Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2018. № 4(24). C. 213-225. ISSN 2079-6641

Содержание

DOI: 10.18454/2079-6641-2018-24-4-213-225

 

ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

УДК 551.2.08:534.23:551.594.6

МАКЕТ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО МОНИТОРИНГА, ИДЕНТИФИКАЦИИ И АНАЛИЗА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

И. А. Ларионов, Е. И. Малкин, Ю. В. Марапулец, М. А. Мищенко, А. А. Солодчук

Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН,
684034, Камчатский край, с.Паратунка, ул. Мирная, 7

E-mail: igor@ikir.ru

Представлена разработка методов и технических средств комплексного анализа сигналов геоакустической и электромагнитной эмиссий для автоматизированной оценки состояния системы поверхностный слой Земли — низкие слои атмосферы в периоды предшествующие опасным сейсмическим событиям. Исследование относится к актуальному и важнейшему научному направлению — развитию теории моделирования механизмов природных катастроф на основе учета влияния определенного множества различных физических факторов. Приведено описание технологических процессов обеспечивающих обнаружение, обработку и анализ геофизических сигналов приповерхностной литосферно-атмосферной системы Земли в периоды фоновой и аномальной активности на Камчатке.

Ключевые слова: геоакустика, ОНЧ-излучение, система регистрации, аппаратно-программный комплекс

Работа выполнена за счет гранта Российского научного фонда (проект № 18-11-00087)

INSTRUMENTS AND METHODS OF MEASUREMENT

MSC 86-02

LAYOUT FOR AUTOMATED SOFTWARE-HARDWARE COMPLEX FOR GEOPHYSICAL SIGNAL ON-LINE MONITORING, IDENTIFICATION AND ANALYSIS 

I. A. Larionov, E. I. Malkin, Yu. V. Marapulets, M. A. Mishchenko, A. A. Solodchuk

Institute of Cosmophysical Research and Radio Wave Propagation, FEB RAS, 684034 Kamchatka region, Paratunka, Mirnaya str., 7, Russia

E-mail: igor@ikir.ru

Methods and technical tools for complex analysis of geoacoustic and electromagnetic emissions signals have been developed to estimate automatically the state of the system «Earth surface layer – atmosphere lower layers» during the periods preceding hazardous seismic events. The investigation is a topical and one of the most important scientific directions, that is development of the theory of natural disaster mechanism modeling based on the consideration of the effects of a specified set of different physical factors. Technological processes which provide the detection, processing and analysis of geophysical signals from the near-surface lithosphere-atmosphere system of the Earth are described for the periods of background and anomalous activity in Kamchatka.

Key words: geoacoustic, VLF radiation, registration system, hardware-software complex

The work was done through a grant from the Russian Science Foundation (project No 18-11-00087)

Список литературы/References

  1. Адушкин В. В., Спивак А. А, “Приповерхностная геофизика: комплексные исследования литосферно-атмосферных взаимодействий в окружающей среде”, Физика Земли, 3 (2012), 3–21. [Adushkin V. V., Spivak A. A, “Near-surface geophysics: Complex investigations of the lithosphere-atmosphere interactions”, Physics of the Solid Earth, 48:3 (2012), 181-198].
  2. Гохберг М. Б., Моргунов В А., Похотелов О. А., Сейсмоэлектромагнитные явления, Наука, М., 1988, 174 с. [Gohberg B.M., Morgunov V.A., Pohotelov O.A.,
    Sejsmoehlektromagnitnye yavleniya, Nauka, M., 1988, 174 pp.]
  3. Садовский М. А. и др., Электромагнитные предвестники землетрясений, Наука, М., 1982, 89 с. [Sadovskij M.A. et al., Elektromagnitnye predvestniki zemletryasenij, Nauka, M., 1982, 89 pp.]
  4. Mori Y., Obata Y., Sikula J., “Acoustic and electromagnetic emission from crack created in rock sample under deformation”, Acoustic Emission., 27 (2009), 157–166.
  5. Дружин Г. И. и др., “Акустические и электромагнитные излучения перед землетрясением на Камчатке”, ДАН, 472:5 (2017), 584–589.. [Druzhin G. I. et al., “Acoustic and electromagnetic emissions preceding the earthquake in Kamchatka Doklady Earth Sciences”, DAN, 472:2 (2017), 215-219].
  6. Купцов А. В. и др., “Анализ изменений геоакустической эмиссии в процессе подготовки сильных землетрясений на Камчатке”, Исследовано в России, 7 (2004), 2809–2818, http://www.sci-journal.ru/articles/2004/262.pdf. [Kupcov A. V. et al., “Analiz izmenenij geoakusticheskoj ehmissii v processe podgotovki sil’nyh zemletryasenij na Kamchatke”, Issledovano v Rossii, 7 (2004), 2809–2818].
  7. Купцов А. В., “Изменение характера геоакустической эмиссии в связи с землетрясением на Камчатке”, Физика Земли, 10 (2005), 59–65. [Kupcov A.V., “Izmenenie haraktera geoakusticheskoj ehmissii v svyazi s zemletryaseniem na Kamchatke”, Fizika Zemli, 2005, № 10, 59–65].
  8. Купцов А. В., Ларионов И. А., Шевцов Б. М., “Особенности геоакустической эмиссии при подготовке камчатских землетрясений”, Вулканология и сейсмология, 5 (2005), 45–58. [Kupcov A. V., Larionov I. A., Shevcov B. M., “Osobennosti geoakusticheskoj ehmissii pri podgotovke kamchatskih zemletryasenij”, Vulkanologiya i sejsmologiya, 2005, № 5, 45–58].
  9. Марапулец Ю. В., Щербина А. О., “Методы исследования пространственной анизотропии геоакустической эмиссии”, Техническая акустика, 8 (2008), 14, http://ejta.org/archive/articles2008/marapuletz1.zip. [Marapulets Yu. V., Shcherbina A. O., “Metody issledovaniya prostranstvennoj anizotropii geoakusticheskoj ehmissii”, Tekhnicheskaya akustika, 2008, № 8, 14].
  10. Марапулец Ю. В., Шевцов Б. М., Мезомасштабная акустическая эмиссия, Дальнаука, Владивосток, 2012, 126 с. [Marapulets Yu. V., Shevtsov B. M., Mezomasshtabnaya akusticheskaya emissiya, Dal’nauka, Vladivostok, 2012, 126 pp.]
  11. Щербина А. О., Изменение направленности высокочастотной геоакустической эмиссии в периоды деформационных возмущений, диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, Паратунка, 2010, 97 с. [Shcherbina A. O., Izmenenie napravlennosti vysokochastotnoj geoakusticheskoj ehmissii v periody deformacionnyh vozmushchenijyu, dissertaciya na soiskanie uchenoj stepeni kandidata fiziko-matematicheskih nauk, Paratunka, 2010, 97 pp.]
  12. Олещук В. Ю. и др., Научно-технический отчет «Исследования влияния сейсмической активности на шумы океана», Акустический институт им. академика Андреева, Тихоокеанский филиал., М., 1991., 222 с. [Oleshchuk V.YU. et al., Nauchno-tekhnicheskij otchet «Issledovaniya vliyaniya sejsmicheskoj aktivnosti na shumy okeana», Akusticheskij institut im. akademika Andreeva, Tihookeanskij filial, M., 1991, 222 pp.]
  13. Сасорова Е. В., Левин Б. В., “Низкочастотные сейсмические сигналы как региональные признаки подготовки землетрясений”, Вулканология и сейсмология, 4/5. (1999), 126–133.. [Sasorova E. V., Levin B. V., “Nizkochastotnye sejsmicheskie signaly kak regional’nye priznaki podgotovki zemletryasenij”, Vulkanologiya i sejsmologiya, 1999, № 4/5, 126–133].
  14. Войтенко Е. А., Моргунов Ю. Н., “Экспериментальные исследования распространения импульсных акустических сигналов в грунте”, Акустический журнал, 57:1 (2011), 73– 74. [Voytenko E. A., Morgunov Yu. N., “Experimental studies of the propagation of buried pulsed acoustic signals in the ground”, Acoustical Physics, 57:1 (2011), 66-67].
  15. Рутенко А. Н. и др., “Мониторинг акустического поля сейсморазведочных импульсов в прибрежной зоне”, Акустический журнал, 58:3 (2012), 356–369. [Rutenko A. N., “Monitoring the acoustic field of seismic survey pulses in the near-coastal zone”, Acoustical Physics, 58:3 (2012), 326-338].
  16. Сапожков М. А., Электроакустика, Связь, М., 1978, 272 с. [Sapozhkov M. A., Elektroakustika, Svyaz’, M, 1978, 272 pp.]
  17. Беспалов П. А., Трахтенгерц В. Ю., Вопросы теории плазмы. Т. 10, Атомиздат, М., 1980, 88 с. [Bespalov P. A., Trahtengerc V. Yu., Voprosy teorii plazmy. V. 10, Atomizdat., M., 1980, 88 pp.]
  18. Вершинин Е. Ф., Пономарев E. A., “О классификации непрерывного УНЧ излучения верхней атмосферы”, Иркутск. СибИЗМИР, Земной магнетизм, полярные сияния и ультранизкочастотное излучение, 1 (1966), 35–43. [Vershinin E. F., Ponomarev E. A., “0 klassifikacii nepreryvnogo UNCH izlucheniya verhnej atmosfery”, Irkutsk: SibIZMIR, Zemnoj magnetizm, polyarnye siyaniya i ul’tranizkochastotnoe izluchenie, 1 (1966), 35–43].
  19. Дружин Г. И. и др., “Аппаратурный комплекс для определения азимутальных углов прихода импульсных ОНЧ-излучений”, Солнечно-земные связи и электромагнитные предвестники землетрясений, Тезисы докладов II Международного совещания, 2001, 14–19. [Druzhin G. I. et al., “Apparaturnyj kompleks dlya opredeleniya azimutal’nyh uglov prihoda impul’snyh ONCH-izluchenij”, Solnechno-zemnye svyazi i ehlektromagnitnye predvestniki zemletryasenij, Tezisy dokladov II Mezhdunarodnogo soveshchaniya, 2001, 32–33].
  20. Дружин Г. И.,Чернева Н. В., Мельников Л. Н., “Пеленгация грозовых источников на Камчатке”, Вестник КамчатГТУ, 7 (2008), 14–17. [Druzhin G. I., Cherneva N. V., Mel’nikov L. N., “Pelengaciya grozovyh istochnikov na Kamchatke”, Vestnik KamchatGTU, 7 (2008), 14–17].
  21. Дружин Г. И. ,Чернева Н. В., Мельников Л. Н., “Грозовая активность по наблюдениям ОНЧ-излучения на Камчатке”, Солнечно-земная физика, 2:12 (2008), 327–328. [Druzhin G. I., Cherneva N. V., Mel’nikov L. N., “Grozovaya aktivnost’ po nablyudeniyam ONCH-izlucheniya na Kamchatke”, Solnechno-zemnaya fizika, 2:12 (2008), 327–328].
  22. Firstov P., Cherneva N., Akbashev R., “Natural factor impact on atmospheric electric field variations in Kamchatka”, E3S Web of Conferences, 20 (2017), 01003.
  23. Фирстов П. П., “Изменение объемной активности радона в подпочвенном газе перед Кроноцким землетрясением”, Кроноцкое землетрясение на Камчатке 5 декабря 1997 г. Предвестники, особенности, последствия, 1999, 177–188. [Firstov P. P. Izmenenie ob»emnoj aktivnosti radona v podpochvennom gaze pered Kronockim zemletryaseniem, Kronockoe zemletryasenie na Kamchatke 5 dekabrya 1997 Predvestniki, osobennosti, posledstviya, Petropavlovsk-Kamchatskij, 1999, 177–188].
  24. Пулинец С. А. и др., “Проверка концепции сейсмо-ионосферных связей в спокойных гелиогеомагнитных условиях на примере Венчуаньского землетрясения в Китае 12 мая 2008 г.”, Геомагнетизм и аэрономия, 50:2 (2010), 240–252. [Pulinets S. A. et al., “Verification of the concept of seismoionospheric coupling under quiet heliogeomagnetic conditions, using the Wenchuan (China) earthquake of May 12, 2008, as an example”, Geomagnetism and Aeronomy, 50:2 (2010), 231-242].
  25. Щербина А. О., Программа регистрации акустического сигнала Sound Processor v.1.1, Свидетельство об отраслевой регистрации разработки. №9537. 27.11.2007. [Shcherbina A. O., Programma registracii akusticheskogo signala Sound Processor v.1.1, Svidetel’stvo ob otraslevoj registracii razrabotki. №9537. 27.11.2007].
  26. Щербина А. О., Программа для выделения геоакустических импульсов и вычисления их направлений SmartPeleng v.0.7, Свидетельство об отраслевой регистрации разработки. №9766. 10.01.2008. [ Programma dlya vydeleniya geoakusticheskih impul’sov i vychisleniya ih napravlenij SmartPeleng v.0.7, Svidetel’stvo ob otraslevoj registracii razrabotki. №9766. 10.01.2008].
  27. Федоров С. О., Валов А. С.,Красильная А. В., Программный комплекс для цифровой фильтрации сигнала с использованием параллельных вычислений «IAC»версия 1.0, Свидетельство о регистрации электронного ресурса. №19790. 24.12.2013. [Fedorov S. O., Valov A. S.,Krasil’naya A. V., Programmnyj kompleks dlya cifrovoj fil’tracii signala s ispol’zovaniem parallel’nyh vychislenij «IAC»versiya 1.0, Svidetel’stvo o registracii ehlektronnogo resursa. №19790. 24.12.2013].
  28. Ким А. А., Федоров С. О., Программа для разряженной аппроксимации сигналов геоакустической эмиссии с применением параллельных вычислений, Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. №2015613613. 19.03.2015. [ Programma dlya razryazhennoj approksimacii signalov geoakusticheskoj ehmissii s primeneniem parallel’nyh vychislenij, Svidetel’stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlya EHVM. №2015613613. 19.03.2015].
  29. Tristanov A. B. et al., “A new approach to study of geoacoustic emission signals”, Pattern Recognition and Image Analysis, 26:1 (2016), 34–44.

Список литературы (ГОСТ)

  1. Адушкин В.В., Спивак А.А Приповерхностная геофизика: комплексные исследования литосферно-атмосферных взаимодействий в окружающей среде // Физика Земли. 2012. №3. С. 3-21.
  2. Гохберг М.Б., Моргунов В.А., Похотелов О.А. Сейсмоэлектромагнитные явления. М.: Наука, 1988. 174 c.
  3. Садовский М.А. и др. Электромагнитные предвестники землетрясений. М.: Наука, 1982. 89 c.
  4. Mori Y., Obata Y., Sikula J. Acoustic and electromagnetic emission from crack created in rock sample under deformation // Acoustic Emission. 2009. vol. 27. P. 157-166.
  5. Дружин Г.И. и др. Акустические и электромагнитные излучения перед землетрясением на Камчатке // ДАН. 2017. Т. 472. №5. С. 584-589.
  6. Купцов А.В. и др. Анализ изменений геоакустической эмиссии в процессе подготовки сильных землетрясений на Камчатке // Исследовано в России. 2004. №7. С. 2809—2818. http://www.sci-journal.ru/articles/2004/262.pdf
  7. Купцов А.В. Изменение характера геоакустической эмиссии в связи с землетрясением на Камчатке // Физика Земли. 2005. №10. С. 59-65.
  8. Купцов А.В., Ларионов И.А., Шевцов Б.М. Особенности геоакустической эмиссии при подготовке камчатских землетрясений // Вулканология и сейсмология. 2005. №5. С. 45-58.
  9. Марапулец Ю.В., Щербина А.О. Методы исследования пространственной анизотропии геоакустической эмиссии // Техническая акустика. 2008. vol. 8. http://ejta.org/archive/\\articles2008/marapuletz1.zip
  10. Марапулец Ю.В., Шевцов Б.М. Мезомасштабная акустическая эмиссия. Владивосток: Дальнаука, 2012. 126 c.
  11. Щербина А.О. Изменение направленности высокочастотной геоакустической эмиссии в периоды деформационных возмущений. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Паратунка. 2010. 97 с.
  12. Олещук В.Ю. и др. Научно-технический отчет «Исследования влияния сейсмической активности на шумы океана». М.: Акустический институт им. академика Андреева, Тихоокеанский филиал, 1991. 222 c.
  13. Сасорова Е.В., Левин Б. В. Низкочастотные сейсмические сигналы как региональные признаки подготовки землетрясений // Вулканология и сейсмология. 1999. №4/5. С. 126-133.
  14. Войтенко Е.А., Моргунов Ю.Н. Экспериментальные исследования распространения импульсных акустических сигналов в грунте // Акустический журнал. 2011. Т. 57. №1. С. 73-74.
  15. Рутенко А.Н. и др. Мониторинг акустического поля сейсморазведочных импульсов в прибрежной зоне // Акустический журнал. 2012. Т. 58. №3. С. 356-369.
  16. Сапожков М.А. Электроакустика. М.: Связь, 1978. 272 c.
  17. Беспалов П.А., Трахтенгерц В.Ю. Вопросы теории плазмы. Т. 10. М.: Атомиздат, 1980. 88 c.
  18. Вершинин Е.Ф., Пономарев E.A. О классификации непрерывного УНЧ излучения верхней атмосферы // Земной магнетизм, полярные сияния и ультранизкочастотное излучение. Иркутск. СибИЗМИР. 1966. №1. C. 35-43.
  19. Дружин Г.И. и др. Аппаратурный комплекс для определения азимутальных углов прихода импульсных ОНЧ-излучений. Солнечно-земные связи и электромагнитные предвестники землетрясений. Тезисы докладов II Международного совещания. 2001. C. 14-19.
  20. Дружин Г.И., Чернева Н.В., Мельников Л.Н. Пеленгация грозовых источников на Камчатке // Вестник КамчатГТУ. 2008. №7. С. 14-17.
  21. Дружин Г.И., Чернева Н.В., Мельников Л.Н. Грозовая активность по наблюдениям ОНЧ-излучения на Камчатке // Солнечно-земная физика. 2008. Т.2. №12. С. 327-328.
  22. Firstov P., Cherneva N., Akbashev R. Natural factor impact on atmospheric electric field variations in Kamchatka // E3S Web of Conferences. vol. 20. 2017. 01003.
  23. Фирстов П.П. Изменение объемной активности радона в подпочвенном газе перед Кроноцким землетрясением. Кроноцкое землетрясение на Камчатке 5 декабря 1997 г. Предвестники, особенности, последствия. 1999. C. 177-188.
  24. Пулинец С.А. и др. Проверка концепции сейсмо-ионосферных связей в спокойных гелиогеомагнитных условиях на примере Венчуаньского землетрясения в Китае 12 мая 2008 г. // Геомагнетизм и аэрономия. 2010. Т. 50. №2. С. 240-252.
  25. Щербина А.О. Программа регистрации акустического сигнала Sound Processor v.1.1Свидетельство об отраслевой регистрации разработки. №9537. 27.11.2007.
  26. Щербина А.О. Программа для выделения геоакустических импульсов и вычисления их направлений SmartPeleng v.0.7. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки. №9766. 10.01.2008.
  27. Федоров С.О., Валов А.С., Красильная А.В. Программный комплекс для цифровой фильтрации сигнала с использованием параллельных вычислений «IAC» версия 1.0. Свидетельство о регистрации электронного ресурса. №19790. 24.12.2013.
  28. Ким А.А., Федоров С.О. Программа для разряженной аппроксимации сигналов геоакустической эмиссии с применением параллельных вычислений. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. №2015613613. 19.03.2015.
  29. Tristanov A.B. et al. A new approach to study of geoacoustic emission signals // Pattern Recognition and Image Analysis. 2016. vol. 26. no. 1. P. 34-44.

 

Для цитирования: Ларионов И. А., Малкин Е. И., Марапулец Ю. В., Мищенко М. А., Солодчук А. А. Макет автоматизированного аппаратно-программного комплекса для оперативного мониторинга, идентификации и анализа геофизических сигналов // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2018. № 4(24). C. 213-225. DOI: 10.18454/2079-6641-2018-24-4-213-225
For citation: Larionov I. A., Malkin E. I., Marapulets Yu. V., Mishchenko M. A., Solodchuk A. A. Layout for automated software-hardware complex for gephysical signal on-line monitoring, identification and analysis, Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2018, 24: 4, 213-225. DOI: 10.18454/2079-6641-2018-24-4-213-225

Поступила в редакцию / Original article submitted: 08.10.2018

LarionovЛарионов Игорь Александрович – кандидат физико-математических наук, заместитель директора по научной работе, Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, Камчатский край, c. Паратунка, Россия.
Larionov Igor’ Aleksandrovich – PhD. (Phys.& Math), Deputy Director for Scientific Affairs Institution Institute of Cosmophysical Research and Radio Wave Propagation, FEB RAS, Russia.

1

1

1

1

mal  Малкин Евгений Ильич – младший научный сотрудник лаборатории электромагнитных излучений Института космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, Камчатский край, с. Паратунка, Россия.
  Malkin Evgeniy Il’ich – Junior Researcher Laboratory of electromagnetic radiation, Institute of Space Physics Research and Radio Wave Propagation FEB RAS, Kamchatskiy kray, Paratunka, Russia.

1

1

1

Mar  Марапулец Юрий Валентинович – доктор физико математических наук, доцент, директор Института космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, профессор кафедры информатики КамГУ им. Витуса Беринга.
    Marapulets Yuri Valentinovich – Dr. Sci. (Phys. & Math.), Associate Professor, Director for Science Institute of Space Physics Research and Radio Wave Propagation FEB RAS, Professor of Dep. computer science Vitus Bering Kamchatka State University.

1

1

1

1

mish   Мищенко Михаил Александрович – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории акустических исследований Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, Камчатский край, c. Паратунка, Россия.
   Mishchenko Mihail Aleksandrovich – Ph.D. (Phys. & Math.), Senior Reseacher of Laboratory of acoustic Research Institution Institute of Cosmophysical Research and Radio Wave Propagation FEB RAS, Paratunka, Russia.

1

1

1

sol    Солодчук Александра Андреевна – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории акустических исследований, Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, Камчатский край, c. Паратунка, Россия. ORCID: 0000-0002-6761-8978.
   Solodchuk Aleksandra Andreevna – Ph.D. (Phys.& Math.), Researcher of Laboratory of acoustic Research Institution Institute of Cosmophysical Research and Radio Wave Propagation FEB RAS, Paratunka, Kamchatka region, Russia. ORCID: 0000-0002-6761-8978.

1

1

1

Скачать статью Ларионов И.А. и др.