RU190531U1 - The device indicating the change in risk of strong earthquakes on the results of multichannel observation with interruptions - Google Patents

The device indicating the change in risk of strong earthquakes on the results of multichannel observation with interruptions Download PDF

Info

Publication number
RU190531U1
RU190531U1 RU2018120084U RU2018120084U RU190531U1 RU 190531 U1 RU190531 U1 RU 190531U1 RU 2018120084 U RU2018120084 U RU 2018120084U RU 2018120084 U RU2018120084 U RU 2018120084U RU 190531 U1 RU190531 U1 RU 190531U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
input
output
earthquake
occurrence
Prior art date
Application number
RU2018120084U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Викторович Исакевич
Даниил Валерьевич Исакевич
Вадим Евгеньевич Лукьянов
Любовь Валентиновна Грунская
Павел Павлович Фирстов
Евгений Олегович Макаров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)
Валерий Викторович Исакевич
Даниил Валерьевич Исакевич
Вадим Евгеньевич Лукьянов
Любовь Валентиновна Грунская
Павел Павлович Фирстов
Евгений Олегович Макаров
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ), Валерий Викторович Исакевич, Даниил Валерьевич Исакевич, Вадим Евгеньевич Лукьянов, Любовь Валентиновна Грунская, Павел Павлович Фирстов, Евгений Олегович Макаров filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)
Priority to RU2018120084U priority Critical patent/RU190531U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU190531U1 publication Critical patent/RU190531U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B31/00Predictive alarm systems characterised by extrapolation or other computation using updated historic data

Abstract

Устройство индикации изменения риска по результатам многоканального наблюдения с перерывами (УИР) - устройство, предназначенное для анализа временных рядов (BP) с целью выявления аномального поведения наблюдаемого объекта (объектов). УИР может использоваться при построении комплексов для оперативной оценки изменений и прогнозирования рисков сильных землетрясений, например по данным наблюдений объемной концентрации радона с датчиков, расположенных в сейсмически опасном районе.В УИР входят вычислители главных компонент 1; блок хранения и выборки 2; блок вычисления синдрома 3; блок вычисления сигнала коллективного поведения 4; блок оценки и принятия решения 5, который может быть выполнен в качестве индикатора риска по полезной модели №159604.Конструкция УИР устойчива к изменению числа наблюдаемых временных рядов (например, вследствие отказа датчиков); эта устойчивость обеспечивается соединением введенных в конструкцию блока хранения и выборки 2 и блока вычисления синдрома 3, обеспечивающих анализ той части предыстории наблюдений BP, которая соответствует функционирующим в текущий момент каналам обработки (в частном случае - функционирующим датчикам).Проверка функционирования УИР на временных рядах наблюдений объемной концентрации радона с датчиков системы наблюдения геодинамического полигона Камчатского филиала геофизической службы РАН дала удовлетворительные результаты при оценке риска сильных (с магнитудой выше 5.6) землетрясений и показала устойчивость работы к выходу из строя 20-30% датчиков. 4 з.п. ф-лы, 16 ил.The device of indication of change in risk according to the results of multichannel observation with interruptions (URI) is a device designed to analyze time series (BP) in order to detect the anomalous behavior of the observed object (s). URI can be used when building complexes for rapid assessment of changes and predicting the risks of strong earthquakes, for example, from observations of volumetric radon concentrations from sensors located in a seismically dangerous area. The calculators of the main components 1; storage and sampling unit 2; syndrome calculator 3; a unit for computing a collective behavior signal 4; assessment and decision block 5, which can be performed as a risk indicator for utility model No. 159604. The design of the ACM is resistant to changes in the number of observed time series (for example, due to sensor failure); This stability is ensured by combining the storage and sampling unit 2 and the syndrome 3 calculator that were used to analyze the part of the BP observation history that corresponds to the processing channels currently functioning (in a particular case, to the functioning sensors). radon concentration from sensors of the observation system of the geodynamic test site of the Kamchatka Branch of the Geophysical Survey of the Russian Academy of Sciences gave satisfactory results at Nke risk of strong (with a magnitude above 5.6) earthquakes and showed the stability of the work to failure of 20-30% of sensors. 4 hp f-ly, 16 ill.

Description

Область техникиTechnical field

Устройство индикации изменения риска сильных землетрясений по результатам многоканального наблюдения с перерывами (УИР) представляет собой прибор, предназначенный для обнаружения реперных точек при анализе временных рядов (BP) концентрации радона [11], с целью краткосрочного прогнозирования сильных землетрясений.The device indicating the change in the risk of strong earthquakes according to the results of multichannel observation with interruptions (URI) is a device designed to detect reference points when analyzing time series (BP) of radon concentration [11], with the aim of short-term prediction of strong earthquakes.

Устройство может быть использовано в областях практической деятельности, где возникает задача наблюдения за некоторой совокупностью BP с целью выявления аномального поведения объекта (объектов).The device can be used in areas of practical activity, where there is the task of monitoring a certain set of BP in order to identify the anomalous behavior of the object (s).

УИР может применяться:Weir can be applied:

- при выявлении предвестников опасных природных явлений и аномального поведения технических объектов с целью предотвращения техногенных катастроф;- when identifying precursors of natural hazards and anomalous behavior of technical objects in order to prevent man-made disasters;

- для диагностики состояния операторов в критически важных областях ручного управления,- to diagnose the status of operators in critical areas of manual control,

а также может повысить качество и расширить функциональные возможности:It can also improve the quality and functionality:

- различных охранных систем;- various security systems;

- систем медицинской техники, используемых для наблюдения за состоянием пациентов и т.д.- systems of medical equipment used to monitor the condition of patients, etc.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Уровень техники. Аналоги и их недостаткиThe level of technology. Analogs and their disadvantages

Для анализа BP, среди других, применяются анализаторы, которые при представлении BP используют собственные векторы (СВ) ковариационных матриц (КМ) и главные компоненты (ПС) [6, 7]. Полезная модель [1] представляет собой такой анализатор, получивший название «Анализатор собственных векторов и компонент сигнала» или «Айгеноскоп» (от англ. «eigenvector» - «собственный вектор»). Конструкция айгеноскопа приведена на фиг. 1. В этой конструкции из исходного BP, подвергнутого масштабированию и аналого-цифровому преобразованию в блоке 18, в блоке 19 формируется матрица смешанных моментов (в простейшем случае КМ), затем в блоке 20 вычисляются ее СВ и собственные значения (СЗ); полученные таким образом СВ используются для представления исходного BP в блоке 21; в этом же блоке с использованием различных статистических методов анализируются признаки BP, СВ и СЗ.For the analysis of BP, among others, analyzers are used, which, when representing BP, use the eigenvectors (SV) of the covariance matrices (QM) and the main components (PS) [6, 7]. A utility model [1] is such an analyzer, called “Eigenvector Analyzer and Signal Component” or “Eigenoscope” (from the “eigenvector” - “eigenvector”). The design of the eigenoscope is shown in FIG. 1. In this construction, from the initial BP, subjected to scaling and analog-to-digital conversion in block 18, in block 19 a matrix of mixed moments is formed (in the simplest case KM), then in block 20 its EI and eigenvalues (SOC) are calculated; thus obtained CBs are used to represent the initial BP in block 21; In the same block, the signs of BP, CB and C3 are analyzed using various statistical methods.

Вычисление КМ в текущем времени требует накопления данных о BP. После того как данные накоплены, их необходимо превратить в оценку КМ. Получение СВ и СЗ из КМ также требует определенного времени на вычисления. Таким образом, имеется некоторая задержка с момента начала анализа BP до момента получения СВ и СЗ. В случае, если BP нестационарен, КМ меняется во времени, и ее оценку периодически необходимо обновлять.Calculating the CM in the current time requires the accumulation of data on BP. After the data have been accumulated, they need to be turned into a CM estimate. Getting CB and Sz from KM also requires some time to calculate. Thus, there is some delay from the start of the BP analysis to the receipt of the NE and SZ. If BP is non-stationary, the CM changes over time, and its evaluation periodically needs to be updated.

После того, как айгеноскоп вошел в установившийся режим работы (т.е. сформирована текущая оценка КМ), на выходе блока 20 в каждый момент времени имеется набор СВ, которые соответствуют текущей оценке КМ. Именно эти СВ используются для представления BP; для этого в айгеноскопе в каждый текущий момент времени вычисляется матрица-столбец коэффициентов разложения BP в ортонормированном базисе СВ, то есть матрица-столбец:After the eigenoscope has entered the established mode of operation (i.e., the current KM evaluation is formed), at the output of block 20 at each moment of time there is a set of SVs that correspond to the current KM assessment. These CBs are used to represent BP; for this, in the eigenoscope, at each current time, a matrix-column of the coefficients of the BP decomposition in the orthonormal basis of the SV, that is, the column-matrix, is calculated:

Figure 00000003
Figure 00000003

ψM×M(T) - квадратная матрица размера М×М, столбцы которой - СВ для КМ в момент времени Т,ψ M × M (T) is a square matrix of size M × M, the columns of which are SV for KM at time T,

Х(Т) - сегмент BP (матрица-столбец) на интервале анализа длины М, непосредственно предшествующем текущему моменту Т,X (T) is the BP segment (matrix-column) on the interval of analysis of the length M, immediately preceding the current moment T,

α(Т) - матрица-столбец ГК в момент времени Т,α (T) is the matrix-column of the Ledger at the moment of time T,

М - длина интервала анализа, (совпадает с размерностью КМ и числом СВ),M - the length of the analysis interval, (coincides with the dimension of KM and the number of CB),

Т - текущее время,T is the current time

(…)' - транспонирование.(...) '- transpose.

Из ГК, полученных с использованием соотношения (1), могут быть сформированы матрицы

Figure 00000004
и
Figure 00000005
, каждый столбец которых представляет собой столбец ГК некоторых сегментов BP.From the Ledger, obtained using the relation (1), can be formed matrix
Figure 00000004
and
Figure 00000005
, each column of which is a GC column of some BP segments.

Матрицы AM×n(Т) и BM×m(T) могут быть использованы в каждый момент времени Т для выявления изменений с помощью методов дискриминантного анализа (ДА).Matrices A M × n (T) and B M × m (T) can be used at each time point T to detect changes using discriminant analysis methods (YES).

Впервые задача о выявлении отличий между двумя множествами многомерных наблюдений была предложена и решена Фишером [5] и получила в дальнейшем [6] название задачи ДА. Для выявления отличий с использованием ДА строится так называемая дискриминантная функция (ДФ) [5]. Качество решения задачи ДА оценивается критерием дискриминации. В случае, когда для выявления изменений BP используется зависимость значения критерия дискриминации [6] от времени, дискриминантная функция (ДФ) обобщается до т.н. дискриминантного функционала или дискриминантного коллектора (ДК) - [3, 4]. ДК использует при своей работе две функционально связанные с текущим временем Т последовательности времен

Figure 00000006
и
Figure 00000007
и формирует матрицы наблюдений АМ×n(Т) и BT×m(T) с использованием значений ГК для этих последовательностей времен. Значение ДК совпадает со значением критерия дискриминации, определенного на основании матриц AM×n(Т) и BT×m(Т) для каждого текущего момента времени Г.For the first time, the problem of identifying differences between two sets of multidimensional observations was proposed and solved by Fisher [5] and later received [6] the name of the YES problem. To identify differences with the use of YES, the so-called discriminant function (DF) is constructed [5]. The quality of the solution of the YES problem is evaluated by the discrimination criterion. In the case when the dependence of the discrimination criterion value [6] on time is used to detect changes in BP, the discriminant function (DF) is generalized to the so-called. discriminant functional or discriminant collector (DC) - [3, 4]. DK uses in its work two functionally associated with the current time T sequence of times
Figure 00000006
and
Figure 00000007
and generates observation matrices A M × n (T) and B T × m (T) using the values of the Ledger for these sequences of times. The value of the DC coincides with the value of the discrimination criterion, determined on the basis of the matrices A M × n (T) and B T × m (T) for each current time point G.

У ДК различают: тип, структуру и емкость. Тип ДК определяется критерием, который используется при построении ДФ. Структура определяется взаимным расположением моментов времени в последовательностях tA и tB. Емкости определяются величинами m и n.In DC there are: type, structure and capacity. Type DK is determined by the criterion that is used in the construction of the DF. The structure is determined by the mutual arrangement of points in time in the sequences t A and t B. Capacities are determined by the values of m and n.

Такой подход реализуется в полезной модели [2], получившей название «Сигнализатор значимых отличий», конструкция которого приведена на фиг. 2.This approach is implemented in the utility model [2], which was called the Signaling Device for Significant Differences, the design of which is shown in FIG. 2

Недостатком этой конструкции являются задержки, связанные с необходимостью формировать для каждого момента текущего дискретного времени Т две матрицы наблюдения АМ×n(Т) и BT×n(T) из ГК, соответствующих предшествующим положениям сегментов BP, причем качество выявления изменений может сильно зависеть от m и n. Увеличение этих величин, с одной стороны, повышает достоверность выявления изменений, а с другой, может недопустимо уменьшить горизонт прогнозирования.The disadvantage of this construction is the delays associated with the need to form for each moment of the current discrete time T two observation matrices А М × n (T) and B T × n (T) from GC corresponding to previous positions of BP segments, and the quality of detecting changes can depend on m and n. The increase in these values, on the one hand, increases the reliability of the detection of changes, and on the other, it may be unacceptable to reduce the forecast horizon.

Этот недостаток устраняется в полезной модели "Сигнализатор изменений главных компонент" (СИГК) [9], в которой в качестве статистики для принятия решения без задержки предлагается использовать произведение ГК (или монотонно связанное с этим произведением значение среднего геометрического (СГ) - [7]).This disadvantage is eliminated in the “Signaling device for changes in principal components” (SIGC) [9], in which it is proposed to use the product of the Ledger (or the value of the geometric mean (SG) - [7] monotonically associated with this product) as a statistic to make a decision without delay. ).

На фиг. 3 представлена конструкция СИГК. Временной ряд со входа СИГК поступает на вход блока масштабирования и АЦП - 18, с выхода которого поступает на блок вычисления ковариационной матрицы - 32. В блоке 32 для некоторого интервала времени, предшествующего текущему моменту, как правило, в несколько десятков раз превышающего размер КМ М, с использованием любого известного алгоритма [7] строится оценка КМ KM×M(T). С выхода блока 32 эта оценка поступает на вход блока вычисления собственных векторов 33. В блоке 33 решается задача вычисления СВ для KM×M(T). Матрица СВ передается с выхода блока 33 на первый вход блока вычислителя скалярных произведений и перемножения 34. На второй вход блока 34 с выхода блока 1 масштабирования и АЦП поступает оцифрованный BP. В блоке 34 для каждого текущего момента времени формируется матрица столбец сегмента BP длительностью М, состоящая из М отсчетов, предшествующих текущему моменту времени. Далее осуществляется вычисление ГК по формуле (1). Таким образом, в каждый момент времени Т получается матрица-столбец ГК α(T), в которую входят М значений. Затем эти ГК перемножают, и полученное значение поступает на выход устройства. Величина произведения сравнивается с заданным пользователем порогом принятия решения. Превышение порога рассматривается как реперная точка (предвестник прогнозируемого события).FIG. 3 shows the design of SIGK. The time series from the SIGK input is fed to the input of the scaling unit and ADC - 18, from the output of which goes to the covariance matrix calculating unit - 32. In block 32 for a certain time interval preceding the current moment, usually several tens of times larger than KM M , using any known algorithm [7], we construct the estimate KM K M × M (T). From the output of block 32, this estimate is fed to the input of the block for calculating eigenvectors 33. In block 33, the problem of calculating CB for K M × M (T) is solved. The matrix CB is transmitted from the output of block 33 to the first input of the calculator of scalar products and multiplication 34. The digitized BP enters the second input of block 34 from the output of scaling unit 1 and ADC. In block 34, for each current point in time, a matrix is formed in a column of a BP segment of duration M, consisting of M samples preceding the current point in time. Next is the calculation of the civil code by the formula (1). Thus, at each moment of time T, a matrix-column of the Ledger α (T) is obtained, which includes M values. Then these GCs are multiplied, and the resulting value is fed to the output of the device. The value of the product is compared with a user-defined decision threshold. Exceeding the threshold is considered as a reference point (a precursor of the predicted event).

ПрототипPrototype

В качестве прототипа выбрано устройство сигнализатора изменений главных компонент - фиг. 3. Акцентируем, что недостатком прототипа является частичная потеря свойств при выходе из строя отдельных датчиков, подключенных к его входу.As a prototype, the device of the indicator of changes of the main components is chosen - FIG. 3. We emphasize that the disadvantage of the prototype is the partial loss of properties when individual sensors fail to be connected to its input.

Действительно, при использовании в реальных условиях аналогов и прототипа для обработки геофизических данных возникает проблема, связанная с неидеальностью используемых многомерных временных рядов (МВР); поскольку МВР получаются с датчиков, которые имеют конечную надежность, в одномерных временных рядах (BP) (вместе составляющих МВР) появляются перерывы, что приводит к частичной потере рабочих характеристик.Indeed, when using in real conditions analogs and prototypes for processing geophysical data, a problem arises related to the nonideality of the used multidimensional time series (MVR); Since MVR is obtained from sensors that have ultimate reliability, gaps appear in one-dimensional time series (BP) (together with the components of the MVR), which leads to partial loss of performance.

Раскрытие полезной моделиDisclosure of utility model

Цель и преимущества: обеспечение минимальной потери рабочих характеристик и автоматическая перестройка конструкции - в условиях перерывов наблюдений, поступающих от части датчиков.Purpose and benefits: ensuring minimal loss of performance and automatic restructuring of the structure - in the conditions of interruptions in observations coming from part of the sensors.

Результат достигается благодаря тому, что в предлагаемой конструкции каждый канал обработки порождает значительное число главных компонент, что позволяет сохранять рабочие характеристики конструкции даже в условиях отказа нескольких датчиков.The result is achieved due to the fact that in the proposed design, each processing channel generates a significant number of main components, which allows to maintain the performance characteristics of the structure even in the event of a failure of several sensors.

В прототипе изменение числа работающих датчиков требует перезапуска устройства, в то время как в предлагаемой полезной модели за счет особенностей конструкции обеспечивается бесперебойная работа при сохранении потенциально возможных рабочих характеристик.In the prototype, a change in the number of working sensors requires a restart of the device, while in the proposed utility model, due to the design features, uninterrupted operation is provided while maintaining the potentially possible performance characteristics.

На фиг. 4, 5, 6, 7 приведены конструкции устройств, предлагаемых в полезной модели. Эти устройства отличаются друг от друга только конструкцией своей выходной части, включенной после блока 4. Поэтому описание начнем с общей части этих конструкций.FIG. 4, 5, 6, 7 shows the design of the devices offered in the utility model. These devices differ from each other only in the design of their output part, included after block 4. Therefore, we begin the description with the general part of these structures.

К каждому входу УИР (количество входов УИР равно U) подключен свой блок 1 вычислителя главных компонент, конструкция которого имеет вид, приведенный на фиг. 5.Each input of the ACI (the number of inputs of the ACM is equal to U) is connected to its block 1 of the main component calculator, the design of which has the form shown in FIG. five.

Блок 1 состоит из блока вычисления матрицы смешанных моментов 7, блока вычисления и отбора собственных векторов 8, вычислителя скалярных произведений 6 и работает как специализированный айгеноскоп с конструкцией, аналогичной [1].Block 1 consists of a block for calculating the matrix of mixed moments 7, a block for calculating and selecting eigenvectors 8, a calculator for scalar products 6 and works as a specialized eigenoscope with a design similar to [1].

Все U выходов блоков вычислителя главных компонент 1 соединены с 1-м - U-м входами блока хранения и выборки наборов значений главных компонент 2, в котором накапливаются наборы значений ГК, поступающих со всех U выходов блоков 1, для последовательных моментов дискретного времени. В каждый из дискретных моментов времени на выходе 1 блока 2 появляется набор ГК, который поступает на вход блока вычисления синдрома 3. Этот набор ГК соответствует последнему анализируемому моменту времени.All U outputs of the calculator of the main components 1 are connected to the 1st - Um inputs of the storage and sampling sets of the values of the main components 2, in which the sets of GC values from all U outputs of blocks 1 are accumulated for successive points of discrete time. At each of the discrete points in time at the output 1 of block 2, a set of bursts appears, which is fed to the input of the syndrome calculation unit 3. This set of bills corresponds to the last analyzed time point.

Для объяснения того, как работает блок вычисления синдрома 3, необходимо пояснить следующее. ГК в блоках 1 могут быть вычислены не всегда. Причиной невозможности вычисления ГК являются отказы датчиков, подключенных ко входам УИР, что приводит к перерывам во BP, поступающих на входы УИР. Эту ситуацию мы рассмотрим далее более подробно; сейчас достаточно отметить, что в случае, когда какой-нибудь из U блоков 1 не может вычислить ГК, он записывает вместо числового значения ГК в память блока 2 некоторый специальный код, который фиксирует (идентифицирует) ситуацию «значение ГК отсутствует». Будем сокращенно называть этот идентификатор «нет ГК». Перенумеруем по порядку все ГК, поступающие на входы блока 2. Синдром - это вектор, который имеет размерность, совпадающую с числом ГК, поступающим на вход блока 2. Координата синдрома принимает значение 1, если соответствующая номеру координаты синдрома ГК имеет числовое значение; координата синдрома принимает значение 0, если соответствующая номеру координаты синдрома ГК имеет идентификатор «нет ГК». Таким образом, в блоке 3 синдром вычисляется для каждого текущего момента времени, и его значение поступает на 2-ой вход блока вычисления сигнала коллективного поведения главных компонент 4.To explain how the Syndrome 3 Computing Unit works, the following should be clarified. BG in blocks 1 may not be always calculated. The reason for the impossibility of calculating the Ledger is the failure of the sensors connected to the inputs of the URI, which leads to interruptions in the BP arriving at the inputs of the URI. We consider this situation in more detail below; now it is enough to note that in the case when any of the U blocks of 1 cannot calculate the GC, instead of the numerical value of the GC, it writes into memory of block 2 some special code that captures (identifies) the situation “there is no GC value”. We will abbreviate to call this identifier no GK. Let us enumerate in order all GCs arriving at the inputs of block 2. A syndrome is a vector that has a dimension that coincides with the number of GCs entering the input of block 2. Syndrome coordinate is 1 if the corresponding GC syndrome coordinate number is numeric; the coordinate of the syndrome takes the value 0 if the corresponding coordinates of the GC syndrome number have the identifier “no GK”. Thus, in block 3, the syndrome is calculated for each current point in time, and its value is fed to the 2nd input of the block for computing the signal of collective behavior of the main components 4.

С выхода 2 блока 2 на 1-ый вход блока 4 поступают наборы ГК для всех последовательных моментов времени, включая последний. Каждый из наборов ГК представляет собой вектор, размерность которого соответствует с размерностью синдромов. В блоке вычисления сигнала коллективного поведения главных компонент 4 происходит сравнение вектора ГК со значениями синдромов. Если в векторе ГК на позициях, соответствующих единичным позициям синдрома, имеются числовые значения, то по таким наборам ГК вычисляется СКП, который в дальнейшем поступает на вход блока оценки сверху для отношения правдоподобия возникновения землетрясения в текущий момент времени и принятия решения о прогнозе возникновения землетрясения 5.From the output 2 of the block 2 to the 1st input of the block 4 the sets of bills are received for all successive moments of time, including the last one. Each of the sets of GC is a vector, the dimension of which corresponds to the dimension of the syndromes. In the unit for computing the signal of collective behavior of the main components 4, the GC vector is compared with the values of the syndromes. If in the Ledger vector at the positions corresponding to the single positions of the syndrome, there are numerical values, then for such sets of Ledger, the EUC is calculated, which is then fed to the input of the upper unit for the likelihood ratio of the occurrence of an earthquake at the current time and making a decision on the prediction of the occurrence of an earthquake 5 .

Блок оценки сверху для отношения правдоподобия возникновения землетрясения в текущий момент времени и принятия решения о прогнозе возникновения землетрясения 5, представленный на фиг. 6, состоит из блока отбора последнего значения сигнала коллективного поведения главных компонент 9, блока вычисления квантиль 10 и блока визуального анализа и сравнения 11. В блоке 10 на основе выборки значений СКП, поступающей на вход блока с выхода блока 4, вычисляется шкала квантиль, которая передается на второй вход блока 11, в котором происходит оценка и сравнение последнего значения СКП, поступившего с выхода блока 9 на первый вход блока 11, с величиной квантиль и выявление аномалий СКП.The top estimator for the likelihood ratio of the occurrence of an earthquake at the current time and the decision to predict the occurrence of an earthquake 5, shown in FIG. 6, consists of a block for selecting the last value of the collective behavior signal of the main components 9, a block for calculating quantile 10 and a block for visual analysis and comparison 11. In block 10, based on a sample of the values of the UPC input to the block from the output of block 4, the quantile scale is calculated transmitted to the second input of block 11, in which the evaluation and comparison of the last value of the EUCS received from the output of block 9 to the first input of block 11 takes place, with the value of quantile and the detection of anomalies of the UPC.

В конструкции УИР, представленной на фиг. 7 (п. 2 ФПМ), в качестве блока оценки сверху для отношения правдоподобия возникновения землетрясения в текущий момент времени и принятия решения о прогнозе возникновения землетрясения 5 используется индикатор риска сильного землетрясения, имеющий конструкцию индикатора риска по п. 1 ФПМ [15]. В этом случае на первый вход блока 5 индикатора риска сильного землетрясения подается оцифрованный ряд произошедших аномальных событий (ОРАС) - землетрясений, а второй его вход соединен с выходом блока 4. На выходе блока 5 получается оценка сверху для функции правдоподобия - отношения апостериорной (полученной в результате наблюдений) вероятности возникновения землетрясения к ее априорной (до наблюдения) вероятности и отношение правдоподобия для времени возникновения землетрясений, полученная путем свертки оценка сверху для функции правдоподобия адаптивным фильтром, настроенным по значениям ОРАС - [15]. Конструкция индикатора риска сильного землетрясения, выполненная в виде индикатора риска по п. 1 ФПМ [15], приведена на фиг. 8.In the design of the ACU presented in FIG. 7 (item 2 of the MTF), as the upper unit of assessment for the likelihood ratio of earthquake occurrence at the current time and making a decision on the prediction of an earthquake 5, an indicator of the risk of a strong earthquake is used, having the design of a risk indicator according to item 1 In this case, a digitized series of anomalous events (OPAC) - earthquakes - is fed to the first input of block 5 of the strong earthquake risk indicator, and its second input is connected to the output of block 4. At the output of block 5, the upper estimate for the likelihood function - a posteriori (obtained in the result of observations) of the probability of an earthquake to its a priori (before observation) probability and the likelihood ratio for the time of occurrence of earthquakes, obtained by convolution from the top for the right function Similarity to the adaptive filter configured on the OPAC values - [15]. The design of a risk indicator for a strong earthquake, made in the form of a risk indicator according to claim 1 of the MTF [15], is shown in FIG. eight.

Остановимся на работе блоков 1-4 конструкции фиг. 4 и фиг. 7 и их взаимосвязях подробно. Начнем с блока 1 вычислителя главных компонент, конструкция которого представлена на фиг. 5. В блоке 7 вычисляется текущая оценка КМLet us dwell on the work of blocks 1-4 of the construction of FIG. 4 and FIG. 7 and their relationships in detail. Let us begin with block 1 of the main component calculator, the design of which is shown in FIG. 5. In block 7, the current KM estimate is calculated.

Figure 00000008
Figure 00000008

(Z)KM,M(T) - оценка КМ для Z-ого BP, (Z) K M, M (T) - KM estimate for Z-th BP,

(Z)XM,(T-M+1) - траекторная матрица размера М×(Т-М+1) для Z-ого BP, (Z) X M, (T-M + 1) - trajectory matrix of size M × (T-M + 1) for Z-th BP,

(…)' - транспонирование матрицы,(...) '- matrix transposition,

(Z)ki,j - коэффициент ковариации для i-го и j-го отсчетов Z-ого BP на интервале анализа,(Z) k i, j is the covariance coefficient for the i-th and j-th samples of the Z-th BP on the analysis interval,

м - интервал анализа, Т - текущий момент дискретного времени Т>М.m is the analysis interval, T is the current time of the discrete time T> M.

Коэффициенты ковариации и траекторная матрица определяются соотношениями:The coefficients of covariance and the trajectory matrix are determined by the relations:

Figure 00000009
Figure 00000009

гдеWhere

(Z)Si - i-ый отсчет Z-ого BP (Z) S i - i-th count of Z-th BP

d - номер элемента ансамбля, принимающий все целые значения от 1 до Т-М+1. В общем случае индекс d принимает значение из некоторого множества целых чисел в диапазоне от 1 до Т-М+1 (например, с фиксированным не единичным шагом).d is the element number of the ensemble, taking all integer values from 1 to T-M + 1. In the general case, the index d takes a value from some set of integers in the range from 1 to T-M + 1 (for example, with a fixed non-unit step).

В блоке вычисления и отбора собственных векторов 8 для каждого момента времени по оценке КМ (2) с использованием стандартных средств вычисляются СВ и СЗ, удовлетворяющие соотношению [7]In the block of calculation and selection of eigenvectors 8 for each point in time, according to the estimate of CM (2), using standard means, we calculate the CB and SZ, which satisfy the relation [7]

Figure 00000010
Figure 00000010

где (Z)ψi(T) и (Z)λi(T) - i-ый СВ (матрица-столбец) и i-ое СЗ (число), соответствующие KM Z-ого BP, определенной в момент дискретного времени Т.where (Z) ψ i (T) and (Z) λ i (T) - i-th CB (matrix-column) and i-th СЗ (number), corresponding to KM Z-th BP, determined at the moment of discrete time T .

Поскольку в работе УИР используются только СВ, а СЗ не используются, то при вычислении КМ по формулам (2) или (3) достаточно использовать только числитель.Since only CBs are used in the work of CID and SZ are not used, it is sufficient to use only the numerator when calculating the CM using the formulas (2) or (3).

При отборе СВ, используемых далее при вычислении ГК, может использоваться визуальный анализ спектра собственных значений. При таком анализе используется нормированный спектр собственных значений, на который не влияет знаменатель (2) и (3). Подробно вопрос анализа спектра СЗ рассмотрен в описании [1].When selecting CBs, used later in calculating the Ledger, a visual analysis of the spectrum of eigenvalues can be used. This analysis uses the normalized spectrum of eigenvalues, which is not affected by the denominator (2) and (3). The question of analyzing the NW spectrum is discussed in detail in the description [1].

Будем обозначать числитель, представляющий собой матрицу, пропорциональную ковариационной, и ее элементы, соответственно

Figure 00000011
и
Figure 00000012
.We will denote the numerator, which is a matrix proportional to the covariance, and its elements, respectively
Figure 00000011
and
Figure 00000012
.

Как следует из вышеприведенных соотношений, оценка КМ и определенные для нее СВ меняются (обновляются) для каждого момента времени. В случае, если в работе датчиков, соединенных со входами УИР, возникают перерывы, то для каждого j-го сегмента BP без перерывов оценивается парциальная величина

Figure 00000013
, а результирующая оценка определяется как их суммаAs follows from the above ratios, the assessment of the CM and the CBs determined for it vary (are updated) for each point in time. If there are interruptions in the operation of sensors connected to the URM inputs, then for each j-th BP segment a partial value is estimated without interruptions
Figure 00000013
and the resulting estimate is defined as their sum

Figure 00000014
Figure 00000014

гдеWhere

D - число непрерывных (без перерывов) сегментов BP, длительность которых не меньше чем М, предшествующих текущему моменту дискретного времени Т,D is the number of continuous (without interruptions) BP segments, the duration of which is not less than M, preceding the current time of the discrete time T,

(Z)Tj - момент окончания j-го непрерывного сегмента Z-го BP. (Z) T j - the moment of termination of the j-th continuous segment of the Z-th BP.

Собственные векторы (Z)ψi(T) определяются для оценки матрицы (6). Именно из этих СВ и отбираются L СВ, которые подаются на вход 2 блока вычислителя скалярных произведений 6. В общем случае в каждом из каналов обработки может использоваться свое число СВ.The eigenvectors (Z) ψ i (T) are determined to estimate the matrix (6). It is from these CBs that L CBs are selected, which are fed to input 2 of the calculator of scalar products 6. In the general case, each processing channel can use its own number of CBs.

Каждый из комплектов отобранных СВ, вычисленных для матрицы (6) конкретных BP, состоит из L СВ, которые и используются далее для анализа - каждый своего BP. ГК BP в дискретный момент времени Т определяются в блоке 6 соотношением, аналогичным (1)Each of the sets of selected CBs calculated for the matrix (6) of a specific BP consists of L CBs, which are further used for analysis — each of its own BP. GK BP at a discrete point in time T are determined in block 6 by a relation similar to (1)

Figure 00000015
Figure 00000015

гдеWhere

Figure 00000016
- матрица-столбец размера L, в которой каждый j-ый элемент представляет собой скалярное произведение (Z)Х(Т) и j-го столбца (Z)ΨL(T),
Figure 00000016
- a column matrix of size L, in which each j-th element is the scalar product of (Z) X (T) and the j-th column (Z) Ψ L (T),

Figure 00000017
- матрица-столбец, состоящая из последних М отсчетов Z-ого BP, предшествующих текущему моменту времени Т,
Figure 00000017
- matrix-column, consisting of the last M samples of Z-th BP, preceding the current time T,

Figure 00000018
- матрица размера М×L, в которую в качестве столбцов записан Z-ый комплект отобранных СВ.
Figure 00000018
- matrix of size M × L, in which the Z-th set of selected CBs are recorded as columns.

Естественно, соотношение (7) используется только тогда, когда (Z)X(T) не имеет перерывов.Naturally, relation (7) is used only when (Z) X (T) has no interruptions.

К числу наиболее эффективных способов формирования СКП в блоке 4 следует отнести среднее геометрическое (СГ) для модулей ГК [14]. Значения СГ для моментов дискретного времени, начиная с M-го момента после начала BP или окончания перерыва BP, вычисляется по формулеTo the number of the most effective ways of forming the UPC in block 4 should be attributed to the geometric mean (SG) for the GC modules [14]. The values of SG for moments of discrete time, starting with the M-th moment after the start of BP or the end of the break BP, is calculated by the formula

Figure 00000019
Figure 00000019

гдеWhere

Н(T) - СГ, определенное для момента дискретного времени T>М,H (T) - SG, defined for the moment of discrete time T> M,

Figure 00000020
- число работающих входов УИР, используемых для вычисления СКП в текущий момент времени,
Figure 00000020
- the number of active inputs of the ACM used to calculate the EUC at the current time,

L - число отобранных в блоке 8 СВ.L is the number selected in block 8 CB.

При использовании других способов формирования СКП, H(t) вычисляется по одной из формул таблицы 2. Способы формирования СКП в блоке 4 УИР описаны в таблице 2.When using other methods of forming the UPC, H (t) is calculated by one of the formulas of table 2. The methods of forming the UPC in block 4 of the URI are described in table 2.

Figure 00000021
Figure 00000021

Технический результат от использования конструкции, предлагаемой в прототипе, состоит в значительном сокращении задержки - за счет замены статистической обработки (например ДА) на вычисление произведения коэффициентов разложения сегмента BP по специально отобранным СВ. Вычисление такого произведения возможно практически без задержки, что было показано в описании [9].The technical result from the use of the design proposed in the prototype, is to significantly reduce the delay due to the replacement of statistical processing (for example YES) on the calculation of the product of the coefficients of decomposition of the BP segment by specially selected CB. The calculation of such a work is possible with almost no delay, as was shown in the description [9].

Наиболее эффективно значимые отличия (аномалии) коллективного поведения главных компонент выявляются, если в качестве порога для их фиксации во времени использовать шкалу квантиль. Напомним, что квантильThe most effective significant differences (anomalies) of the collective behavior of the main components are revealed if the quantile scale is used as a threshold for fixing them in time. Recall that quantile

Hq(Т) порядка q определяется соотношением [7]H q (T) of order q is determined by the relation [7]

Figure 00000022
Figure 00000022

гдеWhere

Hq(T) - изменяющаяся во времени квантиль,H q (T) is a time-varying quantile,

q - порядок квантили,q is the quantile order,

FT(…) - изменяющаяся во времени оценка функции распределения СКП Н(Т).F T (...) is the time-varying estimate of the distribution function of the SJS H (T).

Сравнение последнего значения СКП, отобранного в блоке 9, с текущим значением величины квантили, определенное по формуле (9) в блоке 10 конструкции, представленной на фиг. 6, производится в блоке визуального анализа и сравнения 11, на первый вход которого поступает текущее значение квантиль, а на второй - последнее значение СКП.Comparison of the last value of the UPC, selected in block 9, with the current value of the quantile value, determined by the formula (9) in block 10 of the structure shown in FIG. 6, is made in the block of visual analysis and comparison 11, the first input of which receives the current value of quantile, and the second - the last value of the UPC.

Как уже отмечалось, при работе устройств, реализующих полезные модели [2] и [9] в реальных устройствах, возникает проблема перерывов в работе датчиков. Это приводит к тому, что в каждый момент времени СКП (в частном случае - среднее геометрическое) вычисляется по разному числу BP. Естественно, в каждый момент времени в качестве порога должна использоваться квантиль, определенная по всей предыстории, когда датчики, работающие в момент времени Т, также работали. Обозначим

Figure 00000023
матрицу строку, имеющую размер М, элементы которой равны единице (если датчик с соответствующим номером работает) и нулю (если датчик с соответствующим номером не работает). Матрица-строка g(T) и есть ранее упоминаемый синдром.As already noted, with devices that implement utility models [2] and [9] in real devices, the problem of interruptions in the operation of sensors arises. This leads to the fact that at each instant of time, the UPC (in the particular case, the geometric mean) is calculated for different numbers of BPs. Naturally, at each moment in time, a quantile should be used as a threshold, determined throughout the whole history, when the sensors operating at time T also worked. Denote
Figure 00000023
matrix row with the size of M, whose elements are equal to one (if the sensor with the corresponding number works) and zero (if the sensor with the corresponding number does not work). Matrix-row g (T) is the previously mentioned syndrome.

Синдром формируется в блоке 3. Отметим, что выборка на входе блока 4 получается путем отбора тех значений из хранимых в блоке 2, для которых наблюдается единичное значение ключаThe syndrome is formed in block 3. Note that the sample at the input of block 4 is obtained by selecting those values from those stored in block 2 for which there is a single key value

Figure 00000024
Figure 00000024

гдеWhere

А - множество номеров единичных координат синдрома, поступающего по (U+1)-му входу блока 2,A - the set of numbers of the unit coordinates of the syndrome, coming through the (U + 1) -th input of block 2,

zk(t) - в дискретный момент времени t принимает единичное значение, если k-ая компонента ГК имеет числовой код, и принимает нулевое значение, если k-ой компоненте ГК соответствует код «нет ГК».z k (t) - at a discrete point in time t takes a single value if the k-th component of the Ledger has a numeric code, and takes a zero value if the k-th component of the Ledger corresponds to the code "no Ledger".

Пусть выборка на входе блока 10 к текущему дискретному моменту времени Т записывается матрицей строкойLet the sample at the input of block 10 to the current discrete point in time T be written by the matrix line

Figure 00000025
Figure 00000025

гдеWhere

Ho(i) - значения СКП, вычисленные по отобранным в соответствии с (10) ГК,H o (i) - the values of the UPC, calculated from the selected in accordance with (10) of the civil code,

W - число отобранных наборов ГК.W - the number of selected sets of GC.

Упорядочим

Figure 00000026
по возрастанию и обозначим упорядоченную матрицу-строку
Figure 00000027
. Тогда оценка квантили, Hq(T) определенная по выборке (11) будет равна
Figure 00000028
Order
Figure 00000026
ascending and denote the ordered matrix row
Figure 00000027
. Then the quantile estimate, H q (T) determined by the sample (11) will be equal to
Figure 00000028

гдеWhere

floor (…) - целая часть.floor (...) is the whole part.

Вычисленное с использованием (12) значение квантили и используется в блоке 11.The quantile value calculated using (12) is used in block 11.

Приведем более развернутое описание работы блоков УИР (фиг. 5 - фиг. 8), раскрывающих причинно-следственные связи технического результата, заключающего в автоматической перестройки конструкции - в условиях перерывов наблюдений, поступающих от части датчиков.Let us give a more detailed description of the work of the TLI blocks (Fig. 5 - Fig. 8), revealing the cause-and-effect relationships of the technical result, consisting in the automatic restructuring of the structure - in the conditions of interruptions in observations coming from part of the sensors.

На фиг. 7 представлена конструкция устройства индикации изменения риска сильных землетрясений по результатам многоканального наблюдения с перерывами (к пункту 2 формулы полезной модели).FIG. 7 shows the design of the device indicating the change in the risk of strong earthquakes according to the results of multichannel observation with interruptions (to item 2 of the formula of the utility model).

Блок 1 преобразует исходный BP в несколько BP главных компонент. Число ГК зависит от числа СВ, отобранных в блоке 10, входящем в состав блока 1. В случае, если в исходном BP появляется перерыв, то на выходе блока появляется идентификатор «нет ГК», который передается на соответствующий вход блока 2 вместо числового значения.Block 1 converts the original BP into several BP principal components. The number of CCs depends on the number of CBs selected in block 10, which is part of block 1. In the event that a break appears in the original BP, then the identifier “no ledger” appears at the output of the block, which is transmitted to the corresponding input of block 2 instead of a numeric value.

На вход блока 2 из блоков 1 поступают числовые значения ГК или идентификаторы «нет ГК». Все каналы поступления ГК пронумерованы. Все поступающие на вход блока 2 значения хранятся в памяти блока в виде наборов значений ГК. Каждому значению ГК соответствуют уникальные номер ГК и номер дискретного момента времени.The input of block 2 of block 1 receives the numerical values of the Ledger or identifiers "no Ledger". All channels of income GK numbered. All incoming at the input of block 2 values are stored in the memory of the block in the form of sets of values GK. Each value of the ledger corresponds to a unique number of the civil code and the number of a discrete point in time.

Набор значений ГК, соответствующий последнему анализируемому (текущему) моменту дискретного времени, поступает на вход блока 3, в котором определяется синдром (вектор, единичные и нулевые компоненты которого - в порядке нумерации каналов ГК - соответствуют числовым значениям ГК и идентификторам «нет ГК», соответственно). Синдром используется далее для определения шкалы квантили, которая отвечает набору каналов поступления числовых значений ГК в текущий момент времени.The set of Ledger values corresponding to the last analyzed (current) moment of discrete time is fed to the input of block 3, in which the syndrome is defined (the vector, the single and zero components of which, in the order of the Ledger numbering, correspond to the numerical values of the Ledger and the no-GK identifiers, respectively). The syndrome is further used to determine the quantile scale, which corresponds to a set of channels of receipt of numerical GK values at the current time.

Наборы ГК для всех последовательных моментов времени, включая последний, передаются из блока 2 для дальнейшей обработки.Sets of bills for all successive points in time, including the last, are transmitted from block 2 for further processing.

В блоке вычисления синдрома 3 вычисление синдрома производится по формулеIn the block for calculating syndrome 3, the syndrome is calculated using the formula

Figure 00000029
Figure 00000029

где

Figure 00000030
- цикл, V - общее число ГК, Fi - координата синдрома. Результат передается на выход блока.Where
Figure 00000030
- cycle, V - total number of HAs, F i - coordinate of the syndrome. The result is transmitted to the output of the block.

В блоке вычисления сигнала коллективного поведения главных компонент 4, для каждой отобранной матрицы столбца ГК, отвечающей соотношению (7), вычисляется значение СКП - по тем координатам, которым соответствуют единичные координаты синдрома. Так на выходе блока 4 формируется выборка значений СКП.In the unit for calculating the collective behavior signal of the main components 4, for each selected matrix of the GC column corresponding to relation (7), the value of the EUC is calculated from the coordinates that correspond to the unit coordinates of the syndrome. So at the output of block 4 a sample of values of the UPC is formed.

В блоке оценки сверху для отношения правдоподобия возникновения землетрясения в текущий момент времени и принятия решения о прогнозе возникновения землетрясения 5 индикатор риска сильного землетрясения преобразует СКП, поступающий с выхода блока 4, в величину, пропорциональную оценке сверху для отношения правдоподобия возникновения землетрясения в текущий момент времени. Осуществляет прогноз возникновения землетрясений путем сглаживания оценки сверху для отношения правдоподобия при помощи адаптивной фильтрации.In the upper estimator for the likelihood ratio of earthquake occurrence at the current time and deciding on the forecast of occurrence of an earthquake 5, the indicator of the risk of a strong earthquake converts the EUCS coming from the output of block 4 into an amount proportional to the upper estimate for the likelihood ratio of the occurrence of an earthquake at the current time. Predicts the occurrence of earthquakes by smoothing the top estimate for likelihood ratios using adaptive filtering.

На фиг. 5 представлена конструкция устройства индикации изменения риска сильных землетрясений по результатам многоканального наблюдения с перерывами (по пункту 3 формулы полезной модели).FIG. 5 shows the design of the device indicating the change in the risk of strong earthquakes according to the results of multichannel observation with interruptions (under item 3 of the formula of the utility model).

В блоке вычислителя скалярных произведений 6, реализуется соотношение (7) для отобранных в блоке 8 СВ. В случае, если матрица столбец (Z)X(T) имеет перерывы (на любой позиции), то на выходе блока 6 выдается идентификатор «нет ГК».In the calculator block of scalar products 6, the relation (7) is realized for those selected in block 8 CB. If the matrix column (Z) X (T) has interruptions (at any position), then at the output of block 6, the identifier “no ledger” is issued.

В блоке 7 вычисляется по формуле (6) сумма компонент, представляющих собой матрицы, пропорциональные ковариационным, определенным для каждого из отрезков исходного BP, имеющих длительность, большую интервала анализа.In block 7, the sum of the components is calculated by the formula (6), representing matrices proportional to the covariance determined for each of the segments of the original BP that have a duration greater than the analysis interval.

Блок 8 вычисляет и отбирает собственные векторы для ковариационной матрицы, поступающей на вход блока - для каждого текущего момента времени.Block 8 calculates and selects the eigenvectors for the covariance matrix entering the input of the block - for each current point in time.

На фиг. 6 представлена конструкция устройства индикации изменения риска сильных землетрясений по результатам многоканального наблюдения с перерывами (по п. 5 ФПМ).FIG. 6 shows the design of the device indicating the change in risk of strong earthquakes as a result of multichannel observation with interruptions (in accordance with paragraph 5 of the MTF).

В блоке 9 происходит отбор последнего значения СКП ГК для дальнейшего сравнения с величиной квантиль.In block 9, the last value of the ACC CC is selected for further comparison with the quantile value.

В блоке 10 на основании выборки значений сигналов коллективного поведения главных компонент строится шкала квантиль заданного уровня.In block 10, based on a sample of values of signals of the collective behavior of the main components, a quantile scale of a given level is constructed.

В блоке 11 происходит визуализация последовательности текущих значений сигнала коллективного поведения в интерьере шкалы квантиль, вычисленной для каждого текущего момента времени.In block 11, the sequence of the current values of the collective behavior signal in the interior of the quantile scale calculated for each current point in time is visualized.

На фиг. 8 представлена конструкция индикатора риска сильного землетрясения, выполненная в виде индикатора риска по п. 1 ФПМ [15].FIG. 8 shows the construction of a risk indicator for a strong earthquake, made in the form of a risk indicator according to claim 1 of the MTF [15].

В блоке 12 для каждого дискретного момента времени T:In block 12 for each discrete point in time T:

1. По выборке СКП, предшествующей этому текущему моменту времени, строится оценка выборочной функции распределения (ВФР) - FT(x).1. Based on a sample of the EUCS preceding this current point in time, an estimate of the sample distribution function (VFR) —F T (x) is constructed.

2. Для текущего значения СКП - XT, поступающего на второй вход ИР, по ВФР определяется вероятность превышения текущего значения по формуле

Figure 00000031
.2. For the current value of the UPC - X T , arriving at the second input of the IL, the probability of the current value being exceeded is determined by the VFR using
Figure 00000031
.

В блоке 13 формируется величина

Figure 00000032
- оценка сверху для отношения правдоподобия возникновения землетрясения, которая подается на вход блока фильтров 14.In block 13, the value is formed
Figure 00000032
- the top estimate for the likelihood ratio of the occurrence of an earthquake, which is fed to the input of the filter bank 14.

В блоке 14 формируется группа сигналов

Figure 00000033
, каждый из которых является сверткой входного сигнала Yt, с ИХ адаптивного фильтра.In block 14, a group of signals is formed
Figure 00000033
, each of which is a convolution of the input signal Y t , with an IH adaptive filter.

В блоке 15 определяется подобие ОРАС - землетрясений и сигналов с выхода блока фильтров 14.In block 15 is determined by the similarity of OPAC - earthquakes and signals from the output of the filter unit 14.

Блок 16 выдает на своем выходе сигнал с того фильтра, номер которого поступил второй вход блока 16.Block 16 outputs at its output a signal from the filter whose number entered the second input of block 16.

В блоке 17 происходит визуализация значений оценки сверху функции правдоподобия возникновения землетрясения и принятие решений.In block 17, the values of the upper likelihood estimate of the occurrence of an earthquake and decision making are visualized.

Доказательства технических результатов. Причинно-следственные связиEvidence of technical results. Causal relationships

Основные технические результаты от применения заявляемых конструкций это:The main technical results from the use of the claimed structures are:

устойчивость работы конструкции УИР при перерывах в работе датчиков, приводящей к перерывам во временных рядах.the stability of the work of the structure of the ACP during interruptions in the operation of the sensors, leading to interruptions in the time series.

На фиг. 9-12 приведены иллюстрации работы конструкции фиг. 4 и фиг. 7 в условиях, когда все датчики работают. Эти иллюстрации практически идентичны приведенным в [9]. На фиг. 9 - исходные BP, получаемые от датчиков концентрации радона, на фиг. 10 - значения ГК, на фиг. 11 - среднее геометрическое ГК, на фиг. 12 - среднее геометрическое ГК (полулогарифмический масштаб).FIG. 9-12 are illustrations of the operation of the construction of FIG. 4 and FIG. 7 in conditions where all sensors are working. These illustrations are almost identical to those given in [9]. FIG. 9 shows baseline BP obtained from radon concentration sensors; FIG. 10 - GK values; in FIG. 11 - geometric geometric mean, in FIG. 12 - geometric geometric mean (semi-log scale).

Для периода с 1 ноября 2013 года по май 2014 года были отобраны землетрясения на Камчатке с магнитудой Ml, превышающей значение 5.6 (сведены в таблицу 3).For the period from November 1, 2013 to May 2014, earthquakes in Kamchatka with a magnitude Ml greater than 5.6 were selected (summarized in Table 3).

Figure 00000034
Figure 00000034

Проиллюстрируем достижение заявленных технических результатов, возникающих при использовании конструкций, приведенных на фиг. 4 и 7, и причинно-следственные связи, приводящие к получению этих технических результатов.We illustrate the achievement of the claimed technical results arising from the use of the structures shown in FIG. 4 and 7, and causal relationships leading to the achievement of these technical results.

Иллюстрацию удобнее начать с конструкции, приведенной на фиг. 7. В качестве отправной точки возьмем ситуацию, представленную на фиг. 13.It is more convenient to begin the illustration with the construction shown in FIG. 7. As a starting point, take the situation presented in FIG. 13.

Фиг. 13а иллюстрирует разворачивание во времени вычисления СГ и его квантили порядка 0.75 и 0.95. Как видно из верхнего графика, по мере продолжения наблюдения, величины квантили изменяются, что является следствием изменения во времени оценки ФР для СГ. Из нижнего графика фиг. 13а видно, что синдромы всех датчиков единичны, что свидетельствует о том, что перерывов в их работе нет. Отметим, что на нижнем графике синдромы визуализируются следующим образом. К номеру датчика прибавляется величина синдрома, умноженная на

Figure 00000035
. Такая визуализация позволяет на одном графике отслеживать поведение синдромов всех датчиков одновременно.FIG. 13a illustrates the unfolding in time of the calculation of the SG and its quantile of the order of 0.75 and 0.95. As can be seen from the upper graph, as the observation continues, the quantile values change, which is a consequence of the change in the estimation of the DF for the SG over time. From the lower graph of FIG. 13a shows that the syndromes of all sensors are rare, which indicates that there are no interruptions in their work. Note that in the lower graph, syndromes are visualized as follows. To the number of the sensor is added the magnitude of the syndrome multiplied by
Figure 00000035
. Such visualization allows to monitor the behavior of the syndromes of all sensors simultaneously on one graph.

На фиг. 13б представлен сигнал на выходе блока 5, представленной на фиг. 7. Как видно из графика, имеются два доминирующих максимума (реперные точки), которые соответствуют 30 и 100 суткам с момента начала наблюдения (01.11.2013). Эти реперные точки соответствуют с высоким правдоподобием аномалиям СКП.FIG. 13b shows the signal at the output of block 5 shown in FIG. 7. As can be seen from the graph, there are two dominant maxima (reference points), which correspond to 30 and 100 days from the start of the observation (11/01/2013). These reference points correspond with high likelihood anomalies of the UPC.

Для преобразования оценки сверху функции правдоподобия аномалий СКП в величину, пропорциональную оценке сверху функции правдоподобия землетрясения, использовался гауссовский фильтр с характеристикой, которая была оптимизирована на данных 2013 года (изображена на фиг. 16). Как видно из графика фиг. 13в после наблюдаемого роста значений оценки сверху функции правдоподобия возникновения землетрясений действительно наблюдались две серии из трех и двух землетрясений с магнитудой Ml>5.6, соответственно.To convert the upper estimate of the likelihood function of the UPC anomalies into a quantity proportional to the upper estimate of the earthquake likelihood function, a Gaussian filter was used with a characteristic that was optimized on the 2013 data (shown in Fig. 16). As can be seen from the graph of FIG. 13c after the observed increase in the values of the upper estimate of the likelihood function for the occurrence of earthquakes, in fact, two series of three and two earthquakes with a magnitude Ml> 5.6 were observed, respectively.

Описанную выше ситуацию будем рассматривать как базовую и смоделируем вариант отказа датчиков. На фиг. 14 и 15 представлены два варианта: фиг. 14 иллюстрирует ситуацию перерыва в работе 4 датчика, который начался на 35 сутки и закончился на 125 сутки. На фиг. 15 представлена ситуация полного отказа 4-го датчика. В этих двух вариантах в течение всего периода анализа не работал второй датчик. Описанное выше состояние датчиков иллюстрируется графиками синдромов для рассматриваемых вариантов (нижние графики фиг. 14а и 15а, соответственно).The situation described above will be considered as basic and we will model the option of sensor failure. FIG. 14 and 15 two variants are presented: FIG. 14 illustrates the interruption situation in the operation of 4 sensors, which began on the 35th day and ended on the 125th day. FIG. 15 shows the situation of complete failure of the 4th sensor. In these two variants, the second sensor did not work during the entire analysis period. The sensor state described above is illustrated by the graphs of the syndromes for the options under consideration (the lower graphs of Figs. 14a and 15a, respectively).

Как видно из графиков фиг. 14б, 15б, 14в и 15в, оценки отношений правдоподобия (как для аномалий СКП, так и для момента возникновения землетрясения) позволяют уверенно прогнозировать локализацию во времени предстоящих землетрясений.As can be seen from the graphs of FIG. 14b, 15b, 14b, and 15b, likelihood ratios (both for the UPC anomalies and for the moment of the occurrence of an earthquake), make it possible to confidently predict the localization of upcoming earthquakes in time.

Это является следствием того, что каждый канал обработки порождает значительное число ГК (в нашем случае это ГК, которые соответствуют СВ с номерами от 2 до 27, то есть их 26 на каждый датчик); поведение ГК в случае аномалии СКП в значительной степени синхронное (см. на резкое практически одновременное увеличение всех ГК на фиг. 12); это и сохраняет работоспособность конструкции даже в условиях отказа двух датчиков из шести.This is a consequence of the fact that each processing channel generates a significant number of GCs (in our case, they are GCs, which correspond to CBs with numbers from 2 to 27, that is, there are 26 of them for each sensor); the behavior of the HA in the case of anomalies of the UPC is largely synchronous (see the sharp almost simultaneous increase in all the HAs in Fig. 12); this preserves the operability of the structure even in the conditions of failure of two sensors out of six.

В прототипе выход из строя датчика приводил к тому, что канал изымался из обработки на неопределенное время. Восстановление датчика требовало перезапуска устройства, что приводило к выводу его из режима наблюдения на срок, требуемый на его адаптацию (от месяца до двух месяцев), что в условиях локализованных во времени аномалий СКП приводит к повышению вероятности пропуска аномалий.In the prototype, the failure of the sensor led to the fact that the channel was removed from the processing for an indefinite time. Restoring the sensor required restarting the device, which led to its withdrawal from the monitoring mode for the period required for its adaptation (from one month to two months), which, under conditions of time-localized UPC anomalies, leads to an increased probability of missing anomalies.

В рассмотренных выше примерах легко себе представить ситуацию, когда перерыв в работе четвертого датчика возник бы на 25-е сутки, что означало бы, что мы для первой серии (из трех землетрясений) получали бы результаты представленные на фиг. 15 - до момента полной адаптации устройства после устранения неисправности датчика. Предположим, что работоспособность была бы восстановлена за 20 суток, а период адаптации занял 60 суток, таким образом, полностью работоспособность прототипа восстановилась бы на 100 сутки. Таким образом, результаты работы прототипа были бы близки к ситуации, представленной на фиг. 15. И хотя работоспособность устройства (прототипа) сохраняется, она ниже, чем в случае заявляемой конструкции.In the examples discussed above, it is easy to imagine a situation where a break in the fourth sensor would occur on the 25th day, which would mean that we for the first series (out of three earthquakes) would get the results shown in FIG. 15 - until the device is fully adapted after the malfunction of the sensor has been removed. Suppose that the working capacity would be restored within 20 days, and the adaptation period took 60 days, thus the full working capacity of the prototype would be restored to 100 days. Thus, the results of the prototype would be close to the situation presented in FIG. 15. Although the operability of the device (prototype) remains, it is lower than in the case of the claimed design.

Таким образом, технический результат для конструкции фиг. 7 состоит в сохранении эффективности за счет отсутствия ее понижения вследствие перерывов в работе, необходимых для перенастройки устройства после восстановления работоспособности вышедших из строя датчиков. Технический результат причинно обусловлен конструкцией устройства.Thus, the technical result for the design of FIG. 7 is to maintain efficiency due to the lack of its reduction due to interruptions in work necessary to reconfigure the device after restoring the health of defective sensors. The technical result is caused by the design of the device.

В случае конструкции фиг. 4 ситуация аналогична. Отличие состоит лишь в том, что в качестве аномалии СКП рассматривается факт превышения квантили (не ниже порядка 0.95), после чего землетрясения считаются вероятными в течение 50-60 суток с вероятностью 1/(1-q), где q - уровень квантили.In the case of the construction of FIG. 4 the situation is similar. The only difference is that the quantile is exceeded (not less than about 0.95) as an anomaly of the UPC, after which earthquakes are considered probable for 50-60 days with a probability of 1 / (1-q), where q is the quantile level.

Описание фигур - чертежейDescription of figures - drawings

Фиг. 1. Айгеноскоп - анализатор собственных векторов и компонент сигнала (Полезная модель 116242 RU): 18 - блок масштабирования и АЦП, 19 - блок вычислителя матрицы смешанных моментов, 20 - блок вычисления собственных векторов и собственных значений, 21 - блок вычислителя скалярных произведений и анализатора признаков.FIG. 1. Igenoscope - eigenvector analyzer and signal component (Utility Model 116242 RU): 18 - scaling unit and ADC, 19 - calculator of the matrix of mixed moments, 20 - block for calculating eigenvectors and eigenvalues, 21 - calculator for scalar products and analyzer signs.

Фиг. 2. Сигнализатор значимых отличий (Полезная модель №133642 RU): 22 - блок измерения, предварительной обработки и формирования матриц наблюдений; 23 - блок вычисления дискриминантной функции; 24 - блок памяти, визуализации, управления и принятия решений; 25 - блок индексирования матриц сравниваемых множеств; 26 - блок измерения, хранения и выборки; 27 - блок вычисления скалярных произведений; 28 - блок формирования матриц наблюдений; 29 - блок вычислителя матрицы смешанных моментов; 20 - блок вычисления собственных векторов и собственных значений; 31 - блок селектор собственных векторов.FIG. 2. Signaling device of significant differences (Utility Model No. 133642 RU): 22 — a unit of measurement, preprocessing, and the formation of a matrix of observations; 23 is a block for calculating the discriminant function; 24 is a block of memory, visualization, control and decision making; 25 - block indexing matrices of compared sets; 26 - unit of measurement, storage and sampling; 27 - block computing scalar products; 28 — block of formation of observation matrices; 29 - block calculator matrix of mixed moments; 20 is a block for calculating eigenvectors and eigenvalues; 31 - eigenvector selector block.

Фиг. 3. Сигнализатор изменений главных компонент (Полезная модель №141416): 18 - блок масштабирования и АЦП; 32 - блок вычислителя ковариационной матрицы; 33 - блок вычисления собственных векторов; 34 - блок вычислителя скалярных произведений и перемножения.FIG. 3. The signaling device for changes in the main components (Utility Model No. 141416): 18 — a scaling unit and an ADC; 32 - block calculator covariance matrix; 33 — eigenvector calculation unit; 34 - block calculator scalar products and multiplication.

Фиг. 4. Устройство индикации изменения риска сильных землетрясений по результатам многоканального наблюдения с перерывами (к пункту 1 формулы полезной модели): блок 1 - вычислитель главных компонент; блок 2 - блок хранения и выборки наборов значений главных компонент; блок 3 - блок вычисления синдрома; блок 4 - блок вычисления сигнала коллективного поведения главных компонент; блок 5 - блок оценки сверху для отношения правдоподобия возникновения землетрясения в текущий момент времени и принятия решения о прогнозе возникновения землетрясения.FIG. 4. The device indicating the change in risk of strong earthquakes according to the results of multichannel observation with interruptions (to item 1 of the formula of the utility model): block 1 - calculator of the main components; block 2 is a block for storing and retrieving sets of values for the main components; block 3 is a block for calculating the syndrome; block 4 is a block for calculating the signal of collective behavior of the main components; block 5 is a top estimation block for the likelihood ratio of the occurrence of an earthquake at the current time and making a decision on the forecast of the occurrence of an earthquake.

Фиг. 5. Устройство индикации изменения риска сильных землетрясений по результатам многоканального наблюдения с перерывами - конструкция блока 1 (по пункту 3 формулы полезной модели): блок 6 - вычислитель скалярных произведений; 7 - блок вычислителя матрицы смешанных моментов; 8 - блок вычисления и отбора собственных векторов.FIG. 5. The device indicating the change in risk of strong earthquakes according to the results of multichannel observation with interruptions - the construction of unit 1 (according to clause 3 of the formula of the utility model): unit 6 - calculator of scalar products; 7 - block of the calculator of the matrix of mixed moments; 8 is a block for calculating and selecting eigenvectors.

Фиг. 6. Устройство индикации изменения риска сильных землетрясений по результатам многоканального наблюдения с перерывами (по п. 5 ФПМ): блок 9 - блок отбора последнего значения СКП ГК; 10 - блок вычисления квантиль; 11 - блок визуального анализа и сравнения.FIG. 6. The device indicating the change in the risk of strong earthquakes according to the results of multichannel observation with interruptions (in accordance with clause 5 of the MTF): block 9 is a block for selecting the last value of the ACS of the AC; 10 — quantile computing unit; 11 - block visual analysis and comparison.

Фиг. 7. Устройство индикации изменения риска сильных землетрясений по результатам многоканального наблюдения с перерывами (к пункту 2 формулы полезной модели): блок 1 - вычислитель главных компонент; блок 2 - блок хранения и выборки наборов значений главных компонент; блок 3 - блок вычисления синдрома; блок 4 - блок вычисления сигнала коллективного поведения главных компонент; 5 - блок оценки сверху для отношения правдоподобия возникновения землетрясения в текущий момент времени и принятия решения о прогнозе возникновения землетрясения, выполненный в виде индикатора риска сильного землетрясения по конструкции индикатора риска по п. 1 ФПМ [15].FIG. 7. The device indicating the change in risk of strong earthquakes according to the results of multichannel observation with interruptions (to item 2 of the formula of the utility model): block 1 - calculator of the main components; block 2 is a block for storing and retrieving sets of values for the main components; block 3 is a block for calculating the syndrome; block 4 is a block for calculating the signal of collective behavior of the main components; 5 - the unit of evaluation from above for the likelihood ratio of the occurrence of an earthquake at the current time and the decision on the forecast of the occurrence of an earthquake, made in the form of an indicator of the risk of a strong earthquake on the construction of a risk indicator according to paragraph 1 of the MTF [15].

Фиг. 8. Конструкция индикатора риска сильного землетрясения, выполненная в виде индикатора риска по п. 1 ФПМ [15]: 12 - блок оценки вероятности превышения; 13 - блок нелинейного преобразования; 14 - блок фильтров; 15 - блок оценки подобия; 16 - блок коммутации; 17 - блок визуализации и принятия решений.FIG. 8. The design of the risk indicator of a strong earthquake, made in the form of a risk indicator according to paragraph 1 of the MTF [15]: 12 - unit for estimating the likelihood of exceedance; 13 is a nonlinear conversion unit; 14 - filter unit; 15 is a similarity evaluation unit; 16 - switching unit; 17 - block visualization and decision making.

Фиг. 9. Шесть исходных BP получаемых с датчиков объемной концентрации радона на геодинамическом полигоне в районе Петропавловска - Камчатского в период с 1 ноября 2013 года по 12 февраля 2014 года. По оси абсцисс время от 1 ноября 2013 года в сутках. Время дискретизации 30 минут.FIG. 9. Six baseline BP obtained from radon concentration sensors at a geodynamic test site in the area of Petropavlovsk-Kamchatsky in the period from November 1, 2013 to February 12, 2014. The abscissa axis is time from November 1, 2013 in days. The sampling time is 30 minutes.

Фиг. 10. Главные компоненты (ГК) исходных BP по 2-14 СВ ковариационной матрицы размера 96 (интервал анализа 2 суток при времени дискретизации 30 минут).FIG. 10. The main components (GK) of the initial BP are 2-14 SV of the covariance matrix of size 96 (analysis interval 2 days with a sampling time of 30 minutes).

Фиг. 11. Среднее геометрическое модулей ГК, определенное по данным фиг. 9. Показана шкала квантиль (уровня 0.95 и 0.99).FIG. 11. The geometric mean of the GC modules, determined according to FIG. 9. The quantile scale is shown (levels 0.95 and 0.99).

Фиг. 12. Среднее геометрическое модулей ГК, определенное по данным фиг. 9 в полулогарифмическом масштабе.FIG. 12. The geometric mean of the GC modules, determined according to FIG. 9 on a semi-log scale.

Фиг. 13. Пример вычисления среднего геометрического и его квантиль порядка 0.75 (пунктирная линия) и 0.95 (штрихпунктирная линия) (верхний график фиг. 13а). На нижнем графике фиг. 13а показаны синдромы датчиков. Из графиков синдромов следует, что все датчики на интервале анализа функционируют. На фиг. 13б показана оценка сверху для отношения правдоподобия в зависимости от времени при обнаружении аномалий коллективного поведения. Как видно из графика, наблюдаются значительные аномалии в точках близких к 30 и 100 суткам с начала обработки. На фиг. 13в показана сглаженная верхняя оценка отношения правдоподобия (сглаживание проводилось с использованием гауссовского фильтра с задержкой 50 суток и величиной σ=10 суток, импульсная характеристика которого приведена на фиг. 16). Вертикальными линиями на фиг. 13б и 13в показаны моменты землетрясений с магнитудами, превышающими 5.6 (таблица 3). Использованы СВ с номерами 2-27.FIG. 13. An example of calculating the geometric mean and its quantile of the order of 0.75 (dashed line) and 0.95 (dash-dotted line) (the upper graph of Fig. 13a). In the lower graph of FIG. 13a shows sensor syndromes. From the plots of syndromes it follows that all sensors on the analysis interval function. FIG. Figure 13b shows the top estimate for the likelihood ratio versus time when collective behavior anomalies are detected. As can be seen from the graph, significant anomalies are observed at points close to 30 and 100 days from the beginning of the treatment. FIG. 13c shows a smoothed upper likelihood ratio estimate (smoothing was performed using a Gaussian filter with a delay of 50 days and a value of σ = 10 days, the impulse response of which is shown in Fig. 16). The vertical lines in FIG. Figures 13b and 13c show the moments of earthquakes with magnitudes greater than 5.6 (table 3). Used CB with numbers 2-27.

Фиг. 14. Пример вычисления среднего геометрического и его квантиль порядка 0.75 (пунктирная линия) и 0.95 (штрихпунктирная линия) (верхний график фиг. 14а). На нижнем графике фиг. 14а показаны синдромы датчиков. Из графиков синдромов следует, что в работе 4-го датчика имеется перерыв с 35 по 125 сутки, а 2-ой датчик не работал в течение всего периода анализа; также начиная с 165 суток прекратил работу 1-ый датчик. На фиг. 14б показана оценка сверху для отношения правдоподобия в зависимости от времени при обнаружении аномалий коллективного поведения. Как видно из графика, наблюдаются значительные аномалии в точках близких к 30 и 100 суткам с начала обработки. На фиг. 14в показана сглаженная верхняя оценка отношения правдоподобия (сглаживание проводилось с использованием гауссовского фильтра с задержкой 50 суток и величиной σ=10 суток, импульсная характеристика которого приведена на фиг. 16). Вертикальными линиями на фиг. 14б и 14в показаны моменты землетрясений с магнитудами, превышающими 5.6. Сравнение фиг. 14в и фиг. 14в показывает, что перерывы привели к снижению сглаженной оценки правдоподобия с 7 до 6 (второй максимум), а также к снижению первого максимума с 35 до 7.FIG. 14. An example of calculating the geometric mean and its quantile of the order of 0.75 (dashed line) and 0.95 (dash-dotted line) (the upper graph of Fig. 14a). In the lower graph of FIG. 14a shows sensor syndromes. From the plots of syndromes it follows that in the work of the 4th sensor there is a break from 35 to 125 days, and the 2nd sensor did not work during the entire period of analysis; also starting from the 165th day, the first sensor stopped working. FIG. Figure 14b shows the top estimate for the likelihood ratio versus time when a collective behavior anomaly is detected. As can be seen from the graph, significant anomalies are observed at points close to 30 and 100 days from the beginning of the treatment. FIG. 14c shows a smoothed upper likelihood ratio estimate (smoothing was performed using a Gaussian filter with a delay of 50 days and a value of σ = 10 days, the impulse response of which is shown in Fig. 16). The vertical lines in FIG. 14b and 14c show moments of earthquakes with magnitudes greater than 5.6. The comparison of FIG. 14b and FIG. 14b shows that the breaks led to a decrease in the smoothed likelihood estimate from 7 to 6 (the second maximum), as well as to a decrease in the first maximum from 35 to 7.

Фиг. 15. Пример вычисления среднего геометрического и его квантиль порядка 0.75 (пунктирная линия) и 0.95 (штрихпунктирная линия) (верхний график фиг. 15а). На нижнем графике фиг. 15а показаны синдромы датчиков. Из графиков синдромов следует, что 2-ой и 4-й датчики не функционировали на всем интервале анализа, а 1-ый прекратил работу, начиная со 165 суток. На фиг. 15б показана оценка сверху для отношения правдоподобия в зависимости от времени при обнаружении аномалий коллективного поведения. Как видно из графика, наблюдаются значительные аномалии в точках близких к 30 и 100 суткам с начала обработки. На фиг. 15в показана сглаженная верхняя оценка отношения правдоподобия (сглаживание проводилось с использованием гауссовского фильтра с задержкой 50 суток и величиной σ=10 суток, импульсная характеристика которого приведена на фиг. 16). Вертикальными линиями на фиг. 15б и 15в показаны моменты землетрясений с магнитудами, превышающими 5.6. Сравнение фиг. 14в и фиг. 15в показывает, что перерывы привели к снижению сглаженной оценки правдоподобия с 7 до 6 (второй максимум), а также к снижению первого максимума с 35 до 7.FIG. 15. An example of calculating the geometric mean and its quantile of the order of 0.75 (dashed line) and 0.95 (dash-dotted line) (the upper graph of Fig. 15a). In the lower graph of FIG. 15a shows sensor syndromes. From the plots of syndromes it follows that the 2nd and 4th sensors did not function on the entire analysis interval, and the 1st one stopped working from 165 days. FIG. 15b shows a top estimate for the likelihood ratio versus time when a collective behavior anomaly is detected. As can be seen from the graph, significant anomalies are observed at points close to 30 and 100 days from the beginning of the treatment. FIG. 15c shows a smoothed upper likelihood ratio estimate (smoothing was performed using a Gaussian filter with a delay of 50 days and a value of σ = 10 days, the impulse response of which is shown in Fig. 16). The vertical lines in FIG. 15b and 15c show the moments of earthquakes with magnitudes greater than 5.6. The comparison of FIG. 14b and FIG. 15c shows that the breaks led to a decrease in the smoothed likelihood estimate from 7 to 6 (the second maximum), as well as to a decrease in the first maximum from 35 to 7.

Фиг. 16. Импульсная характеристика гауссовского фильтра, с помощью которого проводилось сглаживание оценки отношения правдоподобия. Фильтр имеет задержку 50 суток и параметр σ=10 суток.FIG. 16. Impulse response of a Gaussian filter with which the likelihood ratio evaluation was smoothed. The filter has a delay of 50 days and the parameter σ = 10 days.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Предлагаемая конструкция используется при построении комплексов краткосрочного прогнозирования и оперативной оценки рисков сильных землетрясений.The proposed design is used in the construction of complexes of short-term forecasting and rapid assessment of the risk of strong earthquakes.

Конструкция реализуется как программно-аппаратный комплекс.The design is implemented as a software and hardware complex.

Источники информацииInformation sources

1. Грунская Л.В., Исакевич Д.В., Исакевич В.В. Анализатор собственных векторов и компонент сигнала. Полезная модель RU 116242. Патентообладатели ООО «БизнесСофтСервис», Исакевич Д.В., Исакевич В.В. http://bankpatentov.ru/node/2070421. Grunskaya L.V., Isakevich D.V., Isakevich V.V. Analyzer of eigenvectors and signal components. Useful model RU 116242. Patent holders of BusinessSoftService LLC, Isakevich DV, Isakevich V.V. http://bankpatentov.ru/node/207042

2. Исакевич Д.В., Исакевич В.В. Сигнализатор значимых отличий. Полезная модель №133642 RU. Патентообладатели ООО «БизнесСофтСервис», Исакевич Д.В., Исакевич В.В., Балакирев А.Н. http://bankpatentov.ru/node/4141992. Isakevich D.V., Isakevich V.V. Signaling device significant differences. Utility model №133642 RU. The patent holders of BusinessSoftService LLC, Isakevich DV, Isakevich VV, Balakirev A.N. http://bankpatentov.ru/node/414199

3. Исакевич В.В. и др. Выявление нестационарных участков при помощи нелинейной модели процесса // Радиотехника и электроника. 1995, том 40, №2, с. 255-260.3. Isakevich V.V. and others. Identification of non-stationary areas using a non-linear model of the process // Radio Engineering and Electronics. 1995, vol. 40, No. 2, p. 255-260.

4. Грунская Л.В., Исакевич Д.В., Исакевич В.В. и др. Каскады дискриминантных функционалов в задачах анализа временных рядов в базисах собственных векторов ковариационных матриц. Нелинейный мир, No 4, 2012.4. Grunskaya L.V., Isakevich D.V., Isakevich V.V. and other. Cascades of discriminant functionals in problems of time series analysis in the bases of eigenvectors of covariance matrices. The nonlinear world, No 4, 2012.

5. Fisher R.A. The Use of Multiple Measurements in Taxonomic Problems//Annals of Eugenics. - 1936 T.7. - p. 179-188.5. Fisher R.A. The Use of Multiple Measurements in Taxonomic Problems // Annals of Eugenics. - 1936 T.7. - p. 179-188.

6. Кендалл M., Стьюарт А. Статистические выводы и связи. Главная редакция физико-математической литературы изд-ва "Наука", 1973.6. Kendall M., Stuart A. Statistical findings and communication. The main editors of the physical and mathematical literature of the publishing house "Science", 1973.

7. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров: Определения, теоремы, формулы: Пер. с англ. М.: Наука, 1970. 720 с. 7. Korn G., Korn T. Handbook of mathematics for scientists and engineers: Definitions, theorems, formulas: Trans. from English M .: Science, 1970. 720 p.

8. Исакевич В.В., Фирстов П.П., Исакевич Д.В., Грунская Л.В., Макаров Е.О. Использование методики дискриминантных функционалов для выявления реперных точек во временных рядах концентрации почвенного радона на сети пунктов Петропавловск-Камчатского геодинамического полигона / Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России. Труды Четвертой научно-технической конференции. Петропавловск-Камчатский. 29 сентября - 5 октября 2013 г. / Отв. ред. В.Н. Чебров. - Обнинск: ГС РАН, 2013. С.59-63.8. Isakevich V.V., Firstov P.P., Isakevich D.V., Grunskaya L.V., Makarov E.O. Using the discriminant functionals technique for identifying reference points in the time series of soil radon concentration on the network of points of the Petropavlovsk-Kamchatka geodynamic test site / Problems of integrated geophysical monitoring of the Russian Far East. Proceedings of the Fourth Scientific and Technical Conference. Petropavlovsk-Kamchatsky. September 29 - October 5, 2013 / Otv. ed. V.N. Chebrov. - Obninsk: GS RAS, 2013. P.59-63.

9. Исакевич В.В., Исакевич Д.В., Грунская Л.В., Фирстов П.П. Сигнализатор изменений главных компонент. Полезная модель №141416. Патентообладатель ФГБОУ ВО Владимирский государственный университет.9. Isakevich V.V., Isakevich D.V., Grunskaya L.V., Firstov P.P. Signaling device of main component changes. Useful model №141416. Patentee of the Vladimir State University.

10. Любушин А.А. (мл). Агрегированный сигнал систем низкочастотного геофизического мониторинга // Физика Земли. 1998. №1. С. 69-74.10. Lyubushin A.A. (ml) Aggregated signal of low-frequency geophysical monitoring systems // Physics of the Earth. 1998. 1. Pp. 69-74.

11. Макаров Е.О., Фирстов П.П., Волошин В.Н. Аппаратурный комплекс для регистрации концентрации подпочвенных газов с целью поиска предвестниковых аномалий сильных землетрясений Южной Камчатки // Сейсмические приборы. 2012. Том 48. №1.11. Makarov E.O., Firstov PP, Voloshin V.N. Equipment complex for recording the concentration of subsurface gases in order to search for precursor anomalies of strong earthquakes in Southern Kamchatka // Seismic devices. 2012. Volume 48. 1.

12. http://www.emsd.ru/ Официальный сайт Камчатского филиала геофизической службы РАН. Главная страница. Раздел «Последние 10 землетрясений Камчатки с Ml>4,5»12. http://www.emsd.ru/ The official site of the Kamchatka Branch of the Geophysical Service of the Russian Academy of Sciences. Home Page. Section "The last 10 earthquakes of Kamchatka with Ml> 4.5"

13. Акофф Р., Эмери Ф. О целеустремленных системах. Пер. с англ. Под ред. И.А. Ушаков. М.: Сов. радио, 1974, 272 с. 13. Ackoff R., Emery F. On purposeful systems. Per. from English Ed. I.A. Ushakov. M .: Owls. Radio, 1974, 272 p.

14. Фирстов ПЛ., Исакевич В.В., Макаров Е.О., Исакевич Д.В., Грунская Л.В. Апробация методики айгеноскопии для поиска предвестников сильных землетрясений в поле почвенного радона (222Rn) на Камчатке (август 2012 - август 2013 гг.), Сейсмические приборы, 2014, Т.50, №3, стр. 63-75.14. Firstov PL., Isakevich V.V., Makarov E.O., Isakevich D.V., Grunskaya L.V. Testing the method of igenoscopy to search for precursors of strong earthquakes in the field of soil radon ( 222 Rn) in Kamchatka (August 2012 - August 2013), Seismic instruments, 2014, Т.50, 3, pp. 63-75.

15. Исакевич Д.В., Исакевич В.В., Лукьянов В.Е. Индикатор риска. Полезная модель RU 159604. Патентообладатели ООО «Собственный вектор», Исакевич Д.В., Исакевич В.В., Балакирев А.Н., Черников СВ.15. Isakevich D.V., Isakevich V.V., Lukyanov V.E. Risk indicator Utility Model RU 159604. Patentee OOO Own Vector, Isakevich DV, Isakevich VV, Balakirev A.N., Chernikov SV.

Claims (5)

1. Устройство индикации изменения риска сильных землетрясений по результатам многоканального наблюдения с перерывами, состоящее из блоков вычислителя главных компонент 1, блока хранения и выборки наборов значений главных компонент 2, блока вычисления синдрома 3, блока вычисления сигнала коллективного поведения главных компонент 4, блока оценки сверху для отношения правдоподобия возникновения землетрясения в текущий момент времени и принятия решения о прогнозе возникновения землетрясения 5, отличающееся тем, что входы всех U блоков вычислителей главных компонент 1 являются входами устройства, выходы блоков вычислителей главных компонент 1 подключены к 1-ому - U-ому входам блока хранения и выборки наборов значений главных компонент 2; первый выход блока хранения и выборки наборов значений главных компонент 2 подключен к входу блока вычисления синдрома 3, вычисляющего вектор, имеющего размерность, совпадающую с числом главных компонент, поступающих на вход блока 2, причем координата синдрома принимает значение 1, если соответствующая номеру координаты синдрома главная компонента имеет числовое значение; координата синдрома принимает значение 0, если соответствующая номеру координаты синдрома главная компонента имеет идентификатор, свидетельствующий об отсутствии главной компоненты; выход блока вычисления синдрома 3 подключен к второму входу блока вычисления сигнала коллективного поведения главных компонент 4; второй выход блока хранения и выборки наборов значений главных компонент 2 подключен к первому входу блока вычисления сигнала коллективного поведения главных компонент 4, выход которого подключен к входу блока оценки сверху для отношения правдоподобия возникновения землетрясения в текущий момент времени и принятия решения о прогнозе возникновения землетрясения 5; выход блока оценки сверху для отношения правдоподобия возникновения землетрясения в текущий момент времени и принятия решения о прогнозе возникновения землетрясения 5 является выходом устройства; блок вычислителя главных компонент 1 передает на вход блока хранения и выборки наборов значений главных компонент 2 числовое значение, если главная компонента может быть вычислена; в случае, если главная компонента не может быть вычислена из-за отказа датчика, блок вычислителя главных компонент 1 передает на блок хранения и выборки наборов значений главных компонент 2 идентификатор, свидетельствующий об отсутствии главной компоненты.1. The device indicating the change in risk of strong earthquakes according to the results of multichannel observation with interruptions, consisting of blocks of the calculator of the main components 1, the storage unit and sampling of the sets of the values of the main components 2, the calculator of the syndrome 3, the unit for calculating the signal of collective behavior of the main components 4, the evaluation unit for the likelihood ratio of the occurrence of an earthquake at the current time and the decision to predict the occurrence of an earthquake 5, characterized in that the inputs of all U blocks of divisors components main device 1 are the inputs, outputs blocks calculators principal component 1 are connected to the 1st - U-th inputs of sets of storage and retrieval unit values of principal component 2; the first output of the storage unit and sampling sets of values of the main component 2 is connected to the input of the calculator of the syndrome 3, which calculates a vector with a dimension that matches the number of the main components entering the input of the block 2, and the coordinate of the syndrome takes the value 1 if the corresponding coordinate number of the syndrome is the main component has a numeric value; the syndrome coordinate takes the value 0 if the main component corresponding to the syndrome coordinate number has an identifier indicating the absence of the main component; the output of the syndrome calculation unit 3 is connected to the second input of the unit for computing the signal of collective behavior of the main components 4; the second output of the storage unit and sampling sets of values of the main components 2 is connected to the first input of the unit for calculating the collective behavior signal of the main components 4, the output of which is connected to the input of the upper estimator for the likelihood ratio of the occurrence of an earthquake at the current time and deciding about the forecast of an earthquake 5; the output of the evaluation unit from the top for the likelihood ratio of the occurrence of an earthquake at the current time and the decision to predict the occurrence of an earthquake 5 is the output of the device; the main component calculator unit 1 transmits a numeric value to the input of the storage and sampling unit of the main component 2 value sets if the main component can be calculated; if the main component cannot be calculated due to a sensor failure, the main component calculator unit 1 transmits an identifier to the storage and sampling unit of the main component 2 values indicating that the main component is missing. 2. Устройство индикации изменения риска сильных землетрясений по результатам многоканального наблюдения с перерывами по п. 1, отличающееся тем, что в качестве блока оценки сверху для отношения правдоподобия возникновения землетрясения в текущий момент времени и принятия решения о прогнозе возникновения землетрясения 5 используется индикатор риска сильного землетрясения, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления сигнала коллективного поведения главных компонент 4, на первый вход блока оценки сверху для отношения правдоподобия возникновения землетрясения в текущий момент времени и принятия решения о прогнозе возникновения землетрясения 5 подается оцифрованный ряд произошедших аномальных событий.2. The device indicating the change in the risk of strong earthquakes according to the results of multichannel observation with interruptions according to claim 1, characterized in that the indicator of the risk of an earthquake 5 is used as the evaluation unit from above for the likelihood ratio of the occurrence of an earthquake , the second input of which is connected to the output of the unit for computing the signal of collective behavior of the main components 4, to the first input of the evaluation unit from above for the relationship of truth approving the occurrence of an earthquake at the current time and making a decision on the prediction of the occurrence of an earthquake; 5 a digitized series of anomalous events has occurred. 3. Устройство индикации изменения риска сильных землетрясений по результатам многоканального наблюдения с перерывами по п. 1, отличающееся тем, что блоки вычислителя главных компонент 1 состоят из блока вычисления скалярных произведений 6, блока вычисления матрицы смешанных моментов 7, блока вычисления и отбора собственных векторов 8, при этом, входной сигнал блока вычислителя главных компонент 1 одновременно подключен к первому входу блока вычисления скалярных произведений 6 и к входу блока вычисления матрицы смешанных моментов 7, выход которого подключен к входу блока вычисления и отбора собственных векторов 8; выход блока вычисления и отбора собственных векторов 8 подключен к второму входу блока вычисления скалярных произведений 6, выход которого является выходом блока вычислителя главных компонент 1.3. The device indicating the change in risk of strong earthquakes according to the results of multichannel observation with interruptions according to claim 1, characterized in that the calculator units of the main components 1 consist of a computing unit for scalar products 6, a computing unit for the matrix of mixed moments 7, a computing unit and selecting eigenvectors 8 at the same time, the input signal of the main component calculator unit 1 is simultaneously connected to the first input of the scalar product calculating unit 6 and to the input of the matrix of the mixed moments 7, the output to torogo connected to the input calculation unit and selecting eigenvectors 8; the output of the computing unit and selection of eigenvectors 8 is connected to the second input of the computing unit for scalar products 6, the output of which is the output of the calculator of the main components 1. 4. Устройство индикации изменения риска сильных землетрясений по результатам многоканального наблюдения с перерывами по п. 2, отличающееся тем, что блоки вычислителя главных компонент 1 состоят из блока вычисления скалярных произведений 6, блока вычисления матрицы смешанных моментов 7, блока вычисления и отбора собственных векторов 8, при этом, входной сигнал блока вычислителя главных компонент 1 одновременно подключен к первому входу блока вычисления скалярных произведений 6 и к входу блока вычисления матрицы смешанных моментов 7, выход которого подключен к входу блока вычисления и отбора собственных векторов 8; выход блока вычисления и отбора собственных векторов 8 подключен к второму входу блока вычисления скалярных произведений 6, выход которого является выходом блока вычислителя главных компонент 1.4. The device indicating the change in the risk of strong earthquakes according to the results of multichannel observation with interruptions according to claim 2, characterized in that the calculator units of the main components 1 consist of the computing unit of scalar products 6, the computing unit of the matrix of mixed moments 7, the computing unit and selecting the eigenvectors 8 at the same time, the input signal of the main component calculator unit 1 is simultaneously connected to the first input of the scalar product calculating unit 6 and to the input of the matrix of the mixed moments 7, the output to torogo connected to the input calculation unit and selecting eigenvectors 8; the output of the computing unit and selection of eigenvectors 8 is connected to the second input of the computing unit for scalar products 6, the output of which is the output of the calculator of the main components 1. 5. Устройство индикации изменения риска сильных землетрясений по результатам многоканального наблюдения с перерывами по п. 1, отличающееся тем, что блок оценки сверху для отношения правдоподобия возникновения землетрясения в текущий момент времени и принятия решения о прогнозе возникновения землетрясения 5 состоит из блока отбора последнего значения сигнала коллективного поведения главных компонент 9, блока вычисления квантиля 10 и блока визуального анализа и сравнения 11, при этом, входной сигнал блока оценки сверху для отношения правдоподобия возникновения землетрясения в текущий момент времени и принятия решения о прогнозе возникновения землетрясения 5 одновременно подключен к первому входу блока вычисления квантиля 10 и к входу блока отбора последнего значения сигнала коллективного поведения главных компонент 9, выход которого подключен к первому входу блока визуального анализа и сравнения 11, выход блока вычисления квантиля 10 подключен к второму входу блока визуального анализа и сравнения 11; выход блока визуального анализа и сравнения 11 является выходом блока оценки сверху для отношения правдоподобия возникновения землетрясения в текущий момент времени и принятия решения о прогнозе возникновения землетрясения 5.5. The device indicating the change of risk of strong earthquakes according to the results of multichannel observation with interruptions according to claim 1, characterized in that the upper unit of assessment for the likelihood ratio of the occurrence of an earthquake at the current time and the decision to forecast the occurrence of an earthquake 5 consists of a unit selecting the last signal value collective behavior of the main components 9, the quantile computing unit 10 and the visual analysis and comparison unit 11, while the input signal of the evaluation unit is from above for the relationship of truth the similarity of the occurrence of an earthquake at the current time and the decision to predict the occurrence of an earthquake 5 are simultaneously connected to the first input of the quantile computing unit 10 and to the input of the selection unit of the last value of the collective component main behavior signal 9, whose output is connected to the first input of the visual analysis and comparison unit 11 , the output of the quantile calculation unit 10 is connected to the second input of the visual analysis and comparison unit 11; the output of the unit of visual analysis and comparison 11 is the output of the upper unit of assessment for the likelihood ratio of the occurrence of an earthquake at the current time and the decision to predict the occurrence of an earthquake 5.
RU2018120084U 2018-05-31 2018-05-31 The device indicating the change in risk of strong earthquakes on the results of multichannel observation with interruptions RU190531U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018120084U RU190531U1 (en) 2018-05-31 2018-05-31 The device indicating the change in risk of strong earthquakes on the results of multichannel observation with interruptions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018120084U RU190531U1 (en) 2018-05-31 2018-05-31 The device indicating the change in risk of strong earthquakes on the results of multichannel observation with interruptions

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU190531U1 true RU190531U1 (en) 2019-07-03

Family

ID=67216095

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018120084U RU190531U1 (en) 2018-05-31 2018-05-31 The device indicating the change in risk of strong earthquakes on the results of multichannel observation with interruptions

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU190531U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7170418B2 (en) * 2000-06-16 2007-01-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Probabilistic neural network for multi-criteria event detector
RU133642U1 (en) * 2013-04-05 2013-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "БизнесСофтСервис" SIGNAL OF SIGNIFICANT DIFFERENCES
RU141416U1 (en) * 2013-10-22 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) MAIN COMPONENT CHANGE SIGNAL
RU2548132C1 (en) * 2014-12-18 2015-04-10 Морской гидрофизический институт Detection and identification of radioactive abnormalities in natural media and flows
RU178399U1 (en) * 2017-06-28 2018-04-03 Общество с ограниченной ответственностью "Собственный вектор" OWN VECTOR SPECTRUM ANALYZER AND SIGNAL COMPONENTS

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7170418B2 (en) * 2000-06-16 2007-01-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Probabilistic neural network for multi-criteria event detector
RU133642U1 (en) * 2013-04-05 2013-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "БизнесСофтСервис" SIGNAL OF SIGNIFICANT DIFFERENCES
RU141416U1 (en) * 2013-10-22 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) MAIN COMPONENT CHANGE SIGNAL
RU2548132C1 (en) * 2014-12-18 2015-04-10 Морской гидрофизический институт Detection and identification of radioactive abnormalities in natural media and flows
RU178399U1 (en) * 2017-06-28 2018-04-03 Общество с ограниченной ответственностью "Собственный вектор" OWN VECTOR SPECTRUM ANALYZER AND SIGNAL COMPONENTS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bilen et al. Wavelet-based detection of outliers in time series
CN104698343A (en) Method and system for judging power grid faults based on historical recording data
CN109977109B (en) Track data accompanying analysis method
CN106598822B (en) A kind of abnormal deviation data examination method and device for Capacity Assessment
CN110008247B (en) Method, device and equipment for determining abnormal source and computer readable storage medium
CN109947758B (en) Route collision analysis method based on behavior track library
Tan et al. A new traffic prediction method based on dynamic tensor completion
WO2018080523A1 (en) Data cost effective fast similarity search with priority access
CN111881594B (en) Non-stationary signal state monitoring method and system for nuclear power equipment
WO2023057434A1 (en) Method and flight data analyzer for identifying anomalous flight data and method of maintaining an aircraft
CN109040084A (en) A kind of network flow abnormal detecting method, device, equipment and storage medium
RU190531U1 (en) The device indicating the change in risk of strong earthquakes on the results of multichannel observation with interruptions
JPWO2019049263A1 (en) Simple profiling (SPM) method conversion program and simple profiling (SPM) method conversion method
US9535917B1 (en) Detection of anomalous utility usage
CN112615372A (en) Voltage interference device-containing zone detection method based on coefficient of variation
KR102158100B1 (en) Auto monitoring method and apparatus by using anomaly detection
Gerber et al. Identification of harmonics and sidebands in a finite set of spectral components
CN114518988A (en) Resource capacity system, method of controlling the same, and computer-readable storage medium
Lyubushin Wavelet-aggregated signal and synchronous peaked fluctuations in problems of geophysical monitoring and earthquake prediction
CN116340388A (en) Time sequence data compression storage method and device based on anomaly detection
RU141416U1 (en) MAIN COMPONENT CHANGE SIGNAL
CN111192454B (en) Traffic abnormity identification method and system based on travel time evolution and storage medium
Bones et al. Improving multivariate data streams clustering
Akhouayri et al. Signal stationarity testing and detecting of its abrupt change
Serinaldi et al. Probability Distribution of Waiting Time of the k th Extreme Event under Serial Dependence

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20190529