接的数据。"我们进行了计算,确定可以使用这种价格较低的计算机,因此我们基于 Raspberry Pi 2B 制作了第一批独立采购和设计的地震仪"。Raspberry Pi "就其功能而言相对便宜",而 "就地震仪的设计和操作而言,对 CPU、RAM 和硬盘空间的技术要求也很低"。

Raspberry Shake 围绕 Raspberry Pi 重新设计了地震仪,并通过重塑品牌来推广内部硬件,其最初的 Kickstarter 募捐活动设定的目标是吸引几十名支持者,但很快就吸引了数百名支持者。该项目引起了公民科学家的共鸣,他们热衷于为数据做出贡献,使用专业级地震仪在家中检测和记录地震。


为什么选择 Raspberry Pi ?


Raspberry Shake 计划利用众筹的方式让他们的第一款产品落地,希望在使用 Raspberry Pi 硬件的广泛且不断增长的社区中获得支持。"我们战略性地选择了 Raspberry Pi 计算机,因为我们一直在关注单片计算机行业发生的一切,我们看到 Raspberry Pi 被广泛采用"。他们推断,创建一个可以连接到 Raspberry Pi 的地震仪板意味着,已经拥有 Raspberry Pi 的人可能会重新利用它,并且他们也会加入到 Raspberry Shake 的地震仪的社区。



克里斯滕森说,项目在活动的前几周 "真正起飞 "了。他回忆说:"我们达到了筹资目标......然后我们远远超出了目标!" 他回忆道,当他们超出最初目标 14 倍时,他们欣喜若狂。

当然,出乎意料的成功众筹意味着团队需要完成的订单远远超出了他们的预期。此前,他们只在六个月内生产了几百台地震仪,而现在突然需要同时采购零件并生产 800 台地震仪。巴拿马欠发达的国际航运基础设施也是一个挑战,现在他们需要将货物运往 70 多个国家。令人欣慰的是,巴拿马商务部给予了大力支持,"他们为我们制定了一项计划,通过巴拿马邮政服务以低廉的价格发货,因为当时没有 DHL 或 FedEx 可供选择",并且 Raspberry Shake 也找到了一些极其可靠的制造合作伙伴,他们将继续与这些合作伙伴合作,并与 Raspberry Pi 建立了真正有用的工作关系。

克里斯滕森认为,围绕该产品的一些兴奋点归功于与 Raspberry Pi 及其强大的英国客户群的密切沟通。Raspberry Shake 推出时,Raspberry Pi 提供了宝贵的早期曝光机会,当 Raspberry Shake 遇到一些棘手的运输问题时,Raspberry Pi 也给予了大力支持。"尽管遇到了众多的坎坷,但是他们都和我们在一起,这真的很好。因为他们的支持,几个月内我们就解决了所有问题。"

众筹活动六个月后,所有支持者都收到了地震仪,"有一个由 500 到 600 人组成的公民科学网络向我们在线传输实时数据"。



结果


支持者收到地震仪,他们就会迅速安装并在网上分享他们的发现。团队最初感到困惑的是,他们在英国的主要客户群中发现了数以百计的地震活动报告,而英国却没有地震。这些设备探测到的是 "震级非常非常低的地球运动,这些运动来自非常遥远的地震,简直就在半个地球之外"。进一步的调查显示,美国地质调查局为火山监测而设计的 Raspberry Shake 研究版专用的专业级传感器意外地被包含在提供给众筹支持者的模型中。该仪器出乎意料的灵敏度引起了人们的极大兴趣,大多数早期用户发现,尽管他们距离地震活动频繁的地区有数千英里之遥,但仍能探测到地震。

从那时起,Raspberry Shake 开始定制设计,以同时吸引专业地质学家和感兴趣的个人,并坚持使用 Raspberry Pi,因为它拥有巨大的市场份额,它也是一个相对成熟的产品,另一大优势是其广泛的社区,这非常适合 Raspberry Shake 扩建自己的社区。

尽管存在可以以较低成本提供读数的地震仪,但 Raspberry Shake 仍是一款适合地质学家使用的专业级地震仪,最重要的是,教育环境和家庭中大量且地理广泛的公民科学家社区也可以使用它。后者的设备收集的测量数据构成了丰富的数据集,已被证明对专业地球科学研究人员具有巨大的价值。



Raspberry Shake 的产品线目前包括几种不同的型号,针对不同的应用和价位,设备可以监测上下运动、横向运动、声学大气和地下干扰;还有一个专门的 ShakeNet 应用程序。所有仪器都会将数据发送到云服务,并可在 Raspberry Shake 网站上按事件类型、位置、强度和持续时间进行查看。正是 Raspberry Shake 震数据中心记录的这些测量数据被世界各地的地震学家用于科学研究,并在学术论文和出版物中被广泛引用。

Raspberry Shake 震数据为 2021 年海地地震、南极洲冰川地震和英国严重城市化地区的交通流量等研究做出了贡献,这只是众多不同应用中的三项。最近,该技术正在与另一种基于 Raspberry Pi 的仪器一起部署,这是一种安装在阿尔卑斯山动荡地区的3D延时装置,用于探测雪崩的预警,在过去几年中,雪崩已造成多名滑雪者丧生。

作者: 树莓派开发者, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-4034091.html

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