WWW.NEW.Z-PDF.RU
БИБЛИОТЕКА  БЕСПЛАТНЫХ  МАТЕРИАЛОВ - Онлайн ресурсы
 

«ТОМ 95, 2016, № 4 ISSN 2410-7948 — онлайн-версия ISSN 2079-5165 — печатная версия Подписной индекс ...»

НАУКА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ

ТОМ 95, 2016, № 4

ISSN 2410-7948 — онлайн-версия

http://elibrary.ru/title_about.asp?id=32295

http://std.ifz.ru/

ISSN 2079-5165 — печатная версия

Подписной индекс 42308

ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЕ В ГЕОФИЗИКЕ

Ч. 2. АППАРАТУРА И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

[Тематический выпуск]

Редакторы выпуска:

В.В. Погорелов, А.Я. Сидорин СОДЕРЖАНИЕ Предисловие

Сейсмические датчики для систем мониторинга И.М. Васильев, Ю.П. Кожевников, И.В. Матвеев, С.А. Мациевский, В.Г. Межберг, А.В. Рыков, И.В. Уломов

Линейка сейсмоприемников с емкостным преобразователем И.П. Башилов, С.Г. Волосов, С.А. Королев, В.А. Меркулов, В.М. Овчинников

Наземные геофизические исследования: измерительные средства В.Б. Дубовской, В.Г. Жильников, О.С. Казанцева, И.И. Калинников, В.И. Леонтьев, А.Б. Манукин, В.П. Матюнин, А.В. Сбитнев

Космические исследования: гравиинерциальные инструменты О.Н. Андреев, В.Б. Дубовской, И.И. Калинников, А.В. Калюжный, В.И. Леонтьев, А.Б. Манукин, С.С. Обыденников, В.Г. Пшеняник

Универсальная портативная система сбора геофизических данных И.М. Алешин, С.С. Бургучев, Ф.В. Передерин, К.И. Холодков

Программный пакет ABD — универсальный инструмент для анализа данных режимных наблюдений А.В. Дещеревский, В.И. Журавлев, А.Н. Никольский, А.Я. Сидорин



SCIENCE AND TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS

VOLUME,, No .

IMPORT SUBSTITUTION IN GEOPHYSICS

P.. INSTRUMENTS AND SOFTWARE

[Special issue]

Issue editors:

V.V. Pogorelov and A.Ya. Sidorin CONTENTS Preface

Seismometers for monitoring systems I.M. Vasil’ev, Yu.P. Kozhevnikov, I.V. Matveev. S.A. Matsievskii, V.G. Mezhberg, A.V. Rykov, I.V. Ulomov

The range of seismometers with capacitive transducer I.P. Bashilov, S.G. Volosov, S.A. Korolev, V.A. Merkulov, V.M. Ovchinnikov

Ground geophysical surveys: measuring tools V.B. Dubovskoi, V.G. Zhilnikov, O.S. Kazantseva, I.I. Kalinnikov, V.I. Leontyev, A.B. Manukin, V.P. Matyunin, A.V. Sbitnev

Space research: graviinertial instruments O.N. Andreev, V.B. Dubovskoi, I.I. Kalinnikov, A.V. Kalyuzhny, V. I. Leontyev, A.B. Manukin, S.S. Obydennikov, V.G. Pshenyanik

Versatile geophysical data acquisition system I.M. Aleshin, S.S. Burguchev, F.V. Perederin, K.I. Kholodkov

ABD software package: universal tool for analysis of monitoring data A.V. Desherevskii, V.I. Zhuravlev, A.N. Nikolsky, A.Ya. Sidorin

Наука и технологические разработки, 2016, том 95, № 4, с. 3–4. DOI: 10.21455/std2016.4-0

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящий номер журнала «Наука и технологические разработки» представляет собой вторую часть тематического выпуска «Импортозамещение в геофизике». Выпуск публикуется в рамках подготовки 2-й международной специализированной выставки «Импортозамещение» .

В нем описаны разработки, выполненные сотрудниками ведущего геофизического учреждения страны Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН (ИФЗ РАН) как самостоятельно, так и в кооперации с сотрудниками других организаций и ведомств .

Первая часть тематического выпуска опубликована в предыдущем номере журнала1 .





В нем описаны разработки инновационных технологий и методов геофизических исследований, предназначенных для мониторинга опасных природных и техногенных процессов в целях обеспечения комплексной безопасности технических сооружений особой ответственности, геофизической разведки, решения инженерных и поисковых задач, а именно: 1) новые технологии спутникового мониторинга областей разработки полезных ископаемых, смещений природных и техногенных объектов; 2) инновационный проект создания и практического использования эффективных космических, авиационных и наземных технологий раннего обнаружения и мониторинга предвестников землетрясений большой магнитуды с целью повышения точности и надежности краткосрочного прогнозирования времени и места катастроф; 3) новая система сейсмического мониторинга гидротехнических сооружений для обеспечения их безопасности;

4) технология оценки сейсмической опасности при проектировании протяженных газопроводов;

5) технология электромагнитных зондирований Земли методом переходных процессов (МПП) совмещенной незаземленной установкой с измерениями вдоль профилей, пересекающих исследуемые структуры Вторая часть тематического выпуска, представленная в настоящем номере журнала, имеет несколько иную направленность: в ней рассмотрены разработки для выполнения геофизических исследований. Это средства для измерений разнообразных геофизических параметров и сбора данных с разнесенных пунктов наблюдений, а также программное обеспечение для управления данными, их обработки и анализа .

В двух первых статьях номера представлены разработки сейсмометрической аппаратуры .

В статье И.М. Васильева с соавторами описаны обладающие очень высокими метрологическими характеристиками трехкомпонентные сейсмические датчики: сверхширокополосный сейсмометр, широкополосный сейсмометр, мобильный акселерометр сильных движений .

Разработанный авторами сверхширокополосный сейсмометр без преувеличения можно назвать уникальным: его эффективная полоса регистрации простирается в область больших периодов до 600 с, в то время как у зарубежных аналогов значение этого важнейшего параметра вдвое меньше. Компактный широкополосный сейсмометр с плоской по скорости АЧХ в полосе 120 с – 40 Гц очень полезен для региональных и локальных геодинамических исследований .

Акселерометр с максимальным регистрируемым ускорением 2.5 g можно применять для регистрации сейсмических явлений на земной поверхности, в донных станциях и скважинах, а также для измерения вибраций при решении широкого прикладных задач. По основным характеристикам приборы не уступают лучшим зарубежным аналогам и могут использоваться в качестве импортозамещающих. В них реализованы новые технологии, основанные на российских разработках в области сейсмометрии .

В статье И.П. Башилова с соавторами описано семейство сейсмоприемников с емкостным преобразователем взаимного перемещения. Все приборы обладают высокой чувствительностью, выполнены по унифицированной электронной схеме, характеризуются простотой изготовления, наладки и калибровки. В результате одновременных наблюдений с лучшими зарубежными приборами показано, что метрологические характеристики отечественных разработок схожи с характеристиками зарубежных сейсмометров STS-2 и CMG-6T. В настоящее время опытные образцы сейсмометров готовятся к серийному производству .

1Импортозамещение в геофизике. Ч. 1. Технологии мониторинга и разведки [Тематический выпуск] / Ред.:

В.В. Погорелов, А.Я. Сидорин. Наука и технологические разработки. 2016. Т. 95, № 3. 48 с .

Наука и технологические разработки, 2016, том 95, № 4, с. 3–4. DOI: 10.21455/std2016.4-0 В статье В.Б. Дубовского с соавторами представлены прецизионные инструменты для наземных гравиинерциальных и деформометрических измерений, а именно прецизионный гравиметр, который по основным параметрам превосходит отечественные и зарубежные аналоги; не имеющий аналогов в этом классе приборов микронивелир для определения напряженного состояния различных конструкций; скважинный инклинометр для определения планового положения ствола скважины на разных горизонтах с погрешностью не более 1 мм; длиннобазисный (с базой более 1 км) гидростатический нивелир и наклономернодеформометрический комплекс для проведения геофизических измерений в широком динамическом диапазоне. В комплекс входят: наклономер двухкоординатный штольневый, деформометр кварцевый, гидростатический нивелир, измеритель вариаций уровня жидкости в скважинах, датчики атмосферного давления и температуры. Все приборы комплекса оснащены унифицированным емкостным частотным преобразователем с автокомпенсацией собственного дрейфа. Накоплен большой и весьма успешный опыт применения описанных в статье приборов для решения различных фундаментальных и прикладных задач геофизики не только в России, но и за рубежом .

В статье О.Н.

Андреева с соавторами представлены оригинальные авторские разработки нескольких прецизионных гравиинерциальных инструментов для космических исследований:

трехкоординатный измеритель микроускорений, микроакселерометр, сейсмогравиметр и сейсмоакселерометр. По чувствительности и динамическому диапазону приборы соответствуют уровню передовых зарубежных разработок и успешно применяются для решения широкого спектра задач космических исследований, их можно использовать, например, для исследования гравиинерциальных полей на космических аппаратах и планетах, в низкоорбитальных космических аппаратах дистанционного зондирования Земли, для уточнения параметров гравитационного поля Земли в космических геодезических системах серии ГЕО-ИК .

В статье И.М. Алешина с соавторами рассмотрены программно-аппаратные решения, реализованные на основе современных высокоинтегрированных однокристальных компьютеров. В итоге создана энергоэффективная портативная система сбора и передачи геофизических данных, в частности сейсмических, магнитных, глобальных навигационных спутниковых измерений, а также их коррекции. Система универсальна, способна работать со всеми распространенными каналами связи — от телефонных модемов до дуплексных спутниковых терминалов — и может стать основой для реализации самых разных национальных проектов, связанных со сбором и передачей данных .

В статье А.В. Дещеревского с соавторами описан программный комплекс ABD, предназначенный для анализа временных рядов данных. Его отличительная особенность — обеспечение полного цикла операций, необходимых при работе с экспериментальными временными рядами данных. Это достигается тем, что в состав комплекса входят: 1) система управления базой данных временных рядов; 2) мощный исследовательский комплекс и

3) интерактивная среда визуализации данных. Реализованные в комплексе технологии позволяют анализировать структуру рядов, с помощью обширного набора эффективных методов выявлять скрытые периодичности и взаимосвязи между вариациями разных параметров, проводить детальный статистический анализ данных и многое другое. Некоторые из реализованных в комплексе технологий не имеют мировых аналогов. Важно также, что комплекс ориентирован на работу с неидеальными временными рядами данных, часто осложненными пропусками и другими дефектами, а при всех операциях с данными используется календарная шкала времени. Программный комплекс ABD может применяться для удаленной обработки данных в распределенных системах хранения информации, на его основе создана и успешно эксплуатируется система сбора, сопровождения и анализа данных комплексного геофизического мониторинга на Камчатке, ориентированная на прогноз землетрясений. В статье рассмотрены перспективы использования программного комплекса ABD в медицине .

–  –  –

Наука и технологические разработки, 2016, том 95, № 4, с. 5–10. DOI: 10.21455/std2016.4-1 УДК 550.3

СЕЙСМИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ ДЛЯ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА

© 2016 г. И.М. Васильев, Ю.П. Кожевников, И.В. Матвеев, С.А. Мациевский, В.Г. Межберг, А.В. Рыков, И.В. Уломов Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия Представлены разработанные в ИФЗ РАН трехкомпонентные сейсмические датчики: сверхширокополосный сейсмометр, широкополосный сейсмометр, акселерометр сильных движений. Датчики предназначены для применения в составе систем сейсмического мониторинга. Макеты датчиков успешно прошли лабораторные и полевые испытания .

Ключевые слова: сейсмометр, велосиметр, акселерометр, датчик, сейсмоприемник широкополосный трехкомпонентный .

Введение Для решения задач прогноза землетрясений ствимый путь создания не имеющего мировых и оценки сейсмической опасности, повышения аналогов сверхширокополосного сейсмометра — качества мониторинга текущей сейсмичности и модернизация лучшего из рутинных сейсмомерешения фундаментальных задач сейсмологии тров и превращение его в уникальный прибор .

необходимо повысить качество массовых наблю- В качестве прототипа была выбрана одна из дений путем оснащения наблюдательных пун- наиболее удачных моделей сейсмометров линии ктов, станций, обсерваторий приборами нового КСЭШ [Рыков, Башилов, 1997], разработанная поколения .

В первую очередь это касается широ- ранее в лаборатории сейсмометрии ИФЗ АН кополосных сейсмических датчиков, их динами- СССР. Цель модернизации сейсмометра — расческого и частотного диапазонов. Немногие име- ширение частотных характеристик в сторону ющиеся отечественные модели, разработанные и низких и верхних частот, увеличение динамичеизготовленные до 1990-х годов, уже не справляют- ского диапазона, уменьшение нелинейных искася с возросшими требованиями. жений .

За прошедшие годы обновилась элемент- Разработанный сейсмометр предназначен для ная база электронных компонентов. Появились модернизации существующих национальных новые возможности совершенствования кон- сетей телесейсмических наблюдений. В основе струкций, в том числе механических элемен- прибора использован длиннопериодный инертов подвеса вертикального и горизонтального ционный маятник с собственным механическим сейсмометров. Все это послужило толчком периодом, регулируемым до 58 с [Мациевский, к проведению работ по модернизации существу- 2011б]. Маятник вертикального сейсмометра ющих сейсмометров и созданию уникальных построен по схеме Ла Коста с использованисейсмических приборов, которые способны за- ем цилиндрической витой пружины с нулевой менить дорогостоящие зарубежные приборы. начальной длиной из высокостабильного сплаВ статье представлены трехкомпонентные ва по уникальной отечественной технологии .

сейсмические датчики нового поколения — это Применение астазированной подвески позвосверхширокополосный сейсмометр, широко- лило создать сверхширокополосный маятник полосный сейсмометр и акселерометр сильных с инерционной массой всего 2 кг .

движений. Электронная обратная связь (прибора) выполнена по форсбалансной схеме [Wielandt, Сверхширокополосный сейсмометр Streckeisen, 1982; Мациевский, 1993], широко Авторами был обобщен опыт лучших отече- применяемой в современных электронных сейственных разработок, критически проанализи- смометрах. В качестве преобразователя мехарованы достижения и проблемы современной нических колебаний маятника в электрический сейсмометрии [Васильев и др., 2008; Мациевский, сигнал используется емкостной дифференциа]. На этой основе был предложен наиболее альный преобразователь с разрешающей способностью лучше 1010 м. Собственный шум элекэкономически целесообразный и быстро осущеВасильев И.М. и др .

Рис. 1. Сверхширокополосный сейсмометр

троники в эквивалентных единицах лежит ниже Массивный корпус из алюминиевых сплавов низкоуровневой модели NLNM в полосе от 300 с обеспечивает необходимую тепловую инерцию до 5 Гц. Амплитудно-частотная характеристика для подавления короткопериодных температурсейсмометра соответствует велосиметру и имеет ных флюктуаций. Тем не менее рекомендуется максимально-плоский по скорости участок в по- применять толстостенный пенопластовый коллосе 0.0016–15 Гц. пак в качестве дополнительного эффективного Конструкция. Общий вид прибора показан на средства защиты от температурных колебаний рис. 1. Сейсмометр состоит из трех сейсмопри- и конвекционных потоков, при этом можно поемников (вертикального и двух горизонтальных) лучить подавление шума как минимум на 10 дБ и электронного блока контроля и управления. на периодах до 100 с. Специальных мер антиСейсмоприемники разработаны на основе физи- барической защиты не требуется. Практически ческого маятника с одинаковыми механически- установлено, что при размещении сейсмометра ми характеристиками. в стационарных условиях имеется незначительБлок электроники содержит DC/DC преоб- ный сезонный дрейф нуля, который вызывает разователь, электронные схемы отрицательной рецентеринг лишь несколько раз за год .

обратной связи, цепи аналоговой обработки, вы- Преимущества разработки в сравнении с заделения и фильтрации сейсмического сигнала, рубежными аналогами. В настоящее время на а также микропроцессорный контроллер управле- международном рынке геофизических прибония и калибровки. Блок осуществляет также авто- ров отсутствуют широкополосные сейсмометры матический контроль положения механического с полосой регистрируемых периодов свыше 300 с .

нуля сейсмометра и в случае необходимости вы- Реализованы новые технологии на основе полняет его коррекцию (рецентеринг) с помощью полностью российских разработок в области прецизионного электромеханического привода. сейсмических приборов. Эти технологии обе

–  –  –

Сейсмические датчики для систем мониторинга спечивают более дешевую альтернативу для развития средств массовых сейсмических наблюдений в России по сравнению с существующими зарубежными программами модернизации сетей сейсмического мониторинга .

Области коммерческого использования разработки. Масштабы социально-экономического эффекта от использования результатов разработки могут быть весьма существенными .

Оснащение станций и обсерваторий сейсмометрами с более высокой разрешающей способностью и большим динамическим диапазоном регистрируемых геофизических событий по отношению к используемым в настоящее время будет способствовать улучшению количественных оценок параметров сейсмичности, повышеРис. 2. Широкополосный сейсмометр нию надежности и разрешающей способности алгоритмов прогноза землетрясений и оценки сейсмической опасности. Расширенный в сторону низких частот рабочий диапазон особенно ний. Электрический сигнал на выходе прибора важен для обеспечения надежного прогнозиро- пропорционален скорости движения его корпуса вания цунами. в рабочей полосе частот .

Форма внедрения. Сверхширокополосный В состав сейсмометра входят три однокомсейсмометр может с успехом использоваться на понентных сейсмоприемника (два горизонопорных станциях региональных сейсмических тальных и вертикальный) и блок контроля .

сетей в районах повышенной сейсмической Конструктивно каждый сейсмоприемник предопасности для проведения непрерывных теле- ставляет собой маятник инерционного типа сейсмических наблюдений и повышения надеж- с использованием цилиндрической витой пруности оповещения о землетрясениях и цунами .

жины, охваченный силовой электронной обратМакет прибора успешно прошел лабораторные ной связью. Маятник вертикального сейсмоприиспытания и готов к проведению дальнейших емника отличается от маятника горизонтального испытаний в режиме мониторинга. ориентацией оси чувствительности в пространВнедрение прибора в практику сейсмических стве и характеристиками пружины .

наблюдений позволит: В качестве преобразователя механических

1) поднять уровень отечественного геофизиче- колебаний маятника в электрический сигнал ского приборостроения; используется емкостной дифференциальный

2) обеспечить независимость отечественных ис- преобразователь с разрешающей способностью лучше 1010 м. Собственный шум электроники следований от зарубежных поставок;

3) сэкономить средства на импортозамещении. в эквивалентных единицах лежит ниже низкоучаствовать на паритетных условиях в между- уровневой модели NLNM в полосе от 100 с до народных проектах модернизации мировой 10 Гц. Амплитудно-частотная характеристика глобальной сети сейсмических наблюдений. сейсмометра соответствует велосиметру и имеет максимально-плоский по скорости участок в полосе 0.0083–40 Гц .

Широкополосный сейсмометр Блок электроники содержит DC/DC преобОбщий вид приборов показан на рис. 2. разователь, электронные схемы отрицательной Сейсмометр предназначен для региональных обратной связи, цепи аналоговой обработки, и локальных геодинамических исследований, выделения и фильтрации сейсмического сига также может использоваться в качестве обсер- нала, а также микропроцессорный контроллер ваторского прибора в телесейсмических сетях управления и калибровки. Блок электроники массовых наблюдений. Возможно использова- осуществляет также автоматический контроль ние сейсмометра в качестве мобильного средства положения механического нуля сейсмометра и в регистрации в системах сейсмического монито- случае необходимости выполняет его коррекцию ринга инженерных и индустриальных сооруже- (рецентеринг) .

–  –  –

Сейсмометр имеет плоскую по скорости АЧХ в полосе 120 с–40 Гц. Возможно расширение полосы сейсмометра до 240 с .

Акселерометр трехкомпонентный мобильный Акселерометр трехкомпонентный предназначен для преобразования в электрические сигналы трех взаимно ортогональных составляющих ускорений колебаний грунта, сооружений и других объектов при сейсмических явлениях естественного и искусственного происхождения .

Электрический сигнал на выходе прибора проРис. 3. Акселерометр мобильный порционален ускорению его корпуса в рабочей полосе частот .

Прибор может быть использован при реги- электрическое напряжение перемещений инерстрации сейсмических явлений наземными сей- ционной массы маятника, возникающих при смографами, в донных станциях, в скважинных движении грунта и связанного с ним корпуса наблюдениях, а также в различных областях нау- прибора. Преобразование осуществляется с поки и техники для измерения вибраций. мощью емкостного дифференциального преобКонструкция. Общий вид прибора показан разователя оригинальной конструкции. Сигнал на рис. 3. Внутри герметичного металлического на выходе такого преобразователя зависит от корпуса расположены три взаимно ортогональ- расстояния между пластинами конденсатора или ных форсбалансных акселерометрических моду- его электрической емкости. Благодаря форсбаля на основе малогабаритных короткопериодных лансному уравновешиванию рабочие перемещемаятников инерционного типа. В основании ния очень малы, что позволяет получить высокорпуса имеются резьбовые отверстия для кре- кочувствительный емкостной преобразователь пления прибора на исследуемом объекте. Связь с высокой разрешающей способностью и больс внешними устройствами осуществляется по- шим динамическим диапазоном .

средством многожильного сигнального кабеля. Направления главных измерительных осей .

Преобразователи сейсмического сигнала. Главные измерительные оси компонент прибоВ приборе осуществляется преобразование в ра образуют декартову систему координат и расСейсмические датчики для систем мониторинга

–  –  –

положены традиционным образом — две гори- наблюдениях, а также в различных областях наузонтальные и одна вертикальная компоненты. ки и техники для измерения вибраций .

Положительные направления измерительных Приборы не уступают лучшим зарубежным осей обозначены на рисунке стрелками — на аналогам и могут использоваться в качестве имсевер», на «восток» и вверх. Положительные на- портозамещающих. В них реализованы новые правления измерительных осей обозначены на технологии на основе полностью российских корпусе прибора. разработок в области сейсмических приборов .

Заключение Разработаны уникальные трехкомпонентные Литература датчики для систем сейсмического мониторинга, отвечающие самым высоким современным Васильев И.М., Кожевников Ю.П., Мациевский С.А., требованиям, — сверхширокополосный сейсмо- Межберг В.Г., Рыков А.В., Уломов И.В .

метр, широкополосный сейсмометр и акселеро- Перспективы модернизации сверхширокопометер. лосных сейсмометров // Сейсмические приСверхширокополосный сейсмометр предна- боры. 2008. Том 44. № 3. С. 24–38 .

значен для модернизации существующих наци- Мациевский С.А. Методика анализа передаточных ональных сетей телесейсмических наблюдений. функций сейсмометра STS-1 // Сейсмические Его АЧХ соответствует велосиметру и имеет мак- приборы. 1993. Вып. 24. С. 121–129 .

симально-плоский по скорости участок в полосе Мациевский С.А. Проблемы современной сейсмоГц. метрии // Сейсмические приборы. 2011а .

Компактный широкополосный сейсмометр Т. 47, № 3. С. 25–30 .

предназначен для региональных и локальных Мациевский С.А. Опыт модернизации серийногеодинамических исследований. Накоплен го сейсмометра // Сейсмические приборы .

успешный опыт его использования в качестве 2011б. Т. 47, № 4, с. 50–54 .

автономного средства регистрации в системах Рыков А.В., Башилов И.П. Сверхширокополосный сейсмического мониторинга в работах по оценке цифровой комплект сейсмометров // сейсмической опасности территорий в России и Сейсмические приборы. 1997. Вып. 27 .

за рубежом. С. 3–6 .

Акселерометр может быть использован при Wielandt E., Streckeisen G. The leaf-spring seismoрегистрации сейсмических явлений на земной meter. Design and performance // Bull. Seismol .

поверхности, в донных станциях, в скважинных Soc. Amer. 1982. V. 72, No. 6. P. 2349–2367 .

–  –  –

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

ВАСИЛЬЕВ Игорь Михайлович — ведущий научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254 4559 .

E-mail: vas@ifz.ru КОЖЕВНИКОВ Юрий Петрович — старший инженер, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254 2420 .

E-mail: seismometry@ifz.ru МАТВЕЕВ Игорь Владимирович — старший научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254 8342 .

E-mail: igormat954@mail.ru МАЦИЕВСКИЙ Сергей Александрович — ведущий научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254 2420 .

E-mail: seismometry@ifz.ru МЕЖБЕРГ Валентин Григорьевич — ведущий инженер, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254 2420 .

E-mail: seismometry@ifz.ru РЫКОВ Анатолий Васильевич — ведущий научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254 2420 .

E-mail: rykov@ifz.ru УЛОМОВ Игорь Валентинович — старший научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254 2420 .

E-mail: ulo@ifz.ru

–  –  –

Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia Abstract. A very broadband seismometer, a broadband seismometer, and a strong motion accelerometer of the new generation are briey described. The sensors have been designed at Schmidt Institute of the Physics of the Earth, RAS for seismic activity monitoring systems. The results of laboratory and eld tests of the instruments have conrmed their very high and in some cases unique parameters .

Keywords: very broadband seismometer, broadband seismometer, accelerometer, strong motions .

Наука и технологические разработки, 2016, том 95, № 4, с. 11–18. DOI: 10.21455/std2016.4-2 УДК 550.34

–  –  –

1Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, Москва, Россия 2Институт динамики геосфер РАН, Москва, Россия 3Федеральное государственное унитарное предприятие «ПО Октябрь», Свердловская область, Каменск-Уральский, Россия Семейство сейсмоприемников с емкостным преобразователем взаимного перемещения инерционной массы и основания прибора в электрический сигнал обладает высокой чувствительностью, унифицированной электронной схемой, простотой изготовления, наладки и калибровки, что делает его перспективным для массового производства. Для оценки возможности использования этой аппаратуры в качестве импортозамещающей были проведены сравнительные исследования короткопериодного портативного цифрового сейсмометра и широкополосного датчика СМ-3Е с соответствующей импортной аппаратурой. Был проведен статистический анализ сейсмических сигналов во временной и в частотной области .

Ключевые слова: емкостной преобразователь, портативный цифровой сейсмометр, широкополосный сейсмоприемник, амплитудно-частотная характеристика, чувствительность сейсмического канала, плотность спектра мощности .

PACS: *43.40.Ph Введение Возникшая в связи с введенными в отноше- соблении к изменениям констант электромехании России санкциями задача импортозамеще- нической системы и технических требований, ния сделала как никогда актуальными создание унификации электронной схемы, достаточной и внедрение новой отечественной сейсмометри- простотой изготовления, наладки и калибровки .

ческой аппаратуры, не уступающей по своим Кроме того, может быть решен вопрос выпуска техническим характеристикам лучшим импорт- датчиков этой серии в различных модификациях ным аналогам. Однако разработка новой тех- исполнения корпуса для наземного, скважинноники и ее испытания, как правило, занимают го или донного применения .

продолжительное время. Поэтому необходимо Для изучения возможности замещения имсовершенствовать и доводить до производства портной техники отечественной представляет инсуществующую аппаратуры, что можно выпол- терес сравнительный анализ записей, сделанных в нить в кратчайшие сроки. одно время и в одном месте различными прибораСуществующее семейство сейсмоприемни- ми. Это позволит сравнить технические характеков СМ-5, СМ-6, ТС-5, СМ-3Е [Башилов и др., ристики этих приборов и послужит основой для 2003, 2012, 2013] с емкостным преобразователем поиска направлений дальнейшего их совершенвзаимного перемещения инертной массы и ос- ствования. Результаты таких испытаний нескольнования прибора в электрический сигнал обла- ких сейсмоприемников отражены в данной статье .

Общие принципы построения сейсмоприемдает достойными метрологическими характериников с емкостным преобразователем. Основные стиками, вполне сопоставимыми с западными аналогами, но уступает последним в удобстве технические характеристики отечественных сейэксплуатации. В условиях современного высо- смоприемников с емкостным преобразователем котехнологичного производства эксплуатаци- сведены в табл .

1. Все они построены по одной онные характеристики перечисленных приборов схеме, которая для трехкомпонентного сейсмомогли бы быть улучшены ценой небольших за- приемника приведена на рис. 1. Как видно, сейстрат, так как, кроме высокой чувствительности, мический тракт формируется сейсмодатчиком они отличаются большой гибкостью в приспо- с цепями предварительного усиления сигнала, Башилов И.П., Волосов С.Г., Королев С.А., Меркулов В.А., Овчинников В.М .

–  –  –

Рис. 1. Блок-схема трехкомпонентного сейсмоприемника с емкостным преобразователем охваченными отрицательной обратной связью. последовательно включенные постоянный конГлавный модуль прибора — сейсмодатчик, денсатор и одну половину дифференциального поскольку именно он отвечает за надежную пе- конденсатора преобразователя. Электрическая редачу природы сейсмического события в задан- емкость, а следовательно и реактивное сопротивном диапазоне частот. Сейсмодатчик оснащен ление двух плеч моста, зависит от взаимного переемкостным преобразователем взаимного пере- мещения инертной массы и основания прибора, мещения маятника и основания прибора. У дат- что и обеспечивает модуляцию высокочастотного чиков сильного движения этот преобразователь сигнала в соответствии с этим перемещением .

Портативный цифровой сейсмометр. Один из имеет конструкцию, работающую на принципе изменения площади перекрытия дифференци- новых высокоэффективных приборов, преднаально включенных статорных обкладок кон- значенных для проведения полевых работ по изденсатора роторной. Датчики, чувствительные учению микросейсмического волнового поля и к слабым сигналам, работают на принципе изме- использования в системах сейсмического монинения зазора между дифференциально включен- торинга, — портативный цифровой сейсмометр ными статорными и роторной обкладками. (ПЦС), представленный на рис. 2 [Башилов и др., Сейсмический сигнал преобразуется в элек- 2010]. Он разработан на основе маятника датчитрический в результате частотной модуляции ка СМ-6, близкого по характеристикам к широемкостным мостом колебаний высокой несущей ко известному прибору типа СМ-3, но с уменьчастоты. Емкостной мост находится в модуле шенными массогабаритными характеристиками, сейсмодатчика и состоит из двух параллельных малым уровнем шумов и автоматическим подветвей, каждая из которых представляет собой держанием нуля, что особенно важно для ис

–  –  –

Линейка сейсмоприемников с емкостным преобразователем пользования в составе портативной автономной аппаратуры .

Основные технические характеристики ПЦС приведены в табл. 2 .

Данный прибор сочетает в едином корпусе функции сейсмоприемника и регистратора .

Кроме того, он выгодно отличается от зарубежных аналогов наличием внутреннего аккумулятора, который позволяет проводить кратковременные сейсмологические исследования продолжительностью до 1 сут без внешнего источника питания .

Рис. 2. ПЦС с приемником GPS Полевые испытания опытного образца ПЦС проводилось совместно с сейсмометром GS-1 фирмы GeoSpace [GS-1…, 2012], данные кото- боту схемы автоматического поддержания нуля .

рого записывались регистратором REFTEK 130 Питание штатного оборудования обеспечиREF TEK 130-01…, 2008], в два этапа: сначала валось внешним аккумулятором, а ПЦС работал на относительно кратковременных работах по от внутреннего источника. После включения пилокации карьерных взрывов, а затем ПЦС был тания сейсмометра светодиодная индикация попоставлен на долговременную регистрацию со- казала его готовность к работе, т.е. фиксировала вместно с сейсмической группой, работающей выведение маятника на нуль автоматической сив режиме рутинного мониторинга. стемой, примерно через 20 с. Регистрация данных велась обоими приборами в течение 3.5 часов .

Один из взрывов, при локации которого исследовался ПЦС, был произведен на Афанась- На рис. 3 показаны сейсмограммы, запиевском карьере. Мощность взрыва составила санные ПЦС и вертикальным каналом стант. Вся аппаратура данной точки сейсми- ции REFTEK (датчик GS-1) в течение 2.5 мин, ческой группы была расположена на расстоя- включая момент взрыва в 8:31 GMT, и отфильнии 40 км от эпицентра взрыва. Исследуемый трованные программно фильтром Баттерворта сейсмометр и датчик GS-1 станции REFTEK нижних частот с частотой среза 2 Гц. Сравнение во время регистрации находились в непосред- записей взрыва показывает, что амплитуды скоростей колебаний частотой 1 Гц, зафиксироственной близости друг от друга в углублении естественного происхождения. Контрольный ванные ПЦС, в несколько раз превосходят анасейсмоприемник втыкался в грунт специальны- логичные величины, измеренные контрольным ми штыревыми ножками с выравниванием по прибором. Фазы колебаний на обеих диагрампузырьковому уровню, а ПЦС был установлен мах совпадают .

непосредственно на поверхность твердого грунта Причина этого рассогласования становится без выравнивания по вертикали в расчете на ра- понятна, если рассмотреть частотные спектры

–  –  –

получасовых записей, полученные по сделан- во-первых, разработанный сейсмометр ПЦС ным обоими датчиками записям во время ре- представляет собой единую моноблочную конгистрации с 8:04:30 до 08:34:30 GMT (рис. 4). струкцию и не требует соединения разных модуВ частотном диапазоне от 1.5 до 40 Гц спектры лей станции на месте размещения аппаратуры;

практически совпадают. Незначительно боль- во-вторых, не требуется тщательная подшие амплитуды скоростей, измеренные ПЦС готовка площадки под его установку и точное в этом диапазоне, по сравнению с аналогичны- выравнивание ее горизонтальности, поскольку ми величинами станции GS-1, можно объяснить маятник сейсмоприемника выводится на нуль погрешностью коэффициентов преобразования автоматически электронной схемой;

датчиков. Колебания же с частотами ниже 1.5 Гц в-третьих, для запуска сейсмометра на региотрабатывались ПЦС лучше, чем контрольной страцию достаточно только включить питание и аппаратурой. Это неудивительно, так как гра- нажать кнопку «Пуск» .

ничная частота сейсмоприемника СМ-6, вхо- Отсутствие необходимости проведения мнодящего в состав исследуемого сейсмометра, со- гочисленных и достаточно сложных настроек для ставляет 0.5 Гц, а GS-1 — 1 Гц. запуска аппаратуры, выполняемых обязательно Аналогичная картина наблюдалась и при ра- на месте работы станции, выгодно отличает ПЦС боте в других точках как при локации карьерных от регистратора REFTEK-130 с датчиком GS-1 .

Широкополосный сейсмоприемник СМ-3Е .

взрывов, так и во время продолжительного (до 6 сут) сейсмического мониторинга. Объектом для проведения сравнительных исПроведенные испытания образца ПЦС в по- следований широкополосных сейсмометров был левых условиях позволили сравнить его с им- выбран сейсмоприемник СМ-3Е, построенный портной аппаратурой аналогичного назначения по схеме рис. 1, так как этот прибор обладает и сделать ряд выводов и рекомендаций по их наиболее широкой рабочей полосой частот из применению .

Записи, полученные обоими из- всей линейки. В качестве импортной эталонной мерительными комплексами на совпадающем аппаратуры использовался зарекомендовавший участке рабочего диапазона частот, примерно себя с лучшей стороны в мировой практике треходинаковы, несмотря на более широкий дина- компонентный широкополосный сейсмометр мический диапазон импортного датчика. При STS-2 (Strikhaizen, Швейцария) [Nakayama et al., этом портативный сейсмометр более удобен 2004]. Дополнительным контролирующим прив эксплуатации, чем контрольная импортная ап- бором во время проведения исследований был паратура, по следующим причинам: автономный цифровой сейсмометр СMG-6T Линейка сейсмоприемников с емкостным преобразователем 2.32, где (i = 1,…, 21). Отсюда следует, что чувGuralp, Великобритания) [CMG-6T…, 2011] .

Основные паспортные технические характери- ствительность сейсмометра СMG-6T составляет SGMT = 1646 ± 42 В·с/м. Это значение на 38% стики всех трех приборов приведены в табл. 3 .

Сейсмические наблюдения проводились с больше, чем номинальное значение чувствиоктября по 11 ноября 2014 г. в Москве в под- тельности 1196 (см. табл. 3). Такое расхождение вале Института динамики геосфер РАН (ИДГ может быть связано как с более узкополосной РАН) (Ленинский проспект, 38), где на одном характеристикой канала СMG-6T, так и с отличпостаменте были размещены три сейсмометри- ной от приведенной в табл. 3 чувствительностью .

ческих канала с перечисленными сейсмоприем- Рассмотрим более подробно свойства сейсниками [Башилов и др., 2015]. Для анализа была мических сигналов от сильного землетрясения с моментной магнитудой Mw = 7.1, произошедобработана 21 реализация сейсмического процесса длиной 1800 с каждая. шего на о-вах Фиджи 1 ноября 2014 г. в 18:57:22 На рис. 5 показаны изменения во времени GMT и зарегистрированного тремя сейсмомесреднего значения параметра m, характеризую- трическими каналами .

щего устойчивость маятника относительно нуля. На рис. 6 демонстрируются результаты фильВидно, что наибольшие вариации имеет канал трации получасовой записи, соответствующей CMG-6T (рис. 5, а), а устойчивость маятника сигналам от землетрясения на о-вах Фиджи и его СМ-3Е незначительно хуже, чем у STS-2, что коды, полосовым фильтром в диапазоне 0.05– объясняется симметричной конструкцией по- 0.9 Гц для удаления посторонних шумов (в осследнего. Кроме того, вертикальные компонен- новном шумов мегаполиса). На сейсмограммах ты всех каналов более устойчивы, чем горизон- отмечены вступление волны PKIKP, прошедшей тальные (рис. 5, б–г). через все оболочки, — кору, мантию, внешнее Для каналов с одинаковой полосой пропуска- и внутреннее ядро и вступление волны PP, отрания, но с различной чувствительностью (STS-2 и женной от свободной поверхности Земли приCM-3E), отношение среднеквадратичных откло- мерно на середине пути от очага до постамента, нений (i) должно соответствовать отношению где проводилась регистрация .

их чувствительностей: Как видно, фильтрация оказалась очень эффективной. Взаимный коэффициент корреляSTS(i)/CM(i) SSTS/SCM. (1) ции отфильтрованных волновых форм для пары

По компонентам Z соотношение (1) для ука- CMG-6T – CM-3E равен 0.94, CMG-6Т – STS-2:

занной пары каналов составляет 0.38 ± 0.01, по 0.94 и STS-2 – CM-3E: 1.0. Уменьшение коэффикомпонентам N-S — 0.29 ± 0.025, а по компонен- циента корреляции для пар CMG-6T – CM-3E и там E-W — 0.422 ± 0.036. Принимая во внимание, CMG-6Т – STS-2 связано с различиями в фазочто SCM = 2000 В·с/м, получаем SSTS = 760 ± 20; вых характеристиках сейсмометров на частотах 580 ± 50; 844 ± 72 В·с/м соответственно для ком- от 0.01 до 0.1 Гц, которые приводят к изменению понент Z, N-S и E-W. Значение S для вертикаль- формы наблюдаемого сигнала. Сейсмометры ной компоненты хорошо согласуется со значени- STS-2 и CM-3E в указанном диапазоне частот ем 750 В·с/м из спецификации STS-2 (см. табл. 3). различаются слабо, что обеспечивает идентичЗначимое расхождение для горизонтальных ком- ность зарегистрированных ими сейсмических понент, по-видимому, связано с рассогласован- сигналов .

ностью ориентации по странам света. Принимая за эталонное значение чувствительность канала STS-2 SSTS = 750 В·с/м, получим Для вертикальной компоненты сейсмометра СMG-6T получено 2.08 CMG(i)/STS(i) по результатам выполненных измерений ампли

–  –  –

Рис. 5. Временной дрейф нуля сейсмоприемников: а — вертикальные каналы трех сопоставляемых сейсмоприемников; б, в, г — компоненты Z, С-Ю, В-З сейсмометрических каналов STS-2 (б), CMG-6T (в) и СМ-3Е (г)

–  –  –

сейсмического шума. При этом отечественный портативный сейсмометр более удобен в эксплуатации, чем контрольная аппаратура .

На примере ПЦС продемонстрированы возможности модернизации существующей сейсмометрической аппаратуры для выведения ее эксплуатационных качеств на новый современный уровень без ухудшения ее высоких метрологических характеристик, сравнимых с западными аналогами .

Исследования широкополосного сейсмоприемника СМ-3Е указывают на хорошую согласованность характеристик сейсмического процесРис. 7. Опытный образец короткопериодного цифса, измеренных сейсмометрическими каналами рового сейсмометра с симметричной конструкцией с импортными сейсмоприемниками STS-2 и отна основе сейсмоприемников СМ-6 ечественными CM-3E. Оценки относительной чувствительности, рассчитанные разными способами, согласуются с паспортными данными ного производства осуществляется совместно со в пределах 10%. специалистами ФГУП «ПО Октябрь» и, как мы Основное различие этих каналов наблюдается надеемся, позволит получить не только метролов области низкочастотного склона для частот ме- гические, но и эксплуатационные характеристинее 0.01 Гц, что, по-видимому, связано с разли- ки, по крайней мере, не хуже, чем у импортной чиями в механической конструкции сейсмоме- техники .

тров: STS-2 имеет моноблочную симметричную

БЛАГОДАРНОСТИ

конструкцию, внутри которой все сейсмоприемники одинаковые, а трехкомпонентный сей- Данная работа выполнена в рамках смометр на базе СМ-3Е представляет собой два Государственного задания ИДГ РАН по теме горизонтальных и один вертикальный сейсмо- 0146-2014-0013. Для выполнения работы исприемник. Этой же причиной объясняется и пользовалась уникальная научная установлучшая устойчивость маятника STS-2 по сравне- ка «Малоапертурная сейсмическая антенна нию с СМ-3Е. «Михнево» .

Рабочая полоса частот сейсмоприемниЛитература ков с емкостным преобразователем, в том числе и СМ-3Е, может быть доведена до значения Башилов И.П., Дараган С.К., Медникова В.Н.,

0.0083 Гц, которую имеет STS-2, при использо- Шугаль Л.Я., Куликов В.И., Гончаров А.И .

вании современной элементной базы в условиях Скважинный сейсмоприемник на основе высокотехнологичного производства, имеюще- модуля СМ-5 // Геофизические процессы гося, например, у ФГУП «ПО Октябрь». На это в нижних и верхних оболочках Земли / Сб .

предприятие осуществляется передача техниче- науч. трудов ИДГ РАН. Кн. 2. М.: ИДГ РАН, ской документации всей линейки приборов. 2003. C. 365–373 .

Несмотря на отмеченные незначительные Башилов И.П., Волосов С.Г., Зубко Ю.Н., недостатки, по основным метрологическим ха- Королев С.А. Портативный цифровой сейсморактеристикам сейсмометр на базе CM-3E уже метр // Сейсмические приборы. 2010. Т. 46, сейчас может во многих случаях заменить как № 2. С. 47–59 .

сейсмометр STS-2, так и сейсмометр CMG-6T. Башилов И.П., Волосов С.Г., Зубко Ю.Н., Это поможет обеспечить импортозамещение Королев С.А., Николаев А.В. Эксперименв сейсмологических исследованиях при решении тальные исследования портативной сейсмофундаментальных и прикладных задач. регистрирующей аппаратуры в полевых услоВ настоящее время нами разработаны опыт- виях // Вестник НЯЦ РК. 2012. Вып. 2 (50) .

ные образцы короткопериодного и широкопо- Курчатов: НЯЦ РК. С. 34–40 .

лосного цифровых сейсмометров с симметрич- Башилов И.П., Волосов С.Г., Королев С.А., ной конструкцией на основе сейсмоприемников Косарев Г.Л., Ризниченко О.Ю., Санина И.А .

СМ-6 представленной линейки (рис. 7). Широкополосная автономная цифровая сейсДоведение данных образцов до стадии серий- мическая станция АЦСС-3 // Сейсмические

–  –  –

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

БАШИЛОВ Игорь Порфирьевич — доктор технических наук, главный научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1 .

Тел.: (495) 939-75-61. E-mail: ipbashilov@mail.ru ВОЛОСОВ Сергей Георгиевич — старший научный сотрудник, Институт физики Земли им .

О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Институт динамики геосфер РАН. 119334, Москва, Ленинский пр., д. 38, корп. 1. Тел.: (499) 254-23-16.E-mail: volosovc@mail.ru КОРОЛЕВ Сергей Анатольевич — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт динамики геосфер РАН. 119334, Москва, Ленинский пр., д. 38, корп. 1. Тел.: (495) 939-79-26 .

E-mail: sakorolyov@mephi.ru МЕРКУЛОВ Валерий Алексеевич — главный конструктор по приборной продукции, начальник отдела главного конструктора, ФГУП «ПО «Октябрь». 623400, Свердловская область, г. КаменскУральский, ул. Рябова, 8. Тел.: (3439) 33-96-88. E-mail: ogk@neywa.ru ОВЧИННИКОВ Владимир Михайлович — доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, Институт динамики геосфер РАН. 119334, Москва, Ленинский пр., д. 38, корп. 1 .

Тел.: (495) 939-79-49. E-mail: ovtch@idg.chph.ras.ru

–  –  –

1Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia 2Institute of Geosphere Dynamics, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia 3Federal State Unitary Enterprise Production Association “Oktyabr”, Kamensk-Uralsky, Russia Abstract. The range of seismometers with the capacitor transducer converting the relative displacement between the inertial mass and the base of the device into an electric signal demonstrates high sensitivity and a unied electronic scheme, simplicity of production, adjustment and calibration .

That is why these instruments are promising for mass production. To assess the possibility of using these seismometers as substitutes for imported counterparts comparative researches of a short-period portable digital seismometer and the broadband CM-3E sensor with the corresponding import equipment were conducted. The statistical analysis of seismic signals in the time and frequency domains was carried out .

Keywords: broadband seismometer, capacitor transducer, amplitude-frequency response characteristic, sensitivity of the seismic channel, power spectral density .

Наука и технологические разработки, 2016, том 95, № 4, с. 19–25. DOI: 10.21455/std2016.4-3 УДК 550.3

–  –  –

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук, Москва, Россия Рассмотрены некоторые оригинальные разработки ИФЗ РАН в области создания инструментов для гравиинерциальных и деформометрических измерений. Эти приборы успешно используются для измерения гравитационного поля Земли, наклонов и деформаций земной коры при решении широкого круга фундаментальных и прикладных задач геофизики и геодинамики, к которым, в частности, относятся: оценка и мониторинг устойчивости экологически опасных инженерных и строительных объектов (дамбы, плотины ГЭС, атомные электростанции, нефте-газопроводы и т.п.), поиск ослабленных зон земной коры, выявление предвестников природных и техногенных катастроф, изучение глобальных характеристик Земли (лунно-солнечные приливы, неравномерность вращения Земли, трансляционные колебания ядра Земли, азимутальные подвижки блоков литосферы) .

Ключевые слова: геофизические исследования, деформационный мониторинг, гравиметр, микронивелир, скважинный инклинометр, наклономерно-деформометрический комплекс, гидростатический нивелир .

Введение Решение многих фундаментальных и при- запуске в производство геодезического кварцевокладных задач геофизики, экологической без- го гравиметра ГАГ-3. Гравиметр ГАГ-3М (рис. 1, опасности и градостроительства тесно связаны табл. 1) представляет собой модернизированс прогрессом в области разработок аппаратуры ный в ИФЗ РАН вариант ГАГ-3 [Дубовской и др., и совершенствованием методик наблюдений 2010а], который по основным параметрам преНиколаев и др., 2011]. Институт физики Земли восходит отечественные и зарубежные аналоги .

им. О.Ю. Шмидта РАН (ИФЗ РАН) вносит су- Использование ряда инноваций обеспечили существенный вклад в разработку нестандартных щественное снижение дестабилизирующих факподходов к решению таких задач. торов. В приборе применены: компенсационная В настоящей статье кратко представлены не- магнитоэлектрическая система измерений с искоторые аппаратурные разработки ИФЗ РАН для пользованием высокоэрцитивных магнитов; безназемных геофизических исследований, облада- ынерционная система активного термостатироющие высокими метрологическими характери- вания; высокая степень защиты от сейсмических стиками. Это, в частности, прибор для высоко- и акустических воздействий; автоматическая ситочной наземной гравиметрической съемки, стема выведения прибора в горизонт; конструкмикронивелир для прецизионного нивелирова- ция, исключающая барометрический эффект .

ния, прецизионный скважинный инклинометр, Модернизированный гравиметр позволяет наклономерно-деформометрический комплекс производить измерения в реальных полевых усс широким динамическим диапазоном, длинно- ловиях на уровне броуновских шумов и выполбазисный гидростатического нивелир. нять качественные измерения на фоне значительных акустических и сейсмических помех .

Гравиметр ГАГ-3М. Один из наиболее хорошо Гравиметр ГАГ-3М успешно использовался зарекомендовавших себя методов поиска полез- при геофизических исследованиях в России и за ных ископаемых, выявления ослабленных зон рубежом для изучения тонкой структуры гравиземной коры и решения многих других приклад- тационного поля на площадках Ленинградской ных и фундаментальных задач геофизики — на- атомной станции (ЛАЭС), Храма Христа земная высокоточная гравиметрическая съемка. Спасителя, объекта Москва-Сити, выявления ИФЗ РАН участвовал в разработке, испытаниях и неприливных вариаций гравитационного поля Дубовской В.Б. и др .

–  –  –

Наземные геофизические исследования: измерительные средства Предлагаемый микронивелир является пер- 2 спективным инструментом определения напряженного состояния различных конструкций — это деформации оснований зданий, изгибы «стены в грунте», изменение наклонов несущих конструкций (колонны, щелевые фундаменты и т.д.). Этот микронивелир в разных модификациях широко использовался при деформационном мониторинге наиболее ответственных строек Москвы: ТРК «Манежная площадь», Хорватский дом, Итальянский дом и т.д .

Сравнение значений осадок здания, измеренных нивелиром Ni-007 и микронивелиром НИ-3, показало их хорошее совпадение .

–  –  –

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

ДУБОВСКОЙ Владимир Борисович — кандидат физико-математических наук, заведующий сектором, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. E-mail: Dubovskoi@yandex.ru ЖИЛЬНИКОВ Виктор Григорьевич — научный сотрудник, Институт физики Земли им .

О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. E-mail: Dubovskoi@ yandex.ru КАЗАНЦЕВА Ольга Сергеевна — кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1.

E-mail:

Ok@ifz.ru КАЛИННИКОВ Игорь Иванович — кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. E-mail: i-kal@yandex.ru ЛЕОНТЬЕВ Владимир Иванович — кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Email: Vlleo@mail.ru Наземные геофизические исследования: измерительные средства МАНУКИН Анатолий Борисович — доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Email: amanukin@yandex.ru МАТЮНИН Валерий Петрович — старший научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Email: matjun@ifz.ru СБИТНЕВ Андрей Владимирович — старший научный сотрудник, Институт физики Земли им .

О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Email: Dubovskoi@yandex.ru

–  –  –

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia Abstract. Some original strainmeters and graviinertial instruments designed in the IPE RAS are considered. The instruments are successfully used for solving a number of applied and fundamental problems of geophysics and geodynamics are considered: the measurement of tilts and deformations of the earth’s crust, variations in the Earth’s gravitational eld for solving problems of stability environmentally hazardous engineering and construction objects ( dams, hydroelectric dams, nuclear power plants, oil and gas pipelines, etc.), search for the weakened zones of the Earth’s crust, the identication of precursors of natural and technological disasters, studying global characteristics of the Earth (a lunar-solar tides, irregularity of Earth’s rotation, the translational oscillations of the Earth’s core, the azimuthal shifts of blocks of the lithosphere) .

Keywords: geophysical research, deformation monitoring, gravimeter, microleveling, borehole inclinometer, tilt-strainmeter complex, hydrostatic leveling .

–  –  –

1Институт космических исследований РАН, г. Москва, Россия 2Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия 3Специальное конструкторское бюро космического приборостроения Института космических

–  –  –

5Научно-исследовательский институт космических систем им. А.А. Максимова – филиал ФГУП ГКНПЦ им. М.В.Хруничева, г. Королев, Россия .

Рассмотрены результаты разработок ИФЗ РАН совместно с ИКИ РАН и организациями Роскосмоса (ЦНИИмаш, НПО им. А.С. Лавочкина, НИИ КС им. А.А. Максимова, филиал ФГУП ГКНПЦ им. М.В.Хруничева, ВНИИтрансмаш) для гравиинерциальных измерений на космических аппаратах, спутниках Земли и планетах Солнечной системы при решении задач спутниковой акселерометрии, градиентометрии (прецизионные акселерометрические измерения на космических аппаратах и станциях «Прогресс», «Салют», «МИР», «МКС»), измерений сейсмогравитационных полей планет Солнечной системы (проекты «ФобосГрунт», «Солнечный Парус», «MetNet», «Луна-Ресурс», «ЭкзоМарс») .

Ключевые слова: космические исследования, гравиинерциальные измерения, спутниковый акселерометр, сейсмогравиметрические измерения .

Трехкоординатный измеритель микроускореВведение ний ИМУ-128. С 1981 г. измерители микроускоСовершенствование аппаратурных средств рений (ИМУ) использовались для мониторинга для проведения гравиинерциальных измерений гравиинерциальной обстановки на пилотируена борту космических аппаратов (КА) и плане- мых КА «Салют-6», «Салют-7», «МИР». Их метах Солнечной системы позволяет решать целый трологические характеристики были определены ряд задач, включающих уточнение эфемерид КА на экспериментальной базе ИФЗ РАН в услои гравитационного поля Земли, измерения гра- виях земной гравитации и на стенде «свободновиинерциальных полей планет, выявление сейс- го падения» (ССП-1) в ЦНИИмаш в условиях мической активности, приливных эффектов, по- микрогравитации. Приборы ИМУ-128 (рис. 1, строения моделей внутреннего строения планет табл. 1) были установлены на функциональи т.д. [Дубовской и др. 2012]. ном грузовом блоке (ФГБ) и служебном модуле В настоящей статье кратко описан целый (СМ) Российского сегмента Международной ряд акселерометров, с успехом участвовавших космической станции (PC МКС). В 2009 г. был в измерениях фона гравиинерциальных помех изготовлен, проверен и аттестован измеритель на КА «Прогресс», станциях «Салют», «МИР», микроускорений цифровой (ИМУ-Ц) с записью МКС, в проектах «Фобос-Грунт», «Солнечный информации на автономный носитель, и в том парус», «MetNer», «Луна-Ресурс», «ЭкзоМарс». же году он был установлен на многоцелевой исПродемонстрировано, что в проектах «Фобос- следовательский модуль (МИМ- 1), где и работаГрунт» и «Солнечный парус» достигнута чувстви- ет до сих пор без замечаний .

тельность около 2109 g, а в предварительных ис- По результатам эксплуатации измерителей пытаниях сейсмогравиметров («Луна-Ресурс», ИМУ-128 и ИМУ-Ц установлено, что с борта PC «ЭкзоМарс»), показано, что предельная чувстви- МКС поступает полная и достоверная информательность датчиков составит 1010 g. ция о микроускорениях .

Космические исследования: гравиинерциальные инструменты

–  –  –

ем антисейсмической платформы. Суммарный сигнал двух датчиков микроускорений (МкА-НД), установленных на антисейсмической платформе в противофазе, является объективной характеристикой верхнего предела шумов [Дубовской и др., 2011б] .

При измеряемых ускорениях в диапазоне ±5108 g амплитуда суммарного сигнала двух акселерометров составила ±(1–2)109 g, что является верхним пределом определения шумовых характеристик испытываемых приборов в наземных условиях .

–  –  –

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

АНДРЕЕВ Олег Николаевич — начальник лаборатории, Институт космических исследований РАН .

117342, Москва, ул. Профсоюзная, д. 84/32. Тел. (8 903) 713 0010 .

–  –  –

ДУБОВСКОЙ Владимир Борисович — кандидат физико-математических наук, заведующий сектором, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. E-mail: Dubovskoi@yandex.ru КАЛИННИКОВ Игорь Иванович — кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. E-mail: i-kal@yandex.ru КАЛЮЖНЫЙ Анатолий Викторович — начальник сектора, Специальное конструкторское бюро космического приборостроения Институт космических исследований РАН. 249100, Калужская область, г. Таруса, ул. Горького, д. 33. E-mail: avk@skbkp.tarusa.ru ЛЕОНТЬЕВ Владимир Иванович — кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник .

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Email: Vlleo@mail.ru МАНУКИН Анатолий Борисович — доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Email: amanukin@yandex.ru ОБЫДЕННИКОВ Станислав Степанович — кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, Центральный научно-исследовательский институт машиностроения. 141070, Московская обл., г. Королев, ул. Пионерская, д. 4. Email: obstas@mail.ru ПШЕНЯНИК Владимир Георгиевич — кандидат технических наук, заместитель начальника отдела, Научно-исследовательский институт космических систем им. А.А. Максимова – филиал ФГУП ГКНПЦ им. М.В. Хруничева. 141091, Московская область, г. Королев, микрорайон Юбилейный, ул. М.К. Тихонравова, д. 27. Email: dr.pshen46@yandex.ru

SPACE RESEARCH: GRAVIINERTIAL INSTRUMENTS

O.N. Andreev1, V.B. Dubovskoi2, I.I. Kalinnikov2, A.V. Kalyuzhny3, V. I. Leontyev2, A.B. Manukin2, S.S. Obydennikov4, V.G. Pshenyanik5 1SpaceResearch Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia 2SchmidtInstitute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia 3Special Design Bureau for Space Device Engineering of the Space Research Institute,

–  –  –

5Maksimov Space System Research and Development Institute in Khrunichev State Research and Production Space Center Abstract. The paper considers some instrumental developments carried out by IPE RAS in cooperation with IKI RAS and other organizations of the Russian Space Agency for graviinertial measurements on spacecrafts, satellites and the Solar system planets. The instruments described are used for satellite accelerometry, gradientometry (precision accelerometer measurements on the spacecrafts and stations “Progress”, “Salyut”, “MIR”, “ISS”), Earth remote sensing, measurement of seismogravity elds of the Solar system planets (the projects “Phobos-Grunt”, “Sunny Sail”, “MetNet”, “Luna-Resource”, “ExoMars”) .

Keywords: space research, graviinertial measurements, satellite accelerometer, seismogravity measurements Наука и технологические разработки, 2016, том 95, № 4, с. 31–34. DOI: 10.21455/std2016.4-5 УДК 550.380.3

–  –  –

1Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия 2Геофизический центр РАН, г. Москва, Россия Рассмотрен опыт создания универсальной системы сбора геофизических данных на примере сбора магнитометрических данных и измерений глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС). Описаны ключевые аспекты программной архитектуры системы (в частности, модульность, программные интерфейсы, кроссплатформенность) и энергоэффективные решения для поддержки системы .

Ключевые слова: системы сбора данных, магнитометрия, измерения ГНСС .

Введение Специфика сбора геофизических данных ча- данных и измерений глобальной навигационной сто требует размещения измерительного обо- спутниковой системы (ГНСС), отвечающая сорудования в труднодоступных местах с плохим временному уровню развития науки и техники .

электроснабжением и ненадежными каналами Описание использованных при этом решений сосвязи. Поэтому ключевым направлением в раз- ставляет основное содержание настоящей статьи .

витии систем сбора данных очень часто являетПрограммное обеспечение ся минимизация энергопотребления всех компонентов системы наблюдения без потери ее Программные решения можно рассматривать функциональности. Многие современные изме- в двух категориях: полнофункциональные, нарительные комплексы не обходятся без устрой- пример MagRec [The magnetic…, 2015], и упроства, обеспечивающего управление процессом щенные, например NetHub [2016]. В первом измерений и сохранение данных, а в некоторых случае работа системы сбора данных полностью случаях и передачу данных в центры хранения и контролируется программным обеспечением и обработки данных. к нему предъявляются повышенные требования Это устройство может быть реализовано по производительности и стабильности. Если в виде узкоспециального контроллера либо ПО имеет закрытый исходный код, изменекомпьютера общего назначения. Применение ния его функционала, протоколов или формаспециальных контроллеров связано с большими тов хранения, поддержка нового оборудования финансовыми затратами, так как требует разра- полностью лежат на разработчиках этого ПО .

ботки аппаратуры самого контроллера, а при- Во втором случае ПО необходимо для настройменение компьютеров — только программно- ки аппаратуры сбора данных и для управления го обеспечения. Часто в состав измерительных процессом. Никаких специфических требовакомплексов входит коммерческое программное ний к такому ПО нет, однако изменение ПО под обеспечение с закрытым кодом (проприетарное нужды потребителя затруднительно .

ПО). Хотя такие решения и позволяют прово- Модульность и открытые программные индить некоторые наблюдения и первичную обра- терфейсы во многом решили бы перечисленные ботку данных, гибкое их применение затрудни- проблемы. Следует также отметить, что в исслетельно по ряду причин. довательской сфере используются различные Выполненный авторами детальный анализ су- ОС и аппаратные архитектуры, а проприетарное ществующих систем сбора данных в геофизике ПО зачастую издается только для одной ОС и оди смежных отраслях позволил сформулировать ного типа ПК. Таким образом, можно выделить четкие требования как к аппаратной, так и к про- три ключевых параметра для ПО системы сбора граммной частям таких систем. На их основе данных: модульность, открытые программные разработана система сбора магнитометрических интерфейсы и кроссплатформенность .

Алешин И.М., Бургучев С.С., Передерин Ф.В., Холодков К.И .

К дополнительным преимуществам испольАппаратное обеспечение зования протокола SeedLink следует отнести наНекоторые установки систем сбора данных личие большого количества программного обеподразумевают нестабильное или автономное, спечения, реализующего как серверную, так и ограниченное питание. Для таких случаев не- клиентскую часть, и значительное число прилообходима экономичная система. В настоящее жений, предназначенных для работы с форматом время имеется широкий выбор решений на miniSEED: программы проверки создаваемых базе однокристальных систем [Bennett, 2004]: томов, их корректировки, визуализации, преобOMAP (англ. Open Multimedia Applications разования в другие форматы. В нашей разработке Platform [OMAP, 2015]) — открытая платформа в модуле передачи данных была использован сердля мультимедийных приложений фирмы Texas вер SeedLink из пакета SeisComP-3 (https://www .

Instruments, i.MX [2016] фирмы NXP и ряда дру- seiscomp3.org/). Исходный код дополнен создангих. Все эти системы построены на архитектуре ной нами программой-адаптером, которая преAdvanced RISC Machine (ARM) [ARM…, 2016]. образует данные, поступающие из магнитометра, Однокристальные системы дешевле и энергоэф- в формат miniSEED. При создании последней мы фективнее систем с набором различных чипов. использовали программную библиотеку libmseed Естественно, что мы не можем ориентироваться (IRIS, http://www.iris.edu/hq) .

только на снижение энергопотребления, так как Регистрация ГНСС данных построена понеобходимо иметь процессор, обладающий про- хожим с регистрацией магнитных данных обизводительностью, достаточной для получения, разом — также имеется программа-адаптер, кообработки и передачи данных в режиме реально- торая взаимодействует с приемником ГНСС и го времени. Это означает необходимость выбора передает преобразованные данные в модуль пеконфигурации с оптимальным балансом обозна- редачи .

ченных параметров. Структура данных ГНСС-сообщений значиЕсли установка системы сбора данных не тельно сложнее простых временных рядов и не подразумевает ограничения по питанию, в ка- может быть «упакована» в формат miniSEED .

честве регистратора данных может быть исполь- Опыт показал, что удобнее преобразовать сообзован и персональный компьютер. Для испыта- щения ГНСС-приемника в специально разраний мы использовали однокристальную систему ботанное представление, позволяющее конверBeaglebone Black [Beaglebone, 2016] и ультрапор- тировать их в структуры, ориентированные на тативное решение на базе Intel Atom. дальнейшее хранение или передачу данных .

Регистрация и передача данных Управление системой Регистрация данных с магнитометра произ- Модульность системы позволяет обособить водится по интерфейсу RS-232 или RS-485 при модули управления и взаимодействия с польпосредничестве программы-адаптера — модуля, зователем (рис. 1). Использование REST API специфического для определенной серии или [Todd, 2012] позволяет выделить некоторые модели магнитометра. Данные преобразуются и компоненты за пределы регистратора данных, отправляются в модуль передачи. например в центр обработки и хранения данДля передачи магнитных данных в нашей раз- ных, централизуя и упрощая управление всей работке использован протокол SeedLink [IRIS: системой. Разработанные прототипы пользоваSeedLink, 2016], специально созданный для опе- тельского интерфейса позволяют выполнить наративной передачи временных рядов и широко стройки всех параметров устройства, таких как применяемый, в частности, при организации частота регистрации, рабочий диапазон, оценить сейсмических наблюдений. Основу протокола текущие показатели .

составляет формат miniSEED, ориентированный Заключение на хранение и передачу временных рядов. Файл в таком формате (или иначе — том: miniSEED При создании универсального регистратоvolume) состоит из независимых блоков (в тер- ра большое внимание уделено возможностям минах miniSEED — blockette). Каждый из блоков расширения функций и подключению различсодержит фрагмент временного ряда или метаин- ных источников данных. Универсальная систеформацию. Информация хранится в бинарном ма разрабатывалась как ключевое звено в созвиде, а дополнительная минимизация размера дании крупных центров данных, обеспечивая осуществляется с помощью сжатия без потерь. централизованную управляемость и простоту Универсальная портативная система сбора геофизических данных

–  –  –

Рис. 1. Схема возможных комбинаций модулей системы, состоящей из модуля управления, одного из аппаратурно-специфических модулей — программ-адаптеров и соответствующего типу данных модуля передачи

–  –  –

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

АЛЕШИН Игорь Михайлович — кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254 9224. E-mail: ima@ifz.ru; ведущий научный сотрудник, Геофизический центр РАН. 119296 г. Москва, ул. Молодежная, д. 3 БУРГУЧЕВ Степан Сергеевич — аспирант, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254 9224. E-mail: skara@ifz.ru ПЕРЕДЕРИН Федор Викторович — старший научный сотрудник, Институт физики Земли им .

О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254 9224 .

E-mail: crash@ifz.ru ХОЛОДКОВ Кирилл Игоревич — кандидат технических наук, научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254-92-24. E-mail: keir@ifz.ru

VERSATILE GEOPHYSICAL DATA ACQUISITION SYSTEM

I.M. Aleshin, S.S. Burguchev, F.V. Perederin, K.I. Kholodkov Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia Abstract. Software and some hardware aspects of the universal data acquisition system developed for geomagnetic and GNSS measurements are considered. The system’s design features, APIs, platform independency and energy ecient hardware are described .

Keywords: data acquisition systems, geomagnetic measurements, GNSS measurements .

Наука и технологические разработки, 2016, том 95, № 4, с. 35–48. DOI: 10.21455/std2016.4-6 УДК [004.67+004.9]:[550.3+57.045+611.08]

–  –  –

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия В настоящее время все чаще возникает потребность в накоплении и обработке больших массивов данных, организованных в виде временных рядов, — многократных повторных наблюдений некоторой величины или группы величин. Представленный пакет программ ABD позволяет решать самые разнообразные практические и научные задачи, возникающие при обработке неидеальных данных, получаемых при долговременных наблюдениях. Пакет включает систему управления базой данных временных рядов, мощный исследовательский комплекс и интерактивную среду визуализации данных. Разнообразные инструменты статистической обработки позволяют анализировать структуру рядов, выявлять зависимости и взаимосвязи между сигналами, отслеживать изменения, происходящие в контролируемой системе. Некоторые из реализованных технологий (специальные приемы скользящего окна, обработка данных с пропусками и др.) не имеют мировых аналогов .

Ключевые слова: мониторинг, экологический мониторинг, биомедицинский мониторинг, вариации геофизических полей, сейсмичность, базы данных временных рядов, анализ временных рядов, алгоритмы и программы для анализа временных рядов, ABD .

Введение При изучении процессов в природной и тех- всех анализируемых временных рядов характерны ногенной среде, при экологическом мониторин- нестационарность, непредсказуемо меняющиеся ге, в медицине широко применяются системы шумы и помехи, аномальное влияние экстремальнаблюдений, позволяющие собирать большие ных внешних событий на поведение изучаемой объемы данных [Гамбурцев, 2006; Любушин, 2007; величины и, как следствие, перегруженность хвоМаловичко и др., 2014; Санина, Кишкина, 2014; стов распределений. Стандартные инструменты Антоновская и др., 2015]. Эти данные часто орга- статистического анализа, реализованные в наинизованы как временные ряды, т.е. представляют более распространенных программных продуксобой многократные последовательные измере- тах, обычно не предназначены для работы с такиния некоторого параметра. Изучение таких рядов ми данными. Как правило, перед выполнением данных обычно преследует три основные цели: вычислений предлагается отфильтровать или

1) статистическое описание наблюдаемых вари- исключить из сигнала непредусмотренные эфаций — как первый шаг для построения фи- фекты. Это требование вступает в противоречие зической модели процесса; с тем фактом, что часто именно эти особенности

2) контроль состояния природной, социальной наблюдаемых процессов несут наиболее важную или техногенной системы путем отслежива- информацию, анализ которой является одной из ния различных наблюдаемых величин; приоритетных целей мониторинга .

3) прогноз будущих событий и изменений по Вторая причина, резко осложняющая иснаблюденным данным. пользование универсальных программ статистиМатематическая теория предлагает большое ческого анализа для обработки данных, получаеколичество алгоритмов для изучения случайных мых при долговременных наблюдениях, состоит процессов и описания их характеристик. Такие в том, что такие данные почти всегда содержат алгоритмы встраиваются в различные пакеты ста- многочисленные дефекты [Дещеревский и др., тистического анализа. Однако получаемые при 2016г]. На практике очень часто встречаются сирежимных наблюдениях ряды данных почти ни- туации, когда некоторые измерения по каким-то когда не вписываются в «прокрустово ложе» ти- причинам пропущены. Это может случиться повых статистических моделей. Практически для из-за различных организационных проблем или Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Никольский А.Н., Сидорин А.Я .

отказа техники, а также из-за помех и других средства таких продуктов обычно не позволяют аномальных внешних воздействий, искажающих избежать существенных потерь информации контролируемый сигнал без возможности его (например, о времени наблюдений) при перевосстановления. Примеры таких дефектов в ка- даче данных из одной программы в другую. Для талогах землетрясений рассмотрены, например, исправления ситуации приходится привлекать в работе [Дещеревский, Сидорин, 2014]. Проблемы программистов высокой квалификации, что не анализа данных с пропусками характерны для всегда возможно. Использование более мощных самых разных областей знаний, поэтому они и продвинутых программных продуктов требует сформировали фактически самостоятельное глубокого овладения каждым из используемых направление научных исследований [Литтл, инструментов, для чего необходимы специалиРубин, 1990; Злоба, Яцкив, 2002; Снитюк, 2006; сты по работе с такими программами. В любом Schluter, 2012; Baghi et al., 2015]. случае обработка наблюдений с помощью комТретья особенность подобных исследований плекса разнотипных программных систем окасостоит в их преимущественно поисковом ха- зывается весьма затратной и требует вложения рактере. Сколько-нибудь полных физических существенных материальных и/или интеллекмоделей изучаемых систем часто просто не суще- туальных ресурсов, что не всегда возможно при ствует. Не всегда понятно, что представляет со- поисковых исследованиях, обычно проводящихбой полезный сигнал. Разные виды наблюдений ся компактными коллективами .

имеют собственную временную шкалу. Поэтому Несмотря на все перечисленные проблемы, исследователь вынужден анализировать сигнал в большинстве научных организаций для оббез четкого понимания, как именно должны работки данных мониторинга в той или иной проявляться в получаемых данных интересу- степени применяются различные импортные ющие его эффекты. В такой ситуации заранее программы для обработки временных рядов с выстроить формализованный алгоритм обра- интерактивной графикой и базами данных, поботки сигнала и поручить его применение како- скольку альтернатива им просто отсутствует .

му-то роботу невозможно — требуется активное Наиболее известные продукты такого рода русиучастие исследователя-эксперта на всех этапах фицированы, распространяются в Российской анализа наблюдений. Обрабатывать подобные Федерации через российские представительданные приходится не только геофизикам, но и ства компаний или авторизованными дилерами .

метеорологам, социологам, экономистам и дру- Только небольшая часть программных продуктов гим специалистам, изучающим поведение ка- в этой области имеет национального производиких-либо параметров на длительных интервалах теля. В основном это программы для обработки времени. Все это требует применения специаль- данных с конкретных аппаратурных комплексов .

ных методов и приемов при накоплении и ана- Почти все такие программы для их расширения лизе таких данных. требуют найма программистов со специальными Отдельный аспект связан с тем, что обработ- знаниями. Внедрение и эффективная эксплуатака данных мониторинга обычно осуществляется ция такого пакета весьма затратны .

малыми исследовательскими группами, которые Авторы настоящей работы в течение многих нуждаются в простых и компактных инструмен- лет занимались геофизическим и биологическим тах для решения своих задач. Однако для полно- мониторингом, но не смогли найти для себя проценной работы с получаемыми рядами неизбеж- дукт, который позволил бы эффективно хранить но приходится решать сразу три группы задач, и анализировать получаемые данные. По этой связанных с 1) организацией базы данных вре- причине нами был разработан программный паменных рядов, 2) статистическим анализом на- кет ABD, предназначенный для сопровождения блюдений и 3) визуализацией исходных и обра- и анализа временных рядов, получаемых при ботанных данных. Каждое из этих направлений долговременных наблюдениях и реализующий вполне обеспечено представленными на рынке весь необходимый функционал [Дещеревский программными средствами. Но интеграция та- и др., 2016в]. Он не только позволяет во многих ких программных продуктов в единую систему случаях заменить импортные аналоги, но и реачасто требует значительных усилий по обеспече- лизует намного более широкий спектр возможнию их совместной работы. ностей, отсутствующих или весьма трудоемких в При использовании недорогих универсаль- реализации при использовании универсальных ных программ возникает проблема согласова- программных систем. Отметим, что платой за тания структур и форматов данных. Стандартные кие преимущества стала меньшая внешняя приПрограммый пакет ABD — универсальный инструмент для анализа данных режимных наблюдений влекательность пакета, поскольку он изначально обезличенных временных рядов, не имеющих не рассматривался как коммерческий продукт. календарной привязки. Лишь некоторые наиПо мере разработки комплекс постоянно более продвинутые среды — такие, как Матлаб пополнялся новыми возможностями и алго- [Дьяконов, 2008] — позволяют сохранять и исритмами. Одному из авторов пакета в течение пользовать информацию о времени наблюдений, 11 лет присуждалась ежегодная награда ком- однако делают они это крайне неэффективно .

пании Майкрософт — Microsoft most valuable Если на хранение значения данных чаще всеprofessional — за большую работу с независимы- го отводится два-четыре байта, календарная коми разработчиками приложений с базами дан- ордината занимает в памяти 18 байт, т.е. вектор, ных в среде Windows. хранящий временную координату, требует в 4.5 Пакет ABD может использоваться для об- раза больше места, чем собственно данные. Для работки данных, получаемых на самых раз- выполнения любых манипуляций с двумя сигнообразных сетях измерений, и дополняться налами — например, выборки общего интервала имеющимися у потенциального пользователя наблюдений — необходимо создать третий векавторскими алгоритмами обработки. Для этого тор дат, определяемый как пересечение первых не требуется каких-либо специальных знаний — двух векторов. А задача пересчета рядов к другой такие дополнения могут реализовываться на лю- периодичности наблюдений и вовсе не имеет гобом языке программирования. тового решения — все нестандартные функции Цель настоящей работы — описание основ- необходимо проектировать и реализовывать саных возможностей пакета ABD, позволяюще- мостоятельно .

го успешно замещать импортные программные Стандартная схема вычислений в большинпродукты при работе с данными режимных (дол- стве пакетов статистического анализа включает говременных) наблюдений. три шага: выбор метода — выбор данных — презентация результата. Данные обычно хранятся Имеющиеся на рынке программные в виде таблиц или массивов чисел, и только итопродукты говое заключение оформляется в виде графиВ настоящее время на рынке имеется широ- ков и критериев, иллюстрирующих достижение кий выбор программных продуктов, предназна- цели. Детали вычислительного процесса при ченных для организации баз данных, статисти- этом скрыты от пользователя, который тем саческого анализа временных рядов, визуализации мым лишается возможности контролировать ход данных. Однако такие программы необходимо расчетов. Такая схема при анализе продолжаюориентированы на широкий круг пользователей щихся наблюдений работает очень плохо и даже и в силу этого недостаточно учитывают потреб- опасна, если в данных имеются какие-то непредности исследователей, занятых долговременным виденные особенности. В этом случае результамониторингом различных процессов. ты могут оказаться непредсказуемыми, а оценка Так, универсальные СУБД ориентированы их достоверности с помощью одних только форпрежде всего на хранение данных типа «табли- мальных критериев часто дает лишь иллюзию ца», в которых порядок записей не имеет зна- значимости. Для аккуратной и взвешенной инчения. Во временном ряде, наоборот, принци- терпретации необходимо не только видеть итопиально важен порядок следования измерений. говый результат, но и понимать, как именно он По этой причине для хранения, выборки, изме- получен, какие допущения принимались на канению частоты опроса временных рядов необхо- ждом шаге расчетов, и, главное, в какой степени димы специальные функции, которые в типовых изучаемый ряд соответствует этим допущениСУБД далеко не всегда реализованы достаточно ям. Это требует активного участия исследоватеудобно и эффективно. ля-эксперта на всех этапах обработки сигнала .

Отдельную проблему составляет фиксация Крайне ограничены в стандартных пакетах и информации о времени каждого наблюдения при возможности по работе с сигналами, содержапередаче данных из СУБД в блок статистической щими пропуски наблюдений. Фактически польобработки и обратно. Как правило, эту пробле- зователь вынужден явно заполнять пропуски му невозможно решить с помощью стандартных уже на начальном этапе обработки данных, нефункций — требуется программирование доста- смотря на очевидные недостатки такого подхода точно сложного интерфейса. При его отсутствии [Дещеревский и др., 2016г] .

(что фактически является правилом) данные Перечисленные и некоторые другие ограпередаются в блок обработки и обратно в виде ничения характерны практически для всех уни

–  –  –

версальных пакетов, используемым в настоящее и повышает ее производительность .

время в России для работы с данными долговре- При фильтрации и обработке сигналов променного мониторинга: таких, как SPP Statistica исходит их изменение: создаются новые вреБоровиков, 2013], STATGRAPHICS [Дюк и др., менные ряды, уничтожаются старые. Чтобы 1995; Макаров, 1992], SPSS [Шанчев, 1997; обезопасить первичные данные от случайного Бююль, 2005; http://www-01.ibm.com/software/ изменения, в ABD реализована двухуровневая analytics/spss], Statsoft [http://www.statsoft.com], система доступа к данным. Первичная инфорSYSTAT, BMDP, SAS, CSS, S-plus и т.д. Все мация – ряды, которые были получены при наэти программы используются широким кругом блюдениях и затем импортированы в среду пакепользователей и имеют активную поддержку от та, — хранятся в основной базе данных. Однако компаний-производителей. Однако они разра- доступ к ней имеют только методы, связанные батывались для решения иных задач и не всег- с сопровождением данных (импорт, экспорт, да реализуют те функции, которые необходи- редактирование и т.д.). Все вычислительные мы при исследовании реальных геофизических процедуры, выполняющие те или иные манирядов данных. Очевидно, это связано с тем, что пуляции с рядами, оперируют не с первичными задачи мониторинга актуальны лишь для не- данными, а со специально создаваемыми копиязначительной доли пользователей этих пакетов. ми этих рядов — так называемой «выборкой данПрограмма ABD может оказаться более полез- ных». Таким образом, чтобы перейти к анализу ной при работе с подобными временными ря- данных, необходимо сделать выборку, т.е. загрудами, поскольку она разрабатывалась специаль- зить в рабочее пространство некоторое подмноно для этих целей, а ее архитектура основана на жество данных из основной базы данных .

других идеях и принципах, более полно учитыва- В отличие от большинства других пакетов ющих специфику этой предметной области. статистической обработки, рабочее пространство ABD хранится не в оперативной памяти, База данных для хранения а на диске. Это позволяет загружать в выборку временных рядов любые объемы данных (сколько хватит места на ABD сохраняет все данные в собственной диске), не заботясь о технических возможностях СУБД, специализированной для работы именно компьютера. Второй «бонус» такого подхода сос временными рядами. Каждый ряд данных име- стоит в том, что созданная выборка не теряется ет формализованный паспорт, в котором описа- даже при аварийном окончании сеанса работы ны все существенные характеристики ряда: дата (например, при отключении электропитания), начала и периодичность наблюдений, разрешен- а вновь автоматически открывается при следуный диапазон вариаций измеряемой величины, ющем запуске программы. Конечно, хранение способ упаковки данных и метод кодирования обрабатываемых массивов на диске (а не в опепропусков, другие характеристики ряда. При ративной памяти) несколько снижает скорость импорте данных это позволяет многократно по- доступа к данным, однако на практике это обычполнять ряд по мере продолжения наблюдений, но не очень существенно, так как при наличии контролируя корректность вводимых значений. свободной оперативной памяти операционная Но еще более важно, что все паспортные харак- система автоматически кэширует файлы, истеристики автоматически учитываются при об- пользуемые наиболее часто .

работке сигналов. Важно, что все манипуляции с данными, выЭто позволяет без дополнительных указаний полняемые при обработке рядов, никак не влисо стороны пользователя проводить пересчет яют на первичные данные, хранящиеся в основнаблюдений к любой требуемой периодично- ной базе данных. Копирование обработанного сти от микросекунд до лет, вести совместную (видоизмененного) ряда из рабочего пространобработку сигналов с несовпадающими датами ства в основную базу данных происходит тольначала наблюдений или частотой опроса, визу- ко по особой команде. Но даже и в этом случае ализировать исходные и обработанные данные исходный ряд с первичными данными не уничв реальной календарной шкале времени вместо тожается – обработанный ряд добавляется к осусловных «номеров точек». Разумеется, все ди- новной базе данных. Такая технология увеличиалоги при выборке данных, настройке параме- вает безопасность первичных данных при работе тров обработки и т.д. также ведутся в привычных с рядами и позволяет в любой момент изменить единицах времени, а не условных «точках», что способ первичной обработки ряда, если он окарезко повышает удобство работы исследователя зался неудачным для данного вида наблюдений .

Программый пакет ABD — универсальный инструмент для анализа данных режимных наблюдений искажения становятся неотъемлемым атрибутом Работа только с реальными наблюдениясигнала, влияющим на результаты всех последуми без искусственного заполнения лакун ющих вычислений [Рыженкова, 2011] .

При режимных наблюдениях различных па- На самом деле широкое распространение раметров измерения обычно выполняются через подхода, основанного на заполнении пропусков равные промежутки времени. Это существенно данных, обусловлено не столько какими-то соупрощает как организацию базы данных времен- держательными преимуществами, сколько проных рядов, так и технику анализа полученных стотой его технической реализации [Моисеев, данных. Однако даже при фиксированной ча- 1998]. При всем разнообразии возможных подстоте опроса датчиков неизбежно возникают мо- ходов к заполнению пропусков в коммерческом менты, когда какое-либо наблюдение не может программном обеспечении реализована лишь быть выполнено. Это могут быть отказы и сбои небольшая часть этих методов, а на практике аппаратуры, регламентные работы, аномальные чаще всего используются лишь самые простые внешние условия, делающие измерение невоз- алгоритмы, не обеспечивающие нужного качеможным. В результате шаг наблюдений ока- ства интерполяции [Злоба, Яцкив, 2002] .

зывается «почти» равномерным: большинство В ABD используется принципиально иной измерений выполняется, как и положено, но подход к обработке пропущенных наблюдений, в некотором (обычно небольшом) числе точек предусматривающий не заполнение пробелов условие равномерности нарушается. в данных, а исключение таких точек из вычислеНаиболее распространенный подход к ана- ний [Скрипник и др., 1988; Литтл, Рубин, 1991] .

лизу таких данных состоит в том, что пропу- Используемая модель данных допускает наличие щенные наблюдения на этапе предварительной пропусков и перерывов в наблюдениях на любой подготовки данных заполняются каким-либо стадии обработки сигнала. Рассмотрим подробспособом. После этого заполненный ряд обра- нее, как это работает [Дещеревский и др., 2016г] .

батывается по стандартным алгоритмам, как ряд К первой группе можно отнести методы, рас равномерным шагом по времени. Так обраба- бота которых не слишком сильно зависит от натываются пропуски в пакете Statistica и многих личия пропусков данных. Так, оценить среднее других пакетах. значение или автоковариацию всегда можно по Такой подход является фактически обще- фактически выполненным наблюдениям, и при принятым, однако он имеет очевидные недо- этом не важно, чередуются ли они с пропущенстатки. Требование полноты обрабатываемого ными значениями или нет. Понятно, что нет сигнала означает, что выбраковка сомнительных никакого смысла явно заполнять пропуски дани аномальных значений и их заполнение прав- ных перед выполнением таких операций. Это, доподобными данными должны выполняться наоборот, нежелательно, поскольку принудиуже на начальном этапе анализа наблюдений. тельное заполнение пропусков может приводить Но опыт показывает, что ошибочные значения к искажению получаемых результатов. При исгораздо точнее и надежнее выявляются по от- пользовании таких методов пользователь может фильтрованному и преобразованному сигналу, задать максимально допустимую долю пропут.е. на поздних стадиях обработки. Заполнение сков в каждом обрабатываемом массиве данных .

пропусков данных всегда предполагает наличие Если количество пропусков больше разрешенкакой-либо априорной модели поведения изме- ного, результат вычисления будет пропуском .

ряемой величины, не гарантирующей, конечно, Например, при вычислении среднемесячного получения наилучшего решения проблемы. значения температуры высокий «порог нетерНа самом деле почти всегда можно предло- пимости» к пропускам позволяет гарантировать, жить несколько разумных моделей. Явный вы- что среднемесячные значения будут вычислятьбор одной из этих моделей уже на этапе предва- ся только по достаточно представительным масрительной обработки данных далеко не всегда сивам данных, а не по единичным измерениям является оптимальным решением. Эти пробле- в отдельные дни. В другой ситуации может, намы актуальны даже в том случае, если пропуски оборот, потребоваться вычислить среднее даже заполнены идеально. Однако свойства многих при наличии единичных значений данных в преэкспериментальных процессов довольно слож- делах окна — для этого достаточно понизить ны и/или плохо изучены, что приводит к серьез- «порог выбраковки» массивов с пропусками до ным ошибкам и искажениям сигнала при ин- необходимого уровня .

терполяции пропущенных наблюдений. Такие Аналогичные алгоритмы работы с пропуска

–  –  –

ми применяются и во всех остальных процедурах Обработка в скользящем окне ABD, где это возможно. При отсутствии пропусков данных расчеты выполняются по стандарт- Одна из основных задач геофизического моным формулам, предполагающим равномерный ниторинга — отслеживание изменений, происпо времени шаг между измерениями. При на- ходящих в контролируемой системе. Такие проличии пропусков данных соответствующие мо- цессы проявляются в регистрируемом сигнале менты времени исключаются из расчетов, а для как изменения его свойств и/или параметров вычислений используются специальные алго- связи с другими сигналами. Например, может ритмы, оптимизированные с учетом специфики изменяться фрактальная размерность сигнала конкретного метода. С этой целью в формулы или коэффициент отклика на вариации извествводятся необходимые поправки: пересчитыва- ного внешнего фактора — такого, как атмосются весовые и нормировочные коэффициенты, ферное давление или прилив. Для обнаружения учитываются другие эффекты. По возможности таких изменений надо оценивать свойства сигформулы корректируются таким образом, что- нала не по всему ряду, а в пределах некоторого бы обеспечить получение несмещенных оценок. временного окна. Затем окно сдвигается вправо Если количество пропусков в обрабатываемом и все вычисления повторяются. Подобная техномассиве данных превышает заданную критиче- логия применяется и при адаптивной фильтраскую величину, результат вычислений объявля- ции различных помех, позволяя оптимизировать ется пропуском. свойства фильтра с учетом текущих характеДругие методы более чувствительны к пропу- ристик сигнала, причем степень адаптивности скам или даже вовсе не допускают их появления можно менять, варьируя ширину окна .

(как, например, алгоритм БПФ). В этом случае Алгоритмы, работающие в скользящем окне, метод сам заполняет пропуски данных перед вы- крайне полезны при работе с нестационарным полнением вычислений, если пользователь не сигналом. Они обеспечивают наиболее точную выполнил эту операцию перед вызовом метода. подстройку метода к данным и могут использоДля этого в ABD имеется большое количество ваться даже в тех ситуациях, когда стандартные инструментов. статистические модели совершенно непригодны .

Такая архитектура пакета приводит к неко- Эти алгоритмы открывают широкие возможноторым дополнительным «накладным расходам» сти для фильтрации данных и мониторинга дипри вычислениях и требует известного усложне- намических изменений в самых разных системах .

ния алгоритмов. Взамен исследователь получа- В ABD скользящее окно на каждом шаге ет такие инструменты анализа данных, которые сдвигается на одну точку, поэтому скважность очень сложно реализовать при стандартных под- обработанного сигнала такая же, как и у исходходах, и обеспечивается получение гораздо бо- ного ряда. Это позволяет максимально точно лее обоснованных статистических заключений, отслеживать моменты изменения характеристик чем при использовании любых программных сигнала. Кривые, характеризующие эти изменесредств, требующих явного предварительного ния, выглядят, как плавные вариации, а не как заполнения пропусков. набор точек .

Еще один не вполне очевидный, но крайне Все алгоритмы скользящего окна могут раполезный «бонус» описанной технологии состо- ботать с сигналами, содержащими пропуски ит в том, что проверка и отбраковка сомнитель- данных. Вычисления в этом случае выполняютных значений данных может быть выполнена ся только для тех положений окна, при которых не только на стадии предварительной подготов- доля пропусков не превышает некоторую критики ряда, но и на любом этапе анализа. Только ческую величину, заданную в настройках метода .

в простых случаях брак визуально выглядит как В противном случае в ряд результата записыварезкий выброс. Часто встречаются ситуации, ется пропуск. Это никак не препятствует послекогда некачественные наблюдения легче всего дующей обработке полученного сигнала другиобнаруживаются при проверке уже отфильтро- ми методами, поскольку модель данных ABD ванного сигнала, прошедшего через целую се- допускает наличие пропусков на любом этапе рию преобразований. Использование «конвейе- анализа наблюдений. Описанный механизм обра» обработки данных позволяет разрабатывать ладает достаточной гибкостью и имеет неоспоинтерактивные или настраиваемые процедуры римые преимущества перед подходом, предповыбраковки дефектных наблюдений, примени- лагающим либо обязательное предварительное мые на всех стадиях обработки данных. заполнение пропусков, либо выбраковку всего Программый пакет ABD — универсальный инструмент для анализа данных режимных наблюдений массива данных при наличии даже незначитель- и/или экспертные заключения о наличии у сигного количества «испорченных» наблюдений. нала тех или иных свойств и лишь при особой Известный недостаток методов скользяще- необходимости просматривает результаты в граго окна связан с тем, что такие методы трудно фическом виде. Именно поэтому в большинкомбинировать друг с другом. Строго говоря, стве импортных программ при выводе графиков при вычислениях в скользящем окне требуется, основное внимание уделяется их оформлению, чтобы окно всегда целиком помещалось внутри а не содержанию. Генерируемые ими рисунряда. Начальное положение окна выбирается ки прекрасно подходят для презентаций, но не так, чтобы его левая граница совпадала с нача- слишком удобны для повседневной рутинной лом сигнала, а конечное — так, чтобы с окон- работы, так как пространство, отводимое на них чанием сигнала совпадала правая граница окна. для собственно графиков, неоправданно сжато, Понятно, что в этом случае полный пробег что совсем не способствует детальному изучеокна будет меньше, чем длина исходного ряда. нию особенностей сигнала .

Соответственно, длина отфильтрованного сиг- При практической работе с данными монитонала (или ряда, показывающего динамику како- ринга эта технология очень далека от оптимальго-то расчетного показателя) будет при каждой ной, что обусловлено как поисковым характефильтрации уменьшаться на размер окна. ром таких исследований, так и обсуждавшимися Если ряд имеет ограниченную длину, а окно выше свойствами получаемых при этом данных .

достаточно широкое, уже после применения Обработка таких данных обычно начинается с нескольких методов от сигнала ничего не оста- контроля качества наблюдений и выбраковки денется. А ведь обычно данные уже на этапе пред- фектных значений (участков записи). Применяя варительной обработки подвергаются сразу те или иные алгоритмы и методы, эксперт сразу нескольким преобразованиям. Достаточно ти- же анализирует получаемые результаты и оптимипичным выглядит алгоритм, при котором из ряда зирует параметры счета, уточняет вычислительадаптивно удаляются выбросы, отфильтровыва- ные схемы, порядок выполнения операций и т.д .

ется высокочастотная помеха, вычитается низко- На всех стадиях анализа данных принципиально частотный тренд. Затем оценивается амплитуда важно обеспечить полноценное участие эксперта, полезного сигнала (например, суточной вариа- дать ему максимально полную информацию для ции) и, наконец, рассчитывается динамика из- принятия различных решений. Все это достигаетменений коэффициента регрессии амплитуды на ся прежде всего за счет широкого использования внешний фактор, от которого предположительно инструментов визуализации данных .

может зависеть амплитуда суточной вариации. Философия ABD исходит из того, что баВозникающая проблема уменьшения длины зисом системы анализа данных должны быть отфильтрованного сигнала решается в ABD с именно процедуры визуализации рядов данных помощью описанного выше механизма пропу- и их основных свойств (спектральных, коррелясков данных [Дещеревский и др., 2016г]. При об- ционных статистик и др.). По мнению авторов, работке ряда любым методом он автоматически средства визуализации данных — это концепдополняется пропусками справа и слева так, что- туальный, а не вспомогательный инструмент бы полный пробег окна равнялся длине сигнала. пакета, предназначенного для анализа данных Варьируя настройку «разрешенное количество исследовательского мониторинга. Реализуя опипропусков», можно оптимизировать «терпи- санную концепцию, мы включили в ABD гибмость» любого метода к наличию пропусков дан- кие инструменты визуализации данных. Ряды ных. В предельном случае — если вычисления длиной многие миллионы точек отображаются разрешены даже при 50% пропусков — это по- практически без задержки, можно оперативно зволяет проводить обработку в скользящем окне развернуть любой фрагмент ряда со сколь угодно без уменьшения длины ряда. подробной детальностью. Оси координат размечаются в реальной календарной шкале, причем Визуальный анализ данных степень детализации этой шкалы оптимизиОбычно основу пакетов статистического руется в соответствии с интервалом развертки анализа составляют методы обработки данных, данных и параметрами сигнала. Графики можно а инструменты визуализации рассматриваются рисовать в разных боксах (с общей календарной как полезное дополнение к ним. Пользователь шкалой) или накладывать друг на друга, оформвыбирает и применяет различные методы, полу- лять различными способами для более наглядночает на выходе значения оцениваемых статистик го отображения информации. Графический ре

–  –  –

дактор позволяет выбраковывать выделенные на рительная обработка данных, часто в решающей графике значения данных или выполнять сдвиг мере зависит успех исследования .

и масштабирование фрагмента ряда. Все вспо- При решении различных научных задач, могательные надписи и поля минимизированы, связанных с мониторингом, важнейшую роль чтобы наиболее полно использовать площадь играют инструменты, нацеленные на анализ экрана для отображения графиков. изменений в системе, расчет и оценку вреРазрешение компьютерного экрана обыч- менных вариаций тех или иных показателей .

но не более 1–2 тыс. точек. Если ряд заметно С этой целью в ABD включен большой набор длиннее, отобразить на одном рисунке все без методов скользящего окна. Также в программе исключения точки данных практически невоз- представлен широкий набор инструментов для можно. Поэтому при визуализации очень боль- поиска периодических и квазипериодических ших массивов данных выполняется настраивае- составляющих, изучения ритмов (в частности, мая генерализация изображения. В зависимости биологических) и отслеживания их динамики .

от выбранного метода генерализации на графике Наряду с этим в пакете имеются и более распроможет отображаться либо среднее значение ряда, страненные методы, позволяющие выполнять либо размах колебания сигнала в окрестности те- различные виды фильтрации сигналов, изучать кущего момента времени. Это не только кратно их спектральные и фрактальные свойства, выявускоряет вывод изображений, но и очень эффек- лять взаимосвязи между процессами и строить тивно уменьшает число элементов изображения, модели сигналов, прогнозировать поведение изчто весьма существенно при сохранении рисун- учаемых показателей в будущем. Единственным ка в векторном формате. Описанная технология улучшением этих методов по сравнению с их анапозволяет генерировать компактные векторные логами, включаемыми в стандартные программграфики даже для гигантских по размеру рядов, ные пакеты, является возможность обработки что обеспечивает высокое качество изображения реальных сигналов, без обязательного предваи удобство его редакторского оформления. рительного заполнения пропусков данных .

Впрочем, важность этой опции нельзя недооцеМетоды анализа данных нивать: ведь практически все ряды наблюдений, В ABD включено большое количество ин- получаемые при долговременном мониторинге, струментов, необходимых при работе с реаль- не свободны от тех или иных дефектов, включая ными временными рядами, получаемыми при перерывы в наблюдениях и пропуски измерений долговременных наблюдениях. Наряду со стан- [Дещеревский и др., 2016г] .

дартными методами, предназначенными для Важная особенность ABD — возможность оценки различных статистик и выполнения ти- совместной обработки рядов данных, имеющих повых операций, в пакет включено большое ко- несовпадающую хронологическую структуру .

личество авторских алгоритмов, разработанных При любых операциях с такими рядами автомаспециально для анализа данных геофизического тически применяется правило синхронизации мониторинга. Описание этих алгоритмов и ре- наблюдений. Это означает, что перед вычислезультатов их практического применения можно нием любой статистики программа автоматинайти в многочисленных публикациях авторов чески совмещает ряды так, чтобы в совместных настоящей статей, список некоторых из них вычислениях всегда участвовали значения, котоприведен в [Дещеревский и др., 2016а-в]. рые измерены в один и тот же момент времени .

Опыт показывает, что при практической Рассмотрим для примера задачу, связанную с работе с данными мониторинга наиболее вос- вычислением временного ряда, показывающего требованы так называемые вспомогательные среднюю температуру воздуха в некотором райметоды, используемые при предварительной об- оне. Такой ряд легко может быть построен даже работке данных. Именно они используются при в том случае, если наблюдения в разных пунфильтрации различных помех, выбросов, выяв- ктах были начаты в разное время и выполнялись лении и коррекции технического брака и других с неодинаковой периодичностью: где-то раз в дефектов наблюдений. В универсальных пакетах час, в других пунктах — четыре или восемь раз подобным методам часто уделяется недостаточ- в сутки. Для расчета средней температуры за неное внимание, поскольку они рассматриваются который час программа автоматически выберет как нечто второстепенное. Однако идеальных из всех рядов измерения, выполненные именно систем наблюдений не бывает. От того, насколь- в этот час .

ко аккуратно и качественно проведена предва- Такая автоматизация возможна благодаря Программый пакет ABD — универсальный инструмент для анализа данных режимных наблюдений

–  –  –

Пример схемы организации удаленной обра- базы данных и загружаются в рабочую область, которая хранится на локальном компьютере1 .

ботки данных в среде ABD показан на рис. 2 .

Основная база данных (см. рис. 1) хранится на Фактически при этом создается выборка данодном из имеющихся Интернет-ресурсов для ных, которая находится в монопольном расразмещения файлов. Это могут быть, например, поряжении пользователя (см. рис. 1). При неgoogle disk, yandex disk и т.д. Программа реги- обходимости сохранить отфильтрованные или страции подключается к этому диску и в режиме отредактированные ряды программа подключаonline записывает результаты наблюдений непо- ется к удаленному диску и записывает данные средственно в базу данных ABD или же в диско- из рабочей области в основную базу данных .

вые файлы согласованного формата. Оттуда они На время выполнения этой операции доступ импортируются в базу данных с помощью стан- остальных пользователей к основной базе дандартных средств импорта ABD, которые могут ных блокируется .

запускаться автоматически по внешней команде. Описанная технология позволяет работать Далее возможны два варианта. В первом с данными наблюдений в режиме, близком к репользователь копирует базу данных ABD на свой альному времени. Наличие ресурсов хранения компьютер полностью и использует созданную данных, доступных через сеть, позволяет не комлокальную копию в монопольном режиме, не плектовать системы наблюдений большими дисимея возможности вносить изменения в ос- ками для хранения получаемых данных. Вместо новную базу данных. Примерно по такой схеме этого данные с заданной регулярностью заносятв настоящее время предоставляются удаленным ся в основную базу данных, что уменьшает вепользователям данные, например, сейсмических роятность потери информации в результате техкаталогов. нических сбоев. Кроме того, такая организация Во втором варианте база данных хранится на позволяет нескольким пользователям удаленно сетевом ресурсе, а удаленный пользователь по- работать с единой базой данных ABD. Другими лучает все права на работу с данными, включая словами, одни и те же измерения могут быть довозможность модификации данных в основной ступны для анализа из разных исследовательских базе. Доступ к базе данных осуществляется не центров. Кроме того, при этом повышается опечерез веб-интерфейс, а с помощью стандартных 1Строго говоря, для хранения рабочего пространсредств ABD. При этом используется описанства можно использовать и удаленный диск, однако ная выше двухуровневая система доступа к данв этом случае любые операции с рядами будут соным, реализованная в пакете. На практике это провождаться пересылкой больших объемов данных выглядит следующим образом. Для выполне- на удаленный диск и обратно, что сильно замедляет ния различных видов обработки необходимые работу. Поэтому предпочтительнее хранить выборку фрагменты данных извлекаются из основной на локальном компьютере .

Программый пакет ABD — универсальный инструмент для анализа данных режимных наблюдений

–  –  –

подтвердилось Жупановским землетрясением начально заложены все необходимые средства с М = 7.2, проявившимся на Камчатке интенсив- для работы с такими сигналами (резко выраностью 7 баллов [Чебров и др., 2016]. женная нестационарность, наличие пропусков, Возможности пакета ABD позволяют приме- очень существенные «календарные эффекты», нять его не только в геофизических приложени- включая недельный, месячный, годовой циклы;

ях, но и в других областях, где для решения раз- праздничные дни и т.д.) .

личных задач производится накопление и анализ Не менее важен и прикладной аспект подобрядов данных долговременных наблюдений ка- ной работы. Построение верифицируемых моких-либо параметров. На рис. 4 представлена делей влияния факторов внешней среды на биовозможная схема системы слежения за влиянием медицинские показатели открывает широкие геофизических и техногенных факторов на меди- перспективы для прогнозирования ожидаемых цинские показатели людей из группы риска (сер- эффектов и заблаговременного принятия необходечников, гипертоников, и т.д.), спортсменов, димых профилактических мер как для отдельных детей и т.д. Система имеет два уровня сбора дан- индивидуумов, так и для различных значимых ных. В базу данных заносятся: 1) непосредствен- групп населения. Это путь к медицине будущего но регистрируемые или получаемые от других си- с непрерывным дистанционным контролем пастем наблюдений характеристики окружающей циентов и оперативным анализом поступающего среды, включая погодные, геомагнитные, кос- комплекса данных. Во многих развитых странах мофизические (солнечная активность) и иные мира он активно развивается в рамках крупного доступные показатели; 2) биомедицинские по- международного проекта «БИОКОС» под эгидой казатели отдельных лиц или контингентов, реги- Университета штата Миннесота в США [Халберг, стрируемые с помощью специальных датчиков. Шварцкопфф, 2010] .

Исследователь анализирует получаемые измерения, подбирает наиболее адекватные схемы обработки и строит модели влияния первых поЛитература казателей на вторые. Такие модели представляют несомненный научно-теоретический интерес. Антоновская Г.Н., Капустян Н.К., Рогожин Е.А .

ABD представляет собой идеальный инструмент Сейсмический мониторинг промышленкак для создания пополняемой базы данных та- ных объектов: проблемы и пути решения // ких наблюдений, так и для анализа получаемых Сейсмические приборы. 2015. Т. 51. № 1 .

данных, поскольку в архитектуру программы из- С. 5–15 .

Программый пакет ABD — универсальный инструмент для анализа данных режимных наблюдений Боровиков В.П. Популярное введение в современ- Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Никольский А.Н., ный анализ данных в системе STATISTICA. М.: Сидорин А.Я. Проблемы анализа временных Горячая линия – Телеком, 2013. 288 с. рядов с пропусками и методы их решения в Бююль А., Цефель П. SPSS: Искусство обработки программе WinABD // Геофизические проинформации. Анализ статистических данных цессы и биосфера. 2016г. Т. 15, № 3. С. 5–34 .

и восстановление скрытых закономерностей: Дьяконов В.П. MATLAB 7.*/R2006/2007. СамоПер. с нем. СПб.: «ДиаСофтЮП», 2005. 608 с. учитель. М.: ДМК-Пресс, 2008. 768 с .

Власов Ю.А., Гаврилов В.А., Денисенко В.П., Дюк В.А., Мирошников А.И. Эволюция Федористов О.В. Телеметрическая система сети STATGRAPHICS // Мир ПК. 1995. № 12 .

комплексного геофизического мониторинга // С. 32–34 .

Сейсмические приборы. 2008. Т. 44. С. 33–38. Злоба Е., Яцкив И. Статистические методы Гаврилов В.А. О методе непрерывного монито- восстановления пропущенных данных // ринга удельного электрического сопротивле- Computer Modelling & New Technologies, 2002 .

ния горных пород // Сейсмические приборы. V. 6, No. 1. C. 51–61 .

2013. Т. 49, № 3. С. 25–38. Литтл Р.Дж.А., Рубин Д.Б. Статистический анаГаврилов В.А., Власов Ю.А, Денисенко В.П., лиз данных с пропусками. М.: Финансы и Морозова Ю.В., Яковлева Ю.Ю. Опыт ком- статистика, 1990. 336 c .

плексных скважинных геофизических на- Любушин А.А. Анализ данных систем геофизиблюдений в целях мониторинга состояния ческого и экологического мониторинга. М.:

геосреды // Вестник КРАУНЦ. Серия: Науки Наука, 2007. 228 с .

о Земле. Петропавловск-Камчатский. 2006. Макаров А.А. STADIA против Statgraphics, или Вып. 8. № 2. С. 43–53. Кто ваш «лоцман» в море статистических Гаврилов В.А., Полтавцева Е.В., Дещеревский А.В., данных // Мир ПК. 1992. № 3. С. 58–66 .

Бусс Ю.Ю., Морозова Ю.В. Мониторинг со- Маловичко А.А., Габсатарова И.П., Лиходеев Д.В., стояния геосреды на основе синхронных геоа- Заклюковская А.С., Преснов Д.А. Развитие кустических и электромагнитных скважинных системы разномасштабного сейсмическоизмерений: использование естественного элек- го мониторинга в районе вулкана Эльбрус тромагнитного излучения // Сейсмические // Сейсмические приборы. 2014. Т. 50. № 4 .

приборы. 2015. Т. 51. № 4. С. 41–57. С. 47–57 .

Гамбурцев А.Г. О необходимости дальнейшего Моисеев С.Н. Заполнение пропусков в случайразвития и внедрения системного экологи- но-цензурированных временных рядах // ческого мониторинга // Геофизические про- Автометрия. 1998. № 1. С. 61–66 .

цессы и биосфера. 2006. Т. 5, № 2. С. 27–39. Рыженкова К.В. Методы восстановления пропуДещеревский А.В., Сидорин А.Я. Технические про- ска данных при проведении статистических блемы и ошибки при работе с каталогами исследований // Интеллект. Инновации .

землетрясений // Наука и технологические Инвестиции. 2011. № 3. С. 127–133 .

разработки. 2014. Т. 93, № 4. С. 32–41. Санина И.А., Кишкина С.Б. Комплексный геофиДещеревский А.В., Мирзоев К.М., Лукк А.А. зический мониторинг как основа геодинамиКритерии группирования землетрясений ческой безопасности // Мониторинг. Наука и с учетом пространственной неоднородности безопасность. 2014. № 1 (13). С. 14–21 .

сейсмичности // Физика Земли. 2016а. № 1. Скрипник В.М., Назин А.Е., Приходько Ю.Г., С. 79–97. Благовещенский Ю.Н. Анализ надежности Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Никольский А.Н., технических систем по цензурированным выСидорин А.Я. Технологии анализа геофизи- боркам. М.: Радио и связь, 1988. 183 с .

ческих временных рядов. Ч. 1. Требования Снитюк В.Е. Эволюционный метод восстановлек программе обработки // Сейсмические при- ния пропусков в данных // Тр. VI Междунар .

боры. 2016б. Т. 52, № 1. С. 61–82. конф. «Интеллектуальный анализ информаДещеревский А.В., Журавлев В.И., Никольский А.Н., ции». Киев, 2006. С. 262–271 .

Сидорин А.Я. Технологии анализа геофизиче- Халберг Ф., Шварцкопфф О. Использование моских временных рядов. Ч. 2. WinABD — па- ниторинга состояния сосудистой системы кет программ для сопровождения и анали- человека для решения задач физики, универза данных геофизического мониторинга // сальной персонализированной и общественСейсмические приборы. 2016в. Т. 52, № 3. ной медицинской помощи, учитывающей С. 51–80. космическую погоду // Наука и технологиче

–  –  –

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

ДЕЩЕРЕВСКИЙ Алексей Владимирович — кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: 8(499) 254-90-35. E-mail: adeshere@ifz.ru ЖУРАВЛЕВ Владимир Ильич — кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: 8(499) 254-90-35. E-mail: vzhtvertsa@gmail.ru НИКОЛЬСКИЙ Александр Николаевич — ведущий инженер, Институт физики Земли им .

О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. E-mail: anickol@yahoo.com СИДОРИН Александр Яковлевич — кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. E-mail: al_sidorin@hotmail.com

–  –  –

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia Abstract. Needs for an accumulation and analysis of big data organized as time series are not uncommon. ABD software package described in the paper enables the users to solve various practical and scientic problems of real (non ideal) monitoring data processing. The package includes the time series database management system, powerful research complex and interactive environment of data visualization. Various tools for statistical analysis allow the researcher to analyze the structure of the time series, to reveal dependences and relationships between the signals, to monitor changes in the object under investigation. Some used technologies (for example, special modications of sliding window, analysis of time series with gaps) do not have world analogues .

Keywords: monitoring, ecological monitoring, biomedical monitoring, variations of geophysical elds, seismicity, time series database, time series analysis, algorithms and software for time series




Похожие работы:

«Министерство образования науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (РГГМУ) Допущен к защите Кафедра зав. каф. д.ф.-м. н., профессор экспериментальной физики А.Д. Кузнецов атмосферы ДИПЛОМ...»

«ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2015. №4. С. 111–118. DOI: 10.14258/jcprm.201504785 УДК 676.1.054.1 ВОПРОСЫ СНИЖЕНИЯ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ Д.В. Иванов1,3*, Н.А. Петрушева2, Ю.Д. Алашкевич1,3 © Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82, Красноярск, 660049 (Р...»

«.,.,.. УДК 621.38 ББК 32.844.1+32.844.02 Т18 Таперо К. И. Т18 Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах космического применения / К . И. Таперо, В. Н. Улимов, А. М. Членов. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. — 304 с. : ил. ISBN 978-5-99...»

«ПРОГРАММНЫЙ РЕАЛИЗМ В ФИЗИКЕ И ОСНОВАНИЯ МАТЕМАТИКИ *) Часть 2: Неклассическая и неоклассическая наука А.В. Родин Математика и физика на рубеже 19-20 веков и проблема научного реализма Как уже было сказано в начале первой части этой работы, физика и математика второй половины 19го века поставили классический научный реализм под в...»

«Научно-исследовательская работа Теоретические основы изучения практических предпосылок развития математики Выполнила: Макарова Дарья Юрьевна студентка 1 курса ФГБОУ ВО "Курский государственный университет" колледжа ко...»

«0624921 ХИМСИНТ03 000. Химсинтез специализируется на разработке и промышленном выпуске химической продукции-блескообразующих добавок для| гальванических процессов, композиций для! бумажной промышленности и др.! Является одним из крупнейших поставщиков блескообразователей в РФ. Предлагаемые нами продукты, являют...»

«8.3 Разработка гибридных роторных насосов Ключевые слова: роторный насос, добыча нефти, конструирование, математическая модель, трехмерная модель, численный эксперимент, физический эксперимент, экспериментальный образец. П...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА" С. М. Тарасов Химические вспомогатель...»

«Гибридный реактор уничтожит самые опасные ядерные отходы Способов переработки ядерных отходов физикам известно немало. Да и слово отходы они не любят. Ведь что является отходом для одного типа реактора, может послужить прекрасным топливом для второго. Люди дав...»

«Ковешников Евгений Валериевич ТЕОРЕМЫ ГЁДЕЛЯ И ИДЕИ ТАРСКОГО. ПРОБЛЕМА НЕПОЛНОТЫ И НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ МАТЕМАТИКИ И ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК Адрес статьи: www.gramota.net/materials/1/2010/11-2/7.html Статья опубликована в авторской редакции и отражает точку зрения автора(ов) по рассматриваемому вопросу. И...»

«Бузанов Григорий Алексеевич ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ С УЧАСТИЕМ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ В СИСТЕМЕ Li-Mn-O 02.00.01 – неорганическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва – 2016 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте общей и неорганической химии им. Н.С. Курна...»

«Известия НАН Армении, Физика, т.45, №6, с.447-455 (2010) УДК 621.3 ГАЗОВЫЙ СЕНСОР НА ОСНОВЕ НАНОРАЗМЕРНОЙ ПЛЕНКИ In2O3:Ga2O3 М.С. АЛЕКСАНЯН, В.М. АРАКЕЛЯН, В.М. АРУТЮНЯН, А.З. АДАМЯН, Г.Э. ШАХНАЗАРЯН Ереванский государств...»

«А. P. Новицкий Все домашние работы к учебнику по химии для 9 класса г. Е. Рудзитиса C 0D М О СКВА Глава I. Электролитическая диссоциация § 1 -3 Вопрос 1. Раствор хлорида натрия является электролитом. При растворении в воде ионная кристаллическая решетка хлорида натрия разрушается. NaCl распа­ дается на ионы Na'*' и СГ....»

«КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 2010 Т. 2 № 1 С. 43–49 АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНЫХ ЖИВЫХ СИСТЕМ УДК: 576.3 Взаимодействие цитокина LIF с липидным матриксом мембран М. П. Борисова1, Л. М. Межевикина2, Р. Р. П...»

«год с подъездной железной дорогой" Т. 6-ти. Санкт-Петербург: ОАО ВАМИ. 1999.3. Пустынных Е.В., Пересторонина М.А., Михалева О.Г. и др. Освоение переработки боксита среднего Тимана в глиноземном производстве УАЗа // Сб. докладов ХIII международной конференции...»

«НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ Серия: Математика. Физика. 2012. №17(136). Вып. 28 113 УДК 511 О ДИ ОФ АН ТОВЫ Х Н ЕРАВЕН С ТВ АХ С ПРОСТЫ М И Ч И СЛ АМ И Нгуен Тхи Ча Белгородский государственный университет, ул. Победы 85, Белгород, 308015, Россия, e-mail: nguyentra.bsu@gmail.com Аннотация. Доказано, что к заданному числу N...»

«ОБЧИСЛЮВАЛЬНІ СИСТЕМИ УДК 681.3 В.А. ЯЩЕНКО* ОТ МНОГОМЕРНЫХ РЕЦЕПТОРНО-ЭФФЕКТОРНЫХ НЕЙРОПОДОБНЫХ РАСТУЩИХ СЕТЕЙ К ЭЛЕКТРОННОМУ МОЗГУ РОБОТОВ * Институт проблем математических машин и систем НАН Украины, Киев, Украина Анотація. У статті розглядається концепція розробки електронного мозку робота на базі матр...»

«Development of Useful Minerals Deposits national scientific-practical conference “School Underground Mining 2013” / “Mining of Mineral Deposits”. – Netherlands: CRC Press / Balkema. – P. 211-217.3. Фомичов В.В. Математичні методи моделювання взаємодії кріплення та гірського маси...»

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Ордена Ленина Сибирское отделение ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ им. Г.И. Будкера К.В. Губин, Е.И. Жмуриков, П.В. Логачев, В.Б.Фенелонов, С.В . Цыбуля О СТАБИЛЬНОСТИ И ПРОЧНОСТИ КОНВЕРТОРА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ НЕЙТРОННОЙ МИШЕНИ НА ОСНОВЕ ИЗОТОПА УГЛЕРОДА 13С ИЯФ 2005-1 Новосибирск О стабильност...»

«СТОЛБОВСКИЙ Алексей Владимирович СТРУКТУРА И ОСОБЕННОСТИ СОСТОЯНИЯ ГРАНИЦ ЗЕРЕН НИОБИЯ, МЕДИ И БРОНЗЫ, НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ Специальность 01.04.07 – физика конденсированного состояния АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени канд...»








 
2018 www.new.z-pdf.ru - «Библиотека бесплатных материалов - онлайн ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 2-3 рабочих дней удалим его.