Аппаратно-программный комплекс контроля сейсмической опасности

Внедрение: 2020 г.

Для обеспечения комплексного анализа геофизических сигналов с целью изучения процессов, происходящих в приповерхностной литосферно-атмосферной системе Земли в периоды фоновой и аномальной активности, разработан аппаратно-программный комплекс (АПК), состоящий из двух пространственно разнесенных частей: автономной и стационарной [1].

Стационарная часть комплекса находится в лабораторном корпусе ИКИР ДВО РАН. Автономная часть расположена в удалённом от техногенных шумов пункте комплексных наблюдений ИКИР ДВО РАН «Карымшина» (52.83° N, 158.13° E). Для обмена данными и контроля работы удаленного оборудования части АПК связаны высокоскоростным Wi‑Fi интерфейсом. Структура комплекса представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема аппаратно-программного комплекса сбора, обработки и анализа сигналов геоакустического и электромагнитного излучений.

Автономная часть АПК представляет собой систему для регистрации сигналов геоакустической эмиссии (ГАЭ) и электромагнитного излучения. Особенностью системы наблюдения сигналов ГАЭ является использование в качестве приемников широкополосных пьезокерамических гидрофонов, установленных у дна искусственных водоемов. На рисунке 2 показана обобщенная схема регистрации ГАЭ. Генерация эмиссии происходит в приповерхностных осадочных породах, а регистрация сигнала осуществляется в жидкой среде у дна водоема.

Рисунок 2. Схема наблюдения геоакустической эмиссии. Приведено вертикальное сечение через точку установки приемника. Штриховкой отмечена область, из которой может осуществляться прием сигнала.

Для регистрации сигналов электромагнитного ОНЧ‑излучения используется многоканальный ОНЧ‑регистратор, состоящий из двух рамочных магнитных и одной вертикальной электрической штыревой антенн, предварительных усилителей, согласованных по входу с антеннами, и кабельной линии связи. На рисунках 3 и 4 представлены конструкция ОНЧ‑регистратора и его структурная схема.

Рисунок 3. ОНЧ-регистратор: конструкция, установленная в пункте наблюдений.	Рисунок 4. Структурная схема: ЭА – электрическая антенна; РА1, РА2 – рамочные антенны; ПУ – предварительный усилитель; КЛС – кабельная линия связи; У – оконечный усилитель; КА – калибровочная антенна; ГНС – генератор тестовых сигналов.

На рисунке 5 представлена структура автономной части АПК. Она представляет собой независимую систему, способную хранить данные за 5 месяцев. Энергопитание аппаратуры обеспечивается солнечной электростанцией, а в пасмурную погоду дополнительно может использоваться дизель-генератор. Аналоговые сигналы, полученные с помощью первичных преобразователей («Датчик 1», …, «Датчик N»), проходят предварительное усиление и поступают на входы АЦП модуля E‑502.

Рисунок 5. Система регистрации сигналов геоакустической эмиссии и электромагнитного излучения.

Апробирование автономной части АПК на реальных сигналах геоакустической эмиссии и электромагнитного излучения показало, что энергоэффективный цифровой комплекс с суммарным энергопотреблением, не превышающим 25 Вт, обеспечивает регистрацию и хранение без потерь данных. Контроль метеофакторов осуществляется с помощью метеостанции, установленной в месте регистрации геофизических сигналов. Синхронизация по времени всех регистрируемых сигналов осуществляется с помощью GPS приемника.

Стационарная часть АПК представляет собой два сервера: сервер хранения данных и сервер обработки данных. Программная часть комплекса состоит из отдельных программных модулей. В автономной части АПК на миникомпьютере под управлением операционной системы Ubuntu (с ядром Linux) установлен программный комплекс «e502monitor», разработанный для сбора данных с использованием АЦП L‑Card E‑502. 

Результаты тестирования АПК показали устойчивость алгоритмов и способность работы программ в режиме времени, близкому к реальному. Все описанные системы регистрации и комплексы программ работают в автоматическом или полуавтоматическом режимах.

Источники:

1. Комплексный анализ акустических и электромагнитных сигналов для оценки уровня сейсмической опасности: монография / Ю.В. Марапулец, Ю.И. Сенкевич, О.О. Луковенкова [и др.]. – Владивосток: Дальнаука, 2020. – 120 с.
2. Исследование сигналов сейсмоакустической эмиссии приповерхностных осадочных пород Камчатки: [Электронный ресурс] // ООО «Л Кард». М,. 2021. URL: https://www.lcard.ru/portfolio/geoacoustic_noise (Дата обращения: 11.08.2021).

Разработчик: ФГБУН Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН (Камчатский край, с.Паратунка)