使用树莓派进行地震监测的革命性创新

Raspberry Shake成功监测人类及地质活动对地球的影响

Raspberry Shake的使命是创建一款供公民科学家使用的专业级地震仪。如今，他们在全球范围内布置了数千台基于Raspberry Pi的高灵敏度设备，为最前沿的研究提供支持。

技术方案：Raspberry Pi 3B、Raspberry Pi 4

适用企业规模：中小企业

行业：科学研究

Raspberry Shake是一款复杂且精密的地震仪，广泛应用于专业科学研究和公民科学项目。它的诞生源于这些项目的需求，由创始人布兰登·克里斯滕森（Branden Christensen）及一支由巴拿马地震学家和地球物理学家组成的热情团队共同设计与制造。最初的应用是为了监测巴拿马最高峰巴鲁火山（Volcán Barú）山坡的震感，该火山海拔3474米。克里斯滕森自2011年起便开始设计地震活动测量工具，早期原型是基于Technologic的单板计算机。然而，随着Raspberry Shake项目的发展，他们需要一种更简洁、成本更低的方案，以开发可扩展且经济的产品。

面临的挑战

早期的原型使用Technologic的单板计算机，当时市场上为数不多的此类产品之一，但克里斯滕森和团队需要一种更符合他们技术和成本要求的解决方案。在2012年至2016年间，他们尝试了多种单板计算机与地震仪，但每次众筹活动均未能引起广泛关注。克里斯滕森表示，虽然Raspberry Pi在技术上看似是最有潜力的硬件选项，但迄今为止的所有产品迭代均未能占据市场份额。

解决方案

Raspberry Shake测试了多款单板计算机，包括Beaglebone Black和初版的Raspberry Pi 1 Model B，最终选用后者并通过以太网连接来提供数据。克里斯滕森表示：“我们经过计算后确认，这种成本较低的计算机能够满足需求，因此我们基于Raspberry Pi 2B设计了第一批独立采购的地震仪。”Raspberry Pi以其相对低廉的成本和对地震仪设计和操作的低技术要求，成为理想选择。

Raspberry Shake围绕Raspberry Pi重新设计了地震仪，通过重塑品牌进行宣传。最初的Kickstarter众筹活动目标是吸引少量支持者，但很快就吸引了几百名支持者。该项目引起了公民科学家的强烈共鸣，他们热衷于为数据作出贡献，使用这款专业级地震仪在家中检测和记录地震。

为何选择Raspberry Pi？

Raspberry Shake计划通过众筹实现首款产品的落地，希望在已广泛使用Raspberry Pi硬件的社区中获得支持。“我们选择Raspberry Pi是因为持续关注单片计算机行业的发展，发现Raspberry Pi的普及程度相当高。”团队推断，开发一款能够连接到Raspberry Pi的地震仪板，意味着已拥有Raspberry Pi的人可以重新利用其设备，并加入Raspberry Shake的社区。

克里斯滕森提到，项目在众筹活动的前几周“迅速起飞”。他回忆：“我们达到了筹资目标……并且远远超出了预期！”当他们的筹资额超过初始目标14倍时，团队兴奋不已。

然而，这样的成功意味着团队需要完成的订单远远超出预期。之前他们只在六个月内生产了几百台地震仪，现在却需要同时采购零件并生产800台。巴拿马欠发达的国际运输基础设施也是一大挑战，他们必须将货物运送到70多个国家。幸运的是，巴拿马商务部给予了极大支持，帮助制定了通过巴拿马邮政服务以低价运输的计划，因为当时没有DHL或FedEx可供选择。此外，Raspberry Shake也找到了几家极其可靠的制造合作伙伴，并与Raspberry Pi建立了良好的合作关系。

克里斯滕森认为，围绕该产品的热情很大程度上得益于与Raspberry Pi及其强大的客户群的密切沟通。Raspberry Shake推出时，Raspberry Pi为其提供了宝贵的早期曝光机会，并在运输问题上给予了大力支持。“尽管遇到了诸多挑战，他们始终与我们同在，这非常重要。正因为有他们的支持，我们才能在几个月内解决所有问题。”

众筹活动六个月后，所有支持者均收到了地震仪，“有一个由500到600人组成的公民科学网络正在向我们在线传输实时数据”。

最终结果

支持者收到地震仪后，迅速安装并在线分享他们的发现。团队最初困惑的是，在英国的主要客户群中收到数以百计的地震活动报告，尽管英国并未发生地震。这些设备探测到的是“震级极低的地球运动，这些运动来自遥远的地震，甚至在半个地球之外”。进一步调查显示，美国地质调查局为火山监测而设计的Raspberry Shake研究版的专业级传感器意外地包含在众筹支持者的模型中。该设备的超高灵敏度引发了极大兴趣，大多数早期用户发现，尽管他们与地震频发区相距数千英里，依然能够探测到地震。

自那时起，Raspberry Shake开始定制设计，以同时吸引专业地质学家和个人用户，持续使用Raspberry Pi作为基础，因为其拥有庞大的市场份额以及成熟的产品优势，广泛的社区为Raspberry Shake的扩展提供了良好支撑。

虽然市场上存在可以以较低成本提供读数的地震仪，Raspberry Shake仍是一款适合地质学家的专业级设备，最重要的是，它也适用于教育环境和家庭中的众多公民科学家。后者收集的数据构成了丰富的数据库，对专业地球科学研究人员具有重要价值。

当前，Raspberry Shake产品线包括几种不同的型号，适用于不同的应用和价位，设备能够监测上下运动、横向运动、声学大气和地下干扰。同时还有一个专门的ShakeNet应用程序。所有设备均将数据发送至云服务，并可以在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，被全球的地震学家用于科学研究，并在学术论文和出版物中广泛引用。

Raspberry Shake的震数据对多个研究领域作出了贡献，包括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，这仅仅是众多不同应用中的三项。最近，该技术正与另一种基于Raspberry Pi的设备一起部署，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，因过去几年中雪崩已导致多名滑雪者遇难。