, (15)
где VP, VS – скорости сейсмических P и S волн соответственно, DT – разность времён вступлений P и S волн. Применительно к полигонным источникам: 
, где VS, VA – скорости распространения сейсмических и акустических волн соответственно, DT – разность времён вступлений сейсмических и акустических волн.
Рис. 6. Иллюстрация результата покрытия эталонами областей принятия решения для двух типов событий: полигонных и карьерных промышленных взрывов
Азимут на источник определяется по направлению максимума диаграммы направленности регистрирующей линейки сейсмоприемников, выступающей в качестве приемной антенны. Диаграмма направленности вычисляется путём расчёта коэффициента направленного действия (КНД) сейсмической антенны.
Вычисление коэффициента направленного действия производится по формуле:
, где (16)
,
Произведено оценивание погрешности локации сейсмических источников с помощью разработанных алгоритмов. Погрешность локации определялась:
, (17)
где sR – стандартное отклонение невязок между вычисленными и истинными координатами событий, Ri – истинное расстояние “источник-приёмник” для каждого i-го события (вычисленное по GPS).
Для полигонных взрывов с помощью многоканальной обработки и обработки в одноканальном режиме (с использованием вейвлет-фильтрации) погрешность (17) составила не более 3.5%.
Погрешность локации промышленных взрывов (удалённых на несколько сотен километров) составила не более 5%.
В четвертой главе приводиться описание созданного программного обеспечения на основе разработанных алгоритмов для автоматизированной локации сейсмических событий в режиме реального времени.
Программный комплекс спроектирован в двух вариантах, ориентированных на различные применения:
1. Система обработки данных в режиме реального времени – «SeismoDetector». Представляет собой консольное приложение, осуществляющее обмен данными с внешним программным окружением посредством стандартных интерфейсов и протоколов.
2. Интерактивная среда обработки сейсмических данных с графическим интерфейсом пользователя - «SeismoDetector GUI». Включает в себя все разработанные программы обработки данных, которые являются универсальным инструментом оперативной цифровой обработки сейсмических сигналов с визуальным отображением результатов.
Система «SeismoDetector» разработана с учетом возможностей современных вычислительных средств, а также исходя из соображений универсальности взаимодействия с программным окружением POSIX-совместимых ОС:
· Раздельная реализация модулей вычислительного ядра и графической подсистемы, что обеспечивает дополнительную гибкость конфигурирования и расширяет спектр программных решений на базе разрабатываемой системы.
· Использование многопоточной обработки данных, что обусловлено применением современных многоканальных систем регистрации сейсмических данных (мобильные сейсмические группы), а также современных вычислительных систем с многоядерной архитектурой.
· Обеспечена возможность переносимости программной системы на различные ОС и различные аппаратные архитектуры.
В соответствии с требованиями к функциональности программной системы, сформулированными исходя из её прикладного назначения, в системе реализованы программы:
· аддитивной и мультипликативной многоканальной обработки сейсмических данных;
· вейвлет-фильтрации сейсмических данных;
· вычисления огибающей сигнала на основе метода STA/LTA;
· порогового обнаружения импульсов и идентификации типа события с использования замкнутых разделяющих поверхностей;
· определения координат источника (в полярной системе координат) на основе вычисления азимута на источник (коэффициент направленного действия сейсмической антенны) и расстояния «источник-приёмник».
Реализованы следующие сервисные функции:
· подсистема протоколирования процесса обработки сейсмических данных на всех этапах решения задачи локации;
· вывод результатов обнаружения, измерения параметров волн и локации сейсмических источников в БД (MySQL, Postgres SQL, и др.);
· отправка сообщений о результатах обработки посредством различных сетевых протоколов, а также запуска сценариев;
· визуализации координат источника на цифровой карте местности на основе вывода результатов локации на стандартном языке KML, используемом в целом ряде профессиональных ГИС-систем, таких как: ESRI ArcGIS Explorer, GRASS, MAPinfo, OpenStreetMap, Google Earth и др.
Интерактивная среда обработки сейсмических данных с графическим интерфейсом пользователя - «SeismoDetector GUI» представляет собой графическую оболочку к разработанному комплексу программ и является универсальной средой обработки сейсмических данных. Программа SeismoDetector GUI включает в себя алгоритмы: многоканальной обработки, вейвлет-фильтрации, построения амплитудной огибающей, скользящего среднего, построения функции STA/LTA, обнаружения, распознавания сейсмических событий, вычисления азимутального направления источника, корреляционного анализа данных, интерполяции данных, спектрального анализа, генерирования модельных сейсмических сигналов различного типа и формы.
Применительно к рассмотренному ряду актуальных задач и практических применений, разработанное программное обеспечение позволяет:
· производить автоматизированную обработку сейсмических данных в полевых условиях в режиме реального времени;
· использование человеком-оператором в ручном или полуавтоматическом режиме;
· использование в качестве универсального инструмента по цифровой обработке сейсмических сигналов.
В заключении формулируются основные выводы по результатам исследований.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
Основные результаты, полученные в работе:
1. Сформулированы основные этапы решения проблемы геоакустической локации с применением мобильных сейсмических групп в интересах обнаружения и распознавания удаленных промышленных и ближних полигонных взрывов, областей подготовки землетрясений, падающих на Землю отделяющихся ступеней ракет-носителей и др. сейсмических источников.
2. Предложен и проанализирован алгоритм многоканальной мультипликативной обработки сейсмических сигналов с целью оптимизации обнаружения сейсмических и акустических волн и вычисления направления их прихода от источника. Исследована его помехоустойчивость по отношению к традиционно используемому линейному алгоритму синхронного суммирования сейсмограмм при различных соотношениях уровней волн и шумов. Доказана на порядок более высокая точность вычисления моментов прихода сейсмических волн мультипликативным алгоритмом.
3 Выполнен анализ эффективности применения алгоритма вейвлет-фильтрации для выделения волновых форм для последующего высокоточного определения параметров сейсмических волн. Доказана его высокая помехоустойчивость при выделении волновых форм для соотношений амплитуд волн и уровней шумов до 1/8.
4. Проанализирован вклад волновых полей разной физической природы – сейсмических и акустических – с целью повышения эффективности обнаружения и распознавания полезных сигналов и шумов. Произвёден анализ и выбор информативных признаков обоих типов волн, теоретически обоснован и предложен метод замкнутых разделяющих поверхностей, алгоритм их построения для идентификации разного класса сейсмических источников.
5. Получены экспериментальные оценки эффективности созданных средств применительно к геоакустической локации полигонных и карьерных промышленных взрывов в условиях натурных экспериментов.
6. Разработано и исследовано программное обеспечение для оперативной обработки широкого класса сейсмических сигналов и шумов в POSIX-совместимых ОС и графических средств визуализации сейсмических источников. Оценена эффективность выполненной разработки по отношению к задачам обнаружения и распознавания полигонных и карьерных взрывов в режиме реального времени.
Основные результаты диссертации опубликованы в работах [1-11].
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. , Авроров метод выделения и измерения параметров сейсмических волн. ГЕО-Сибирь-2006. //Сборник материалов международного научного конгресса «ГЕО-Сибирь-2006». Т.3. Мониторинг окружающей среды, геоэкология, дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия. Новосибирск: Изд-во СГГА, 2006. , Часть 2- С. 8-13.
2. Авроров программной системы для поточного обнаружения и распознавания сейсмических сигналов. НАУКА. ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИИ //Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 7-ми частях. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. Часть. 2 - С. 64-66.
3. Авроров обнаружение и распознавание сейсмических волн в шумах. ГЕО-Сибирь-2007. //Сборник материалов международного научного конгресса «ГЕО-Сибирь-2007». Т.3. Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология. Новосибирск: Изд-во СГГА, 2007.- С. 269-273.
4. , Хайретдинов обработка данных в иерархических системах и сетях. Новосибирский государственный технический университет. Научный вестник НГТУ /[редкол.: (гл. ред.) и др.].-Новосибирск: Изд-во НГТУ.-№ 2.-2010, С.3-12.
5. Авроров характеристик обнаружения и распознавания импульсных сейсмических источников // Труды конференции молодых учёных.– Новосибирск: ИВМиМГ СО РАН, 2009.– С. 3-10.
6. , Авроров процедура поточного обнаружения и идентификации сейсмических событий. // Вестник НЯЦ РК, 2008. – С.70-75.
7. Авроров система сейсмического мониторинга окружающей среды. НАУКА. ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИИ //Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 7-ми частях. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. Часть. 1 - С. 159-162.
8. Авроров система сейсмического мониторинга окружающей среды. Молодежь и современные информационные технологии. Сборник трудов VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Томск, 26-28 февраля 2008 г, С.453-454.
9. S. Avrorov, M. Khairetdinov. Stream-Handling Seismic Waves Detection and Recognition System. Proceedings of 2008 IEEE region 8 International conference on computational technologies in electrical and electronics engineering, Novosibirsk, Russia, July 21-25, 2008, pp. 313-317.
10. Khairetdinov, M. Avrorov, putational technology in seismic monitoring system. Proceedings of 2010 IEEE region 8 International conference on computational technologies in electrical and electronics engineering, Irkutsk, Russia, July 11-15, 2010, pp. 86 - 90.
11. Khairetdinov M. S., Avrorov S. A., Livenets A. A. A computational technology in seismic monitoring. // Bulletin of the Novosibirsk Computing Center. Series: Mathematical modeling in geophysics. Is. 13 (2010). NCC Publisher, Novosibirsk, 2010 (in press).
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ
МЕТОДОВ И ПРОГРАММ ГЕОАКУСТИЧЕСКОЙ
ЛОКАЦИИ МОБИЛЬНЫМИ СЕЙСМИЧЕСКИМИ ГРУППАМИ
Автореферат диссертации
на соискание учёной степени кандидата технических наук
Подписано в печать 19.11.2010 г. Формат 60x84/16.
Усл. печ. л. 1.5. Уч.-изд. л. 1.5. Тираж 100 экз. Заказ № 000
Отпечатано в Принт»
630090, Новосибирск, пр. Лаврентьева, 6
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
