CC BY
118
ства измерений спутниковых радиометров и точности строящихся полей геофизических параметров.
Работа поддержана грантами РФФИ № 08-07-00227-а, № 10-07-10000-к и грантами ДВО РАН.
Литература
1. Report of GODAE High-Resolution SST Workshop 30 Oct - 1 Nov 2001. - Испра, Италия: Объед. исследовательский центр, 2001. URL: http://ghrsst-pp.metoifice.com/pages/documents/DocumentFiles/1st-workshop-Report.pdf.
2. Шокин Ю. И., Жижимов О. Л., Пестунов И. А., Синявский Ю. Н., Смирнов В. В. Распределенная информационно-аналитическая система для поиска, обработки и анализа пространственных данных // Вычислительные технологии, 2007. Т. 12. Спец. вып. 3. ГИС- и веб-технологии в междисциплинарных исследованиях: Материалы Междисциплинарной программы СО РАН 4.5.2. Вып. I. С. 108-115.
3. Лупян Е. А., Мазуров А. А., Назиров Р. Р., Прошин А. А., Флитман Е. В. Технология построения автоматизированных информационных систем сбора, обработки, хранения и распространения спутниковых данных для решения научных и прикладных задач // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов. - М.: Полиграф сервис, 2004. С. 81-88.
4. Coene Y., Gianfranceschi S., Marchetti P. G. Earth Observation and GIS Services Integration Approach in MASS // Proceedings of DASIA 2003 (ESA SP-532). URL: http://earth.esa.int/rtd/Articles/MASS_DASIA_2003.pdf.
5. Marchetti P. G., D 'Elia S. The ESA Service Support Environment - Exploitation of the long term archives // PV 2004 Conference Proceedings. URL: http://earth.eo.esa.int/rtd/Articles/PV-2004_040723.pdf.
6. Gianfranceschi S., Marchetti P. G., Terzi C. XML exploitation for Earth Observation Services in the MASS project // XPACE 2001. URL: http://earth.eo.esa.int/rtd/Articles/MASS-XMLWorkshop.pdf.
7. Алексанин А. И., Дьяков С. Е., Катаманов С. Н., Наумкин Ю. В. Технология обработки данных полярно-орбитальных спутников FY-1C/1D для мониторинга физических полей океана // Подводные исследования и робототехника, 200б. № 2. С. 82-91.
8. Алексанин А. И., Дьяков С. Е. Кросс-калибровка ИК-каналов спутника MTSAT-1R и алгоритм расчета температуры поверхности моря // Исследование Земли из космоса, 2010, № 4 (в печати).
9. Global Earth Observation System of Systems (GEOSS), 2007-2009 Work Plan: Toward Convergence. 200б. - 38 p.
10. Левин В. А., Алексанин А. И., Алексанина М. Г., Бабяк П. В. Состояние дел и перспективы развития ЦКП регионального спутникового мониторинга окружающей среды ДВО РАН в области современных информационных и телекоммуникационных технологий // Открытое образование, 2008. № 4. С. 23-29.
11. Coene Y., Bawin C. Service Support Environment. Architecture, Model and Standards // ESA, 2004. URL: http://earth.esa.int/rtd/Documents/SSE_Whitepaper_2.pdf.
12. Недолужко И. В. Интеграция ресурсов Центра коллективного пользования регионального спутникового мониторинга окружающей среды ДВО РАН в среду SSE Европейского космического агентства // Вычислительные технологии, 2010 (в печати).
13. Недолужко И. В. Заказ спутниковых данных среды S SE: реализация в ЦКП регионального спутникового мониторинга окружающей среды ДВО РАН // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 2010 (в печати).
УДК 550.34 ББК 2б.2
СИСТЕМА СЕЙСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА В РОССИИ. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ НОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ
А. А. Маловичко, чл.-корр. РАН, д. т. н., директор Тел.: (495) 912-68-72, e-mail: [email protected] Геофизическая служба РАН www.ceme.gsras.ru
The status and development of the national seismological monitoring system based on seismic networks of Geophysical Survey of Russian Academy of Sciences are considered. The system operates on the basis of modern digital technologies, providing real-time transmission, collection and storing of large volumes of seismic and geophysical data and their processing as well.
Рассмотрено состояние и развитие отечественной системы сейсмологического мониторинга, основу которой составляют сети сейсмических наблюдений Геофизической службы Российской академии наук (ГС РАН). Система функционирует на базе современных цифровых технологий, обеспечивающих в режиме реального времени передачу, сбор и хранение больших объемов сейсмических и геофизических данных, а также их обработку.
Ключевые слова: система сейсмологического мониторинга, информационные технологии, коренная модернизация.
Kew words: seismological monitoring system, information technologies, fundamental modernization.
Введение
Распад СССР крайне негативно сказался на состоянии существовавшей единой системы сейсмологических наблюдений. Из 480 сейсмических станций, работавших во всех сейсмоактивных регионах СССР в конце 80-х годов XX века, в течение нескольких лет закрылась почти половина. Прекратил свою работу ряд уникальных геофизических полигонов на территории Средней Азии и Кавказа, которые в течение многих лет обеспечивали лидирующую роль советской сейсмологии в мировом сообществе [1].
Перестройка и реформирование экономики России также негативно сказались на состоянии российской сейсмологической сети. Из-за резкого снижения финансирования и различных организационных проблем в течение трех лет (1991-1994 гг.) закрылась и прекратила свое существование почти четвертая часть отечественных сейсмических станций.
В этот сложный для российской сейсмологии период по инициативе и под руководством вице-президента РАН академика Н. П. Лаве-рова была проведена большая работа по изменению организационной структуры отечественной системы сейсмологических наблюдений. В результате 11 мая 1993 г. Правительство Российской Федерации приняло специальное постановление (№ 444) о создании Федеральной системы сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений. Ядром этой системы стала Геофизическая служба Российской академии наук (ГС РАН), созданная по постановлению Президиума РАН в 1994 г. ГС РАН объединила в своем составе опытно-методические сейсмологические экспедиции и партии на всей территории Российской Федерации, начиная от экспедиций Камчатки и Сахалина на Дальнем Востоке и кончая экспедициями Северного Кавказа и Кольского полуострова на юге и северо-западе Европейской части РФ.
Направления деятельности и структура Геофизической службы РАН
Основной целью деятельности Геофизической службы РАН было определено обеспечение непрерывного телесейсмического, регионального и локального сейсмического мониторинга Российской Федерации, сопредельных территорий и мира с оперативным оповещением центральных и местных органов исполнительной власти, а также заинтересованных ведомств (в первую очередь МЧС РФ) и организаций о произошедших землетрясениях и их возможных последствиях [2].
Помимо главной цели - мониторинга землетрясений - на ГС РАН было возложено также:
- выполнение фундаментальных научных исследований в области проблем сейсмологии и геофизики;
- создание базы сейсмологических и геодинамических данных для обеспечения фундаментальных исследований, проводимых РАН в области наук о Земле, включая прогнозирование землетрясений и других опасных природных явлений;
- взаимодействие с международными и национальными сейсмологическими центрами с целью обмена данными и интегрирования в мировую систему сейсмологических наблюдений.
На Геофизическую службу РАН было также возложено проведение других видов монито-
ринга за процессами как природного, так и техногенного характера:
• обеспечение функционирования системы предупреждения о цунами на Дальнем Востоке (совместно с Росгидрометом);
• обеспечение контроля за ядерными взрывами в рамках Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (совместно с Министерством обороны РФ);
• осуществление мониторинга за извержениями вулканов на территории Камчатского полуострова и Курильских островов;
• осуществление мониторинга за медленными геодинамическими процессами в земной коре и деформациями земной поверхности с использованием методов спутниковой геодезии на территории как России, так и основных сейсмоопасных регионов.
Организация ГС РАН позволила выправить ситуацию с состоянием сейсмической сети. Уже в 1995 г. была достигнута стабилизация ситуации, а начиная с 2000 г. стало возможным говорить о начале развития и модернизации системы сейсмологических наблюдений. За 9 лет в различных регионах Российской Федерации были запущены в эксплуатацию более 120 цифровых телесейсмических и региональных станций (рис. 1).
По состоянию на начало 2010 года ГС РАН и ГС СО РАН обеспечивают функционирование в непрерывном режиме трехуровневой системы сейсмологических наблюдений, включающей более чем 280 сейсмических станций и 11 региональных обрабатывающих центров (рис. 2), развернутых во всех филиалах: Камчатском (KRSC), Сахалинском (SKHL), Магаданском (NERS), Якутском (YARS), Байкальском (BYKL), Бурятском (BURS), Алтае-Саянском (ASRS), Кольском (KORS), Дагестанском (DRS), Северо-Осетинском (NORS), а также на базе Кавминводского полигона (KIV) на Северном Кавказе. В штате ГС РАН и ГС СО РАН работают более 1000 высококвалифицированных специалистов в области сейсмологии, геофизики, геоинформатики и телекоммуникационных технологий.
Система функционирует на базе современных цифровых технологий [3], обеспечивающих в режиме реального времени регистрацию, сбор, обработку и передачу сейсмических и
Образование
i и |*Н л Зое ■о
1 У г / г-
1 г > /
1 /
Г > /
1 > /
1 Ци fcpt »вы & *
1
199 1 199! 1993 1994 199S 1990 199Г I99S 1999 3000 £00 I 2002 3003 3001 200S 3006 30 0 Г 300S 2 0 0 9
Рис. 1. Динамика развития российской сейсмологической сети
в 1991-2009 гг.
^ твлвсвйсмическив цифровые станции телесенсмические аналоговые станции
Q региональные информационно-обрабаты&акяцне центры
О локальные информационно-обрабатывающие центры
^^ приемные пункты стэнций РТС А региональные цифровые станции региональные аналоговые станции per. цифровые станции
Рис. 2. Схема размещения стационарных сейсмических станций на территории Российской Федерации
геофизических данных по телеметрическим каналам связи. Подавляющее большинство сейсмических станций оснащено отечественным оборудованием. В качестве датчиков используются сейсмоприемники СМ3-КВ (короткопериодные) или СМ3-ОС (с расширенным диапазоном
низких частот). В качестве регистраторов используются сейсмостанции SDAS и UGRA, выпускаемые НПП «Геотех+» (г. Обнинск), а также «Байкал-10» и «Байкал-11», выпускаемые в Новосибирске.
В методическом и технологическом отношении система ГС РАН органично интегрирована в мировую систему сейсмических наблюдений. Развитие обмена сейсмологическими и геофизическими данными и результатами обработки с международными и национальными сейсмологическими центрами является одним из приоритетных направлений деятельности ГС РАН. При этом самое пристальное внимание уделяется развитию технологий приема и обработки данных с зарубежных сейсмических станций в режиме, близком к реальному времени. Количество таких данных в последние годы имеет стабильную тенденцию к возрастанию. К примеру, в первой половине 2010 г. в процессе глобального мониторинга сейсмичности в Сейсмологическом центре ГС РАН (г. Обнинск) по различным телекоммуникационным каналам связи осуществлялся прием данных в режиме, близком к реальному времени (Near Real Time System - NRTS), со 104 сейсмических станций (рис. 3), из которых 38 являются российскими и 66 - зарубежными, входящими в Глобальную сейсмическую сеть (GSN) и Международную систему мониторинга (IMS), действующую в соответствии с Договором о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ).
Расширение возможностей мониторинга на телесейсмическом уровне в режиме, близком к реальному времени, иллюстрирует рис. 4, на котором показана динамика роста эффективности работы Службы срочных донесений ГС РАН за 14-летний период. Благодаря развитию системы (увеличению числа станций, доступных обработке в режиме, близком к реальному времени) число ежегодно обрабатываемых землетрясений увеличилось за рассматриваемый период более чем на порядок. С 2006 года число регистрируемых в режиме реального времени землетрясений составило 4.1-4.5 тысяч в год. Этот уровень примерно соответствует числу ежегодно происходящих на Земном шаре зем-
-р"
-1И>' ,60' (Г и 1М' 190' Т
Рис. 3. Российские и зарубежные сейсмические станции, данные которых в режиме, близком к реальному времени, поступают в Сейсмологический центр ГС РАН (г. Обнинск)
5000 4500 4000 3500 3000 2500
гооо
1500 1000 500
о
□ - землетрясении Земного шара
I - землетрясении России
4SM
4Ш П 41
iJ11
1652 И И
4IJ
7NS
п я
in
""I !Sj Q!| liJj | j |
199S 1997 199® 1999 2000 2001 2002 2003 2№4 20OS 2006 2007 2008 2009
Год
Рис. 4. Число землетрясений, обработанных Службой срочных донесений
ГС РАН в 1996-2009 гг.
летрясений, которые имеют магнитуду М > 4.5.
Модернизация системы сейсмологических наблюдений в рамках Федеральной целевой программы «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2010 г.»
Начиная с 2006 г. благодаря участию Геофизической службы РАН в Федеральной целевой программе (ФЦП) «Снижение рисков и смягчение последствий...» осуществляется масштабная модернизация федеральной системы сейсмологических наблюдений [2].
За 5 лет в рамках ФЦП выполнена реализация целого ряда крупных мероприятий, в том числе связанных с разработкой и внедрением новых информационных технологий:
• создание спутникового сегмента связи для высокоскоростной и помехоустойчивой передачи в реальном времени сейсмических данных с удаленных и труднодоступных сейсмических станций;
• модернизация оборудования и развитие специализированного программного обеспечения для передачи, сбора, хранения и оперативной обработки больших объемов мониторинговой сейсмической информации в системе распределенных на обширной территории РФ информационно-обрабатывающих центров ГС РАН.
Создание спутникового сегмента связи обеспечило высокоскоростную и помехоустойчивую передачу в реальном времени сейсмических данных с удаленных и труднодоступных сейсмических станций в региональные информационно-обрабатывающие центры. В 20062010 гг. в основных сейсмоопасных регионах Российской Федерации было установлено 57 спутниковых терминалов (рис. 5), в том числе в Дальневосточном регионе - 31 терминал, в Сибирском - 10 и в Северокавказском - 11.
В качестве базовой для создания спутникового сегмента связи выбрана VSAT-технология, использующая геостационарные отечественные спутники «Ямал» и «Экспресс АМ-3». В состав
каждого абонентского спутникового терминала на сейсмостанции входят:
1) офсетная прие-мо-передающая антенна ^u-диапазона диаметром 1.2 м (с основанием для ее крепления);
2) трансивер с выходной мощностью не менее 2 Вт;
3) спутниковый модем DW7000. VSAT-технология наиболее полно отвечает
требованиям передачи больших объемов информации (до 100 мегабайт в сутки).
Создание спутникового сегмента позволило на принципиально новом уровне решать вопросы передачи и оперативной обработки сейсмологических данных во всех регионально-обрабатывающих центрах ГС РАН. В частности, в Дальневосточном регионе оказалось возможным создать зеркальные обрабатывающие центры в городах Петропавловске-Камчатском и Южно-Сахалинске, когда в случае выхода из строя одного из центров, второй может незамедлительно приступить к обработке данных по всей территории региона.
Модернизация оборудования и развитие специализированного программного обеспечения для передачи, сбора, хранения и оперативной обработки больших объемов мониторинговой сейсмической информации
В 2005-2010 гг. была проведена коренная модернизация оборудования для систем сбора, хранения и передачи сейсмических данных в Главном информационно-обрабатывающем центре - ГИОЦ (г. Обнинск) и в целом ряде региональных ИОЦ.
В Главном ИОЦ система сбора и хранения сейсмической информации нового поколения создана на базе серверов Sun Fire T1000 и дисковых массивов Sun StorageTek (TM) 2530 SAS Array (рис. 6). В систему дополнительно включено еще 6 дисковых контроллеров Rack-Ready Controller Tray объемом 3600 Гб каждый. Установлена новая прошивка контроллеров, позволяющая строить файловые системы с объемом более 2 Тб. В результате емкость модернизированной системы хранения достигла 33 Тб.
Рис. 5. Схема распределения спутниковых терминалов в сейсмической
сети ГС РАН
Одновременно с системой хранения сейсмической информации в ГИОЦ установлен и настроен мощный сервер коллективного доступа Sun SPARC Enterprise T2000 с пятью рабочими станциями Sun Ray 2 Virtual Display Client. Его основное назначение - управление многочисленными потоками данных, получаемых по спутниковым линиям связи.
Основу установленных систем составляют новые серверы Sun Fire T1000 корпорации Sun Microsystems. Серверы построены на основе технологии CoolThreads и оснащены процессорами UltraSPARC T1 с суммарной тактовой частотой 9.6 ГГц. Благодаря использованию технологии UltraSPARC T1 серверы Sun Fire T1000 позволяют вдвое сократить расходы на электроэнергию, охлаждение, размещение и являются самыми производительными серверами в своем классе.
Рис. 6. Система сбора и хранения сейсмической информации в Главном информационно-обрабатывающем центре (г. Обнинск)
С 2009 года внедрение аналогичных систем сбора и хранения данных, но несколько меньшего объема, начато в региональных информационно-обрабатывающих центрах. Эти системы также построены на базе серверов Sun Fire T-1000 и дисковых массивов Sun StorageTek (TM) 2530 SAS Array 1500GB.
Осуществляемая модернизация обеспечила создание в ГС РАН и ее филиалах единого информационного поля данных, которое позволило получить пользователям в различных ИОЦ доступ к рабочей среде независимо от платформы и операционной системы.
В Камчатском филиале ГС РАН внедрение новой системы сбора и хранения информации обеспечило возможность расширения существовавшей базы сейсмологических данных [4] более чем в 4 раза.
В 2006-2010 гг. был также выполнен большой объем исследований по развитию специализированного программного обеспечения для оперативной обработки больших объемов мониторинговой сейсмической информации. Разработка более совершенных программ детектирования и ассоциации сейсмических событий в комплексе с описанными выше технологическими изменениями позволила существенно повысить оперативность обработки сейсмологических данных.
На рис. 7 показаны интегральные показатели, характеризующие обработку сейсмологических данных в режиме реального времени в Сейсмологическом центре ГС РАН (г. Обнинск) за 9 лет. За этот период число станций, получаемых и обрабатываемых в ГИОЦ в режиме реального времени, увеличилось в 6 раз. В совокупности с использованием для обработки более со-
вершенных программных комплексов удалось достигнуть уменьшения среднего времени (Тф) формирования срочного донесения о землетрясении более чем в два раза - с 60 минут в 2001 г. до 28 минут в 2009 г. Этот показатель относится к землетрясениям земного шара с магнитудами более 4.5. Для землетрясений, фиксируемых на территории России и имеющих магнитуды более 3.5, этот показатель в 2009 г. составил 21 минуту.
Таким образом, внедрение новых информационных технологий обеспечило существенное повышение эффективности функционирования отечественной системы сейсмологического мониторинга.
Заключение
1. За последние 10 лет отечественная система сейсмологических наблюдений получила существенное развитие - открыто более 120 новых цифровых станций во всех сейсмоактивных регионах Российской Федерации. За этот же период качественно изменился состав оборудования на сейсмических станциях. В результате технического перевооружения число станций, оснащенных современным цифровым оборудованием увеличилось до 270.
2. В методическом и технологическом отношении система ГС РАН органично интегрирована в мировую систему сейсмических наблюдений и эффективно осуществляет международный обмен сейсмологическими и геофизическими данными и результатами обработки со многими зарубежными центрами.
3. В 2006 г. была начата масштабная перестройка системы сейсмологических наблюдений на современные информационные технологии, обеспечивающие в режиме реального времени сбор и передачу сейсмических и геофизических данных по телеметрическим каналам связи. К концу 2010 г. будет завершено развертывание спутникового сегмента передачи данных в составе 60 терминальных станций, что обеспечит непрерывную передачу данных в региональные информационно-обрабатывающие центры со всех станций, расположенных в удаленных и труднодоступных местах.
4. Коренная модернизация оборудования и развитие специализированного программного обеспечения для передачи, сбора, хранения и оперативной обработки больших объемов мониторинговой сейсмической информации обеспечили существенное повышение эффективности функционирования отечественной системы сейсмологических наблюдений.
Литература
1. Старовойт О. Е. Состояние и развитие сейсмических наблюдений в Российской академии наук // Геофизика на рубеже веков. - М.: ОИФЗ РАН, 1999. С. 140-148.
2. Лаверов Н. П., Маловичко А. А., Старовойт О. Е. Российская сеть сейсмологических наблюдений: состояние и перспективы развития // Сейсмичность Северной Евразии: Материалы междунар. конф. - Обнинск: ГС РАН, 2008. С. 5-14.
3. Маловичко А. А., Габсатарова И. П., Чепкунас Л. С., Старовойт О. Е. Инструментальные сейсмические наблюдения на Восточно-Европейской платформе // Землетрясения и микросейсмичность в задачах современной геодинамики Восточно-Европейской платформы. Кн. 1. Землетрясения. - Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. С. 14-66.
4. Гордеев Е. И., Чебров В. Н., Левина В. И., Бахтиарова Г. М., Сенюков С. Л., Пантюхин Е. А. Банк сейсмологических данных Камчатки // Открытое образование, 2008. № 4. С. 16-22.
120
100
=1 к
=Г ш £ °
О
с с
= -Э-
=(
и
80
60
40
20
1
1 /
Т(|) Всего танций
/ —а
• Росаи сине сгг нции —®—
пери >д реал 13ЛЦИИ < >ЦП
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Рис. 7. Показатели обработки данных в режиме реального времени в Сейсмологическом центре ГС РАН (г. Обнинск) (Тф - среднее время формирования срочного донесения)
