В докладе представлено описание работы ряда сетей наблюдений ДВО РАН и автоматизированной информационной системы “Сигнал”, предназначенной для сбора, предварительной обработки, хранения и доступа к инструментальным данным. Показаны возможности разработанных информационных сервисов, обеспечивающих интеграцию данных и их совместный анализ. Приведены примеры научных задач, в решении которых используются разработанные программные средства.

В соответствие с техническим заданием с помощью пакета программных продуктов - СУБД MySQL, TCL создан предварительный вариант базы данных «Извержения вулканов Камчатки и Курильских островов». Для занесения и отображения данных используется Веб-интерфейс браузера IE. База включает следующие блоки: блок сбора данных сейсмологических, видео, спутниковых наблюдений; блок хранения результатов обработки; блок визуализации результатов наблюдений в виде таблиц и графиков; блок ссылок на информационные ресурсы ИВиС ДВО РАН, ИМГиГ ДВО РАН, Аляскинской вулканологической обсерватории. Продолжаются работы по отладке уже существующих блоков базы и дальнейшей автоматизации оценки состояния вулканов по зарегистрированным данным.

В докладе рассказывается об опыте применения гидрофонных автономных сейсмостанций (ГАСС) в условиях мелководья. ГАСС были разработаны и изготовлены в ИМГиГ ДВО РАН для долговременного гидроакустического наблюдения за сейсмической активностью на Сахалине и Курильских островах. Представлены результаты сейсмологических наблюдений, анализ параметров зарегистрированных сигналов от слабых региональных землетрясений и микроземлетрясений. Показано, что обладая высокой чувствительностью и широким динамическим и частотным диапазоном, гидрофонные станции даже при использовании на мелководье, т.е. в акваториях с высоким уровнем шумов как природного, так и антропогенного происхождения, обнаруживают сигналы от землетрясений, не регистрируемых на некоторых локальных стационарных сейсмостанциях. Обсуждаются вопросы и перспективы применения гидрофонных автономных систем.

Кратко рассматривается методика статистической оценки уровня сейсмичности СОУС'09.   Приводится соответствующая шкала уровня сейсмичности, в основе которой лежит статистическая функция распределения сейсмической энергии за определенный временной интервал. Шкала включает пять основных и три дополнительных градации. На основании обозначенной методики была разработана система вычисления уровня сейсмичности произвольного региона в виде  компьютерной  программы, исполняемой в среде операционных систем Windows.  Подробно рассматриваются функциональные возможности данной программы. Описывается процесс построения графиков номограмм и временного хода уровня сейсмичности.  Особое внимание уделено реализации основных алгоритмов расчета.  Дан обзор интерфейса программы. Приводятся примеры применения программы для территории Кавказа и Камчатки.

Оборудование для сети аналоговых радиотелеметрических сейсмических станций (РТСС) было разработано еще в 1974-1982 гг. В 2010-2012 гг. разработаны и опробованы технические и программные средства для демодуляции ЧМ сигналов на приемных центрах РТСС методами цифровой обработки сигналов. Разработанный программно-технический комплекс заменяет аналоговую часть приемных центров РТСС, повышает мобильность сетей РТСС. Комплекс обеспечивает возможность работы с полевыми станциями аналоговой радиотелеметрии любого типа и осуществляет согласование, накопление и представление данных оператору для их просмотра и обработки. Внедрение цифровой обработки сигналов на приемных центрах РТСС обеспечивает за счет понижения аппаратурных шумов расширение динамического диапазона регистрируемых сигналов не менее чем на 6Дб и повышает за счет уменьшения количества аналоговых элементов долговременную стабильность характеристик сейсмометрических каналов. С июня 2013 года все приемные центры РТСС переведены на использование цифровых демодуляторов. В докладе представлены результаты лабораторных оценок характеристик каналов с цифровым демодулятором.

В общем случае аппаратура сейсмической станции в системе мониторинга должна обеспечивать следующее:

• точную регистрацию волновых форм от первого вступления P-волны до поверхностных волн;
• пределы измерения должны позволять регистрировать без искажений волновые формы для всех потенциально возможных землетрясений;
  
• точную привязку к абсолютному времени каждого отсчета;
  
• минимальные потери данных из-за сбоев аппаратуры и канала передачи данных;
  
• минимальную задержку передачи непрерывных или выделенных данных, требуемую условиями анализа или реализацией определенных функций (например, ранее предупреждение)
  
• минимальные собственные шумы аппаратуры и шумы, определяемые местом установки станции.
  
  В докладе представлены сейсмометры фирмы Guralp Systems, Великобритания, в целом соответствующие указанным требованиям. Даются определения основных характеристик сейсмической аппаратуры. Обсуждаются области применения различных типов датчиков.

В докладе представлена характеристика измерительного комплекса Кедр-ДМ и его основных компонентов:

- ультразвукового датчика уровня воды;

- гидростатического датчика воды;

- глубинного зонда, включающего датчики температуры и электропроводимости воды;

- блока сбора информации (БСИ) с телеметрической передачей данных.

Камчатским филиалом ГС РАН производятся наблюдения на скважинах Е-1 и ЮЗ-5 с использованием Кедр-ДМ-У. Интервал измерения параметров составляет 5 минут. Передача данных в КФ ГС РАН осуществляется один раз в час по каналам сотовой связи. В качестве примеров эффективной работы измерительного комплекса приводятся гидрогеосейсмические вариации уровня, температуры и электропроводимости воды, зарегистрированные в режиме близком к реальному времени в связи с землетрясением 28 февраля 2013 г., М_w=6.9.

Одной из основных задач ГС РАН является обеспечение хранения сейсмологических и геофизических данных для  проведения фундаментальных исследований и межрегионального и международного обмена информацией.  В рамках этой задачи в КФ ГС РАН в 2011-2013 гг. начаты работы по инвентаризации имеющихся информационных ресурсов (ИР): каталогов землетрясений, баз данных, информационных систем, цифровых архивов волновых форм и пр. Составлены описания ИР в виде кратких аннотаций и в табличном виде на основе унифицированного набора информативных элементов. В описания включены название ресурса, период наблюдений, ключевые слова, частота обновления данных, ограничения по доступу к информации, общие сведения о происхождении данных, среда разработки ИР, режим доступа к данным и пр. Для актуализации информации в описания введено поле, отражающее объем обновлений ресурса в текущем году. В ходе инвентаризации систематизированы данные более чем о тридцати информационных ресурсах КФ ГС РАН. Собранные сведения представляют основу для разработки базы метаданных.

Исследование посвященo разработке элементов и взаимосвязей расчетного блока (обработки и анализа данных наблюдений) с основными глобальными системами гео- (GS USA) и гидромониторинга (гидрофизические станции DART) с использованием гибридных параллельных вычислительных архитектур.

Одной из основных задач разрабатываемого вычислительного комплекса является оптимизация и ускорение расчетов по моделированию распространения цунами в реальных акваториях от реальных источников при решении задачи оценки опасности цунами также с использованием гибридных вычислительных архитектур.

Тестирование вычислительного комплекса проводилось на суперкомпьютере СФУ. Результаты тестирования комплекса на основе данных о последних подводных землетрясениях и цунами в районе Коста-Рики (05.09.2012), Канады (28.10.2012) и Японии (07.12.2012) показали, что комплекс пригоден для выполнения расчетов в условиях разнородной информации о природном процессе и решения задачи о быстром подборе источника цунами.

На Петропавловск-Камчатском геодинамическом полигоне с 1997 г. работает сеть пунктов мониторинга концентрации почвенного радона (Фирстов, 1999). В настоящее время функционируют пять пунктов сети, располагающиеся в различных геоструктурных зонах полигона с апертурой ~ 50 км.

Как было показано ранее (Фирстов и др., 2006, 2008; Макаров, 2011), перед землетрясениями с магнитудой М > 5.5, происходящими в Авачинском заливе, в ряде случаев, в поле подпочвенного радона наблюдались краткосрочныепредвестниковые аномалии с временем упреждения от одного до 8 суток. По вступлениям предвестниковых аномалий на трех и более станций определялся азимут на источник и кажущаяся скорость распространения возмущений (геодеформационных волн), вызвавших эти аномалии. Источник геодеформационных волн удовлетворительно совпадал с азимутом на эпицентр землетрясения, а кажущаяся скорость варьировала от 20 до 80 км/сутки.

В настоящее время сеть мониторинга почвенных газов укомплектовываются универсальной унифицированной аппаратурой фирмы Ahlborn с возможностью удаленного управления, синхронизацией системного времени и получением оперативной информации о содержании почвенных газов в реальном времени по каналам сети GSM. Модернизация сети даст возможность обрабатывать информацию в режиме реального времени, что должно повысить оперативность выделения предвестниковых аномалий и эффективность прогнозирования сильных сейсмических событий района Южной Камчатки с М > 5.5.

Детали строения геофизической среды сейсмоактивных зон и выбор их адекватных моделей могут быть установлены путем выявления плоскостей группирования гипоцентров землетрясений. Разработан алгоритм и реализующая его компьютерная программа, позволяющая осуществлять поиск таких плоскостей, с использованием каталогов землетрясений. Выявленные особенности пространственного распределения гипоцентров землетрясений могут быть использованы для прогноза мест будущих землетрясений, в частности при составлении карт сейсмического районирования. Исследования выполнены с использованием сейсмических данных Камчатского региона. Программа имеет кластерную архитектуру и позволяет осуществлять поиск плоскостей группирования гипоцентров землетрясений, распределяя вычисления по потокам в пределах одного компьютера или на компьютерах в локальной вычислительной сети. В результате работы программы поиска плоскостей группирования был получен массив данных с параметрами найденных плоскостей. Для исключения «случайных» плоскостей были предусмотрены дополнительные критерии отбора. В области поиска было найдено 19 плоскостей. Полученные результаты поиска представлены в данной работе, определены их параметры. Предложено ряд найденных плоскостей идентифицировать в качестве границ блоков. Апробация программы продемонстрировала эффективность реализованного метода поиска, выявило резервы кратного уменьшения времени вычислений при увеличении объема обрабатываемых данных. Описанный в работе алгоритм может быть использован для анализа пространственной структуры и других сейсмоактивных зон, а результаты для уточнений долгосрочного сейсмопрогноза. Применение программы может быть переопределено на решение задач в других областях науки, которые более эффективно выполняются при использовании параллельных кластерных вычислений или требуют больших вычислительных мощностей. Код программы имеет модульную структуру, и каждый из модулей может быть использован по отдельности с другими программами для решения целого класса подобных задач.

Основные форматы данных, которые используются  геофизиками (SEED/miniSEED, CSS, SEG-Y,WIN) были разработаны  достаточно давно и используют идентичный подход к сжатию данных(SEED, CSS, WIN). Этот метод основывается на двух этапах: представление фрагмента временного ряда как списка разниц амплитуд его значений и представление их меньшим количеством битов. В статье рассматривается совершенно другой метод. Он основывается на представлении значений временного ряда как фрагмента текста, который сжимается современными высокопроизводительными алгоритмам сжатия. Представлен проект формата данных TCTiSe, основанный на данном методе, его сравнительный анализ и преимущества.

В работе рассказывается о специализированной программе “The Poll Viewer”, предназначенной для автоматической обработки макросейсмической информации, собранной с помощью интернет-опросника (http://www.emsd.ru/lsopool/poll.php). Это приложение позволяет просматривать сообщения об ощутимых землетрясениях, поступающих через Интернет; выдает автоматическую оценку интенсивности по каждому сообщению; позволяет произвести привязку полученных данных к соответствующему землетрясению; вычисляет среднее значение интенсивности в определенном пункте, эпицентральное расстояние и азимут; строит карту «землетрясение–пункты–баллы». В основе алгоритма, используемого программой “The Poll Viewer” для расчета макросейсмических интенсивностей землетрясений, лежит методика, предложенная в проекте макросейсмической шкалы MMSK-92. Обсуждаются результаты работы  заложенного в программу алгоритма и его отличия от исходной методики. Для проверки и повышения точности автоматического определения интенсивности использовались данные опросных листов макросейсмических ощущений событий прошлых лет с M≥7, имеющих экспертную оценку сейсмического эффекта, а также создавались макросейсмические сообщения с заданными проявлениями, соответствующие определенной интенсивности шкалы MSK-64.

Рассматриваются технические характеристики сейсмических регистраторов семейства GMS швейцарской компании GeoSIG и опыт их использования как в региональных и национальных сейсмических сетях, так и в локальных сетях стуктурного мониторига. Особое внимание уделяется простоте установки и подключения, а также аппаратной и программной поддержке различных каналов связи. Обсуждается опыт организации сейсмической сети сильных движений Геологической службой США на базе регистратора GMS NetQuakes данного семейства. Подчеркиваются аспекты минимизации затрат на обслуживание сети, в том числе и за счет использования публичных интернет-каналов передачи данных.

Представлен обзор системы сбора, контроля, хранения и представления различных геофизических данных (сейсмологических, геоэлектрических, гидрогеодинамических, геохимических и др.), которая включает в себя: коммуникационную подсистему (каналы связи-передачи данных, протоколы передачи данных, ПО); систему архивации данных и результатов их обработки; систему предоставления и отображения данных и результатов их обработки.

В работе представлена подсистема, созданная для автоматического и полуавтоматического внесения сейсмических данных в базу данных (БД) новой единой информационной системы (ЕИС) КФ ГС РАН. Приложение позволяет вносить в реальном времени результаты обработки записей землетрясений, полученные операторами (результаты службы срочных донесений и оперативной обработки). Помимо этого, подсистема используется для переноса данных, содержащихся в старой информационной системе лаборатории сводной обработки, включающей окончательный каталог землетрясений с 1962 года по настоящий момент.

Приложение следит за корректностью вносимой в БД информации (наличием полного объема данных, отсутствием логических противоречий и т.д.), фиксирует ошибки и позволяет удобно и быстро проводить корректировку вносимых данных либо автоматически, либо под управлением оператора. Разработанная подсистема значительно улучшает контроль за добавляемой в БД информацией и во много раз ускоряет процесс необходимой корректировки данных.

Геофизической Службы РАН (КФ ГС РАН), была разработана более 10 лет назад. Сегодня эта ИС не позволяет эффективно хранить данные, а технологии, с помощью которых она создавалась, морально устарели. Это касается и той части ИС, которая отвечает за формирование и хранение волновых форм – цифровых записей землетрясений сейсмическими станциями. Программное обеспечение (ПО), используемое для работы с волновыми формами, имеет ряд серьезных недостатков: очень сложный интерфейс, для работы с которым необходимо обладать навыками программирования и хорошим знанием структуры существующей ИС; ограниченные возможности ПО при работе с данными в формате Data Only SEED. Эти и другие недостатки делают процесс работы с волновыми формами медленным и «неудобным».

В настоящее время активно ведется разработка новой Единой Информационной Системы (ЕИС) КФ ГС РАН, в рамках которой создана подсистема для работы с сейсмическими записями землетрясений. При её разработке учитывались следующие требования: полная реализация функционала существующего ПО ИС для работы с волновыми формами; возможность работы с данными в формате Data Only SEED с учетом особенностей этого формата в записях сейсмических станций КФ ГС РАН; простой и понятный интерфейс. В данной работе рассматривается интерфейс, функциональные возможности и применение подсистемы.

Качество сейсмологических данных и каталога землетрясений во многом определяется метрологическим обеспечением наблюдений. Передаточные функции каналов станций рассчитываются с использованием архива калибровок. Для расчёта передаточной функции в форме полюсов и нулей используются фиксированные (паспортные) значения параметров и данные импульсной калибровки сейсмометрических каналов. Калибровка каналов станций предусматривает также контроль состояния аппаратуры каналов и формирование соответствующих сводных таблиц, которые используются инженерами при обслуживании станций и операторами при обработке сейсмометрических данных. В докладе представлено краткое описание методики калибровки и контроля состояния сейсмометрических каналов

Сеть радиотелеметрических сейсмических станций (РТСС) создана для оперативного контроля сейсмичности всей территории Камчатской области и Северных Курил, оперативного контроля сейсмической активности действующих вулканов и изучения развития сейсмических процессов в реальном масштабе времени. Основные достоинства сети станций РТСС – это возможность длительной работы в автономном режиме в экстремальных условиях, высокая надежность, дешевизна аппаратуры, возможность доступа к данным всех сейсмометрических каналов всех станций в режиме реального времени, высокая точность привязки всех станций РТСС к единой шкале времени.

Комплексные пункты наблюдения за активными вулканами (ПН_В) в составе системы комплексного мониторинга вулканов Камчатского края предназначены для сбора геофизической информации с целью обнаружения и регистрации извержений действующих вулканов Камчатки. Решаются задачи обнаружения активизаций вулканов по данным комплексных наблюдений в автоматическом и автоматизированном режиме для идентификации извержений вулканов с вероятностной оценкой их типов и мощности в автоматическом и автоматизированном режиме.

С появлением непрерывных видеонаблюдений с их точной привязкой ко времени произошел качественный скачок в наблюдениях за активными вулканами Камчатки. Первая цифровая видеокамера была установлена 9 октября 2000г. на приемном центре РТСС в г. Ключи для наблюдений за вулканом Ключевской. В настоящее время ведутся видеонаблюдения за такими активными вулканами, как Шивелуч, Безымянный, Авачинский, Корякский, Кизимен, Горелый, Толбачик. Видеонаблюдения производятся с помощью цифровых и IP видеокамер. Архив видео снимков с видеокамер хранится на сервере. Кроме того, существует запись непрерывного видео mpeg4 с частотой 1 кадр в секунду. В будущем планируется замена всех цифровых камер на IP камеры.