ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Система мониторинга сейсмической и вулканической активности Камчатки и Командорских островов.

Рекомендуемая область пременения

МЧС, территориальные администрации сейсмоопасных и цунамиопасных районов России и мира, строительство, страховые компании, российские и зарубежные исследовательские институты.

Назначение, цели и задачи проекта

Непрерывный оперативный контроль за землетрясениями и  действующими вулканами Камчатского региона.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Система не имеет аналогов в России.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

По уровню угрозы природных катастроф Камчатка, наряду с Курильскими островами, является наиболее опасной территорией России. Нет сомнений в том, что природные катастрофы на Камчатке будут возникать и впредь. На 2005-2017гг. в зоне Петропавловск-Камчатский – Вилючинск – Елизово сильное (8 баллов и более) землетрясение ожидается с вероятностью около 50%. Чтобы снизить опасность и уменьшить тяжелые последствия природных катастроф, (гибель людей, разрушение инфраструктуры населенных пунктов и воинских частей, материальные потери) необходим постоянный мониторинг опасных природных явлений, накопление данных, научные исследованиях природы, поиск средств снижения опасности. В Камчатском филиале Геофизической Службы РАН создана уникальная система мониторинга сейсмической и вулканической активности, которая позволяет вести непрерывные наблюдения за землетрясениями и действующими вулканами в режиме реального времени.

Камчатка и Командорские острова относятся к регионам мира, где сейсмичность и вулканическая активность достигают наивысшей интенсивности на нашей планете. В ХХ веке на Камчатке произошло несколько сильнейших землетрясений:

- сотрясения силой 8 баллов по 12-балльной шкале 3 раза отмечались в Петропавловске (1904, 1959 гг.);

- 9-10 балльные землетрясения почти разрушили пос. Жупаново в 1959 г.;

- 9-10 балльные толчки отмечены на мысе Африка в 1936 г.

Мощные цунами обрушивались на побережье в 1923 г (2 раза, высота волн до 11 м, проникновение в глубь побережья на 5 км, частично разрен пос. Усть-Камчатск), 1959 г. (высота до 10 м), 1960 г. (до 7 м), 1969 г. (до  10-15 м). В 1952 г. гигантское цунами (волны до 15 м) обрушилось на побережье юга Камчатки и островов Шумшу и Парамушир, погибло по разным источникам до 5 тысяч человек, был почти разрушен пос. Северо-Курильск. В среднем,  землетрясения с магнитудой 7.0 и выше происходят на Камчатке каждые три года.

На Камчатке 29 действующих вулканов, среди которых вулкан Ключевской (4750 м) – самый высокий действующий вулкан Евразии. Ежегодно на Камчатке происходит несколько извержений вулканов, пепловые выбросы которых угрожают безопасности полетов в северной части Тихого океана, в том числе на авиатрассах между США, Россией и Японией. Катастрофические эксплозивные (взрывные) извержения вулканов происходили в 20 веке на Камчатке в 1907, 1956 и 1964 гг., при каждом их них выбрасывалось от 0,7 до 2,5 кубических километров пепла и вулканических бомб, и полностью опустошались территории в сотни и тысячи кв. км.

Созданная система мониторинга включает в себя:

- сети сейсмических станций;          

- визуальные и видео наблюдения за действующими вулканами;

- технические и программные средства сбора, обработки и хранения данных;

- методические и программные средства обработки сейсмических сигналов в автоматическом и автоматизированном режимах;

- наблюдение за состоянием действующих вулканов по спутниковым данным.

Система оперативного контроля сейсмичности Камчатки основывается на радиотелеметрических сейсмических станциях (РТСС). В настоящее время их на Камчатке насчитывается 28. Каждая станция РТС оборудована трехкомпонентным комплексом короткопериодных сейсмометров СМ-3 (Тs = 1,2с) для регистрации скорости смещения грунта в полосе частот 0,8-30Гц.

Передача информации осуществляется по радиоканалу в УКВ диапазоне.. Информация о сейсмических сигналах поступает на приемные центры в г. Петропавловске-Камчатском, г. Ключи и п. Козыревск в реальном масштабе времени. Здесь производится преобразование аналогового сейсмического сигнала в непрерывный цифровой поток данных.

Система цифровой регистрации сигналов работает на базе персональных компьютеров под управлением операционной системы Windows.

Основные функции системы мониторинга:

- преобразование аналоговых сигналов сейсмометрических каналов радиотелеметрической системы в непрерывный цифровой поток данных в режиме реального времени;

- организация кольцевого буфера для хранения текущих данных на жестком диске персонального компьютера в формате ЫККК, размер буфера 1Гб, что позволяет хранить около 18 часов непрерывных данных по 64 каналам частотной дискретизации 128Гц;

- обеспечение оперативного доступа к текущим данным через локальную компьютерную сеть для анализа и обработки;

- создание архива текущих данных и организация доступа к нему внешних пользователей;

- организация архива данных на CD-R и DVD.

Приемные центры радиотелеметрической системы соединены выделенными телефонными каналами, что позволяет, находясь в Петропавловске, иметь доступ ко всем станциям радиотелеметрической сети.  На сервере приемного центра в г. Петропавловске-Камчатском  сохраняются непрерывные данные всех  станций РТСС глубиной  более 15 суток.

Система обработки сейсмологической информации в зависимости от времени выходных данных имеет три уровня:

- служба срочных донесений (задержка  20-30 мин.);

- оперативная обработка (задержка до 24 часов);

- окончательная (сводная) обработка (задержка 1 год)

Оценка параметров землетрясений Камчатки с
М>4.0 производится в автоматическом и автоматизированном режимах. Результаты обработки в автоматическом режиме, которые получаются через 10-15 минут после произошедшего землетрясения, рассылаются безотлагательно по электронной почте (телефону) в ГС РАН, МЧС, ФЦПЗ и в Администрацию Камчатской области, а также доступны через Internet и в виде SMS сообщений.

Для автоматизированной обработки сейсмических сигналов используется разработанный в КФ ГС РАН пакет программ DATAAN, предназначенный для визуализации и детального анализа цифровых сейсмических сигналов в операционных системах Windows и WindowsNT. Программа не имеет ограничений на количество каналов регистрации сейсмических сигналов и число отсчетов по каждому из них, имеет простое функциональное меню. Программа ориентирована на стандартный формат данных SEED, но может работать и с другими форматами представления сейсмометрических данных: SEGY, DATAMARK, POSEIDON, WAV, SAC, GSE, VISEIS, ASCII, BYNARY.

В основе всех работ по сбору,  обработке и хранению сейсмологической и геофизической информации лежит корпоративная компьютерная сеть КФ ГС РАН.

- по компьютерной сети  организована непрерывная передача информации о землетрясениях с удаленных сейсмических станций радиотелеметрической сети. 

- кроме  сейсмологической информации, сеть обеспечивает передачу низкоскоростных видео потоков  с систем наблюдения за вулканами, расположенных в г. Ключи и п. Козыревск.

Разработка и внедрение оригинальных методических и программных средств обработки сейсмических сигналов позволили создать систему контроля сейсмичности в регионе в режиме реального времени. Включение корпоративной компьютерной сети в Internet дало возможность обмена информацией на всех уровнях без ограничения количества пользователей.

Система мониторинга внедрена в повседневную научно-производственную деятельность КФ ГС РАН и используется в режиме реального времени для комплексной оценки сейсмической и вулканической опасности на  Камчатке:

- ежегодно в регионе регистрируется  5-6 тысяч землетрясений, связанных с процессами,  происходящими в зоне субдукции,  и около 7 тысяч землетрясений, связанных с вулканической деятельностью;

- мониторинг состояния вулканов ведется дистанционными методами в трех направлениях:  сейсмический мониторинг,   визуальные и видео наблюдения и  спутниковый мониторинг. Установленные и включенные в корпоративную компьютерную сеть видеокамеры позволяют наблюдать в реальном времени за состоянием вулканов Шивелуч, Ключевской и Безымянный http://data.emsd.ru/video/video.htm .

-  ежедневно информация о происшедших в регионе землетрясениях и о состоянии вулканов передается по установленному регламенту в заинтересованные организации  и размещается на сервере КФ ГС РАН в Интернете:

http://data.emsd.iks.ru/  -  карта эпицентров землетрясений Камчатки,   Северных Курильских  и Командорских островов;

http://data.emsd.iks.ru/klyquake/index.htm - карта эпицентров землетрясений Северной группы вулканов;

http://data.emsd.iks.ru/avhquake/index.htm - карта эпицентров землетрясений Авачинско-Корякской группы вулканов;

http://emsd.iks.ru/~ssl/monitoring/main.htm  - информация о состоянии активных вулканов Камчатки.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Снижение риска, уменьшение экономического ущерба и числа жертв сильных землетрясений и цунами.

Эффективность работы системы  неоднократно была продемонстрирована в критических ситуациях:

- при возникновении в регионе сильных землетрясений и их афтершоков  для своевременной оценки сейсмической опасности;

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

·        Безопасность авиаполетов

·        Возможность получения оперативной оценки вулканической опасности по комплексу дистанционных данных и оправдавшимся прогнозам вулканических извержений.

Новые потребительские свойства продукции

Новизна системы состоит в обеспечении контроля вулканов в оперативном режиме.
Информация представляется в:
- Камчатское отделение Федерального Центра Прогноза Землетрясений;
- Совет по прогнозу Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН;
- Администрацию Камчатской области;
- Главное управление по делам ГО и ЧС по Камчатской области;
- Представителю Президента РФ по Камчатской области;
- Средства массовой информации.
- В рамках научно-технического сотрудничества с Вулканологической Обсерваторией Университета штата Аляска (США), Центрами Слежения за Пепловыми Облаками в Токио (Япония) и Анкоридже (США) ведется обмен информацией о состоянии вулканов Камчатки, Северных Курил и Аляски для обеспечения безопасности полетов в северной части Тихого океана.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Не требуются

Стадия и уровень разработки

Система внедрена в научно-производственную деятельность КФ ГС РАН. Используется в режиме реального времени для комплексной оценки сейсмической и вулканической опасности на Камчатке.

Предлагаемые инвестиции

30 млн. руб.
Средства необходимы для развития, усовершенствования и освоения системы.

Рынки сбыта

Все сейсмоопасные, цунамиопасные и вулканоопасные регионы России и мира. Органы территориальных администраций. Страховые компании.

Возможность и эффективность импортозамещения

Техническая сторона разработки не предусматривает возможность импортозамещения.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

Методика сейсмического мониторинга внедрена в научно-производственную деятельность КФ ГС РАН и используется в режиме реального времени для комплексной оценки сейсмической и вулканической опасности на Камчатке.

Дата поступления материала

27.09.2006