بیش از نیمی از کلان‌شهرهای دنیا در مناطقی واقع شده‌اند که در آن وقوع زمین‌لرزه‌های مخرب با بزرگای 7.5 <M اجتناب‌ناپذیر است. به منظور کاهش خطرپذیری لرزه‌ای این شهرها، روش‌های مختلفی به شرح زیر وجود دارند: اقدامات پیشگیرانه در سالهای قبل از وقوع زمین‌لرزه، از جمله طراحی لرزه‌ای و مقاوم‌سازی ساختمان‌ها و تأسیسات، آماده‌سازی برنامه‌های اضطراری بهمنظور آمادگی مردم در برابر زمین‌لرزه و راه‌اندازی سامانه‌های هشدار سریع و واکنش زودهنگام. اقداماتی که هنگام زمین‌لرزه و از لحظۀ اعلام وقوع زمین‌لرزه توسط سامانۀ هشدار سریع انجام می‌شوند، مانند تخلیۀ ساختمان‌ها، خاموش کردن سیستم‌های بحران‌زا، (راکتورهای هسته‌ای و شیمیایی)، متوقف کردن حرکت قطارهای سریع‌السیر.
در حال حاضر، برای کاهش خطر زمین‌لرزه، روش عملی پیش‌بینی دقیق زمین‌لرزه نیاز به مطالعات بیشتر دارد و یکی از راهکارهای علمی، ایجاد سامانه‌های هشدار سریع است. اگرچه پیش‌بینی زمان، مکان و بزرگای وقوع زمین‌لرزه هنوز ممکن نیست ولی فناوری هشدار سریع، قابلیت اعلام وقوع زمین‌لرزه در لحظات کوتاه پیش از رسیدن امواج مخرب زمین‌لرزه را دارد.
بررسی‌ها نشان می‌دهد راه‌اندازی سامانۀ هشدار سریع، نقش به‌سزایی در کاهش خطرات زمین‌لرزه دارد. در صورت کافی بودن زمان هشدار، با آمادگی عمومی می‌توان تأسیسات حیاتی و سامانه‌های حمل و نقل را در وضعیت ایمن‌تر قرار داده و عملیات نجات را بهبود بخشید.
با وجود سامانه‌های هشدار موجود، دولت‌ها و مدیران قادر به انجام واکنش به موقع خواهند بود. لازم به ذکر است ارزش حفظ جان و اموال مردم از هزینه‌های مربوط به خریداری، راه‌اندازی و نگهداری سیستم‌های مذکور و تجهیزات آنها بسیار بیشتر است.
زمین‌لرزه
زمین‌لرزه، فرایند ایجاد و انتشار امواج لرزه‌ای است که از آزاد‌شدن ناگهانی انرژی انباشته شده در واحدهای سنگی در امتداد گسل یا پهنه‌های گسلی به وجود می‌آید (شکل 4-1).
شکل 4- 1- نمایش شماتیک وقوع زمین‌لرزه و انتشار امواج آن
امواج زمین‌لرزه
امواج از مرکز زمین‌لرزه شروع شده و در تمام جهات در داخل زمین منتشر می‌شوند. امواجی که در امتداد سطح زمین حرکت می‌کنند «امواج سطحی» نامیده می‌شوند. این امواج در یک زمین‌لرزۀ بزرگ، در مساحتی در حدود هزارها تا ده‌ها هزار کیلومتر‌مربع منتشر می‌شوند.
امواجی که درون زمین حرکت می‌کنند «امواج درونی» نامیده می‌شوند. این امواج نیز در تمامی جهات منتشر شده و با سرعتی بیش از امواج سطحی حرکت می‌کنند. امواج درونی، دو نوع می‌باشند: امواج اولیه p و امواج ثانویه S (شکل 4-2). امواج سطحی و موج S، مسئول اصلی آسیب وارده به ساختمان‌ها می‌باشند که در زمین‌لرزه‌های بزرگ اتفاق می‌افتد.
شکل 4-2- نمونه از نگاشت زمین‌لرزه و تفکیک امواج آن
هنگام وقوع زمین‌لرزه، موج P سریع‌تر از موج S حرکت کرده و گیرنده موجود در نزدیکی کانون زمین‌لرزه، آن را حس می‌کند. از آنجا که سرعت حرکت امواج زمین‌لرزه از سرعت حرکت امواج رادیویی (300.000 کیلومتر بر ثانیه) کمتر است، سامانۀ هشدار زمین‌لرزه با دریافت این امواج، قادر خواهد بود چند ثانیه پیش از رسیدن امواج مخرب به محل اسکان مردم، به آنها هشدار دهد (شکل4-3).
شکل 4-۳- نمایش شماتیک دریافت امواج P و ارسال هشدار پیش از رسیدن امواج مخرب
شکل 4-4- مراحل مختلف در سامانۀ هشدار سریع زمین‌لرزه
سامانه‌های هشدار سریع زمین‌لرزه
با افزایش تلفات و خسارات ناشی از بلایای طبیعی از اواخر دهۀ بیست میلادی به بعد، سامانه‌های هشدار سریع زمین‌لرزه به‌عنوان مهم‌ترین ابزار کاهش خطرپذیری مطرح شدند. سامانۀ هشدار سریع زمین‌لرزه شامل شبکه‌ای از لرزه‌نگارها و دستگاه‌های ثبت جنبش شدید زمین، شبکۀ ارتباطی انتقال داده‌های زمان واقعی به مرکز پردازشگر داده‌ها، تأسیسات پردازش مرکزی و سامانۀ انتشار وسیع هشدار و گیرنده‌های اطلاعات هشدار است.
این سامانه از چند ثانیۀ اول موج P رسیده به ایستگاه‌های نزدیک مرکز برای تعیین موقعیت زمین‌لرزه و تخمین بزرگای آن استفاده می‌کند. متعاقباً بر‌اساس روابط کاهیدگی، نقشه‌های پیش‌بینی جنبش شدید زمین به‌عنوان تابعی از فاصله از مرکز زمین‌لرزه تهیه می‌شوند.
نکتۀ کلیدی در این سامانه، وجود ارتباط دائم بین ایستگاه‌ها (به ویژه ایستگاه‌های نزدیک منبع زمین‌لرزه) و مرکز پردازش اصلی می‌باشد. اگر اطلاعات رسیده در بخش پردازش در ناحیۀ بحرانی قرار گیرند، سامانه به‌صورت خودکار به افراد و تأسیساتِ در‌معرض‌خطر، هشدار می‌دهد.
زمان هشدار به فاصله بین منبع زمین‌لرزه، تجهیزات و تأسیسات، و محدودۀ در‌معرض‌خطر بستگی دارد.
تاریخچۀ سامانۀ هشدار سریع زمین‌لرزه
مفهوم سامانۀ هشدار سریع زمین‌لرزه برای اولین بار توسط کوپر (۱۸۶۸) معرفی شد. وسیلۀ بسیار سادۀ مکانیکی که با قرار گرفتن در نقاط مختلف 10 تا 100 مایلی سان‌فرانسیسکو، در صورت رخداد زمین‌لرزه‌ای به اندازۀ کافی قوی، تخریب شده و این تخریب باعث ایجاد یک جریان الکتریکی و تقریباً بلافاصله به صدا درآمدن زنگ خطر شود. این زنگ باید خودکار بوده و نباید توسط عوامل دیگر به صدا درآید. صدای زنگ باید بسیار بلند و مشخص بوده و عموم مردم آن را به‌عنوان "زنگ زمین‌لرزه" بشناسند.
در سال ۱۹۷۲ میلادی، محققان ژاپنی طرح سامانۀ زنگ خطر زمین‌لرزۀ قوی ۱۰ ثانیه قبل از رسیدن امواج مخرب را پیشنهاد کردند که به نظریه کوپر (۱۸۶۸) شباهت داشت و در قطارهای سریع‌السیر (شین کانسن) پیاده‌سازی شد. این سامانه قادر بود در منطقۀ هدف، سه ثانیه قبل از دریافت امواج P زنگ خطر را به صدا دربیاورد. اولین سامانۀ هشدار زمین‌لرزه در سال ۱۹۹۵ در مکزیکوسیتی پیاده‌سازی شد. این سامانه جهت هشدار لرزش‌های بزرگ به مردم منطقۀ ساحلی اوکساکا که چند صد کیلومتر با این شهر فاصله دارد نصب شد.
در حال حاضر، سامانه‌های هشدار سریع در مکزیک، ژاپن، تایوان، رومانی و ترکیه فعال می‌باشند. پیام‌های هشدار این سامانه‌ها به‌صورت فعال توسط سامانه‌های حمل و نقل مانند راه‌آهن، مترو و صنایع خصوصی شامل کارخانجات شیمیایی، کارگاه‌های تولیدی و کارگاه‌های ساختمانی دریافت می‌شوند. با دریافت پیام، اقداماتی مانند متوقف کردن فعالیت نیروگاه‌ها و سدها، آمادگی کارکنان برای واکنش سریع پیش از شروع جنبش شدید زمین و سایر موارد آغاز می‌شود. همچنین با دریافت پیام در مدارس، پناه‌گیری دانش‌آموزان، خاموش شدن خودکار گاز واحدهای خانگی، بازکردن درها، پنجره‌ها و تخلیه کارکنان و دانش‌آموزان نیز انجام خواهد شد. هشدار سریع زمین‌لرزه محدود به رادیو، تلویزیون و اینترنت نبوده و شامل خطوط تلفن ثابت و همراه نیز می‌شود. تلفن همراه به‌طور‌خاص برای دریافت هشدار سریع در طول ۲۴ ساعت شبانه‌روز مناسب می‌باشد.
شکل 4-5- نقشۀ خطر لرزه‌ای جهانی
نام مناطقی که هم اکنون مجهز به سامانۀ هشدار سریع می‌باشند با رنگ آبی و مناطقی که در حال آزمایش سامانۀ هشدار سریع می‌باشند با رنگ سبز مشخص شده است.
تجربیات موفق سامانۀ هشدار سریع
از مهم‌ترین موارد موفق عملکرد سامانۀ هشدار سریع می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سامانۀ هشدار سریع زمین‌لرزۀ شهر مکزیکوسیتی در زمین‌لرزۀ ۱۴ سپتامبر ۱۹۹۵، ۷۰ ثانیه قبل از وقوع زمین‌لرزه، به شهروندان مکزیکوسیتی هشدار داد. در این زمین‌لرزه، شهر مکزیکوسیتی در فاصله ۳۰۰ کیلومتری از رومرکز قرار داشت.
- سامانۀ تخمین و هشدار اضطراری زمین‌لرزۀ ژاپن در زمین‌لرزۀ ۲۶ می ۲۰۰۳ میاگی- اکی با هشدار به‌موقع و توقف حرکت قطار قبل از رسیدن به پلی که آسیب دید، اولین پیش‌بینی کارآمد خود را انجام داد. در اثر این زمین‌لرزه، ۲۲ ستون پل راه‌آهن در اثر شتاب ۶۰۰ گالی زمین‌لرزه به‌شدت ترک برداشته بود.
- در ماه اکتبر ۲۰۰۴ زمین‌لرزه‌ای با بزرگای ۶/۶ توسط سامانۀ هشدار در ژاپن شناسایی شد و پس از یک ثانیه باعث فعال‌شدن ترمزهای خودکار یک قطار سریع‌السیر با سرعت ۲۰۰ کیلومتر در ساعت شد. نهایتاً قطار چند ثانیه بعد از خط خارج شد ولی این حادثه هیچ کشتهای برجا نگذاشت.
- در زلزلۀ ایواتا-میاگی (۱۴ ژوئن ۲۰۰۸) در حدود ۱۰۰ نفر از دانش‌آموزان مدرسه، اقدامات مقابله را با استفاده از سامانۀ هشدار سریع انجام دادند. در این زلزله در حدود ۱۰۰ مجتمع آپارتمانی، پیام هشدار را در زمان پیش افت، دریافت کردند.
فواید سامانه‌های هشدار
اگرچه سامانه‌های هشدار زمین‌لرزه تنها چند ثانیه (چند ثانیه تا چند ده ثانیه بسته به فاصله از کانون زمین‌لرزه) قبل از وقوع زمین‌لرزه، زنگ خطر را به صدا در می‌آورند، اما در همان مدت کوتاه، کارهای زیر را می‌توان انجام داد:
- قطع خطوط گاز برای جلوگیری از آتش‌سوزی؛
- خاموش کردن ماشین آلات؛
- توقف آسانسورها؛
- مسیریابی دوباره جریان برق؛
- قطع عملیات فرودگاه‌ها؛
- دادن هشدار به اتاق‌های عمل بیمارستان‌ها؛
- شروع استفاده از موتورهای برق اضطراری؛
- بستن خطوط نفت و ... .
در تصویر4-۱، مثالی از سامانۀ متوقف‌کننده و شیر متصل به مخزن مواد سمی در یک کارخانه در ژاپن نشان داده شده است. در این کارخانه، سامانۀ هشدار برای توقف عملکرد تسهیلات ذخیره‌کنندۀ مایعات و مواد خطرناک استفاده می‌شود. همچنین سامانۀ هشدار سریع برای توقف آسانسورها در نزدیک‌ترین طبقه و باز کردن درب‌ها قبل از رسیدن جنبش شدید زمین‌لرزه برنامه‌ریزی شده است.
تصویر 4-1- سامانۀ متوقف‌کننده و شیر متصل به مخزن مواد سمی
در مورد شهروندانی که درون ساختمان‌های غیر‌اصولی ساکن می‌باشند، این چند ثانیه ممکن است چندان مفید نباشد. در چنین حالاتی، کاربرد اصلی سامانه، حفاظت از سامانه‌های حساس و کاهش پیامدهای زمین‌لرزه می‌باشد.
اگر به‌واسطۀ سامانۀ هشدار و با استفاده از سامانۀ تخمین زود هنگام خسارات و تلفات شهر تهران، نقشۀ میزان شدت زمین‌لرزه در مناطق مختلف سریعاً تهیه شود، تیم‌های اضطراری می‌توانند در مدت زمان کوتاهی بعد از وقوع زمین‌لرزه به جاهایی که به وجود آنها بیشتر نیاز است اعزام شوند. به‌علاوه، سامانۀ هشدار سریع می‌تواند باعث کاهش خسارات و تلفات ناشی از حوادث ثانویۀ زمین‌لرزه (نظیر آتش‌سوزی) شود.
انواع فعالیت‌ها بعد از دریافت هشدار
بسته به نوع سامانه، فعالیت‌هایی که در زمان دریافت هشدار باید انجام داد تغییرمی‌کنند (شکل4-6).
شکل4-6- اقدامات کلیدی بلافاصله پس از دریافت هشدار زمین‌لرزه
فعالیت‌های یاد شده، به سه دستۀ کلی تقسیم می‌شوند:
الف) کارهایی که باید به صورت خودکار انجام شوند
مانند پایین آوردن سرعت قطارهای مترو، خاموش شدن ماشین‌آلات سنگین، توقف آسانسورها، قطع جریان گاز و آب، ذخیره‌سازی اطلاعات حیاتی رایانه‌ها جهت از دست نرفتن آنها، توقف فعالیت نیروگاه‌های هسته‌ای و مراکز پرتودرمانی و ... .
ب) کارهایی که شهروندان باید انجام دهند
مانند کم‌کردن سرعت حرکت خودرو و هدایت آن به منتهی‌الیه راست جاده، پناه گرفتن در محل امن، دور شدن از موقعیت‌های خطرناک، خروج از آسانسور، دور شدن از اشیاء خطرناک (مانند قفسه‌های کتاب مهار نشده، لوستر، ویترین و کمد، مواد شیمیایی خطرناک، ماشین‌آلات خطرناک) و در‌صورتی‌که فرصت باشد قطع جریان گاز، آب و برق محل کار، خانه و ... .
ج) اقدامات عملیاتی که سازمان‌ها به تفکیک عملکرد خود باید انجام دهند
آماده باش نیروهای امدادی و مراکز درمانی، جلوگیری از فرود هواپیماها و هدایت آنها به فرودگاه‌های اطراف و ... .
شکل 4-7- فرایند انتقال اطلاعات، ارسال پیام هشدار و اقدامات عملیاتی سازمان‌های درگیر.
چالش‌ها و مشکلات عملی پیاده‌سازی سامانه
چالش‌های مطرح شده در رابطه با پیاده‌سازی سامانۀ هشدار سریع به شرح زیر می‌باشد:
۱. توسعه الگوریتم‌های تخمین زودهنگام ویژگی‌های مرکز زمین‌لرزه با توجه به شرایط تکتونیکی تهران: این مشکل شامل تشخیص سریع زمان، مکان و بزرگای زمین‌لرزه می‌شود.
۲. نیاز به توزیع گیرنده‌های زیاد در منطقۀ جغرافیایی خاص: معمولاً هرچه تعداد گیرنده‌ها بیشتر باشد، امکان محاسبه دقیق‌تر اطلاعات مورد نیاز و صدور اخطار در صورت نیاز، بیشتر است.
3. هزینه‌های اولیه و نگهداری سامانه: به‌دلیل استقرار این سامانه در شهر تهران، که اولین تجربه در کشور محسوب می‌شود، لازم است عملکرد آن در زمین‌لرزه‌های آتی (با شرایط متفاوت موقعیتی و تکتونیکی)، مورد ارزیابی قرار‌گیرد.
لزوم ارائۀ آموزش‌های عمومی و فرهنگ‌سازی
به‌موازات استقرار سامانۀ هشدار سریع زلزله، هماهنگی جهت انجام اقدامات فرهنگ‌سازی بهمنظور اجتناب از بروز پدیدۀ تأخر فرهنگی الزامی است؛ که در این خصوص نیز برنامه‌ریزی‌های مربوطه ضروری می‌باشند. در این راستا، لازم است به شهروندان در مورد نحوۀ واکنش هنگام شنیدن پیام هشدار، آموزش‌های لازم داده شوند تا شهروندانی که در مکان‌ها یا ساختمان‌های شلوغ حضور دارند، همگی به سمت درب خروجی هجوم نیاورند، رانندگانِ خودروها ضمن کنترل وسیلۀ نقلیه و توقف آن در محل امن، مسیر را برای حرکت خودروهای امدادی باز نگهدارند. در واقع، اگر طرح سامانۀ هشدار به درستی اجرا شود و آموزش‌های لازم داده شوند، باعث ایمنی، امنیت و آرامش عمومی می‌گردد.
سامانۀ هشدار سریع زمین‌لرزه در شهر تهران
اهمیت خطر زمین‌لرزه در شهر تهران با شدت یافتن روند گسترش شهری، تمرکز جمعیت و سرمایه‌های مادی و معنوی و احساس خطر جدی برای بروز بحران حاصل از رخداد زمین‌لرزه‌ها، هر روز بیش از پیش احساس می‌شود.
در این راستا، لازم است با انجام مطالعات منسجم، آسیب‌های حوادث ناخوشایند ناشی از وقوع زمین‌لرزه کاهش یابند. با توجه به راه‌اندازی سامانۀ شتاب‌نگاری مجهز به داده‌های برخط شهر تهران امکانات لازم برای اجرا و نصب سامانۀ هشدار سریع و بررسی میزان پتانسیل و قابلیت مؤثر‌بودن راه‌اندازی این سامانه در شهر تهران، فراهم شده است.
سیمای کلی از وضعیت تکتونیکی و لرزه‌خیزی شهر تهران
سرزمین ایران، پهنهای با قابلیت شکل‌پذیری است که در امتداد کمربند کوهزایی فعال آلپ- هیمالیا (یکی از فعال‌ترین مناطق تکتونیکی جهان) قرار دارد. حرکت رو به شمال صفحۀ عربی و ثابت بودن صفحۀ اوراسیا در شمال ایران، سبب فشرده شدن پهنۀ ایران شده است (شکل4-8). به دلیل دارا بودن ویژگی‌های فوق، پهنۀ ایران شرایط منحصر به فردی از دیدگاه لرزه‌ای زمین‌ساخت برخوردار است.
شهر تهران به لحاظ جایگاه زمین‌ساختی در بخش جنوبی رشته‌کوه البرز مرکزی قرار دارد. مطالعات زمین‌ساختی و لرزه‌شناسی بیانگر آن می‌باشند که تغییر شکل‌های ساختاری در البرز مرکزی به‌صورت راندگی‌های موازی و گسل‌های راستالغز عمل می‌کنند.
فعالیت‌های زمین‌ساختی فشاری شمالی-جنوبی البرز در گذشته بر اثر حرکت حوزۀ ایران مرکزی به سوی شمال، موجب چین‌خوردگی و گُسَلِش شده است.
شکل4-8- موقعیت تکتونیکی سرزمین ایران
از نظر سوابق تاریخی زمین‌لرزه‌ها، مدارک تاریخی بیانگر رخداد زمین‌لرزه‌های ویرانگر در محدودۀ شهر باستانی ری و نواحی شمالی آن (موقعیت فعلی شهر تهران) است. محدودۀ شهر تهران بعد از زمین‌لرزه ویرانگر سال ۱۱۷۷ میلادی که شهر باستانی ری را به‌طور کامل نابود کرد، شکل گرفت.
مطالعات مربوط به ثبت دستگاهی زمین‌لرزه‌ها بیانگر لرزه‌زا بودن این پهنه می‌باشد و هر ساله زمین‌لرزه‌های متعددی با بزرگای کم تا متوسط در محدودۀ تهران ثبت می‌شوند که می‌توان آنها را به «گسل‌های لرزه‌زا» ارتباط داد. مطالعات ژئودینامیکی با استفاده از سامانۀ GPS نیز نشان‌دهندۀ کوتاه‌شدگی با میزان (5±)2 میلی‌متر در سال و حرکت بُرِشی چپ‌گرد با میزان )4(±2 میلی‌متر در سال می‌باشند.
شکل4-9- موقعیت گسل‌ها، وضعیت لرزه‌خیزی (دستگاهی و تاریخی) و موقعیت گسل‌های شهر تهران
اجزای سامانۀ هشدار سریع زمین‌لرزه در شهر تهران
در شکل4-10، نمایی از سامانۀ هشدار سریع شهر تهران نشان داده شده است.
شکل4-10- نمای شماتیک از سامانۀ هشدار سریع زمین‌لرزه شهر تهران
الف- سامانۀ دریافت و ثبت داده‌های برخط شتابِ زمین ایستگاه‌های شتاب‌نگاری
با نصب ایستگاه‌های شتاب‌نگاری در سطح شهر، مقدمات اجرایی سامانۀ هشدار سریع شهر تهران به انجام رسیده است. در حال حاضر کارکرد سامانۀ مذکور، تخمین زودهنگام خسارات زمین‌لرزه است؛ لیکن امکان استفاده از داده‌های شتاب‌نگاری در سامانۀ هشدار سریع نیز فراهم می‌باشد. برای افزایش زمان هشدار در سیستم‌های هشدار سریع، باید تأخیرهای زمانی پیش از دریافت اطلاعات مربوط به رویداد زمین‌لرزه حداقل شده و به این منظور شبکه‌های متراکمی از ایستگاه‌ها در منطقۀ کانون زمین‌لرزه مورد نیاز می‌باشند.
ب- شبکۀ ارتباطی انتقال داده‌های شتاب‌نگاری به سازمان
سامانه‌های هشدار و اطلاع‌رسانی و محصولات آنها، برای فعال‌کردن پیام‌های مختلف هشدار‌دهنده طراحی می‌شوند. طبیعت و اثر فاجعه، در الزامات طراحی این سیستم‌ها تأثیر دارند؛ به عنوان مثال، یکی از اولین پیامدهای آسیب‌رسان در بیشتر سوانح گسترده و بحران‌ها، مختل شدن جریان برق است که مانع از تبادل اطلاعات از طریق وسایل ارتباط‌جمعی نظیر رادیو و تلویزیون‌های بدون باطری می‌شود.
از کار افتادن شبکۀ خطوط زمینی و تلفن سیار باعث می‌شود اطلاعات حیاتی در زمان مورد نیاز در اختیار کاربران قرار نگیرند. بنابراین، سامانه‌های هشدار و اطلاع‌رسانی باید مستقل از تأسیسات عمومی مانند شبکۀ برق و تلفن عمومی عمل کنند. باطری‌های ظرفیت‌بالا و مخابرات رادیویی ارسال آژیر خطر، پیام‌های از پیش ذخیره شده و اعلام خطرهای عمومی به منظور اطلاع رسانی به مردم مناطق تحت تأثیر فاجعه را از طریق مرکز کنترل از راه دور و بلندگوی فضای باز تضمین می‌کنند.
شبکۀ ارتباطی انتقال داده‌ها نقش مهمی در سامانۀ هشدار سریع ایفا می‌کند. از ملزومات شبکۀ ارتباطی مذکور، در دسترس بودن سامانه در زمان بحران و حداقل نمودن تأخیر ارسال داده‌ها می‌باشد. لذا لازم است جهت برقراری ارتباط امن بین ایستگاه‌های شتاب‌نگاری، مرکز فرماندهی، سازمان‌های بهره‌بردار و مسئول و همچنین سامانۀ هشدار در محله‌های مختلف شهر تهران، برنامه‌ریزی‌هایی هدفمند صورت گیرند. جهت افزایش امنیت و اطمینان از برقراری ارتباط در زمان بحران، باید سامانۀ ارتباطی به‌صورت چند‌لایه متشکل از روش‌های مختلف ارتباطی (ماهواره‌ای، رادیویی، بستر‌زمینی و ...) پیش‌بینی شود.
ج- مرکز پردازش برخط و تشخیص سریع زمین‌لرزه
مرکز پردازش متشکل از نرم‌افزار شناسایی و تشخیص زمین‌لرزه از طریق توابع و الگوریتم‌های مربوطه بوده که بر‌اساس فاصلۀ زمانی بین موج P و S، هشدار سریع زمین‌لرزه را صادر می‌کند.
د- سامانۀ اعلام هشدار سریع زمین‌لرزه در آستانۀ حادثه
اعلام هشدار زمین‌لرزه به بهره‌برداران (سازمان‌های مسئول و مردم) در کوتاه‌ترین زمان (قبل از رسیدن امواج مخرب زمین‌لرزه) اهمیت بالایی دارد. در این راستا، باید مشخص شود چه هشداری، چه زمانی، به چه کسی و از چه طریقی ارسال گردد. برخی وسایل ارتباط‌جمعی برای اعلام هشدار عبارتند از: رادیو، تلویزیون، پیام‌کوتاه و استفاده از سایر ظرفیت‌های اپراتورهای همراه، بلندگو و ... .
سازمان‌های بهره‌بردار و پشتیبان
با توجه به اهمیت موضوع، جلسات هماهنگی و هم‌افزایی با پنج گروه از سازمان‌ها شامل سازمان‌های خدمات‌رسان و تخصصی، سازمان‌های امدادرسان، مراکز دارای تمرکز جمعیتی، نهادهای مرتبط با اعلام هشدار عمومی و سازمان‌های پشتیبان برگزار شده است. تعدادی از سازمان‌های عضو گروه‌های مورد اشاره عبارتند از:
الف- سازمان‌های خدمات‌رسان و تخصصی
شرکت آب‌و‌فاضلاب استان تهران، شرکت آب منطقه‌ای تهران، شرکت گاز تهران بزرگ، شرکت برق منطقه‌ای تهران، شرکت توزیع نیروی برق تهران بزرگ، شرکت ملی پخش فرآورده‌های نفتی ایران (منطقۀ تهران)، شرکت خطوط لوله و مخابرات نفت تهران، معاونت فنی و عمرانی شهرداری تهران، شرکت راه‌آهن جمهوری اسلامی ایران، سازمان انرژی اتمی، سازمان هواپیمایی کشوری، شرکت فرودگاه‌های کشور، شرکت بهره‌برداری متروی تهران و ... .
ب- سازمان‌های امدادرسان
وزارت بهداشت، درمان و آموزش پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی تهران، دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی شهید بهشتی، جمعیت هلال‌احمر استان تهران، مرکز اورژانس تهران، سازمان آتش‌نشانی و خدمات ایمنی شهر تهران و ... .
ج- مراکز با تمرکز جمعیتی
سازمان نوسازی، توسعه و تجهیز مدارس کشور، ادارۀ کل ورزش و جوانان استان تهران، ادارۀ کل طرح‌های عمرانی وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، مرکز رسیدگی به امور مساجد، ادارۀ کل اوقاف و امور خیریۀ استان تهران، ادارۀ کل نوسازی مدارس استان تهران، ادارۀ بهزیستی استان تهران و ... .
د- نهادهای مرتبط با اعلام هشدار عمومی
شبکۀ ۵ سیما (شبکۀ تهران)، خبرگزاری جمهوری اسلامی، سازمان زیباسازی شهر تهران، سازمان پارک‌ها و فضای سبز شهر تهران و ... .
ذ- سازمان‌های پشتیبان
سازمان تنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی، شرکت مخابرات استان تهران و ... .
آشنایی با سامانۀ تخمين سريع خسارات و تلفات زلزله شهر تهران
در‌صورتي‌كه پس از رخداد زلزله و تا 72 ساعت پس از آن امدادرساني صحيح، با سرعت و دقت كافي صورت نپذيرد آمار تلفات افزايش خواهد يافت. با اين شرايط اگر امكاني فراهم شود تا در دقايق اوليۀ رخداد زلزله، نواحي آسيب‌ديده و ميزان تلفات احتمالي مشخص شوند، سرعت امدادرساني به طرز مشهودي بالا رفته و به تبع آن آمار تلفات پس از زلزله كاهش مي‌يابد. سامانۀ تخمين خسارات و تلفات زلزله با كمك داده‌هايي كه در هنگام وقوع زلزله دريافت مي‌كند، نواحي آسيب‌ديدۀ احتمالي و ميزان آسيب‌ديدگي آنها و همچنين تعداد افراد آسيب‌ديده و تلفات را تخمين مي‌زند كه عملاً با اين كار نقش مؤثري در امدادرساني صحيح و نتيجتاً كاهش تلفات پس از زلزله ايفا خواهد نمود.
سامانۀ تخمين خسارات و تلفات زلزله
اين سامانه شامل نرم‌افزار تخمين خسارات و سخت‌افزار پردازش‌كنندۀ شتاب‌هاي زلزله بهمنظور تشخيص زلزله و در صورت نياز تخمين خسارات وارده به محيطِ مصنوع مي‌باشد. كار اين سيستم دريافت داده‌هاي شتاب‌نگاري و انجام محاسبات تخمين خسارات و تلفات در صورت تشخيص زلزله و اعلام هشدارهاي لازم در قالب گزارش‌ها، نقشه‌ها و پيام‌هاي هشداري پس از وقوع زلزله مي‌باشد.
نماي كلي سامانۀ تخمين سريع خسارات و تلفات در شكل 4-11 نمايش داده شده است. همان‌گونه كه مشاهده ميشود دو بخش مهمي كه در تعامل با سامانۀ تخمين خسارات هستند، عبارتند از:
الف) شبكۀ شتاب‌نگاري كه سيستم از آن شتاب‌هاي ثبت‌شده توسط شتاب‌نگارها را دريافت مي‌كند.
ب) شبكۀ داخلي سازمان پیشگیری و مديريت بحران شهر تهران كه برخي اطلاعات را روي سامانه ارسال مي‌كند و نیز ابزارهاي خروجي، كه اطلاعات به‌صورت مستقيم بر روي آنها ارسال مي‌شوند.
شکل 4-11- نمای کلی سامانه تخمین خسارت
داده‌های شتاب‌نگاری
جهت عملكرد سيستم، ابتدايي‌ترين نياز آن دسترسي به اطلاعات شتاب‌نگاري مي‌باشد. اين اطلاعات توسط 10 ايستگاه شتاب‌نگاري كه در سطح مناطق مختلف شهر تهران استقرار یافته‌اند، تأمين مي‌گردند. از آنجایی که توابع استفاده شده در اين نرم‌افزار جهت تخمين خسارات و تلفات، از بیشینه شتاب زمين (PGA) به‌عنوان ورودي استفاده مي‌كنند، اين فاكتور به‌عنوان دادۀ ورودي به نرم‌افزار ارسال ميشود. البته به‌همراه PGA، فاكتورهاي ديگري نيز جهت كنترل صحت اطلاعات و عملكرد صحيح دستگاه‌هاي شتاب‌نگاري ارسال مي‌شوند كه چون در اينجا موضوع بحث نيستند از ذكر آنها صرف‌نظر ميشود.
شبکۀ داخلی سازمان
شبكۀ داخلي سازمان پیشگیری و مدیریت بحران شهر تهران شامل مجموعه سخت‌افزارها، نرم‌افزارها و دستگاه‌هايي است كه در داخل این سازمان و به‌ويژه مركز پايش و پردازش اطلاعات، موجود بوده و وظيفه آن بهره‌برداري از اطلاعات، مديريت آنها و انجام پردازش‌هاي دستي بر‌روي داده‌هاي تهيه شده در بخش‌هاي مختلف شبكه و به ويژه سامانۀ تخمين سريع خسارات و تلفات است.
دستگاه‌هاي خروجي مستقيم
برخي از دستگاه‌هاي خروجي مي‌باشند كه در شبكۀ اختصاصي سازمان پیشگیری مديريت بحران شهر تهران قرار نگرفته‌اند و به صورت مستقيم با سيستم تخمين خسارات در ارتباط می‌باشند، مانند: SMS server, E-mail server.
نرم‌افزار تخمين خسارات زلزله
اين نرم‌افزار کار دريافت داده‌هاي شتاب‌نگاري و تشخيص وقوع زلزله و محاسبۀ خسارات و تلفات را برعهده دارد. به‌علاوه اين سيستم پس از محاسبۀ خسارات و تلفات زلزله، آنها را به‌صورت جداول، نقشه‌ها و گزارش‌هايي به داخل شبكۀTDMMO يا دستگاه‌هاي نمايش اطلاعات خروجي ارسال می‌نمايد.
قابليت‌هاي نرم‌افزار
دريافت، ثبت و نمايش برخط شتاب‌نگاشت‌هاي دستگاه‌هاي لرزه‌نگار؛
تحليل شتاب‌هاي دريافتي بهمنظور تشخيص وقوع زلزله؛
ترسيم نقشۀ ايستگاه‌هاي تحريك‌شده در هنگام وقوع زلزله؛
ايجاد نقشۀ پهنه‌بندي شتاب بر اساس يك الگوريتم؛
توليد و ارائه انواع گزارش‌ها، جداول خسارات و تلفات مطابق با آخرين نيازهاي اعلام شده؛
ارسال اخطار از طريق پيامك، نمابر، نمايشگرهاي شهري، چاپگر و پست الكترونيك؛
قابليت شبيه‌سازی داده‌های جنبش سریع زمینStrong Ground Motion ؛
تهيه گزارش‌هاي آماري منظم (روزانه، هفتگي، ماهانه و سالانه از پايش لرزه‌اي)؛
پيكربندي پارامترهاي زمان اجراي سيستم؛
پيكربندي داده‌هاي ساختماني و امكان خواندن آنها از فايل؛
منحنی شکنندگی (Fragility curve)؛
پيكربندي شتاب‌نگارهاي سيستم؛
پيكربندي چگونگي ارسال گزارش‌هاي سيستم براي دستگاه‌هاي خروجي متفاوت در سطوح مختلف بحران؛
پيكربندي سطوح بحران؛
قابليت محاسبۀ تلفات انساني در سطوح مختلف؛
تهيه و بارگذاري نقشه‌ها با فرمت Shape file بر روي سرور سازمان؛
قابليت استفاده از داده‌هاي شتاب‌نگاري تركيب‌نشده؛
قابليت سيستم براي شناسايي زلزله بر مبناي خسارت؛
قابليت استفاده به‌صورت كنترل دستي براي استفاده‌هاي تحقيقاتي يا موازي در كامپيوترهاي ثانوي؛
امكان تحليل چند‌مرحله‌اي پس از تشخيص زلزله؛
قابليت سيستم براي نمايش خروجي‌ها بر‌مبناي بيشترين خسارات؛
توليد گزارش به‌صورت خودكار
ابزار كنترل سلامت شبكۀ شتاب‌نگاري و ارسال كدهاي خطا؛
توسعۀ چند الگوريتم متفاوت درون‌يابي- برون‌يابي و اعمال آن در نرم‌افزار؛
توسعۀ مدل با قابليت انتخاب بين دو زبان فارسي و انگليسي به‌عنوان زبان محاوره‌اي سيستم (منوها، هشدارها و گزارش‌های خروجي)؛
در نظر گرفتن امكان به‌كارگيري سيستم سخت‌افزاري جايگزين در شرايط خرابي و سخت‌افزار حامل سيستم با سخت‌افزار تداوم ارتباط و همگون‌سازي جايگزين؛
كنترل دائمي ارتباط مؤلفه‌هاي مختلف سيستم با يكديگر و داراي ثبات كافي از نظر بهره‌برداري و قابليت اعتماد؛
تهيۀ log file از تغييرات در كنترل‌هاي حاكم بر عملكرد سيستم و ذخيره‌سازي آنها؛
امكانات ايجاد دسترسي امن به داده‌ها و كنترل سيستم از طريق سه سطح اولويت (مدير سيستم، مدير فني و كاربر).
ابزار شبيه‌ساز نرم‌افزار تخمين خسارات
بهمنظور تست سامانۀ تشخيص و تخمين خسارات و با استفاده از شبيه‌ساز زلزله مي‌توان يك زلزلۀ فرضي را در نقطه‌اي از يك نقشه توليد و شتاب‌هاي حاصله در محل شتاب‌نگارهاي فرضي را بلافاصله ايجاد کرد. داده‌های مربوط به اين شتاب‌ها كه در بازه‌هاي زماني مشخص - هر يك ثانيه - توليد مي‌شوند، در بانك اطلاعاتي ذخيره مي‌شوند. فرایند و قالب توليد و ذخيره‌سازي اين شتاب‌هاي دريافتي دقيقاً مشابه داده‌هاي توليدي شتاب‌نگارهاي واقعي است. سامانۀ تشخيص و تخمين خسارات شهر تهران با استفاده از اطلاعات توليد‌شده توسط شبيه‌ساز اقدام به تست وضعيت مي‌نمايد و در صورت تشخيص وقوع زلزله، اقدام به تخمين خسارات بر‌اساس مقدار شتاب‌هاي فرضي وارده به شتاب‌نگارهای حاصل از زلزلۀ فرضي، مي‌نمايد.
قابليت‌هاي برنامه شبيه‌ساز
- شبيه‌سازي وقوع يك زلزله؛
- شبيه‌سازي خرابي ايستگاه‌ها؛
- شبيه‌سازي وضعيت Clipping ايستگاه‌ها؛
- شبيه‌سازي عدم ارسال داده توسط ايستگاه‌ها؛
- شبيه‌سازي تأخير در دريافت ركوردهاي گزارش‌شده توسط ايستگاه‌هاي شتاب‌نگاري؛
- وارد کردن دستي حداكثر شتاب براي هر ايستگاه؛
- اِعمال يك زلزلۀ از قبل تعريف‌نشده.
شکل4-12- ابزار شبیه‌ساز
خروجي‌هاي نرم‌افزار
خروجي‌هاي متنوع وكاربردي زيادي براي نرم‌افزار تعريف شده‌اند. اين خروجي‌ها شامل اطلاعات نمايش‌داده‌شده روي نمايشگرها، اطلاعات فرستاده‌شده توسط نمابر و پست الكترونيك، اطلاعات چاپ‌شده و پيامك‌هاي ارسال‌شده می‌باشند. انواع داده‌هاي نمايش‌داده‌شده توسط نرم‌افزار به شرح زير می‌باشند:
- نمودار تخمين درصد ساختمان‌ها با خسارت کم، متوسط یا سنگين در هر منطقه؛
- نمودار تخمين افراد زخمي یا كشته‌شده در هر منطقه؛
- نقشۀ تخمين درصد ساختمان‌ها با خسارت کم، متوسط یا سنگين براي زون‌هاي آماري؛
- نقشۀ تخمين درصد ساختمان‌ها با خسارت کم، متوسط و سنگين در هر منطقه؛
- نقشۀ تخمين افراد بی‌خانمان، زخمی یا كشته‌شده براي هر منطقه یا زون‌هاي آماري؛
- نقشۀ تخمين افراد بی‌خانمان، زخمی یا كشته‌شده در هر منطقه زون‌هاي آماري؛
- نقشۀ تخمين توزيع میانگین یا بیشینه شتاب براي زون‌هاي آماري؛
- جدول تخمين كليِ خسارت براي زون‌هاي آماري؛
- جدول تخمين ساختمان با خسارت کم، متوسط یا سنگين در هر منطقه؛
- جدول تخمين افراد بي‌خانمان، آسيب‌ديده یا کشته‌شده در هر منطقه؛
قابليت اعتماد
سيستم ارزيابي خسارت لازم است 24 ساعت در روز و 7 روز هفته فعال و در‌حال اجرا باشد. از سوی ديگر با توجه به حساسيت عملكرد، سيستم لازم است در مقابل انواع خطاهاي فيزيكي و منطقي حتي‌الامكان مقاوم باشد. چنانچه در يكي از اجزاء سخت‌افزاري (پرينتر یا ...) يا نرم‌افزاري مرتبط با سيستم، اشكالي رخ دهد با مكانيزمي اعلام خرابي خواهد كرد و سيستم در هر حالت فعال خواهد ماند.
عملياتي‌نمودن سامانه و استفاده از قابليت‌هاي آن
سازمان پيشگيري و مديريت بحران شهر تهران تا‌كنون بهره‌برداری‌های متعددي از سامانه انجام داده است كه اهم آنها به شرح زیر است:
- عملكرد مستمر سامانه در مركز فرماندهي بحران شهر تهران؛
- استفاده در توان‌سنجي سازمان‌هاي درگير در مديريت بحران؛
- انجام مانورهاي متعدد با استفاده از سامانه، منطبق بر واقعيت به جهت حفظ آمادگي در زمان وقوع زلزله واقعي؛
- استفاده از قابليت‌هاي سامانه در طرح جامع كاهش خطرپذيري شهر تهران.
طرح توسعۀ سامانه
- افزايش ايستگاه‌هاي شتاب‌نگاري سازمان تا پنجاه ايستگاه؛
- افزايش دقت درون‌يابي سامانه؛
- در‌نظر‌گرفتن مخاطرات ژئوتكنيكي(روان‌گرايي، زمين‌لغزش، فرو‌نشست و قنات‌ها و...)؛
- به‌روز‌رساني داده‌هاي ورودي سامانه؛
- برآورد خسارات وارده به بيمارستان‌ها؛
- برآورد آسيب‌هاي وارده به شريان‌هاي حياتي( آب، گاز، برق، مخابرات و...)؛
- برآورد آسيب‌هاي وارده به شريان‌هاي حياتي مرتبط با حمل و نقل ( پل‌ها، راه‌ها و معابر و...)؛
- برآورد نيازهاي امدادي؛
- برآورد خسارات ناشي از حريق پس از زلزله؛
- برآورد آوار ناشي از زلزله؛
- برآورد خسارات مالي ناشي از زلزله.