Потоковая система детектирования и локации сейсмических и инфразвуковых событий PSDL

Потоковая система детектирования и локации сейсмических и инфразвуковых событий PSDL

В 2014-2020 годах в КоФ ФИЦ ЕГС РАН была разработана система автоматического детектирования и локации сейсмических событий NSDL, которая была успешно применена для мониторинга сейсмичности Северо-западного региона (Федоров и др., 2018). Также в КоФ был разработан ряд программ для детектирования и локации инфразвуковых событий по данным инфразвуковых групп (Асминг и др., 2021). Проводилось изучение критериев различения событий разной природы по сейсмическим записям (Годзиковская и др., 2010).

В 2021-2024 годах на базе этих наработок была создана потоковая система автоматического детектирования и локации сейсмических и инфразвуковых событий PSDL. В ней алгоритмы детектирования и локации сейсмических событий, ранее реализованные в NSDL в виде отдельных программ, были реализованы в виде модулей, способных выполняться параллельно, что дало существенный выигрыш в производительности системы на многоядерных процессорах. Также в виде отдельных модулей были реализованы детектор и локатор инфразвуковых событий. Появилась возможность автоматической ассоциации инфразвуковых сигналов с сейсмическими.

В систему была включена процедура дискриминации сейсмических событий, основанная на Байесовских сетях доверия (Асминг и др., 2022). Эта процедура выдает оценки вероятностей того, что событие явилось взрывом, землетрясением или льдотрясением. Вероятности здесь понимаются в Байесовском смысле, т.е., как оценки шансов на правильность того или иного варианта.

В систему включена возможность по запросу пользователя для особо интересных событий автоматически сформировать и выполнить запрос к данным мировой сети FDSN (Suárez et.al., 2008). После поступления данных система автоматически производит повторную локацию и дискриминацию.

Функциональная схема программы PSDL

Ядром системы является программа с тем же названием – PSDL. Она получает сейсмические и инфразвуковые данные от систем сбора (как в реальном времени, так и ретроспективно). Программа состоит из четырех модулей. Первый – NSS, обрабатывает данные отдельных сейсмических станций или групп. Для каждой станции запускается отдельный экземпляр модуля, все они работают параллельно. Второй – NAS, ассоциирует результаты работы экземпляров NSS, лоцирует сейсмические события по сети станций, производит вероятностную оценку типов сейсмических событий. Третий – модуль инфразвукового детектирования QACD. Один экземпляр модуля обрабатывает данные одной инфразвуковой группы, все экземпляры работают параллельно. Четвертый модуль – ASIS, обобщает данные, полученные от экземпляров QACD и лоцирует инфразвуковые события по сети.

Программа PSDL работает во взаимодействии с вспомогательными программами. Программа BM предназначена для генерации Интернет-бюллетеней обнаруженных системой сейсмических и инфразвуковых событий. Программа PBE служит для оперативного просмотра этих бюллетеней и, в случае необходимости, генерации запросов к сети FDSN для уточнения локации отдельных сейсмических событий. Проверка результатов работы системы и, при необходимости, их ручная коррекция производится с помощью программы интерактивного анализа LOS.

Функциональная схема системы PSDL, включающей собственно программу PSDL и ряд вспомогательных программ

Генерация запроса к FDSN системой PSDL

В КоФ ФИЦ ЕГС РАН система рутинно используется в нескольких конфигурациях:

  • 1. обработка сейсмических и инфразвуковых данных континентальной сети сейсмических и инфразвуковых станций, включающей станции Кольского полуострова, северной Норвегии и Финляндии;
  • 2. обработка сейсмических и инфразвуковых данных сети архипелага Шпицберген. Обнаруживаются и лоцируются землетрясения, льдотрясения, отколы айсбергов, микробаромы и т.д.
  • 3. обработка инфразвуковых данных трех инфразвуковых групп, расположенных в Хибинском горном массиве и его окрестностях. Система позволяет обнаруживать промышленные взрывы и сходы снежных лавин;
  • 4. обработка данных сейсмостанций на п-ове Ямал (в настоящее время работает одна станция Бованенково);
  • 5. обработка данных сейсмостанции и инфразвуковой группы ZEFI на Земле Франца-Иосифа.