Sistema electrónico automatizado para la detección y alerta de sismos por niveles de intensidad usando transformada rápida de Fourier y máquina de vectores de soporte

Abstract

La elevada actividad sísmica en el Perú y la baja calidad de las edificaciones en las zonas urbanas indican que la población no está preparada para afrontar un evento sísmico de mayor magnitud en la escala de Richter. Los sistemas de alerta temprana pueden dar ciertos segundos de anticipación para reaccionar ante un evento sísmico; sin embargo, debido a la complejidad, el costo y el mantenimiento no se encuentran implementados en el territorio peruano. En consecuencia, existe la necesidad de utilizar un sistema de adquisición capaz de dar una alerta con cierta anticipación e instalarlos en lugares estratégicos. El objetivo de esta investigación es diseñar un sistema electrónico que detecte un sismo y alerte según la intensidad vibracional mediante el espectro de frecuencias de la propagación de la onda P en las estructuras de los edificios superiores a 3 plantas. Por lo tanto, se ha desarrollado un sistema electrónico que utiliza principalmente acelerómetros para captar la aceleración del nivel superior de un edificio y también, una metodología en el procesamiento para obtener un nivel de alerta. Los resultados muestran un rendimiento aceptable por dos principales razones. En primer lugar, se utiliza una cantidad muy limitada de memoria y un tiempo de procesamiento menor a 15 ms para la detección. En segundo lugar, el nivel de alerta tiene una correlación mayor a 0.8 con el PGA de la señal sísmica que se presenta en la estructura. Este sistema propone una serie de aplicaciones a futuro como: una red de monitoreo de un sismo a nivel nacional, un sistema de alerta temprana, un sistema de salud estructural para la identificación de posibles daños, un sistema domótico para mitigar los accidentes y un sistema electrónico automático que se complemente con los equipos industriales para proteger al proceso y al operario.

The high seismic activity in Peru and the low quality of buildings in urban areas indicate that the population is not prepared to face a seismic event of greater magnitude on the Richter scale. Early warning systems can give a few seconds in advance to react to a seismic event; however, due to the complexity, cost, and maintenance, they are not implemented in Peruvian territory. Consequently, there is a need to use an acquisition system capable of giving an alert with some anticipation and installing them in strategic places. The objective of this research is to design an electronic system that detects an earthquake and alerts according to the vibrational intensity through the spectrum of frequencies of the propagation of the P wave in the structures of buildings with more than 3 floors. Therefore, an electronic system has been developed that mainly uses accelerometers to capture the acceleration of the upper level of a building and also a processing methodology to obtain an alert level. The results show acceptable performance for two main reasons. First, a very limited amount of memory and a processing time of less than 15 ms are used for detection. Secondly, the alert level has a correlation greater than 0.8 with the PGA of the seismic signal that occurs in the structure. This system proposes a series of future applications such as: a national earthquake monitoring network, an early warning system, a structural health system to identify possible damage, a home automation system to mitigate accidents and a system automatic electronic system that is complemented by industrial equipment to protect the process and the operator.