Развитие программной системы контроля геодинамических процессов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

РАЗВИТИЕ ПРОГРАММНОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Михаил Михайлович Кабанов

Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, 634055, г. Томск, пр. Академический,10/3, м. н. с., тел. (3822) 492160, e-mail: mike.kabanov@gmail.com

Сергей Николаевич Капустин

Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, 634055, г. Томск, пр. Академический,10/3, м. н. с., тел. (3822) 492160, e-mail: skm@imces.ru

Павел Николаевич Колтун

Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, 634055, г. Томск, пр. Академический,10/3, м. н. с., тел. (3822) 492160

Павел Борисович Милованцев

Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, 634055, г. Томск, пр. Академический,10/3, м. н. с., тел. (3822) 492160

В работе описаны последние усовершенствования программного обеспечения системы контроля геодинамических процессов (АСК-ГП). Расширены диагностические возможности системы в связи с расширением активной сети станций. Разработан дополнительный аналитический инструментарий для выявления критических ситуаций.

Ключевые слова: интернет приложения, автоматизация измерений.

DEVELOPMENT OF THE SOFTWARE SYSTEM FOR GEODYNAMIC PROCESSES MONITORING

Mikhail M. Kabanov

Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS, 10/3, Akademichesky pr., Tomsk, Russia, 634055; phone: +7(3822) 492160, e-mail: mike.kabanov@gmail.com

Sergey N. Kapustin

Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS, 10/3, Akademichesky pr., Tomsk, Russia, 634055; phone: +7(3822) 492160, e-mail: skm@imces.ru

Pavel N. Koltun

Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS, 10/3, Akademichesky pr., Tomsk, Russia, 634055; phone: +7(3822) 492160

Pavel B. Milovantsev

Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS, 10/3, Akademichesky pr., Tomsk, Russia, 634055; phone: +7(3822) 492160

The work describes latest enhancements to the software for Automated System for Geodynamic Processes Monitoring. Diagnostic features are extended to adopt for larger sensor network. Additional analytical tools introduced for more robust recognition of critical situations.

Работа, описанная в докладе, проводилась в рамках проекта по созданию автоматизированной системы контроля геодинамических процессов (АСК-ГП). Подробную информацию о проекте можно найти в публикациях [1]. Базовое описание разработанного продукта имеется в [2].

Система аккумулирования, хранения и анализа данных разработана на платформе Java 2 EE с базой данных под управлением СУБД MySQL. В качестве клиента для доступа используется веб-браузером. Управление осуществляется через специально разработанный веб-интерфейс.

В последней версии продукта значительно расширены административные функции управления системой. Реализовано управление правами пользователей по просмотру информации и изменению служебных настроек, добавлено разграничение доступа по группам станций. В связи с расширением сети станций количественно и географически, расширена диагностическая часть -введено отображение сервисных параметров по каждой станции (версия ПО модема станции, запись о расположении станции, уровень сигнала, состояние источника питания и др.).

В связи с вводом в эксплуатацию новых станций с периодом измерения количества импульсов в 10 секунд, принято решение привести аккумулируемые данные к единому усреднению. В данный момент, в системе хранятся исходные данные в формате усреднения количество импульсов в минуту. Таким образом, можно проводить совместный анализ по станциям с разным интервалом измерения.

В процессе анализа среднечасовых графиков по группе станций было выявлено, что отклонения в амплитуде показателей между анализируемой и реперной станцией сами по себе не являются достаточным индикатором для обнаружения опасного геологического процесса (рис. 1).

Относительная разница к реперу Н1

150 125 100 75 50 * 25 Z о

и

о

а -25

- J

-75

-100

-125

-150-1— ------- -----

10-Nov 12-Nov 14-Nov 16-Nov 18-Nov 20-Nov 22-Nov 24-Nov

Время

I — T10 Til —T2 t71

Рис. 1. Пример графика амплитудных расхождений на примере 4 станций. Т10 -

реперная станция

Для надежного выявления расхождения в показателях между наблюдаемой и контрольной станциями необходимо отслеживать не только различия в амплитуде показателей, но и устойчивые отклонения в их динамике за период времени. Для выявления таких отклонений необходимо анализировать корреляцию между измерениями станций. Поскольку в данном случае мы уже анализируем расхождения в амплитудах, в качестве дополнительного критерия было решено использовать коэффициент ранговой корреляции Спирмена [3]:

г =1 —з^ ^ (Х - Уг )2, п - П1=\

где п - размер выборки,

хI - ранг ¿-го элемента первой выборки,

уг - ранг ¿-го элемента второй выборки.

г - коэффициент корреляции.

Коэффициент ранговой корреляции Спирмена - это непараметрический метод, который используется с целью статистического изучения связи между явлениями. В этом случае определяется фактическая степень параллелизма между двумя количественными рядами изучаемых признаков и дается оценка тесноты установленной связи с помощью количественно выраженного коэффициента.

Рис. 2. Пример графика коэффициента корреляции Спирмена по последним 24 наблюдениям между тестовыми и реперной станциями. Т10 - реперная станция.

Таким образом, в нашем случае мы вводим дополнительную оценку схожести в динамике двух наблюдаемых процессов (показания наблюдаемой и контрольной станции). Для оценки корреляции в программе используются выборки последних 24-х среднечасовых значений по анализируемой и реперной

станциям (рисунок 2). В результате, при отображении комбинированного графика отклонений, в каждой точке в расчет принимается не только расхождение в значениях на момент наблюдения, но и коэффициент корреляции между последними 24 наблюдениями, что позволяет игнорировать случайные амплитудные выбросы и сосредоточиться на серьезных расхождениях в динамике показателей (рис. 3).

Относительная разница к реперу с учетом корреляции Н1

150 125 100 7550 25 0

25 -50 -75

-100

-125

-150

10-МО¥ 12-Ыоу 14-Моу 16-Моу 18-^ 20-Моу 22-Ноч 24-Моу

Время

— Т10 Т11—Т2 Т71

Рис. 3. Пример комбинированной оценки отклонений от реперной станции с учетом корреляции между станциями. Т10 - реперная станция

В результате доработки программного продукта были расширены функции администрирования, добавлены новые возможности по диагностике технического состояния станций в удаленном режиме. Значительно улучшен аналитический инструментарий для помощи в обнаружении опасных геологических процессов.

Работа выполнена в рамках проекта ИМКЭС СО РАН по интеграционной программе Президиума РАН №4 «Природная среда России: адаптационные процессы в условиях изменяющегося климата и развития атомной энергетики» (координатор - академик Лавёров Н.П.).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гордеев, В.Ф. Мониторинг напряженно-деформированного состояния оползневого склона по параметрам радиошумов системой АСК-ГП [Текст] / В. Ф.Гордеев, Ю. П. Малышков, С. Г. Шталин, С. Ю. Малышков, В. И. Поливач, М. М. Задериголова ///Сб. материалов VI международного научного конгресса «ГЕО-СИБИРЬ 2010». - Новосибирск, 2010. - Т. 1. - Ч.2. - С. 8-12.

2. Кабанов, М. М. Интернет портал системы контроля геодинамических процессов [Текст] / М. М. Кабанов, С. Н. Капустин, П. Н. Колтун, П. Б. Милованцев // Сб. материалов

VII международного научного конгресса «ГЕО-СИБИРЬ 2011». - Новосибирск, 2011. -Т. 1. - Ч. 1. - с. 138-142

3. Кендалл, М. Статистические выводы и связи [Текст] / М. Кендалл, А. Стьюарт. -М.: Наука, 1973.

© М.М. Кабанов, С.Н. Капустин, П.Н. Колтун, П.Б. Милованцев, 2012