Способ краткосрочного прогнозирования землетрясений на основе идентификационных измерений сейсмограмм

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ контролируемого процесса из одного качественного состояния в другое. Одним из нестандартных инструментов прогноза краткосрочного прогноза землетрясений является способ идентификационных измерений,позволяющий проводить обработку сигналов. Для этого используется компьютерный прибор,реализующий анализ сейсмограмм инструментами идентификационных измерений - - тестером, в котором алгоритмически реализуется метод идентификационных измерений, состоящий из следующих этапов- исследуемая выборка мгновенных значений сейсмограмм ранжируется по возрастанию- из ранжированной функции путем равномерной дискретизации выбирается девять значений, причем пятое по счету значение должно совпадать с медианой исследуемой выборки. Формируется идентификационная школа,включающая порядковые номера реперных точек,их имена, компактно обозначающие симметричные распределения случайных сигналов. Кроме значений реперных точек идентификационной шкалы, в таблице указаны возможные значения идентификационного числа , которые можно использовать для задания порога прогнозирования. Идентификационные измерения позволяют решать задачу прогнозирования не только землетрясений, но и других катастроф - с автоматической выдачей пользователю рекомендаций в виде числовых значений и лингвистических описаний в терминах, принятых экспертами данной предметной области.(72) Кошеков Кайрат ТемирбаевичКликушин Юрий НиколаевичКобенко Вадим Юрьевич(54) СПОСОБ КРАТКОСРОЧНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ НА ОСНОВЕ ИДЕНТИФИКАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ СЕЙСМОГРАММ(57) Изобретение относится к области краткосрочного прогнозирования землетрясений на основе идентификационных измерений сейсмограмм. Задача, на решение которой направлено изобретение,заключается в определении направления будущего землетрясения, возможности повторных толчков. Технический результат достигается путем разработанного способа, основанного на концепции идентификационных измерений,позволяющих количественно оценивать состояние любых объектов по результатам наблюдений в условиях произвольного сочетания регулярных и хаотических компонентов исследуемого процесса, их количество и силу. Сущность изобретения заключается в том, что на основе анализа реальных сейсмограмм можно сформировать информативные параметры для количественной оценки моментов перехода Изобретение относится к области сейсмологии и может найти применение в национальных системах наблюдения и обработки данных геофизических измерений для прогнозирования землетрясений. Существует множество статических признаков готовящегося землетрясения,регистрируемых системами наземных наблюдений, таких как деформация земной коры, изменение ориентации осей сжатия, изменение удельного сопротивления земной коры, величины теллурических токов,напряженности магнитного поля над очагом и др.(Рикитаке Т. Предсказание землетрясений/Пер. с англ. - М. Мир, 1979. - С. 314-333.) Недостаток известных признаков-предвестников имеют долговременный интервал существования,характеризуются широким диапазоном изменения параметров, но не позволяют достаточно точно предсказать время ожидаемого удара. Известен способ прогнозирования землетрясений(Патент 2233461), включающий регистрацию сейсмоколебаний и использование цифровых записей сейсмоколебаний в реальном масштабе времени. Цифровые записи сейсмоколебаний в реальном масштабе времени преобразуют в диагностический параметр,характеризующий степень хаоса в системе в данный момент времени. При достижении диагностическим параметром значений, превышающих предельно допустимые значения,выдается сигнал оповещения о возможности сейсмического удара катастрофического землетрясения. Недостаток известного способа заключается в непригодности способа для восстановления особо низких сейсмоволн возможность пропуска сигнала при регистрации его во времени необходимость априорной ориентации системы приемников относительно источника функциональная ограниченность по выделяемым параметрам. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в определении направления будущего землетрясения, возможности повторных толчков, их количество и силу. Технический результат достигается путем разработанного способа, основанного на концепции идентификационных измерений,позволяющих количественно оценивать состояние любых объектов по результатам наблюдений в условиях произвольного сочетания регулярных и хаотических компонентов исследуемого процесса. Сущность изобретения на основе анализа реальных сейсмограмм показано, как можно сформировать информативные параметры для количественной оценки моментов перехода контролируемого процесса из одного качественного состояния в другое. Для этого используется компьютерный прибор,реализующий анализ сейсмограмм инструментами идентификационных измерений --тестерами. Структурная схема прибора представлена на фиг.1. Прибор включает три основных узла 1) интеллектуальный блок обработки сейсмограмм - ИБОС - проводит анализ исследуемой сейсмограммы выборочной реализации, вводимой в прибор с сейсмографа вывод на экран монитора, ранжирование и идентификационное измерение,определение максимальных и минимальных значений сейсмограммы при землетрясении,соответствующие значения моментов времени 2) задающее устройство порогового уровня идентификационного параметра - ЗУПУИП выделяет фрагмент исследуемой сейсмограммы до землетрясения - первого резкого увеличения параметра , определяет статистические параметры 3)-тестер - проводит последовательное идентификационное измерение участков сейсмограммы до землетрясения, формирует фрагмент (2) до момента, при котором определяемый идентификационный параметр участка станет равным заданному(введенного оператором), определяет прогноз землетрясения (3 1 - 2 - время между моментами наступления землетрясения и моментом срабатывания компаратора). В-тестере алгоритмически реализуется самый простой метод идентификационных измерений,состоящий из следующих этапов- исследуемая выборка мгновенных значений сейсмограмм ранжируется по возрастанию- из ранжированной функции путем равномерной дискретизации выбирается 9 значений, причем пятое по счету значение должно совпадать с медианой исследуемой выборки вычисляется модельный параметр,определяемый как где С(1) - -тое значение ранжированной функции исследуемой выборки. Вид ранжированных функций не зависит от параметров сдвига и масштаба, а средняя же крутизна на центральном участке плавно увеличивается и связана с формой распределения случайных сигналов так, как показано в таблице 1. Таблица 1-значения реперных точек шкалы 2 Табличное представление идентификационной шкалы включает порядковые номерареперных точек,их имена,компактно обозначающие симметричные распределения случайных сигналов двумодального (2),арксинусного , равномерного ,трапециидального , треугольного ,нормального,двустороннего экспоненциальногои Коши , а также численные оценки их идентификационного параметра . Кроме значений реперных точек идентификационной шкалы, в таблице 1 указаны возможные значения идентификационного числа, которые можно использовать для задания порога прогнозирования. Способ прогнозирования землетрясений поясняется структурой,представленной на фиг.2. Непрерывно изменяющийся сигнал сейсмограммы непрерывно измеряется с помощью идентификационного-тестера так, что в результате формируется зависимость(. По мере приближения к моменту землетрясения наблюдается постоянное уменьшение значение идентификационного параметра (см. фиг.2). На фиг.2 параметры 1 - временный промежуток между моментами начала наблюдения и землетрясением,2- временной промежуток между моментами начала наблюдения и выполнением условия, 3 1-2. Поскольку непосредственно в момент землетрясения,распределение сейсмограммы становится равным распределению (см. Таблицу 1)(0 5), то, установив пороговое значение ЗУПУИП в диапазоне(12 32),можно сформировать краткосрочный прогноз(КСП). Соответственно, для среднесрочного прогноза (ССП) порог надо выбирать из диапазона(ДСП) -от 51 до 67. На лицевую панель компьютерного прибора выводятся следующие параметры значение выборки исследуемой сейсмограммы-2 - выборка фрагмента сейсмограммы до момента,при котором определяемый идентификационный параметр участка станет равным заданному и происходит автоматическое отключение идентификационных измерений-2 - идентификационный параметрфрагмента сейсмограммы до момента, при котором определяемый идентификационный параметр участка станет равным заданному ДСП- максимальное значениесейсмограммы( ) - значение отсчета при максимальном значении- минимальное значениесейсмограммы( ) - значение отсчета при минимальном значении- идентификационный параметрсейсмограммы- среднее значение фрагмента сейсмограммы до момента землетрясения- максимальное значениефрагмента сейсмограммы до момента землетрясения- значение отсчета при максимальном значении фрагмента сейсмограммы до момента землетрясения- минимальное значениефрагмента сейсмограммы до момента землетрясения- значение отсчета при минимальном значении фрагмента сейсмограммы до момента землетрясения- значение идентификационного параметра,равное заданному,происходит автоматическое отключение идентификационный измерений- значение отсчета остановки идентификационных измерений прогнозируемое время до землетрясения. Также на лицевой панели представлены информационные мониторы для отображения следующих характеристик ранжированная функция сейсмограммы- фрагмент сейсмограммы землетрясения- ранжированная функция фрагмента сейсмограммы до землетрясения 2 - фрагмент сейсмограммы для идентификационных измерений- изменение идентификационного параметрав зависимости от номеров измерительных участков. Для проведения экспериментальных исследований был использован ряд сейсмограмм с различными силами землетрясений, полученных с помощью сейсмографов в НИИ сейсмологии МОН РК. На фиг.3 представлена лицевая панель компьютерного прибора с примером формы характеристик сейсмограммы с силой землетрясения К 9.1 при заданном пороге 27. Здесь же представлены результаты идентификационных 3 измерений и вычисленная оценка времени прогноза Зависимости времени прогноза 3, сек.) землетрясения от порогового значения идентификационного параметра В результате проведенных исследований и анализа был получен комплекс статистических параметров и характеристик исследуемых сейсмограмм. Их анализ позволил сделать следующие выводы 1. Законы распределения мгновенных значений сейсмограмм, в процессе мониторинга, примерно соответствуют движению стрелки указателя по идентификационной шкале (см. Табл. 1) от(92)(0). 2. Для формирования КСП целесообразно задавать пороговые значения идентификационного параметра в диапазоне отметок . В частности, при задании порога значением 30(Табл. 2), интервал прогнозирования составил (для базы исследованных сигналов) 3 12892808,сек. (фиг.4). Предлагаемый способ позволяет решать также задачи оценки а) силы и направления будущего землетрясения, б) возможности повторных толчков,их количество и силу. Следующий шаг в развитии данного способа состоит в разработке интеллектуальной базы данных сейсмограмм и установлением закономерностей изменения идентификационных параметров с прогнозируемой силой землетрясений. Следует отметить, что идентификационные измерения позволяют решать задачу прогнозирования не только землетрясений, но и других катастроф - с автоматической выдачей пользователю рекомендаций в виде числовых оценок и лингвистических описаний в терминах,принятых экспертами данной предметной области. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ краткосрочного прогнозирования землетрясений на основе идентификационных измерений сейсмограмм, включающий цифровую обработку сейсмограмм с определением идентификационного параметра, отличающийся тем, что краткосрочный прогноз землетрясения осуществляют путем сравнения идентификационных измерений с пороговым значением. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что идентификационные измерения проводят путемтестирования, включающего ранжирование девяти выборочных мгновенных значений, пятое из которых должно совпадать с медианой исследуемой выборки. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, чтотестер представлен в виде идентификационной шкалы, включающей порядковые номера реперных точек,их имена и численные оценки идентификационного параметра . 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что втестере исследуемая выборка мгновенных значений сейсмограмм ранжируется по возрастанию. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на основании сравнения идентификационного параметрас пороговым значением (пор.) определяют краткосрочный прогноз - величину промежутка времени до землетрясения в диапазоне 1289-2808 сек. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что анализ сейсмограмм осуществляют при помощи компьютерного прибора, состоящего из трех узлов интеллектуальный блок обработки сейсмограмм(ИБОС), задающее устройство порогового уровня идентификационного параметра (ЗУПУИП) итестер.