Информационно-измерительная система сети геоэлектрических измерений

Внедрение: 2016 г.

В диссертационной работе [1] мы находим интересное применение преобразователя E14-140M в Информационно-измерительной системе сети геоэлектрических измерений. В данной системе регистрировались кратковременные контрастные геоэлектрические сигналы, отличающиеся по величине амплитуды более чем в 2.7…3.14 раза от фона (рисунок 1).

Рисунок 1. Суточная (08.10.2016 г.) вариация разностей потенциалов, переменная составляющая в канале СВ2Ц1 на станции С8-ИМФПЭТ-Крым, где № 1 обозначает момент контрастного всплеска.

Разности геоэлектрических потенциалов, согласно методике Д.А. Кузнецова, измеряются на парах электродов, расположенных в близкорасположенных шурфах (рисунок 2).

Рисунок 2. Система наблюдения разностей геоэлектрических потенциалов на типовой станции: 1 – северо-восточный шурф; 2 – центральный шурф; 3 – юго-западный шурф; 0 – отдельный нулевой провод.

В разделе диссертации «Сеть станций геоэлектрических измерений» приведены сведения о сети измерительных пунктов синхронной регистрации нестационарных геоэлектрических процессов в Евразии, организованной автором в инициативном порядке. В настоящий момент функционируют 12 пунктов измерения разностей геоэлектрических потенциалов в приповерхностной части разреза, параметры которых представлены на рисунке 3.
 

Рисунок 3. Сеть многоэлектродных станций: 1 – группа из 6 станций в районе г. Петропавловск-Камчатский и г. Елизово; 2 – пос. Эссо; 3 – г. Горно-Алтайск; 4 – Крым; 5 – 2 станции в районе г. Кьети; 6 – г. Ефремов; 7 – г. Тула. 

Автоматический ввод ежесекундных измерений в компьютер выполняется в частотном диапазоне 0.01–4000 Гц с помощью многоканального сертифицированного измерительного USB-модуля E14-140M. Станции работают в автономном режиме и осуществляют передачу данных на центральный сервер, доступный в Интернет по адресу http://cosmetecor.org . Данные доступны в виде текстовых файлов по адресу ftp://cosmetecor.org. Автоматические измерения проводятся в формате UT-времени.

В состав информационно-измерительной системы входят измерительные блоки (на основе модуля E14-140M) и сервера для приема, анализа и хранения данных (рисунок 4).

Рисунок 4. Измерительный блок на базе Е14-140М (16 каналов).

Расчёт постоянной и переменной составляющей выполняется программно (рисунок 5). Постоянная составляющая вычисляется путем применения к исходному сигналу фильтра нижних частот (ФНЧ) (БИХ-фильтр, 6-й порядок, частота среза 10.0 мГц) и последующей децимацией до частоты дискретизации 1 Гц. Переменная составляющая вычисляется путем последовательного применения фильтра верхних частот (ФВЧ) (БИХ-фильтр, 6-й порядок, частота среза 4 Гц), выпрямления полученного сигнала и последующего применения ФНЧ (БИХ-фильтр, 6-й порядок, частота среза 10 мГц). В качестве фильтров используются цифровые фильтры Бесселя.

Рисунок 5. Схема обработки сигналов.

Разработана схема информационного взаимодействия (рисунок 6) операционного центра, работающего под управлением операционной системы Ubuntu (Debian GNU/Linux) и СУБД MySQL. Программное обеспечение (ПО) для ввода, хранения, графического представления, выборки данных и анализа данных геоэлектрических измерений и комплекса геофизических наблюдений разработано в виде комплекта скриптов на языке Ruby, выполняемых на центральном сервере.
 

Рисунок 6. Cхема информационного взаимодействия операционного центра.
 

На сайте http://cosmetecor.org обеспечивается свободный доступ к графикам через web-интерфейс. На сервере реализовано ПО предварительной обработки временных рядов многоэлектродных станций для последующего анализа методом агрегированных сигналов.

На рисунке 7 представлены спектрально-временные диаграммы эволюции логарифма спектров мощности агрегированных сигналов 2-го порядка от 3-x и 6-ти станций на Камчатке. Цель вычисления спектра мощности – показать, что увеличение числа станций, включенных в процесс агрегации 2-го порядка для станций, на Камчатке несущественно влияет на спектральную структуру агрегированного сигнала. 

Рисунок 7. Спектрально-временные диаграммы эволюции логарифма спектров мощности Фурье-агрегированных сигналов 2-го порядка для 3-х (а’) и 6-ти (б’) станций на Камчатке. Время, часы от начала 2012 года, правый конец скользящего временного окна длиной 672 часа со смещением 24 часа; а” и б” – графики соответствующих усреднённых спектров от всех окон. 

Предложенная методика комплексного анализа многомерных временных рядов (геоэлектрических и сейсмических) совместно с применением алгоритма идентификации сигналов-предвестников, связанных со всплесками коэффициентов парной корреляции между различными каналами станции геоэлектрических измерений, могут представлять собой динамические оперативные оценки текущей сейсмической опасности как на региональном, так и на глобальном уровне.

Указанные методы и технологии были апробированы при изучении нестационарных геоэлектрических сигналов по территории Евразии.

Источник:

Бобровский В.С. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук «Программно-аппаратные средства сети геоэлектрических измерений для изучения локальных и глобальных эффектов, предваряющих сильные землетрясения». – М. – 2016. – 23 с.

Разработчик: Бобровский Вадим Сергеевич (МГРИ-РГГРУ)