×
24.01.2019
219.016.b33a

СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КООРДИНАТ ГИПОЦЕНТРА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для оперативного прогнозирования гипоцентра землетрясения. Сущность: из волновых форм шумов пяти сейсмических станций фильтрацией извлекают моменты прихода импульсов от микроразрывов в очаге подготовки предстоящего землетрясения. На основании полученных данных решают систему соответствующих нелинейных уравнений. По результатам решения системы линейных уравнений определяют гипоцентр землетрясения. Технический результат: оперативное прогнозирование гипоцентра землетрясения. 7 ил., 2 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для оперативного прогнозирования координат гипоцентра землетрясений. Ближайшим аналогом к заявляемому способу является "Способ оперативного прогноза места готовящегося землетрясения", патент РФ №2355000.

Сущность: на каждой из, по меньшей мере, трех сейсмических станций устанавливают пару идентичных с многолепестковыми диаграммами чувствительности гравитационных вариометров, расположенных под углом друг к другу, не кратным 90°, и ориентированных по сторонам света с начальными углами ориентации. При изменении положений коромысел гравитационных вариометров определяют изменения углов относительно углов их начальной ориентации с последующим определением по диаграмме чувствительности и величине изменения угла ориентации каждого прибора направления на очаг готовящегося землетрясения. Место очага определяют путем пересечения направлений на этот очаг, полученных, по меньшей мере, с трех сейсмических станций. Достоинство: повышение достоверности прогноза.

К недостаткам этого способа можно отнести то, что оси чувствительных датчиков должны быть ориентированы по базе, т.е. для реализации способа не могут быть использованы сейсмические станции, поставляющие данные в международные геофизические центры. Между тем таких стаций множество, они объединены в сети и данные волновых форм землетрясений доступны через интернет.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение оперативного прогнозирования гипоцентров землетрясений за счет возможности использования волновых форм шумов, регистрируемых любыми сейсмическими станциями.

В работе (Епанешников В.Д., Епанешникова И.В. Способ краткосрочного прогнозирования локальной магнитуды землетрясения. Патент 2558277. РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ. ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ. 27.07.2015. Бюл. №21).

предложен способ краткосрочного прогнозирования землетрясения, основанный на применении в сейсмике методов технической диагностики. Разработанные критерии подготовки землетрясения, вычисляемые по данным волновых форм сейсмических станций, позволяют прогнозировать время землетрясения и его локальную магнитуду (магнитуду в месте расположения регистрирующей сейсмической станции). Для полного набора прогнозируемых данных необходимо вычислять координаты гипоцентра предстоящего землетрясения. Это поможет экстраполировать магнитуду землетрясения в гипоцентре и прогнозировать ее для населенных пунктов, не имеющих сейсмических станций.

Заявляемый нами способ использует волновые формы шумов от очага будущего землетрясения, регистрируемых минимум пятью сейсмическими станциями. Основное отличие от способа-прототипа состоит в следующем. Если в способе-прототипе регистрируются сейсмические шумы при динамической раскачке очага землетрясения перед ударом для определения эпицентра будущего землетрясения методом изменение угла ориентации каждого регистрирующего прибора, то в нашем способе осуществляется оперативное прогнозирование гипоцентра без изменения ориентации сейсмических станций.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является обеспечение оперативного прогнозирования гипоцентров землетрясений за счет возможности выделения шумов очага землетрясения на фоне других всевозможных шумов.

1. Постановка задачи

Геометрия решения задачи локации гипоцентра землетрясения представлена на фиг. 1.

Здесь X, Y, Z - декартовы координаты гипоцентра будущего землетрясения (неизвестны), Xi, Yi, Zi i=(0, …, 4) - координаты регистрирующих сейсмических станций (известны).

Обозначим как

i=(0, …, 4)

расстояния от гипоцентра до i-ой сейсмической станции.

Обозначим как

ΔSi=Si-S0 и i=(1, …, 4), где V есть скорость распространения сейсмических волн от микроразрыва среды в очаге подготавливаемого землетрясения. Тогда Δti есть расчетное смещение времени прихода сейсмической волны от микроразрыва в очаге в i-ю станцию относительно времени прихода волны в нулевую станцию. Пусть ΔTi есть измеренное (найденное при обработке волновых форм шумов очага подготавливаемого землетрясения) смещение времени прихода сейсмической волны от микроразрыва в очаге в i-ю станцию относительно времени прихода волны в нулевую станцию. Теперь есть возможность записать систему уравнений для нахождения неизвестных координат гипоцентра, но прежде перейдем в сферическую систему координат для того чтобы оперировать общепринятыми географическими координатами.

Обозначим как

где ρ - радиус-вектор в точку гипоцентра из центра Земли, θ - географическая широта гипоцентра в градусах (отсчитывается от плоскости экватора), ϕ - географическая долгота гипоцентра в градусах. Далее обозначим как

Rp=6356.86;

Re=6378.2;

phi=39.87;

ρz=cos(phi*kof)*(Re-Rp)+Rp;

i=(1, …, 4).

Здесь Xi, Yi, Zi i=(1, …, 4) - декартовы координаты регистрирующих сейсмических станций, выраженные через их географические координаты.

Тогда система уравнений запишется как

где с учетом (1, 2) неизвестными являются ρ, θ, ϕ, V.

2. Фильтрация волновых форм.

Рассмотрим процедуру извлечения ΔTi i=(1, …, 4) из волновых форм шумов, зарегистрированных пятью сейсмическими станциями. От каждой станции были взяты три волновые формы шумов - ВНЕ (ВН1), BHN (ВН2) и BHZ, измеренные в течение 30 минут в момент, предшествующий землетрясению. Выбор момента начала измерений основан на использовании методики из работы (Епанешников В.Д., Епанешникова И.В. Способ краткосрочного прогнозирования локальной магнитуды землетрясения. Патент 2558277. РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ. ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ. 27.07.2015. Бюл. №21).

Обозначим волновые формы шумов как

i=(1, …, 4), j=(1, 2, …, N).

Здесь i - номер станции, j - номер отсчета в дискретной волновой форме, tj - время текущего отсчета в дискретной волновой форме, N - количество точек в волновых формах.

Фильтрация шумов производилась в частотном диапазоне. Для этого к каждой волновой форме было применено быстрое преобразование Фурье (Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. СПБ.: Питер, 2003. - 608 с.).

Для этого во всех волновых формах должна быть одинаковая частота дискретизации (при необходимости использовалась линейная интерполяция) и одинаковое число отсчетов N.

Обозначим спектры волновых форм шумов как

i=(0, …, 4), j=(1, 2, …, N),

где ωj - отсчеты круговой частоты (радианы).

Обозначим граничные значения отсчетов частоты k2=N/16; k3=N/4. В прямой и зеркальной ветвях спектра выделялись диапазоны (к2-к3). Вне этих диапазонов значения принимались равными нулю.

Далее осуществлялась фильтрация по задержке сигналов.

Обозначим, например, как

Тогда есть фаза сигнала в точке j, и в точке j+1. Сигнал от микроразрыва в гипоцентре, регистрируемый станцией, задержан относительно исходного. При этом фазовый спектр приобретает дополнительное слагаемое, линейно зависящее от частоты. Если в каждом последующем отсчете эта закономерность нарушается, то этот отсчет принадлежит другому источнику и он принимается равным нулю. При фильтрации было использовано условие

Если abs(c1)>abs(c), то для всех отсчетов спектра.

Затем осуществлялась фильтрация сигнала по групповой задержке.

Групповая задержка на частоте ω - это задержка огибающей узкополосного сигнала со средней частотой ω, пропорциональная производной от фазо-частотной характеристики. При фильтрации было использовано условие

Если abs(c1-с)<const1 или abs(c1-с)>const2, то для всех отсчетов спектра.

Постоянные const1 и const2 подбирались.

После всех этапов фильтрации производилось обратное быстрое преобразование Фурье, полученные волновые формы во временной области очищались от очень низких и высоких фаз и далее использовались для вычисления ΔTi i=(1, …, 4).

Работоспособность разработанной методики фильтрации была проверена на пост-мониторинге двух прогнозируемых землетрясений - в Греции и Калифорнии (1, 2 в таблице 1).

Для прогнозирования координат гипоцентров этих землетрясений были использованы волновые формы шумов землетрясений 3, 4 в таблице 1.

Все сведения о волновых формах землетрясений и характеристиках сейсмических станций были взяты по интернет-адресу (http://ds.iris.edu/wilber3/find_event).

В таблице 1 приведены характеристики этих землетрясений.

На фиг. 2 представлены характеристики регистрирующих станций для землетрясения 1 (см. таблицу 1), а на фиг. 3 - для землетрясения 2. Идентифицирующее землетрясение для Греции (3 в таблице 1) предваряет прогнозируемое землетрясение по времени на 01:01:34. Идентифицирующее землетрясение для Калифорнии (4 в таблице 1) предваряет прогнозируемое землетрясение по времени на 01:10:45. Для этих идентифицирующих землетрясений осуществлялось начало чтения волновых форм за 30 минут до землетрясения (шумы). Длительность волновых форм составляла 30 минут для всех станций на фиг. 2, 3.

На фиг. 4, 5 приведены результаты фильтрации волновых форм шумов BHN, зарегистрированных станциями ANTO и KIV для прогнозирования гипоцентра землетрясения 1 из таблицы 1.

На основании результатов фильтрации были найдены значения ΔTi i=(1, …, 4) для уравнения (3) с возможной точностью по времени (0.005 с).

Для станций на фиг. 2 опорной являлась станция - GRFO.

ΔTANTO=-330.55 с; ΔTKIV=-65.16 с; ΔTGNI=-32.83 с; ΔTOBN=76.205 с;

Для станций на фиг. 3 опорной являлась станция с минимальным временем прихода сигнала от очага - PASC.

ΔTPFO=45.67 с; ΔТСМВ=63.0 с; ΔTTUC=193.115 с; ΔTANMO=287.195 с;

3. Решение задачи поиска гипоцентра.

Нелинейная система уравнений (1, 2, 3) решалась методом Ньютона (Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. СПб.: Издательство "Лань", 2009. - 672 с.) по итерационной схеме:

xp+1р+D-1(xp)ƒ(xp),

где х - вектор неизвестных (ρ, θ, ϕ, V), р - номер итерации, D-1(xp) - обратная матрица Якоби, вычисляемая по методу Гаусса, ƒ(хр) - система уравнений (1, 2, 3).

Итерационный процесс заканчивался, когда суммарное абсолютное отклонение всех параметров от значений на предыдущей итерации не превышало заданной величины.

Начальные значения искомых переменных принимались следующими: V=3.72 км/с, ρ=(ρz-5.25) км, θ, ϕ - координаты сейсмической станции с наименьшим временем прихода сигнала от микроразрыва в гипоцентре предстоящего землетрясения. На фиг. 6, 7 представлены результаты поиска гипоцентров землетрясений (1, 2) из таблицы 1. Найденные значения ΔT(ΔS) хорошо укладываются в линейную зависимость.

В таблице 2 приведены истинные и найденные значения координат гипоцентров.

Ошибки вычислялись относительно найденных значений.

Способ оперативного прогнозирования гипоцентра землетрясения, заключающийся в том, что используют пять сейсмических станций, из волновых форм шумов которых извлекают фильтрацией моменты прихода импульсов от микроразрывов в очаге подготовки предстоящего землетрясения и на их основе решают систему соответствующих нелинейных уравнений, отличающийся тем, что по результатам решения системы линейных уравнений определяют гипоцентр землетрясения.
СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КООРДИНАТ ГИПОЦЕНТРА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ
СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КООРДИНАТ ГИПОЦЕНТРА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ
СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КООРДИНАТ ГИПОЦЕНТРА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 49 items.
10.05.2016
№216.015.3b99

Охлаждающая конструкция для земляных сооружений на вечномерзлых грунтах и способ ее возведения

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при строительстве и реконструкции земляных сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах. Охлаждающая конструкция для земляных сооружений на вечномерзлых грунтах представляет собой покрытие из каменной наброски, уложенной на откос...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583107
Дата охранного документа: 10.05.2016
27.08.2016
№216.015.4d37

Устройство для компенсации реактивной мощности электроподвижного состава

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение коэффициента мощности к электровоза до экстремально высоких значений. Устройство для компенсации реактивной мощности содержит многообмоточный трансформатор напряжения, связанный с нагрузкой из выпрямительно-инверторного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595265
Дата охранного документа: 27.08.2016
20.08.2016
№216.015.4dab

Система электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока 25кв

Изобретение относится к подаче электроэнергии к электрическим сетям, контактирующим с токоприемниками транспортных средств. Система электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока содержит систему внешнего электроснабжения, систему районного электроснабжения, тяговые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595088
Дата охранного документа: 20.08.2016
27.08.2016
№216.015.4f25

Способ получения фотокатализатора на основе висмутата щелочноземельного металла и способ очистки воды от органических загрязнителей фотокатализатором

Изобретение относится к способу получения фотокатализатора на основе висмутата щелочноземельного металла и к способу фотокаталитической очистки воды от органических загрязнителей. Способ получения фотокатализатора включает растворение нитрата висмута и нитрата щелочноземельного металла в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595343
Дата охранного документа: 27.08.2016
27.08.2016
№216.015.5102

Буксовый поводок

Буксовый поводок содержит корпус, выполненный заодно целое с большой и малой головками, длинный валик с двумя составными втулками и дистанционным кольцом, короткий валик с двумя составными втулками и дистанционным кольцом. Валики установлены в цилиндрические отверстия головок корпуса,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595729
Дата охранного документа: 27.08.2016
10.08.2016
№216.015.54df

Земляное сооружение двухпутного железнодорожного пути

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении насыпей вторых путей железных дорог, преимущественно на слабых при протаивании вечномерзлых грунтах и болотах. Земляное сооружение двухпутного железнодорожного пути содержит насыпь первого пути и досыпанную к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593270
Дата охранного документа: 10.08.2016
12.01.2017
№217.015.5f80

Устройство для диагностики состояния изоляции силовых цепей

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для диагностики состояния изоляции силового электрического оборудования, в частности электроподвижного состава железных дорог. Технический результат повышение точности оценки текущего и прогнозного состояния сопротивления изоляции и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590221
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.82e4

Способ удаления радона из воздуха помещения

Изобретение относится к экологии и может быть использовано для осуществления радонозащитных мероприятий в различных зданиях. Способ удаления радона из воздуха помещений заключается в пропускании воздуха через поглотительные фильтры из активированного угля, сорбирующие радон. Очищенный воздух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601737
Дата охранного документа: 10.11.2016
13.01.2017
№217.015.856c

Гибкое защитное бетонное покрытие и способ его возведения

Изобретение относится к берегоукрепительным сооружениям. Гибкое защитное бетонное покрытие выполнено из бетонных блоков 1, пошагово расположенных в продольном и поперечном направлении и связанных между собой двухосной геосинтетической решеткой 5, замоноличенной в бетонные блоки 1. Бетонные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603036
Дата охранного документа: 20.11.2016
25.08.2017
№217.015.ab1e

Устройство для раскладки шпал по эпюре при сборке звеньев железнодорожного пути

Изобретение относится к области механизации путевого хозяйства железнодорожного транспорта и может быть использовано при сборке звеньев рельсошпальной решетки с железобетонными шпалами, преимущественно стендовым способом. Устройство для раскладки шпал по эпюре при сборке звеньев...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612313
Дата охранного документа: 06.03.2017
Showing 1-1 of 1 item.
27.07.2015
№216.013.6864

Способ краткосрочного прогнозирования локальной магнитуды землетрясения

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для краткосрочного прогнозирования локальной магнитуды землетрясения. Сущность: вычисляют спектры Фурье от волновых форм внешних землетрясений, зарегистрированных двумя сейсмическими станциями. При этом одну из станций,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558277
Дата охранного документа: 27.07.2015
+ добавить свой РИД