Profesionální seismografické stanice stojí desítky tisíc dolarů a provozují je výhradně vědecké instituce. Projekt Raspberry Shake tuhle bariéru bourá – nabízí seismograf založený na Raspberry Pi, který si může pořídit kdokoli a připojit se tak ke globální síti občanských vědců otřesy Země a podzemní detonace v reálném čase.
Co je Raspberry Shake
Raspberry Shake je kompaktní seismograf vyvinutý panamskou společností Raspberry Shake, S.A. Zařízení kombinuje profesionální geofony (seismické senzory) s digitizační deskou a počítačem Raspberry Pi, na kterém běží vlastní operační systém Shake OS. Výsledkem je plnohodnotná seismografická stanice, která se vejde na dlaň.
Síť Raspberry Shake aktuálně čítá přes 2 500 aktivních stanic ve více než 70 zemích světa. Data z těchto stanic jsou veřejně dostupná a denně zachycují kolem 700 zemětřesení. Projekt si získal pozornost médií jako Nature, Science, Wired nebo New York Times – zejména v době pandemie COVID-19, kdy síť Raspberry Shake zaznamenala bezprecedentní globální pokles seizmického šumu způsobeného lidskou aktivitou.
Jak to funguje
Jádrem každého Raspberry Shake je geofon – senzor, který převádí pohyb půdy na elektrický signál. Geofon funguje na principu elektromagnetické indukce: uvnitř senzoru je cívka zavěšená na pružině nad magnetem. Když se půda pohne, cívka se pohybuje vůči magnetu a generuje elektrické napětí úměrné rychlosti pohybu.
Tento analogový signál zpracovává Shake Board – vlastní digitizační deska, která signál zesiluje a převádí na digitální data pomocí A/D převodníku. Data jsou následně zpracována Raspberry Pi s operačním systémem Shake OS, který je ukládá ve standardním seizmologickém formátu miniSEED, opatřuje je časovými značkami a odesílá na centrální server.
Celý systém funguje jako plug-and-play – stačí připojit ethernetový kabel a napájení. Zařízení se automaticky zaregistruje v síti ShakeNet a jeho data jsou dostupná přes webové rozhraní Station View a Data View, kde si kdokoli může prohlížet seismogramy a spektrogramy v reálném čase. K dispozici je také mobilní aplikace ShakeNet pro iOS a Android.
Modely a ceny
Raspberry Shake nabízí několik modelů, které se liší počtem a typem senzorů. Všechny modely sdílejí stejnou platformu (Raspberry Pi + Shake Board) a přístup k bezplatnému softwarovému ekosystému. Doprava je u všech modelů zdarma po celém světě, v ceně ale není CLO ani DPH.
RS1D – vertikální seismograf (od 585 USD)
Základní model s jedním vertikálním geofonem (4,5 Hz). Zachycuje pohyb půdy ve směru nahoru-dolů. Detekuje lokální zemětřesení všech magnitud i silnější vzdálená zemětřesení. Nejdostupnější volba pro hobby použití a výuku. Indoor turnkey verze stojí 585 USD, DIY kit (deska + senzor bez Raspberry Pi, krabičky a příslušenství) vyjde na 295 USD. Outdoor verze v odolném IP67 krytu stojí 835 USD. Lokální úložiště pojme přibližně 200 dní záznamů.
RS3D – tříosý seismograf (od 1 135 USD)
Model se třemi ortogonálně orientovanými geofony, který měří pohyb půdy ve všech třech osách – vertikálně i horizontálně (sever-jih a východ-západ). Poskytuje nejkvalitnější seismická data a zachycuje i S-vlny, které jsou na jednoosém senzoru hůře viditelné. Nejlepší volba pro seriózní výzkum. DIY kit stojí 955 USD, outdoor verze 1 405 USD. Lokální úložiště pojme asi 70 dní dat.
RS4D – seismograf a akcelerometr (od 785 USD)
Kombinuje vertikální geofon s tříosým MEMS akcelerometrem. Geofon zachycuje slabá i vzdálená zemětřesení, zatímco akcelerometr zůstává ve škále i při silných lokálních otřesech, kdy by geofon saturoval. Ideální pro seismicky aktivní oblasti. DIY kit stojí 605 USD, outdoor verze 1 055 USD.
RS&Boom – seismograf + infrazvuk (od 935 USD)
Spojuje vertikální geofon s infrazvukovým senzorem (mikrobarometrem), který měří nepatrné změny atmosférického tlaku. Dokáže detekovat zvuky neslyšitelné lidským uchem – například nadzvukové přelety, exploze, vulkanickou aktivitu nebo meteory. DIY kit vychází na 795 USD, outdoor verze na 1 255 USD.
Kde koupit
Raspberry Shake se prodává výhradně přes oficiální e-shop na adrese shop.raspberryshake.org. Doprava je celosvětově zdarma. Pozor ale na to, že ceny jsou uvedeny bez DPH a cla – při dovozu do ČR je potřeba počítat s 21% DPH a případným clem, takže výsledná cena bude o čtvrtinu vyšší. Raspberry Shake má také síť resellerů v různých zemích, jejich aktuální seznam najdete na webu výrobce.
Na co si dát pozor při instalaci
Raspberry Shake je sice plug-and-play zařízení, ale kvalita naměřených dat závisí zásadně na tom, kam a jak ho umístíte. Seismometry jsou extrémně citlivé – profesionální přístroje detekují pohyby v řádu nanometrů, a i cenově dostupný Raspberry Shake zachytí vibrace od procházejících lidí, projíždějících aut nebo běžícího domácího spotřebiče.
Umístění
Ideální je přízemí nebo sklep na betonové podlaze, co nejdále od silnic, železnice a průmyslových provozů. Dřevěná podlaha nebo vyšší patro panelového domu bude generovat spoustu nežádoucího šumu. Čím klidnější místo, tím kvalitnější data. Profesionální stanice se typicky umísťují do podzemních šachet na skalním podloží – domácí podmínky tomu samozřejmě neodpovídají, ale i tak se dá kvalita měření výrazně zlepšit vhodným umístěním.
Vyrovnání a stabilita
Zařízení musí stát naprosto rovně a stabilně. Jakýkoli náklon nebo nestabilita zkresluje naměřená data. Nedávejte ho na koberec, nestabilní stolek ani na poličku. Nejlépe rovnou na betonovou podlahu, případně na kamennou dlažbu. U modelů s horizontálními senzory (RS3D, RS4D) je přesné vyrovnání obzvlášť důležité.
Síťové připojení
Raspberry Shake potřebuje trvalé připojení k internetu přes ethernet. Sice podporuje i Wi-Fi, ale výrobce ho nedoporučuje – Wi-Fi adaptér Raspberry Pi generuje vysokofrekvenční rušení, které se může promítnout do seismických dat.
Napájení a kompatibilita s Raspberry Pi
Zařízení vyžaduje stabilní 5V napájení přes micro USB (u starších Pi) nebo USB-C. Používejte kvalitní zdroj – nestabilní napájení může způsobovat výpadky a artefakty v datech. Co se týče kompatibility s Raspberry Pi, aktuálně není podporován Raspberry Pi 5 – jeho vyšší výkon je pro seismograf zbytečný a navíc generuje víc tepla a elektrického šumu. Nepodporované není ani Raspberry Pi Zero kvůli vysokému RF rušení. Doporučené jsou modely Raspberry Pi 3B+ a 4B.
Teplota a prostředí
Geofony jsou citlivé na teplotní změny. Vyhněte se umístění poblíž topení, přímému slunečnímu záření nebo průvanu. Stabilní teplota prostředí pomáhá udržet konzistentní měření. Pro venkovní instalaci nabízí výrobce outdoor verze s IP67 krytím, které ochrání elektroniku před deštěm, prachem a hmyzem.
Co všechno Raspberry Shake zachytí
Seismografy nezachycují jen zemětřesení. Raspberry Shake umístěný v domácnosti detekuje překvapivě široké spektrum vibrací:
- Lokální zemětřesení všech magnitud v okolí stovek kilometrů
- Vzdálená zemětřesení vyšší magnitudy (zhruba od 5,0+) z celého světa
- Dopravní ruch – projíždějící vlaky, kamiony, městská doprava
- Stavební činnost – odstřely v lomech, těžká technika, pilotování
- Přírodní jevy – sesuvy půdy, vulkanická aktivita, vzdálené oceánské vlny (tzv. mikroseismický šum)
- Kulturní šum – koncerty, sportovní utkání (rytmické dupání diváků), silvestrovské ohňostroje
Zajímavým příkladem je analýza, kterou provedla švýcarská síť Raspberry Shake na školách – studenti dokázali v záznamech identifikovat nejen zemětřesení, ale i projíždějící vlaky, nadzvukové přelety nebo dokonce koncert Taylor Swift v Curychu v červenci 2024, kde rytmické tančení tisíců fanoušků vyvolalo měřitelné vibrace půdy.
Softwarový ekosystém
Raspberry Shake nabízí kompletní sadu bezplatných softwarových nástrojů:
- Station View (stationview.raspberryshake.org) – interaktivní mapa všech stanic s real-time daty
- Data View (dataview.raspberryshake.org) – pokročilá vizualizace seismogramů a spektrogramů
- ShakeNet App – mobilní aplikace pro iOS a Android s push notifikacemi o zemětřeseních
- SWARM a jAmaSeis – desktopový software pro pokročilou analýzu dat
Všechna data jsou ukládána ve formátu miniSEED, který je standardem v seismologii. Pokročilí uživatelé mohou přistupovat k datům přímo přes FDSNWS API nebo je zpracovávat v Pythonu pomocí knihovny ObsPy.
Využití ve vzdělávání
Raspberry Shake se stává populárním nástrojem ve školách a na univerzitách. Švýcarská seismologická služba (SED) při ETH Zürich provozuje program seismo@school, v jehož rámci vybavila přes 40 středních škol ve Švýcarsku seismografy RS3D. Studenti s nimi pracují na praktických úlohách – lokalizují zemětřesení pomocí triangulace, analyzují seismogramy a spektrogramy nebo zpracovávají data v Jupyter Noteboocích.
Pro školy nabízí Raspberry Shake speciální vzdělávací balíčky se slevou. Zařízení je kompatibilní s výukovými materiály organizace IRIS (Incorporated Research Institutions for Seismology) a dalších institucí.
DIY alternativy
Raspberry Shake je komerční produkt s propracovaným ekosystémem, ale pokud vás zajímá spíš stavba vlastního seismografu od nuly, existuje několik DIY cest:
Arduino + geofon
Nejjednodušší a nejlevnější varianta. Stačí geofon (seismický senzor) za pár set korun, operační zesilovač LM358 pro zesílení signálu a Arduino s A/D převodníkem pro digitalizaci. Celková cena se vejde pod 2 000 Kč, ale výstupem jsou surová analogová data bez standardního formátu a bez napojení na globální síť. O projektu jsem psal tady.
Seisberry – open source seismograf
Komunitní projekt, který využívá Raspberry Pi 3B+ s Waveshare High Precision AD/DA deskou a geofony. Cílem je plně otevřený seismograf, který umí nahrávat data ve formátu miniSEED a fungovat jako IRIS stanice. Jednokomponentová verze vychází pod 100 USD (cca 2 500 Kč), tříkomponentová pod 160 USD (cca 4 000 Kč). Projekt je na GitHubu a na https://erellaz.com/blog/seisberry/ najdete podrobný návod na sestavení.
Dlouhoperiodový seismometr (IEEE Spectrum)
Pro detekci vzdálených zemětřesení je potřeba senzor s nízkou rezonanční frekvencí. Geofony v Raspberry Shake mají rezonanční frekvenci 4,5 Hz, což je ideální pro lokální otřesy, ale vzdálená zemětřesení generují vlny s mnohem nižší frekvencí. Článek v IEEE Spectrum popisuje stavbu kompaktního dlouhoperiodového seismometru (rezonanční frekvence asi 0,2 Hz) s Hallovým senzorem a Arduino Nano, který je schopen zachytit i vzdálená zemětřesení, se kterými si běžný geofon neporadí. Rozměry jsou větší (asi 60 cm v průměru), ale přesnost na nízkých frekvencích je výrazně lepší.
ESP32 + MEMS akcelerometr
Další varianta pro makery – MEMS akcelerometr (třeba ADXL345 nebo MPU6050) připojený k ESP32. Toto řešení je extrémně levné a kompaktní, ale citlivost MEMS akcelerometrů je o řády nižší než u geofonů. Zachytíte s ním silnější lokální otřesy, ale slabá zemětřesení a vzdálené události ne. Hodí se spíš jako jednoduchý detektor vibrací než jako seismograf.
Podobné komunitní projekty občanské vědy
Raspberry Shake není jediným projektem, kde dobrovolníci s levným hardwarem budují globální monitorovací sítě. Existuje celá řada podobných iniciativ, které propojují bastlíře, vědce a nadšence do komunit sbírajících cenná data o životním prostředí. Pokud vás koncept občanské vědy zaujal, podívejte se i na tyto projekty:
Blitzortung – detekce blesků
Blitzortung je globální nekomerční síť pro detekci a lokalizaci blesků. Projekt vznikl v roce 2005 v Německu a dnes čítá přibližně 6 500 stanic po celém světě. Každý účastník si postaví vlastní přijímací stanici s VLF anténou a GPS modulem (cena kolem 300 EUR), která zachycuje elektromagnetické signály vyzařované blesky. Stanice odesílá data s mikrosekundovou přesností na centrální server, který metodou time-of-arrival (TOA) určí polohu úderu blesku. Výsledky si můžete prohlédnout v reálném čase na map.blitzortung.org. Data z Blitzortung využívají populární aplikace jako Windy nebo Lightning Maps.
Sensor.Community – kvalita vzduchu
Sensor.Community (dříve známá jako Luftdaten) je komunitní síť senzorů kvality vzduchu. Projekt odstartoval v roce 2016 ve Stuttgartu s 300 senzory a dnes má přes 10 000 aktivních stanic převážně v Evropě. Základem je levný senzor pevných částic (PM2.5 a PM10) připojený k ESP8266 nebo ESP32, který odesílá naměřená data na veřejnou mapu. Stavba vlastní stanice vyjde na pár stovek korun a díky senzorům popsaným u nás na webu je to skvělý projekt i pro začátečníky. V Nizozemsku se data ze Sensor.Community oficiálně integrují do státní monitorovací sítě kvality vzduchu.
TinyGS – pozemní stanice pro příjem satelitů
TinyGS je otevřená síť pozemních stanic pro příjem LoRa satelitů, meteorologických sond a dalších létajících objektů. Projekt vznikl v roce 2019 jako „víkendový“ experiment pro příjem dat ze satelitu FossaSAT-1 a od té doby se rozrostl v globální síť. Hardware je minimální – stačí ESP32 deska s LoRa modulem (třeba Heltec WiFi LoRa 32, kterou znáte z projektů Meshtastic/MeshCore) a vhodná anténa. Firmware se nahraje jedním kliknutím přes webový flasher, konfigurace proběhne přes Wi-Fi a za pár minut můžete přijímat telemetrii z CubeSatů na nízké oběžné dráze.
Safecast – monitoring radiace
Safecast je dobrovolnická nezisková organizace zaměřená na monitoring radiace a dalších environmentálních dat. Vznikla v roce 2011, den po havárii jaderné elektrárny Fukušima, v reakci na nedostatek veřejně dostupných informací o úrovni záření. Od té doby shromáždila přes 120 milionů měření a vytvořila největší otevřenou databázi měření pozadí radiace na světě. Hlavním nástrojem je bGeigie Nano – mobilní GPS detektor záření s otevřeným hardwarem. Veškerá data jsou publikována jako open data pod licencí CC0.
Všechny tyto projekty spojuje společná myšlenka – cenově dostupný hardware v rukou tisíců dobrovolníků dokáže vytvořit monitorovací síť, která svým rozsahem a hustotou často překonává oficiální infrastrukturu. A pro makery a bastlíře je to skvělá příležitost, jak své hobby propojit se skutečnou vědou.
Závěr
Raspberry Shake je zajímavý projekt na pomezí občanské vědy a hobby elektroniky. Za cenu pár stovek dolarů získáte plnohodnotný seismograf s přístupem ke globální síti a profesionálnímu softwarovému ekosystému. Pro Česko, které leží v seismicky relativně klidné oblasti (ale ne zcela neaktivní – vzpomeňme na zemětřesné roje na Chebsku), je to především fascinující nástroj pro poznávání toho, co se děje pod našima nohama.
Pokud vás projekt zaujal, začněte na oficiálním webu raspberryshake.org. Než se do nákupu pustíte, projděte si interaktivní mapu stanic na Station View – můžete si prohlédnout reálná data z existujících stanic a udělat si představu o tom, co Raspberry Shake zachycuje. A pokud chcete nejdřív experimentovat s minimálním rozpočtem, zkuste jednu z DIY alternativ s Arduinem a geofonem.
Další zajímavý článek najdete na http://www.seismo.ethz.ch/export/sites/sedsite/knowledge/.galleries/pdf_for-schools/Earthquake-Monitoring_Raspberry-Shake_June-2025_Solutions.pdf_2063069299.pdf
Komentáře na sítích