Станция контроля сильных движений земли, выполненная

ПРАВИТЕЛЬСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
“ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ”»
Московский институт электроники и математики
Департамент компьютерной инженерии
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ СТАНЦИИ
КОНТРОЛЯ СИЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ ЗЕМЛИ
Выпускная квалификационная работа бакалавра по направлению подготовки
«Информатика и вычислительная техника»
студента группы № АП-72 Сергеева Константина Сергеевича
Рецензент
Научный руководитель
____________________
____________________
А.А. Стефанов
А.М. Тишкин
Консультант
____________________
А.М. Тишкин
Допущен к защите
_____________________
Академический руководитель
образовательной программы 230100.62
«Информатика и вычислительная техника»
Москва 2015
к.т.н., доц. Т.А. Потапова
Аннотация
В данной выпускной квалификационной работе описывается процесс
разработки программного обеспечения для обработки данных, приходящих от
станции контроля сильных движений земли. Определение параметров
сейсмического воздействия позволяет оперативно оценить ущерб, вызванный
сейсмособытием, что поможет сократить потери человеческих жизней
благодаря своевременному реагированию. В программном обеспечении
такого рода нуждается МЧС России.
В работе обозревается предметная область применения программного
обеспечения. Приведены параметры очагов землетрясений и сейсмических
воздействий. Рассмотрены имеющиеся отечественные и зарубежные решения
в
области
создания
станций
контроля
сильных
движений
земли.
Проанализированы их достоинства и недостатки. Сформулированы детальные
требования к программному обеспечению для станции контроля сильных
движений земли и разработан алгоритм его функционирования. Разработано
программное
обеспечение
с
применением
технологий
объектно-
ориентированного программирования, баз данных, обработки информации в
реальном масштабе времени, интерактивного графического интерфейса
пользователя.
Тестирование показало успешную устойчивую работу программного
обеспечения для станции контроля сильных движений земли на реальных
сигналах от сейсмостанции, находящейся в сейсмоактивном регионе земного
шара.
4
Abstract
This final qualifying work reveals the theme of software development for data
coming from the strong motion instrumentation station. Obtaining the parameters of
the seismic events will quickly assess damage caused by the seismic events, which
will help to reduce damage caused to buildings and loss of human lives. Ministry of
Emergencies are in need for such systems.
This project gives a review of a software subject area, parameters of the
focuses of earthquakes and seismic events. Considered existing domestic and foreign
solutions. Analyzed their advantages and disadvantages. Based on the analysis of
the subject area, advantages and disadvantages of different solutions, detailed
software requirements for the strong motion instrumentation station and the
algorithm of its functioning were formulated. During development of the
application, technology of object-oriented programming, working with databases,
information processing in real-time, interactive graphical user interface was applied.
Testing has shown a successful stable software operation on real signals from
the seismic station located in a seismically active region of the globe.
5
Содержание
Введение ................................................................................................................... 7
1. Аналитическая часть ........................................................................................... 7
1.1. Землетрясения и сейсмические воздействия.............................................. 7
1.2. Структура и алгоритм работы станции контроля сильных движений
земли .................................................................................................................... 15
1.3. Известные решения в области создания станций контроля сильных
движений земли .................................................................................................. 18
2. Постановка задачи............................................................................................. 28
2.1. Требования к разрабатываемому программному обеспечению ............ 28
2.2. Выбор инструментов разработки .............................................................. 29
2.3. Алгоритм работы ПО .................................................................................. 31
3. Реализация программного обеспечения ......................................................... 38
3.1. Структурные элементы ПО ........................................................................ 38
3.2. Интерфейс пользователя ............................................................................ 41
3.3. База данных.................................................................................................. 46
3.4. Отладка программного обеспечения ........................................................ 48
4. Заключение ........................................................................................................ 52
Список использованных источников .................................................................. 53
Приложение А ....................................................................................................... 55
Приложение Б ........................................................................................................ 56
Приложение В........................................................................................................ 58
6
Введение
Землетрясения ежегодно уносят по всему миру жизни нескольких тысяч
людей и причиняют огромный ущерб. Это грозное природное явление,
которое невозможно предотвратить или оперативно спрогнозировать. В то же
время существующий научно-технический потенциал человечества позволяет
снизить потери при землетрясениях как благодаря предварительным мерам
(составление карт опасности, сейсмостойкое строительство, обучение
населения), так и за счёт эффективного распределения приоритетов для сил и
средств спасения при возникновении сейсмического события большой силы.
Для этого необходимо вести непрерывный мониторинг интенсивности
сотрясений в местах размещения экономической инфраструктуры с помощью
специальных аппаратно-программных комплексов, получивших название
станций контроля сильных движений земли. Настоящий проект посвящен
разработке программного обеспечения для станции контроля сильных
движений земли. Результаты работы этого программного обеспечения могут
использоваться для контроля сейсмических угроз в реальном масштабе
времени на отдельном объекте, а при объединении станций контроля сильных
движений земли в сеть – для планирования мер по реагированию,
соответствующих
фактическому
состоянию
населённых
пунктов
и
инфраструктуры на обширных территориях.
1. Аналитическая часть
1.1. Землетрясения и сейсмические воздействия
Землетрясение – это колебание участка земной коры, вызванное
прохождением сейсмических волн, которые возникают в результате
кратковременного выделения большого количества энергии в недрах земли
[1]. В зависимости от причины возбуждения колебаний землетрясения
7
подразделяются на тектонические, вулканические, обвально-провальные,
ударные, искусственные и наведенные.
Наибольшие людские потери и материальный ущерб, включая
разрушение и повреждение экономической инфраструктуры, вызывают
тектонические
землетрясения.
Основная
причина
возникновения
тектонических землетрясений – это накопление внутренних напряжений в
земной коре или мантии, разрядка которых сопровождается разрывами горных
пород, возбуждающими упругие волны, распространяющиеся во все стороны
от источника. Внутренние напряжения возникают чаще всего на границах
литосферных плит Земли в результате их взаимодействия. Замкнутая область
внутри земной коры или мантии, где произошёл разрыв горных пород из-за
превышения накопленным механическим напряжением предельной упругости
горных
пород,
называется
очагом
или
фокусом
землетрясения.
Геометрический центр очага называется гипоцентром землетрясения, а
проекция гипоцентра на земную поверхность лучом из центра Земли
называется эпицентром землетрясения. Расстояние между гипоцентром и
эпицентром называется глубиной очага. Расстояние от гипоцентра до точки
наблюдения упругих волн на поверхности земли называется гипоцентральным
расстоянием.
Сейсмический очаг генерирует несколько типов упругих волн, которые
подразделяются на объёмные и поверхностные. Объёмные волны передают
колебания от очага к поверхности в толще литосферы или мантии.
Поверхностные волны распространяются вдоль поверхности земли и
возбуждаются при выходе объёмных волн на поверхность.
Важнейший параметр сейсмического очага – это магнитуда. Она
характеризует энергию, выделившуюся при разрушении горных пород в очаге
землетрясения. Этот параметр ввёл Ч. Рихтер в 1935 г. Магнитуда
представляет собой безразмерную величину, определяемую как:
8
𝑀 = log10
𝐴
(1)
𝐴0
где M – магнитуда,
A – амплитуда записи стандартным сейсмографом данного
землетрясения на данном расстоянии,
A0 – амплитуда записи таким же сейсмографом эталонного
землетрясения [1].
За эталонное землетрясение Ч. Рихтером было принято такое
землетрясение, при котором максимальная амплитуда записи на сейсмографе
Вуда-Андерсона соответствует смещению почвы на 0,001 мм на расстоянии
100 км от эпицентра.
Соотношение (1) допускает нулевую магнитуду и даже отрицательные
магнитуды. Этим характеризуются очень слабые землетрясения и горные
удары, не приводящие к сейсмическим воздействиям высокой интенсивности.
На практике реальные последствия имеют землетрясения с магнитудой от 4 и
более. Отметим, что согласно результатам исследований [1] на Земле
невозможно возникновение землетрясений с магнитудой 9,1 и более.
Глубина очага является вторым по важности параметром землетрясения.
По глубине очага ℎ землетрясения условно можно классифицировать на
мелкофокусные (ℎ < 70 км), промежуточные (70 км < ℎ < 300 км) и
глубокофокусные (ℎ > 300 км). Как правило, мелкофокусные землетрясения
магнитудой 6 и более способны вызвать значительные разрушения на
ограниченном
пространстве.
Землетрясения
той
же
магнитуды,
но
глубокофокусные, могут быть ощутимыми на огромных территориях, но не
вызвать никаких повреждений зданий и сооружений.
Обобщённые физические характеристики землетрясений различной
магнитуды приведены в Таблице 1. В строках 2-7 приведены примерные
9
значения параметров, так как точные значения различаются для каждого
сейсмического события.
Таблица 1. Примерные значения физических характеристик землетрясений
различной магнитуды
Параметр
Слабейшие
землетрясения
Сильные
частые
землетрясения
Сильнейшие
землетрясения
Магнитуда
1-2
6-7
8-9
Протяжённость очага,
км
0,003
30
1000
Объём очага, км3
10-9
1000
106
Длительность процесса
в очаге, с
10-3
10
100
Выделяемая
сейсмическая энергия,
Дж
102
1015
1018
Число землетрясений на
Земле в год
107
30
менее 1
Амплитуда ускорения в
эпицентре, см/с2
-
300
более 2000
На сегодняшний день наиболее сильным из инструментально
зарегистрированных землетрясений является т.н. землетрясение Тохоку,
произошедшее вблизи северо-восточного берега острова Хонсю (Япония) 11
марта 2011 года в 5.46 по всемирному координированному времени (UTC). Его
магнитуда составила 9,0. Станции контроля сильных движений земли,
размещённые в Японии, зафиксировали пиковое значение ускорения почвы до
2700 см/с2. Землетрясение не только вызвало масштабные повреждения зданий
и сооружений (в особенности высотных), но и породило высокую волну
цунами, распространение которой привело к огромному материальному
ущербу и ядерной аварии на АЭС «Фукусима-1».
10
На сегодняшний день не существует технологии оперативного
прогнозирования землетрясений с заблаговременностью в несколько дней,
часов или минут [2]. Нынешний уровень научного знания позволяет лишь
определить наиболее вероятные зоны возникновения очагов землетрясений и
прогнозировать периодичность землетрясений той или иной магнитуды.
Результатом такого прогноза является карта сейсмического риска, на которой
приводятся области с равной интенсивностью сейсмического воздействия при
заданных величинах вероятности возникновения и периоде проявления. В
Российской Федерации в настоящее время в этих целях используется комплект
карт общесейсмического районирования ОСР-97 [3], разработанный в
Институте
физики
Земли
Российской
академии
наук.
Пример
актуализированной карты ОСР-97* максимальной интенсивности колебаний
грунта для 1% вероятности возможного превышения в течение 50 лет
приведён в Приложении А.
Как уже было показано выше, очаг землетрясения генерирует
сейсмические волны, вызывающие колебания поверхности Земли. Очевидно,
что в каждой точке земной поверхности эти колебания будут различны. Одно
и то же землетрясение с определённой магнитудой в очаге вызовет разную
интенсивность колебаний на разном удалении. Эти колебания с позиций
нормативно-правовой базы Российской Федерации (в частности, ГОСТ 2688386) называются сейсмическими воздействиями.
Сейсмическое воздействие - движение грунта, вызванное природными
или техногенными факторами (землетрясения, взрывы, движение транспорта,
работа
промышленного
оборудования),
обусловливающее
движение,
деформации, иногда разрушение сооружений и других объектов.
Оперативное определение интенсивности сейсмических воздействий
имеет огромное значение при мониторинге источников чрезвычайных
ситуаций природного и техногенного характера на объектах экономической
инфраструктуры.
11
Измерение интенсивности сейсмических воздействий производится с
помощью станций контроля сильных движений земли. Эти станции в отличие
от сейсмостанций геофизических служб России и других стран мира
размещаются в городах, в непосредственной близости от объектов
экономической инфраструктуры.
Интенсивность сейсмического воздействия измеряется в Российской
Федерации в баллах макросейсмической шкалы MSK-64 (см. Приложение Б).
Зависимость интенсивности от дальности от гипоцентра и глубины
гипоцентра для территории Российской Федерации определяется общим
уравнением макросейсмического поля [1] в виде следующего соотношения:
𝐽 = 1,5 ∙ 𝑀 − 3,5 ∙ log10 √𝑅2 + 𝐻2 + 3
(2)
где J – интенсивность сейсмического воздействия в баллах шкалы MSK64,
M- магнитуда землетрясения,
R- дальность до гипоцентра землетрясения, км,
H- глубина гипоцентра, км.
Формула (2) позволяет сразу после того, как проведено определение
магнитуды, глубины гипоцентра и координат эпицентра, сформировать
расчётную карту интенсивности сейсмических воздействий с указанием
изосейст – линий, разграничивающих области равной интенсивности. Пример
такой карты приведён в Приложении В.
Необходимо отметить, что соотношение (2) справедливо для т.н.
средних грунтовых условий. В действительности расчётная интенсивность
сейсмического воздействия, вычисленная по соотношению (2), может
существенно отличаться от фактической интенсивности. Это вызвано
многими причинами, среди которых:
12
- пространственная неравномерность излучения сейсмической энергии
из очага землетрясения;
- неточность определения магнитуды и глубины гипоцентра;
- отличие локальных грунтовых условий от средних;
- резонансы на трассе распространения объёмных сейсмических волн;
- резонансы в верхних слоях почвы, приводящие к возникновению поля
стоячих волн вертикального направления.
Наиболее значительный вклад в различие расчётной и фактической
интенсивности
вносят
грунтовые условия. Известно, что
локальное
сейсмическое приращение на скальных породах составляет до минус одного
балла, а на глинистых почвах – до плюс двух баллов (см. Рисунок 1, Рисунок
2, [1]).
Рисунок 1 - Расчетные кривые зависимости интенсивности сейсмического
воздействия от гипоцентрального расстояния при фиксированных значениях
магнитуды M для скальных грунтов
13
Рисунок 2 - Расчетные кривые зависимости интенсивности сейсмического
воздействия от гипоцентрального расстояния при фиксированных значениях
магнитуды M для глинистой почвы
Также известно [4], что при сильных землетрясениях магнитудой 6 и
более соотношение (2) плохо работает в эпицентральной зоне, где фактическая
интенсивность может сильно – на ±2 балла – отличаться от расчётной. Таким
образом, для эффективного планирования мероприятий по ликвидации
последствий сильных землетрясений необходимо использовать не только
расчётные карты, но и фактические данные об интенсивности сейсмических
воздействий, получаемые от станций контроля сильных движений земли.
Расчёт оценки фактической интенсивности сейсмических воздействий
выполняется с помощью программного обеспечения для станции контроля
сильных движений земли, разработанного в настоящем проекте.
14
1.2. Структура и алгоритм работы станции контроля сильных
движений земли
Станция контроля сильных движений земли представляет собой
программно-аппаратный комплекс, типичная структура которого показана на
Рисунке 3.
Оборудование
оповещения
Сейсмоприёмник
Сейсморегистратор
ЭВМ
Оборудование связи
Сеть связи
Рисунок 3 – Структурная схема станции контроля сильных движений земли
Как видно из рисунка, на аппаратном уровне в состав станции входят:
- сейсмоприёмник;
- сейсморегистратор;
- ЭВМ;
15
- оборудование оповещения;
- оборудование связи.
Алгоритм работы станции контроля сильных движений земли
заключается в следующем.
Сейсмоприёмник непрерывно осуществляет преобразование текущего
значения скорости движения почвы в месте своего размещения в
электрические аналоговые сигналы, линейно пропорциональные проекциям
вектора скорости на три ортогональные оси (NS - север-юг, EW - запад-восток,
Z - вверх-вниз).
Сейсморегистратор осуществляет аналого-цифровое преобразование
сигналов, поступающих от сейсмоприёмника, в цифровой формат путем
дискретизации во времени и квантования по уровню. Частота дискретизации
составляет
40
Гц,
количество
уровней
квантования
–
224.
Также
сейсморегистратор формирует поток цифровых данных, соответствующих
всем аналоговым входам, для передачи по интерфейсу Ethernet.
ЭВМ непрерывно осуществляет приём потока цифровых данных от
сейсморегистратора.
В ЭВМ непрерывно осуществляется процесс обработки входных
потоков данных с целью обнаружения сейсмических воздействий, вызванных
предположительно
землетрясениями
или
промышленными
взрывами.
Процесс обработки заключается в следующем:
- исходные потоки данных подвергаются цифровой полосовой
фильтрации в диапазоне частот, где уровень помех от техногенных
источников
минимален,
а
землетрясения
гарантированно вызывают колебания почвы;
16
и
промышленные
взрывы
- для отфильтрованных потоков данных вычисляется специальный
параметр STA/LTA, представляющий собой отношение среднего значения
амплитуды вектора скорости по каналу Z на коротком интервале (Short time
average, STA) к среднему значению амплитуды вектора скорости по каналу Z
на длинном интервале (Long time average, LTA), причём интервалы
отсчитываются от текущего момента времени; значение параметра STA/LTA
указывает на повышение уровня искомого сигнала на фоне техногенных помех
и микросейсмического шума
- значение параметра STA/LTA сопоставляется с пороговым значением;
по
превышению
которого
принимается
решение
об
обнаружении
сейсмического воздействия, предположительно вызванного землетрясением
или промышленным взрывом;
- далее вновь получаемые значения параметра STA/LTA сопоставляются
с порогом прекращения сейсмического воздействия - как только фиксируется
падение STA/LTA ниже этого порога, принимается решение об окончании
сейсмического воздействия;
- на временном интервале сейсмического воздействия определяется
максимальное значение амплитуды полного вектора скорости и ряд других
вспомогательных параметров;
- исходя из измеренного значения максимального (пикового) уровня
скорости,
по
таблице
определяется
оценка
уровня
интенсивности
сейсмического воздействия в баллах шкалы MSK-64.
Как правило, текущие значения амплитуды полного вектора скорости,
параметра STA/LTA и сигнала обнаружения сейсмического воздействия
непрерывно передаются в ЭВМ Центра контроля сильных движений земли по
сети связи (при условии, что на ЭВМ Центра контроля сильных движений
земли запущена специальная программа-клиент, осуществляющая приём
потоковых данных).
17
Информация
о
параметрах
сейсмического
воздействия
(время,
максимальное значение скорости движения почвы, оценка интенсивности в
баллах) заносится в журнал.
Также параметры сейсмического воздействия передаются от ЭВМ к
оборудованию оповещения, осуществляющего, например, рассылку SMSсообщений. Связь между ЭВМ и оборудованием оповещения часто
осуществляется по последовательному интерфейсу RS-232, а в качестве
устройства оповещения используется телекоммуникационный контроллер.
Следует отметить, что станции контроля сильных движений земли могут
иметь структуру, отличающуюся от описанной. Например, сейсмоприёмников
может быть несколько, причём часть из них может измерять ускорение почвы,
часть – скорость. Более того, в составе одной станции контроля сильных
движений земли могут быть датчики, разнесённые друг от друга на расстояние
в несколько сот метров. Но в любом случае в составе станции контроля
сильных
движений
земли
есть
хотя
бы
один
сейсмоприёмник,
сейсморегистратор и ЭВМ, на которой работает программное обеспечение,
выполняющее описанные выше функции. Разработке данного программного
обеспечения посвящён настоящий проект.
1.3. Известные решения в области создания станций контроля
сильных движений земли
Существует
несколько
решений
для
программно-аппаратных
комплексов станции контроля сильных движений земли с программным
обеспечением. Наиболее известными решениями являются:
- станция контроля сейсмических воздействий компании Zetlab (Россия)
с программным обеспечением на базе ПО Zetview;
18
- механический акселерометр с обратной связью и блоками обработки
данных типа CMG-5TDE компании Guralp (Великобритания).
Станция контроля сильных движений земли, выполненная на платформе
ZetLab/Zetview. состоит из следующих компонентов:
- один или несколько сейсмоприёмников типа BC1313;
- сейсморегистратор ZET-048;
- ЭВМ на базе промышленного компьютера;
- телекоммуникационный контроллер RECON-SX.
Программное обеспечение, функционирующее на ЭВМ, включает
следующие компоненты:
- программа регистрации сейсмоданных;
- программа передачи сейсмоданных;
- программа обработки данных;
Программа регистрации сейсмоданных обеспечивает запись сигналов,
поступивших от сейсморегистратора. Сейсмоприемник ВС1313 формирует
четыре сигнала: ускорение по осям x, y, z и подводимое напряжение
электропитания. Отсчеты сигнала формируются в сейсморегистраторе по
классической схеме аналого-цифрового преобразования путем дискретизации
измеряемого аналогового сигнала с заданной частотой (100Гц) и измерением
уровня амплитуды сигнала в моменты дискретизации. Уровень амплитуды
сигнала представляется в двоичном коде, то есть в цифровом виде.
Разрядность отсчетов составляет 4 байта.
Эти отсчеты сигнала записываются программой на жесткий диск ЭВМ в
виде файлов с расширением «*.ana». Кроме того, к каждой записи сигнала
формируется файл формуляра с расширением «*.anp», в котором указываются
19
все технические характеристики произведенной записи: усиление, уровень
нуля, частота дискретизации, дата и время записи, параметры АЦП,
чувствительность и т.д. Пример сохраняемых данных в графическом
бинарном виде показан на Рисунке 5, а пример формуляра – на Рисунке 6.
Рисунок 4 – Главное окно программы регистрации сейсмоданных на жёстком
диске ЭВМ
Рисунок 5 – Пример сохраняемых при записи данных в графическом
бинарном виде на периоде 64 бит
20
Рисунок 6 – Пример информации, сохраняемой в формуляре к записи
сейсмоданных
Программа регистрации сигнала при своей работе не требует контроля
со стороны пользователя. Настройки записи формируются при первичном
запуске, а при последующих запусках программного модуля эти настройки
загружаются автоматически. В качестве настроек задаются следующие
параметры:
- директория - папка на жестком диске ЭВМ, куда будут сохраняться
записи и формуляры;
- записываемые сигналы - выбираются из общего списка те сигналы,
которые необходимо регистрировать;
- длительность записи в секундах - определяет длительность
записываемого в файл сигнала, по окончании которой происходит запись в
следующий файл;
- преамбула - длительность отрезка в начале файла в секундах (не
используется);
21
- отметка о непрерывной записи - начало каждого последующего файла
соответствует концу предыдущего без потери данных;
- комментарий - поле и органы управления для ввода текстового или
голосового комментария (не используется).
Старт и остановка программы производится при помощи кнопок
и
. Контроль работы программы производится визуально по индикатору
произведенной записи, а также путем контроля появления в заданной папке
файлов с новыми записями.
В штатном режиме работы программа регистрации сигнала должна быть
в режиме непрерывной записи. При включении станции программа
регистрации сигнала запускается автоматически.
Программный модуль передачи сейсмоданных (Рисунок 7) обеспечивает
потоковую трансляцию по сети «МЧС Интранет» данных от станции в Центр
контроля сильных движений земли.
Рисунок 7 – Главное окно программы трансляции сейсмоданных
Программа представляет собой серверный модуль системы обмена
данными по сети Ethernet. Принцип работы системы следующий: на
удаленных друг от друга ЭВМ, соединенных по сети, устанавливаются
программы взаимодействия – клиент и сервер, которые при запуске
инициализируют соединение «точка-точка» и осуществляют обмен данными
22
между собой. Серверный модуль программы располагается на ЭВМ станции
контроля сильных движений земли, а клиентский – на ЭВМ Центра контроля
сильных движений земли.
При настройке программы передачи данных на ЭВМ станции контроля
задается
периодичность
отправки
данных.
Факт
установки/разрыва
соединения отображается записью в окне программы: «Приемник ...
присоединился...».
Пересылка
данных
после
установки
соединения
осуществляется автоматически. Контроль работы программы осуществляется
визуально по индикатору степени сжатия данных – сжатие меняется для
разных пакетов. При включении ССДЗ данная программа запускается
автоматически.
Программа обработки данных (Рисунок 8) устанавливается на ЭВМ
станции контроля сильных движений земли и обеспечивает обработку
полученных
сейсмоданных,
интерпретацию
результатов
обработки
и
сохранение их в базе данных.
На основе сейсмоданных, поступивших от регистратора ZET-048,
программа производит расчет текущего ускорения грунта в м/с2, перевод его
в баллы шкалы MSK-64, расчет отношения STA/LTA и его соответствия
порогу. Эти данные сохраняются в БД, а также отображаются в главной форме
программы, чтобы пользователь мог оценить текущую сейсмическую
обстановку. При превышении результатами расчетов заданных порогов на
главной форме загорается индикатор опасности, а также формируются
сообщения
контроллеру
RECON-SX,
который
производит
рассылку
тревожных SMS на заданные телефонные номера и внешним пользователям.
23
Рисунок 8 – Главное окно программы обработки сейсмоданных
Главная форма программы содержит элементы, назначение которых
представлено в таблице.
Таблица 2. Элементы интерфейса пользователя ПО Zetlab
Наименование
Назначение, описание
Дата, время
Текущее системное время ЭВМ
Наименование
Наименование ССДЗ, где установлена программа
Ускорение по Z
Текущее ускорение по оси Z, зарегистрированное
сейсмодатчиками станции
24
Наименование
Каналы обнаружения
воздействий
Индикатор
обнаружения
воздействия
Назначение, описание
Сигналы сейсмодатчиков, по которым производится
расчет отношения STA/LTA и принимается решение об
обнаружении сейсмического воздействия.
Поле формы, принимающее красный цвет при
обнаружении сейсмического воздействия
предположительно вызванного землетрясением или
промышленным взрывом.
Каналы вычисления
Сигналы сейсмодатчиков, по которым рассчитывается
вектора
пиковое ускорение и формируется график
Частоты среза
Частоты среза полосового фильтра (в Гц) для отсекания
фильтров
помех при обнаружении сейсмического воздействия.
обнаружителя
Порог STA/LTA
График
Пороговое значение параметра STA/LTA для принятия
решения об обнаружении сейсмического воздействия.
Отображение динамики изменения выбранного вектора
в графическом виде
Рассчитанное по показаниям датчиков ускорение
Таблица
земной поверхности, представленное в списочной
форме с привязкой ко времени расчета
Очистить таблицу
Кнопка очистки таблицы от внесенных записей
Достоинствами данного решения являются:
-
возможность
создания
программного
обеспечения
визуального программирования без написания текстов программ;
- возможность подключения других сейсмоприёмников.
25
методом
Недостатками данного решения являются:
- неустойчивость передачи данных при использовании сетевого
протокола ZetLab на реальных сетях связи, выражающаяся в пропадании
блоков данных и прерываниях связи;
- нестабильность работы программного обеспечения на ЭВМ ССДЗ при
расхождении внутренних часов ЭВМ с точным временем UTC;
- программное обеспечение, написанное с использованием среды
разработки Zetlab/ZetView, не позволяет использовать сейсморегистраторы
других производителей;
- возможность работы только в одном семействе операционных систем
(Microsoft Windows), что сужает возможности интеграции с другими
комплексами программного обеспечения.
Механический акселерометр с обратной связью и блоками обработки
данных типа CMG-5TDE компании Guralp состоит из:
- трёхосевого механического акселерометра с электронной обратной
связью Guralp CMG-5TC;
- сейсморегистратора Guralp CD24;
- встроенной ЭВМ Guralp CMG-AM.
Программное обеспечение встроенной ЭВМ представлено тремя
основными компонентами:
- ПО записи сейсмограмм на внутренний или внешний USB-накопитель;
- ПО сервера доступа к данным по протоколу Seedlink;
26
- ПО управления работой станции и обнаружения сейсмических
воздействий Scream.
Внешний вид данного акселерометра приведён на Рисунке 9.
Рисунок 9 – Внешний вид акселерометра Guralp
Пример интерфейса пользователя ПО Scream приведён на Рисунке 10.
Рисунок 10 – Интерфейс ПО Scream
27
Достоинствами данного решения являются:
- возможность интеграции с программными комплексами, работающими
под управлением различных ОС;
- высокая стабильность работы.
Недостатками данного решения являются:
- невозможность подключения других сейсмоприёмников;
- отсутствие встроенных средств передачи команд устройствам
оповещения.
2. Постановка задачи
2.1. Требования к разрабатываемому программному обеспечению
По результатам анализа предметной области работы, а также достоинств
и недостатков решений-аналогов, можно сформулировать следующие
основные требования к разрабатываемому программному обеспечению.
1. ПО должно иметь возможность подключения к сейсмоприёмникам и
сейсморегистраторам по IP-сети с использованием международнопризнанного протокола Seedlink. Необходимо осуществлять приём
сигналов по трём компонентам движения земли: восток-запад, север-юг,
вверх-вниз.
2. ПО должно осуществлять автоматическое обнаружение начала и
завершения сейсмических воздействий по критерию параметра STA/LTA с
использованием раздельных порогов.
3. Для
каждого
обнаруженного
сейсмического
воздействия
определяться следующие параметры:
3.1. Дата и время начала сейсмического воздействия.
28
должны
3.2. Максимальное значение модуля вектора скорости в горизонтальном
направлении.
3.3. Максимальное значение модуля вектора скорости в вертикальном
направлении.
3.4. Максимальное значение модуля полного вектора скорости.
3.5. Оценка интенсивности сейсмического воздействия по шкале MSK-64.
4. Для каждого обнаруженного сейсмического воздействия необходимо
выделить и сохранить в виде файлов соответствующие временные отрезки
по всем входным сигналам.
5. Параметры
обнаруженного
соответствующим
файлам
сейсмического
записей
воздействия
входных
сигналов
и
пути
к
необходимо
сохранить в базе данных.
6. При обнаружении сейсмического воздействия в интерфейсе пользователя
должна отображаться сигнализирующая надпись.
7. В случае, если обнаружено сейсмическое воздействие, а амплитуда полного
вектора скорости превышает заранее заданный порог, соответствующий
ощутимому сейсмическому воздействию, в интерфейсе пользователя
должна отображаться сигнализирующая надпись.
8. ПО должно обеспечивать работу в реальном масштабе времени с привязкой
к всемирному координированному времени.
2.2. Выбор инструментов разработки
По результатам анализа достоинств и недостатков известных аналогов и
с учётом перспективных требований к станциям контроля сильных движений
земли
было
принято
решение
проводить
разработку
обеспечения на основе следующих компонентов:
- операционная система – Microsoft Windows;
- язык программирования – Python 3.4 [5],[6],[7],[8];
29
программного
- базовая библиотека сейсмологической обработки – Obspy 0.10 [9],[10];
- библиотека графической визуализации – Matplotlib [11],[12];
- библиотека средств интерфейса пользователя – PyQt [13],[14],[15],[16].
Выбор операционной системы Microsoft Windows обусловлен удобством
проведения разработки и отладки приложений.
Выбор языка программирования Python 3.4 вызван возможностью
использования специализированной библиотеки Obspy, написанной на Python,
и возможностью последующего переноса программного обеспечения для
станции контроля сильных движений земли на другие операционные системы.
Язык Python является интерпретируемым языком, но в то же время имеет
средства для интеграции программ, написанных на других языках
программирования, например, C или Fortran. Тем самым обеспечивается
возможность использования ранее написанных и хорошо отработанных
элементов программ, обеспечивающих выполнение ряда математических
операций. Язык Python является объектно-ориентированным и позволяет
хорошо структурировать программы. Известно несколько реализаций языка
Python. По рекомендации разработчиков пакета Obspy [9] используется пакет
Anaconda от компании Continuum Analytics.
Выбор библиотеки Obspy 0.10 вызван наличием в ней обширного набора
готовых инструментов импорта, экспорта и обработки сейсмологических
данных, а также возможностью создания с их помощью собственного ПО.
Также в состав библиотеки Obspy входит большое число скомпилированных
модулей, написанных ранее на языке C для работы в реальном масштабе
времени. Это позволяет совместить удобство работы интерпретирующего
языка Python и высокие требования к производительности, характерные для
систем реального масштаба времени – а именно к ним относится станция
контроля сильных движений земли.
30
Выбор библиотеки Matplotlib вызван наличием в ней хорошо
проработанных средств визуализации научных и инженерных данных для
языка Python.
Выбор библиотеки PyQt вызван наличием в ней эффективных средств
организации интерактивного интерфейса пользователя в реальном масштабе
времени.
2.3. Алгоритм работы ПО
С учётом особенностей языка программирования Python, библиотек
Obspy, Matplotlib и PyQt сформулирован алгоритм работы разрабатываемого
программного обеспечения. Данный алгоритм представлен ниже. Первый лист
алгоритма описывает общие операции по инициализации ПО, включение
средств интерфейса пользователя и доступ в базу данных. В случае, если
пользователь нажимает в экранном интерфейсе кнопку «Начать работу»,
запускается подпрограмма «Приём, обработка и отображение данных». На
последующих листах приведён алгоритм работы этой части программы.
Вначале производится инициализация буферных массивов приёма
данных. Затем осуществляется запрос к серверу о доступе к данным
сейсмостанции LVC. В случае положительного ответа (подтверждения
подключения) ПО переходит в режим ожидания пакетов. В соответствии с
принципами протокола Seedlink передача данных производится пакетами,
каждый из которых содержит данные только по одному каналу сейсмприёма.
При приёме пакетов от любого из горизонтальных направлений (западвосток, север-юг) производится дополнение буферов приёма с одновременным
отсечением «устаревших» данных (т.е. переданных ранее чем за 10 минут до
времени, соответствующего окончанию буфера).
31
При приёме пакета с данными вертикального направления производится
запуск алгоритма обнаружения сейсмического воздействия. В случае
положительного решения производится индикация надписи в интерфейсе
пользователя и проверка того, закончилось ли сейсмическое воздействие. В
любом случае, производится визуализация графиков входных сигналов.
В случае, если выявлено завершение сейсмического воздействия,
производится определение его параметров, копирование необходимых
отрезков данных из буферов приёма и запись их в файлы, запись параметров и
имён файлов в базу данных.
32
Начало
БД существует
Нет
Создать БД и таблицу в ней
Задание параметров обнаружения
сейсмических событий
Инициализация графического
интерфейса пользователя
Команда меню
«Файл» -> «Выход»
Нет
Да
Конец
Команда меню
«Помощь» -> «О программе»
Да
Отображение инф. о программе
Конопка меню
«Последнее событие»
Да
Запрос в БД о последнем событии
Отображение информации
о последнем событии
Кнопка меню
«Начать работу»
Да
Приём, обработка и
отображение данных
33
Прием, обработка и
отображение данных
Инициализация буферных массивов
для приема, обработки и визуализации
данных
Передача на сервер запроса
подключения к сейсмостанции в
заданном временном интервале
2
Подключение подтверждено
Возврат
Нет
2
Нет
Принят пакет
Да
Пакет EW
Да
Дополнение буферных массивы
обработки и визуализации канала EW
Нет
Пакет NS
Да
Дополнение буферных массивов
обработки и визуализации канала NS
Нет
1
34
1
Пакет Z
нет
2
Да
Дополнение буферных массивов
обработки и визуализации канала Z
Узкополосная фильтрация в буферном
массиве обработки данных канала Z
Запуск обнаружителя Recursive STA/LTA
по буферному массиву обработки
данных канала Z
Определение максимального значения
STA/LTA
Нет
Сравнение с порогом
обнаружения сейсм. возд.
STA/LTA max > ton
3
Да
Определить время начала
сейсмического воздействия
Определить минимальное значение
STA/LTA после момента начала
сейсмического воздействия
Да
Сравнение с порогом
окончания сейсм. возд.
STA/LTA min < toff
Прекращение отображения надписи
Сейсмическое воздействие!
Нет
Отображение надписи Сейсмическое
воздействие!
4
3
35
4
Определение времени окончания
сейсмического воздействия
Вычисление максимальных модулей
векторов скорости в вертикальном,
горизонтальном направлениях и макс.
модуля полного вектора скорости на
интервале сейсмического воздействия
Определение интенсивности
сейсмического воздействия
Запись в файлы исходных данных
(массивов из буферов обработки по
каналам EW, NS и Z) на интервале
сейсмического воздействия
Запись параметров сейсмического
воздействия и имён файлов исходных
данных в БД
Отображение параметров
сейсмического воздействия
3
36
3
3
Отображение буферов визуализации
по трем каналам приёма в виде
графиков
Определение временного интервала,
для которого в буферах визуализации
есть данные по всем трем каналам
Расчёт массива полного вектора
скорости для определённого выше
временного интервала
Отображение массива полного вектора
скорости в виде графика
2
37
3
3. Реализация программного обеспечения
3.1. Структурные элементы ПО
Как уже было указано ранее, язык Python является объектноориентированным
и
позволяет
структурировать
текст
программного
обеспечения, используя классы и функции. При разработке программного
обеспечения для станции контроля сильных движений земли эти свойства
были в полной мере использованы. Был разработан ряд функций и классов (см.
Рисунок 11).
Фукнция Main(). В функции main осуществляется инициализация
интерфейса пользователя и задание параметров интерфейса пользователя.
Интерфейс реализован с использованием виджетов, которые располагаются в
layout. Каждый элемент интерфейса является виджетом. Layout задаёт
расположение элементов, так как нам необходимо.
Функция Gle(). Функция gle делает запрос в базу данных сейсмособытий
и отображает последнее событие в интерфейсе пользователя. Программа
делает запрос в базу данных SQLite, и передает последние значения в элемент
интерфейса Label.
Функция About(). Вызывает окно помощи.
Функция Worker(). Запускает функцию основной работы программы в
отдельном потоке.
Функция Realtimestuff(). Функция основной работы программы.
Производит инициализацию соединения с сервером, а также задание
параметров обработки данных.
Функция
Intensity().
Определяет
воздействия в баллах шкалы MSK-64.
38
интенсивность
сейсмического
Класс MySLCient(). Основной класс программы. Содержит функцию
обработки приходящих пакетов, обнаружение событий, формирование
массивов данных для отображения в интерфейсе пользователя, запись в базу
данных, сохранение на диск записи данных по трем каналам.
Класс MyMplCanvas(). Инициализирует виджет для отображения
графиков в интерфейсе пользователя.
Класс MyDynamiMplCanvas(). Задает параметры для отображения
графика в интерфейсе пользователя. Содержит функцию обновления данных
графика.
39
Структурные
элементы ПО
Функции
Классы
main
realtimestuff
about
gle
worker
MySLClient
MyDynamicMplCanvas
MyMplCanvas
intensity
Рисунок 11 – Структурные элементы программного обеспечения для станции контроля сильных движений земли
40
3.2. Интерфейс пользователя
На Рисунке 12 показан скриншот интерфейса программы. Далее
приведено описание элементов интерфейса программы:
(1) Меню “Файл”, “Помощь”. При нажатии на клавишу “Файл”
появляется подменю с функцией “Выход”. При нажатии на клавишу “Выход”
можно завершит работу программы. Клавиша “Помощь” открывает подменю
с функцией “О программе”. При нажатии на клавишу “О программе”
открывается новое окно с информацией о данном программном обеспечении.
(2) Заголовок
программы. Представляет наименование данного
программного обеспечения.
(3)
Надпись,
информирующая
пользователя
о
том,
к
какой
сейсмостанции будет подключатся программа.
(4) Отображение приходящих с сейсмостанции данных по каналу EW.
Отображение производится в реальном времени.
(5) Отображение приходящих с сейсмостанции данных по каналу NS.
Отображение производится в реальном времени.
(6) Отображение приходящих с сейсмостанции данных по каналу Z.
Отображение производится в реальном времени.
(7) Клавиша “Последнее событие” при нажатии программа делает запрос
в базу данных и отображает последнее событие по времени в элементе
интерфейса №10.
(8) клавиша “Начать работу”, при нажатии запускается основной цикл
работы программы, запускается обновление графиков №4,5,6,9. После
обнаружения события и записи информации об этом событии в базу данных,
обновляет информацию в элементе №10.
41
(9) График модуля полного вектора скорости. Рассчитывается по трем
каналам, а именно: EW, NS, Z. График обновляется в реальном времени.
(10) Надпись “Последнее событие”: здесь будут отображаться данные,
взятые из базы данных по последнему сейсмособытию. Данные обновляются
либо по нажатию кнопки №7, либо после обнаружения сейсмособытия и
записи информации о событии в базу данных.
На Рисунке 13 продемонстрированно оповещение пользователя о
сейсмическом событии. В середине интерфейса появляется большая красная
надпись для привлечения внимания “Сейсмическое событие!”. Данная
надпись появляется, если программа зарегистрировала начало сейсмособытия,
но событие еще не завершилось. По окончанию события надпись исчезает.
На Рисунке 14 показан скриншот программы с оповещением
пользователя об ощутимом сейсмическом событии. По середине интерфейса
программы появляется надпись “Ощутимое сейсмическое событие!”. По
завершению события, надпись исчезает. Надпись появляется, если пиковая
скорость превышает определенный уровень.
На рисунке 15 показан скриншот окна помощи. Данное окно служит для
Предоставления
пользователю
информации
о
данном
программном
обеспечении. При нажатии на клавишу “ОК” окно автоматически закроется.
42
Рисунок 12 – Интерфейс пользователя и его элементы
43
Рисунок 13 – Интерфейс пользователя при обнаружении сейсмического воздействия
44
Рисунок 14 – Интерфейс пользователя при обнаружении ощутимого сейсмического воздействия
45
Рисунок 15 – Окно «О программе» интерфейса пользователя
3.3. База данных
Информация о параметрах сейсмических воздействий записывается в
базу данных. База данных построена с использованием библиотеки sqlite и
представляет собой файл, не требующий работы отдельной службы СУБД.
Внутри программы обращение к БД производится с помощью SQL-запросов.
В базе данных работа осуществляется в одной таблице – таблице событий. По
завершении каждого сейсмического воздействия в таблице событий
появляется новая запись. Структура таблицы событий приведена в Таблице 3.
Таблица 3. Структура таблицы событий в базе данных
Идентификатор
поля
Тип поля
Смысловое содержание поля
integer
event_id
Ключевое поле
primary key
autoincrement
date
text
time
text
Дата начала сейсмического воздействия
Время начала сейсмического
воздействия
46
Идентификатор
поля
Тип поля
network
text
station
text
location
text
Z_channel
text
Смысловое содержание поля
Идентификатор сейсмической сети, от
которой поступили данные
Сейсмостанция, от которой поступили
данные
Идентификатор датчика на
сейсмостанции
Идентификатор канала вертикального
направления на сейсмостанции
Максимальная амплитуда вектора
max_horizontal
real
скорости в горизонтальном
направлении при сейсмическом
воздействии, м/с
Максимальная амплитуда вектора
max_vertical
real
скорости в вертикальном направлении
при сейсмическом воздействии, м/с
Максимальная амплитуда полного
max_full
real
вектора скорости при сейсмическом
воздействии, м/с
intensity
integer
Оценка интенсивности сейсмического
воздействия по шкале MSK-64
47
Идентификатор
поля
Тип поля
Смысловое содержание поля
Максимальная величина, которой достиг
max_stalta
real
параметр STA/LTA при сейсмическом
воздействии
Имя файла, в который произведена
z
text
запись компоненты вертикального
направления при сейсмическом
воздействии
Имя файла, в который произведена
ew
text
запись компоненты направления востокзапад при сейсмическом воздействии
Имя файла, в который произведена
ns
text
запись компоненты север-юг при
сейсмическом воздействии
Имя файла, в который произведена
full
text
запись полного вектора ускорения при
сейсмическом воздействии
3.4. Отладка программного обеспечения
Отладка программного обеспечения для станции контроля сильных
движений земли, разработанного в рамках настоящего проекта, производилась
с использованием открытых источников данных – потоков реального времени
от сейсмостанций.
48
В качестве источника данных был выбран сервер сети Geofon
(сокращенное обозначение GE). Данный сервер установлен в Центре
исследований по наукам о Земле (Geoforschungszentrum, сокращённо GFZ) в
городе Потсдам, Германия. Данный сервер осуществляет сбор и обработку
данных от сейсмостанций, входящих в сеть Geofon и сейсмостанций ряда
других сетей. Также сервер предоставляет в свободном доступе потоки
данных
от
некоторых
сейсмостанций.
Доступ
осуществляется
с
использованием следующего адреса: geofon.gfz-potsdam.de:18000.
Для эффективной отработки ПО в режиме реального масштаба времени
необходимо было выбрать такую сейсмостанцию из доступных, на которой
достаточно часто происходят сейсмические воздействия. После нескольких
проб была выбрана станция LVC вблизи города Калама в области
Антофагаста, Чили. Эта станция установлена в сейсмоактивном регионе, где
сейсмичность преимущественно вызвана взаимодействием соседних плит при
пододвижении океанической коры под континентальную. Необходимо
отметить, что в этом регионе часто происходят очень сильные землетрясения.
Так, 1 апреля 2014 года примерно в 250 км от данной станции в Тихом океане
произошло землетрясение магнитудой 8,2.
На станции LVC установлено несколько сейсмоприёмников различных
типов, но общедоступны только сигналы от широкополосного прибора типа
STS-2 производства компании Streckeisen (Швейцария). Именно эти сигналы
и были использованы при отработке разработанного в данном проекте
программного обеспечения. Итоговая схема передачи данных при отработке
ПО показана на Рисунке 17.
Некоторые результаты, полученные при отработке разработанного
программного обеспечения для станции контроля сильных движений земли,
представлены на Рисунке 16 в виде копии экрана ПО SQLiteStudio –
приложения, в котором открыта таблица событий в базе данных.
49
Рисунок 16 – копия экрана ПО SQLiteStudio с результатами работы
разработанного программного обеспечения
50
Рисунок 17 – Карта-схема передачи данных при отладке ПО
51
4. Заключение
По результатам выполнения работы «Разработка программного
обеспечения для станции контроля сильных движений земли» можно сделать
следующие выводы:
1. Была исследована предметная область применения программного
обеспечения. Рассмотрены параметры очагов землетрясений и
сейсмических воздействий. Проведён анализ работы станций
контроля сильных движений земли при землетрясениях.
2. Были рассмотрены имеющиеся отечественные и зарубежные
решения в области создания станций контроля сильных движений
земли. Проанализированы их достоинства и недостатки.
3. Были сформулированы детальные требования к программному
обеспечению для станции контроля сильных движений земли и
разработан алгоритм его функционирования.
4. Было
разработано
программное
обеспечение
с
собственным
интерфейсом пользователя и оригинальным методом обработки
поступающих сейсмологических данных, функционирующее в
реальном масштабе времени. Разработана база данных для хранения
информации о параметрах сейсмических воздействий.
5. Тестирование показало успешную устойчивую работу программного
обеспечения для станции контроля сильных движений земли на
реальных
сигналах
от
сейсмостанции,
находящейся
в
сейсмоактивном регионе земного шара.
6. Программное обеспечение для станции контроля сильных движений
земли может быть использовано в проектах по созданию систем
контроля сильных движений земли.
52
Список использованных источников
1. Потапов А.Д. Землетрясения. Причины и последствия: Учеб. Пособие
/ А.Д. Потапов, И.Л. Ревилс. – М.: Высш. шк., 2009. – 246 с.
2. Бондарик Г.К. Инженерная геодинамика: учебник / Г.К. Бондарик,
В.В. Пендин, Л.А. Ярг. – 2-е изд. – М.:КДУ, 2009. – 440 с.
3. Публикации проф. В.И. Уломова и персональный сайт «Внимание!
Землетрясение!» [Электронный ресурс]. – URL: http://seismos-u.ifz.ru/ (дата
обращения: 18.03.2015).
4. Павленко О.В. Сейсмические волны в грунтовых слоях: нелинейное
поведение грунта при сильных землетрясениях последних лет. – М.: Научный
мир, 2009. – 608 с.
5. Среда разработки программного обеспечения pycharm. [Электронный
ресурс].
–
URL:
https://www.jetbrains.com/pycharm/
(дата
обращения:
16.03.2015).
6. Программный пакет для разработки программного обеспечения
Anaconda.
[Электронный
ресурс].
–
URL:
https://store.continuum.io/cshop/anaconda/ (дата обращения: 16.03.2015).
7. Справочные материалы по программированию на языке python.
[Электронный
ресурс].
https://techbase.kde.org/Welcome_to_KDE_TechBase
–
(дата
URL:
обращения:
16.03.2015).
8. Справочные материалы по модулям языка python. [Электронный
ресурс]. – URL: http://pymotw.com/2/# (дата обращения: 16.03.2015).
9. ObsPy: A Python Toolbox for Seismology. // M. Beyreuther, R. Barsch, L.
Krischer, T. Megies, Y. Behr and J. Wassermann (2010) – SRL, 81(3), 530-533
53
10. ObsPy – What can it do for data centers and observatories? // T. Megies,
M. Beyreuther, R. Barsch, L. Krischer, J. Wassermann (2011) – Annals Of
Geophysics, 54(1), 47-58
11.
Библиотека
отрисовки
математических
данных
matplotlib.
[Электронный ресурс]. – URL: http://matplotlib.org (дата обращения:
16.03.2015).
12. Справочные материалы по программированию. [Электронный
ресурс]. – URL: http://stackoverflow.com (дата обращения: 16.03.2015).
13. Библиотека визуального интерфейса QT. [Электронный ресурс]. –
URL:
http://pyqt.sourceforge.net/Docs/PyQt4/qtgui.html
(дата
обращения:
16.03.2015).
14. Обучающие материалы по программированию на языке python.
[Электронный
ресурс].
–
URL:
http://zetcode.com/
(дата
обращения:
16.03.2015).
15. Справочные материалы по программированию на языке python.
[Электронный ресурс]. – URL: http://www.tutorialspoint.com/index.htm (дата
обращения: 16.03.2015).
16. Справочные материалы по интерфейсу QT. [Электронный ресурс]. –
URL: http://www.qtcentre.org/forum.php (дата обращения: 16.03.2015).
54
Приложение А
Карта сейсмической опасности на территории Российской Федерации (2010 г.)
55
Приложение Б
Шкала интенсивности сейсмических воздействий – MSK-64
Баллы
1
Скорость
колебаний
почвы V,
см/с
0,06–0,12
Ускорение
колебаний
почвы А ,
см/с2
Характеристика колебаний и их
последствий
0,75–1,50
Колебания почвы фиксируются
только высокочувствительными
приборами
2
0,13–0,25
1,6–3,1
Колебания ощущаются отдельными
людьми, находящимися в спокойном
состоянии
3
0,26–0,50
3,2–6,2
Колебания отмечаются немногими
людьми
6,3–12,5
Колебание отмечается многими
людьми, возможно колебание
дверей, дребезжание стекол
12,6–25,0
Качание висячих предметов,
многие спящие просыпаются,
осыпание побелки
26–50
Легкие повреждения в зданиях,
тонкие трещины в штукатурке,
трещины в печках
51–100
Значительные повреждения в
зданиях, тонкие трещины в
штукатурке и откалывание
отдельных кусков, тонкие трещины
в стенах
101–200
Разрушение в зданиях: большие
трещины в стенах, падение
карнизов, дымовых труб
201–400
Значительные разрушения, в
некоторых зданиях обвалы:
обрушение стен, перекрытий,
кровли
4
5
6
7
8
9
0,51–1,0
1,1–2,0
2,1–4,0
4,1–8,0
8,1–16,0
16,1–32,0
56
Баллы
Скорость
колебаний
почвы V,
см/с
Ускорение
колебаний
почвы А ,
см/с2
Характеристика колебаний и их
последствий
10-12
>32,1
>401
Обвалы во многих зданиях
57
Приложение В
Пример расчётной карты интенсивности сейсмических воздействий
Алтае−Саянский филиал
Геофизической службы СО РАН
Новосибирск, просп. ак. Коптюга, 3, тел. 8 (383) 3301261, факс 8 (383) 3301261 тел. опер.
службы 8 (383) 3331637 e−mail: asf(at)gs.nsc.ru
ОПЕРАТИВНОЕ СООБЩЕНИЕ О СЕЙСМИЧЕСКОМ СОБЫТИИ
ВРЕМЯ В ОЧАГЕ, ГРИНВИЧ (UTC):
ШИРОТА: 51.93 ДОЛГОТА: 95.63
МАГНИТУДА:
ИНТЕНСИВНОСТЬ В ЭПИЦЕНТРЕ:
ТИП СЕЙСМИЧЕСКОГО СОБЫТИЯ:
2013.12.11 14:15:16.97
4.3
5.3 (оценка MSK64)
earthquake
Новосибирск, Лаб. Региональной Сейсмологии, АСФ ГС СО РАН, Seismic
Reporting Service v3.e
2013 Dec 11 15:04:17
58