RU2254599C1 - Method of predicting parameters of earthquake - Google Patents

Method of predicting parameters of earthquake Download PDF

Info

Publication number
RU2254599C1
RU2254599C1 RU2003132110/28A RU2003132110A RU2254599C1 RU 2254599 C1 RU2254599 C1 RU 2254599C1 RU 2003132110/28 A RU2003132110/28 A RU 2003132110/28A RU 2003132110 A RU2003132110 A RU 2003132110A RU 2254599 C1 RU2254599 C1 RU 2254599C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pixel
area
matrix
polarization
synthesized
Prior art date
Application number
RU2003132110/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003132110A (en
Inventor
В.Ф. Давыдов (RU)
В.Ф. Давыдов
В.Н. Сорокин (RU)
В.Н. Сорокин
А.В. Корольков (RU)
А.В. Корольков
С.В. Бронников (RU)
С.В. Бронников
Original Assignee
Сорокин Владимир Николаевич
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 Сорокин Владимир Николаевич filed Critical Сорокин Владимир Николаевич
Priority to RU2003132110/28A priority Critical patent/RU2254599C1/en
Publication of RU2003132110A publication Critical patent/RU2003132110A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2254599C1 publication Critical patent/RU2254599C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: GEOPHYSICS.
SUBSTANCE: method can be used for monitoring of environment. According to the method images of seismic center can be received from two polarization mutually orthogonal receiving channels. Synthesized image array if formed from pixel-to-pixel relation of signal amplitudes in polarization channels. Area of relief of synthesized array is calculated in relation to geometrical area of photograph and changes in the relation are traced by means of set of photographs made. Parameters of earthquake are predicted from numerical characteristics of relation to be traced.
EFFECT: improved reliability of prediction.
5 dwg

Description

Изобретение относится к сейсмологии и может найти применение в национальных системах космического наблюдения при дистанционном мониторинге природных сред.The invention relates to seismology and may find application in national space observation systems for remote monitoring of natural environments.

За последние годы выявлено несколько новых, ранее недоступных для наблюдения признаков - предвестников грядущих землетрясений на основе использования методов дистанционного зондирования поверхности Земли из космоса. Среди них такие признаки как: раскачка очага землетрясения накануне удара, отслеживаемая средствами космической системы Navstar (Патент RU № 2.170.446, 2001 г. - аналог), образование над эпицентральной областью очага в атмосфере вертикального электростатического поля, напряженностью в несколько кВ/м (Патент RU №2.205.432, 2003 г. - аналог). Известен "Способ обнаружения очагов землетрясения", Патент RU № 2.209.452, 2003 г. - аналог.In recent years, several new, previously inaccessible for observation, signs have been revealed - precursors of future earthquakes based on the use of remote sensing methods of the Earth's surface from space. Among them are such signs as: the buildup of the earthquake source on the eve of the impact, monitored by the Navstar space system (Patent RU No. 2.170.446, 2001 - analogue), the formation of a vertical electrostatic field above the epicentral region of the source, with a voltage of several kV / m ( Patent RU No. 2.205.432, 2003 - analogue). The well-known "Method for detecting earthquake foci", Patent RU No. 2.209.452, 2003 - analogue.

В способе-аналоге получают изображение подстилающей поверхности в фиолетово-синем участке видимого диапазона в виде цифровой матрицы сигнала яркости I(х,y) от пространственных координат, выделяют методами пространственного дифференцирования контуры на изображении, вычисляют функции фрактальной размерности сигнала изображения внутри выделенных контуров и градиентное поле направлений линиаментов, формируют рисунок из направлений линиаментов внутри контуров и по геометрии контура, узору рисунка азимутов направлений линиаментов, фрактальной размерности изображения внутри контура судят о принадлежности выявленной аномалии к пространству очага землетрясения.In the analogue method, an image of the underlying surface in the violet-blue portion of the visible range is obtained in the form of a digital matrix of the luminance signal I (x, y) from spatial coordinates, the contours in the image are isolated by spatial differentiation methods, the functions of the fractal dimension of the image signal inside the selected contours and the gradient field of directions of lineaments, form a pattern of the directions of lineaments inside the contours and along the geometry of the contour, the pattern of the azimuths of the directions of lineaments, fra The total dimension of the image inside the contour is judged on the belonging of the identified anomaly to the space of the earthquake source.

Недостатком известного решения является невозможность точного прогнозирования параметров грядущего удара по операциям способа-аналога.A disadvantage of the known solution is the impossibility of accurately predicting the parameters of the impending impact on the operations of the analogue method.

Ближайшим аналогом к заявляемому техническому решению является "Способ предсказания землетрясений", Патент RU № 2.213.359, 2003 г., G.01.V, 9/00, 2003 г.The closest analogue to the claimed technical solution is the "Method for predicting earthquakes", Patent RU No. 2.213.359, 2003, G.01.V, 9/00, 2003

В способе ближайшего аналога получают изображения подстилающей поверхности А1(х,у); А2(х,у) по двум взаимно-ортогональным по поляризации каналам приема, формируют синтезированную матрицу путем попиксельного совмещения получаемых изображений с амплитудой сигнала в каждой точке

Figure 00000002
методами пространственного дифференцирования выделяют контуры на синтезированном изображении, проводят фрактальный и линиаментный анализ сигналов фрагментов изображения внутри выделенных контуров и формируют градиентное поле направлений линиаментов, идентифицируют очаг землетрясения на изображении по геометрии контура, фрактальной размерности и узору рисунка поля линиаментов, вычисляют средневзвешенную сумму азимутов линиаментов и отслеживают изменение этой функции по серии последовательных изображений идентифицированного очага, фиксируют момент появления периодических отклонений функции средневзвешенной суммы азимутов линиаментов, рассчитывают период (Т) и коэффициент (k) наклона касательных отслеживаемой функции, прогнозируют Т время удара
Figure 00000003
отсчитывамое от начала периодических отклонений функции и магнитуду удара из соотношения lgty[cут]=0,54M-3,37, где u0 - предельная величина сдвиговой деформации, при которой происходит разрыв земной коры.In the closest analogue method, images of the underlying surface A 1 (x, y) are obtained; And 2 (x, y) along two reception channels mutually orthogonal in polarization, form a synthesized matrix by pixel-by-pixel combination of the resulting images with the signal amplitude at each point
Figure 00000002
using spatial differentiation methods, isolate the contours in the synthesized image, conduct fractal and lineament analysis of the signal fragments of the image inside the selected paths and form a gradient field of lineament directions, identify the earthquake in the image by the geometry of the contour, fractal dimension and pattern of the line field pattern, calculate the weighted average sum of line azimuths track the change in this function by a series of consecutive images identified about Aha, fixed time of occurrence of the periodic deviations of the average weighted sum function liniamentov azimuth is calculated period (T) and the coefficient (k) of inclination of tangent tracking functions predict impact time T
Figure 00000003
reckoned from the beginning of periodic deviations of the function and impact magnitude from the relation lgt y [s] = 0.54M-3.37, where u 0 is the ultimate value of the shear strain at which the crust breaks.

Недостатками способа ближайшего аналога являются:The disadvantages of the method of the closest analogue are:

- малая чувствительность, связанная с ограниченным (единицы град.) диапазоном изменения отслеживаемого признака - предвестника;- low sensitivity associated with a limited (unit grad.) range of change of the traced sign - a precursor;

- математическая неточность, поскольку огибающая амплитуды раскачки нарастает не по касательным, а по экспоненте.- mathematical inaccuracy, since the envelope of the amplitude of the buildup increases not exponentially, but exponentially.

Задача, решаемая заявляемым способом, заключается в повышении чувствительности метода, статистической устойчивости и достоверности прогнозирования путем вычисления площади рельефа поверхности синтезированной матрицы и отслеживания динамики изменения этой площади по серии получаемых снимков очага.The problem solved by the claimed method is to increase the sensitivity of the method, statistical stability and reliability of forecasting by calculating the surface area of the surface of the synthesized matrix and tracking the dynamics of changes in this area over a series of obtained images of the focus.

Поставленная задача решается тем, что в способе прогнозирования параметров землетрясения, включающем получение изображений очага по двум взаимно-ортогональным по поляризации каналам съемки, формирование синтезированной матрицы изображения из попиксельных амплитуд сигналов поляризационных каналов, обработку матрицы синтезированного изображения, дополнительно, съемку средствами орбитального комплекса осуществляют в режиме с равными промежутками времени Δt между смежными витками, вычисляют математическое ожидание сигналов изображений поляризационных каналов, синтезированную матрицу формируют из попиксельных отношений амплитуд сигнала с большим математическим ожиданием к меньшему, последовательно, от начала синтезированной матрицы разбивают изображение на фрагменты по четыре смежных пикселя, делят каждый четырехугольник диагональю на два смежных треугольника и по формуле Герона вычисляют их площади, находят площадь рельефа Sp поверхности изображения как сумму площадей мозаики треугольников всех фрагментов, по серии последовательных во времени снимков очага отслеживают динамику изменения функции - D=Sp/S0, шероховатости рельефа, по зависимости

Figure 00000004
вычисляют постоянную экспоненты Т наблюдаемого процесса, рассчитывают ожидаемое время удара: (ty)≅4,6T и его магнитуду (М) из соотношения lgty[сут]=0,54М-3,37, где:The problem is solved in that in a method for predicting earthquake parameters, including obtaining focal images from two survey channels mutually orthogonal in polarization, forming a synthesized image matrix from pixel-by-pixel amplitudes of polarization channel signals, processing the synthesized image matrix, and additionally, shooting by means of the orbital complex is carried out in mode with equal time intervals Δt between adjacent turns, calculate the mathematical expectation of image signals polarization channels, the synthesized matrix is formed from pixel-by-pixel ratios of signal amplitudes with a higher mathematical expectation to a smaller one, sequentially, from the beginning of the synthesized matrix, the image is divided into fragments of four adjacent pixels, each quadrangle is divided into two adjacent triangles with a diagonal, and their areas are calculated using the Heron formula finding the area S p of the relief surface of the image as the sum of the mosaic areas of triangles all the fragments of the time-series images hearth tracking dynamics functions - D = S p / S 0, the roughness of the relief, depending on
Figure 00000004
calculate the constant of the exponent T of the observed process, calculate the expected impact time: (t y ) ≅4.6T and its magnitude (M) from the relation logt y [days] = 0.54M-3.37, where:

t2-t1=Δt, интервал времени между двумя последовательными съемками, [час];t 2 -t 1 = Δt, time interval between two consecutive surveys, [hour];

D1,D2 - вычисленные функции шероховатости рельефа в моменты t1t2;D 1 , D 2 are the calculated functions of the roughness of the relief at moments t 1 t 2 ;

D0 - предел шероховатости рельефа, при котором происходит "вспарывание" очага;D 0 - the limit of the roughness of the relief, at which there is a "rupture" of the focus;

S0 - площадь синтезированной матрицы изображения из |m×n| пикселей.S 0 is the area of the synthesized image matrix from | m × n | pixels.

Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

фиг.1 - изменение альбедо (А) поверхности и поляризуемости (φ) светового потока от напряженности электростатического поля в атмосфере над очагом;figure 1 - a change in the albedo (A) of the surface and the polarizability (φ) of the light flux from the intensity of the electrostatic field in the atmosphere above the source;

фиг.2 - визуализация синтезированной матрицы изображения (распечатка с ПЭВМ);figure 2 - visualization of the synthesized image matrix (printout with a PC);

фиг.3 - функции изменения шероховатости рельефа D=Sp/S0 при различных T;figure 3 - function changes in the roughness of the relief D = S p / S 0 at various T;

фиг.4 - последовательность расчета площади рельефа поверхности синтезированной матрицы как суммы площадей мозаики треугольников;4 is a sequence of calculating the surface area of the surface of the synthesized matrix as the sum of the areas of the mosaic of triangles;

фиг.5 - функциональная схема устройства, реализующего способ.5 is a functional diagram of a device that implements the method.

Техническая сущность заявляемого способа состоит в следующем. Накануне удара, вследствие асимметрии приложения сил сжатия и упругой отдачи относительно разлома, возникает момент, приводящий к раскачке очага землетрясения. Характеристики переходного колебательного процесса: период колебаний и скорость нарастания амплитуды раскачки (см., например, "Способ предсказания землетрясений", Патент RU № 2.204.852, 2003 г.) содержат информацию о параметрах предстоящего удара. Чем больше колебательная масса очага и запасенная потенциальная энергия, тем больше период колебаний и магнитуда предстоящего землетрясения. Раскачка очага сопровождается выделением из земной коры ионизированных газов, образованием в атмосфере нескомпенсированного электрического заряда и возникновением над эпицентральной областью вертикального электростатического поля напряженностью в несколько кВ/м [см, например, "Краткосрочный прогноз катастрофических землетрясений с помощью радиофизических наземно-космических методов", Доклады конференции, ОИФЗ им. О.Ю.Шмидта, РАН, М., 1998 г., стр. 27, рис 1].The technical essence of the proposed method is as follows. On the eve of the impact, due to the asymmetry of the application of compression forces and elastic recoil relative to the fault, a moment arises leading to the buildup of the earthquake source. The characteristics of the transient oscillatory process: the period of oscillations and the rate of increase of the buildup amplitude (see, for example, “Method for predicting earthquakes”, Patent RU No. 2.204.852, 2003) contain information about the parameters of the impending impact. The larger the vibrational mass of the source and the stored potential energy, the longer the oscillation period and magnitude of the upcoming earthquake. The buildup of the focus is accompanied by the release of ionized gases from the earth’s crust, the formation of an uncompensated electric charge in the atmosphere and the appearance of a vertical electrostatic field of several kV / m over the epicentral region [see, for example, “Short-term forecast of catastrophic earthquakes using radiophysical ground-space methods”, Reports conferences, OFIF them. O. Yu. Schmidt, RAS, M., 1998, p. 27, Fig. 1].

Наличие вертикального электростатического поля над поверхностью очага вызывает поляризацию молекул водяного пара, содержащегося в атмосфере. Исходя из классического принципа взаимодействия электромагнитного поля с веществом [см., например, "Преломление света". Физический энциклопедический словарь, под редакцией А.М. Прохорова, Из-во Сов.энциклопед., М., 1983 г., стр. 168] электроны и атомы вещества под действием световой волны совершают вынужденные колебания. Коэффициент преломления вещества (атмосферы) для падающего светового потока зависит как от концентрации вторичных излучателей в веществе, так и от соотношения длин волн падающего светового потока и собственного излучения вторичных вибраторов.The presence of a vertical electrostatic field above the source surface causes the polarization of water vapor molecules contained in the atmosphere. Based on the classical principle of the interaction of an electromagnetic field with matter [see, for example, Refraction of Light. Physical Encyclopedic Dictionary, edited by A.M. Prokhorova, Izov. Encyclopedia, Moscow, 1983, p. 168] electrons and atoms of a substance undergo a forced oscillation under the influence of a light wave. The refractive index of a substance (atmosphere) for an incident light flux depends both on the concentration of the secondary emitters in the substance and on the ratio of the wavelengths of the incident light flux and the intrinsic radiation of the secondary vibrators.

Чем больше величина электростатического поля над поверхностью очага, тем выше плотность зарядов, наведенных поляризацией молекул воды, тем больше диэлектрическая проницаемость ε и коэффициент преломления среды.The greater the magnitude of the electrostatic field above the surface of the source, the higher the density of charges induced by the polarization of water molecules, the greater the dielectric constant ε and the refractive index of the medium.

В результате вторичного переизлучения подающего светового потока дипольно-ориентированными молекулами воды наблюдается уменьшение альбедо поверхности над очагом землетрясения. Причем, если длина волны падающего светового потока приближается к длине молекул воды, что имеет место в сине-фиолетовой части видимого диапазона, то коэффициент преломления дополнительно возрастает.As a result of the secondary reradiation of the supplying light flux by dipole-oriented water molecules, a decrease in the surface albedo above the earthquake source is observed. Moreover, if the wavelength of the incident light flux approaches the length of the water molecules, which takes place in the blue-violet part of the visible range, then the refractive index increases further.

Резонансное переизлучение света дипольно-ориентировочными молекулами воды приводит к поляризации волн отраженного светового потока. Это означает, что альбедо поверхности очага землетрясения по величине и направлению в пространстве пропорционально величине электрического поля и направлению электрических силовых линий этого поля над очагом. Изменение альбедо поверхности очага (А%) и поляризации светового потока (φ°) от величины вертикального электростатического поля в атмосфере иллюстрируется фиг. 1. При приеме отраженного светового потока по двум взаимно-ортогональным по поляризации каналам, разница в поляризации сигналов преобразуется в разницу амплитуд пикселей идентичных участков изображений в этих каналах. Для подчеркивания контраста осуществляют попиксельное совмещение получаемых изображений в ортогональных по поляризации каналах приема. Предварительно вычисляют математическое ожидание амплитуд сигнала изображений в каждом канале. Синтезированную матрицу изображения формируют из попиксельных отношений амплитуд сигналов с большим математическим ожиданием к меньшему.Resonant re-emission of light by dipole-orienting water molecules leads to polarization of the waves of the reflected light flux. This means that the albedo of the surface of the earthquake source in magnitude and direction in space is proportional to the magnitude of the electric field and the direction of the electric lines of force of this field above the source. The change in the albedo of the source surface (A%) and the polarization of the light flux (φ °) from the magnitude of the vertical electrostatic field in the atmosphere is illustrated in FIG. 1. When receiving the reflected light flux through two channels mutually orthogonal in polarization, the difference in signal polarization is converted into the difference in pixel amplitudes of identical image sections in these channels. To emphasize the contrast, pixel-by-pixel combination of the obtained images is carried out in the reception channels orthogonal in polarization. The mathematical expectation of the amplitudes of the image signal in each channel is preliminarily calculated. The synthesized image matrix is formed from pixel-by-pixel ratios of signal amplitudes with a higher mathematical expectation to a smaller one.

Естественный солнечный свет не поляризован. Поэтому отношения амплитуд пикселей изображений неполяризованного светового потока близко к единице, а рельеф поверхности результирующей матрицы изображения практически гладкий. На фиг.2 видно, что по периферии очага ярость изображения мала, а тон практически темный. Достаточная изрезанность (шероховатость) синтезированного изображения, наоборот, свидетельствует о поляризуемости отраженного от поверхности очага светового потока. Тон изображения на фиг.2 в центре очага более светлый. Степень изрезанности амплитуды пикселей синтезированной матрицы изображения очага содержит информацию о параметрах ожидаемого удара. Чем выше напряженность вертикального электрического поля над очагом, тем выше поляризуемость отраженного светового потока и тем больше изрезанность рельефа (или турбулентность результирующего сигнала).Natural sunlight is not polarized. Therefore, the ratio of the amplitudes of the pixels of the images of the unpolarized light flux is close to unity, and the surface topography of the resulting image matrix is almost smooth. Figure 2 shows that on the periphery of the focus the image fury is small, and the tone is almost dark. Sufficient roughness (roughness) of the synthesized image, on the contrary, indicates the polarizability of the light flux reflected from the surface of the focus. The tone of the image in figure 2 in the center of the focus is lighter. The degree of indentation of the amplitude of the pixels of the synthesized image matrix of the source contains information about the parameters of the expected impact. The higher the intensity of the vertical electric field above the source, the higher the polarizability of the reflected light flux and the greater the roughness of the relief (or turbulence of the resulting signal).

В качестве статистически устойчивого признака - предвестника грядущего землетрясения предлагается использовать площадь рельефа поверхности синтезированной матрицы изображения.It is proposed to use the surface area of the surface of the synthesized image matrix as a statistically stable sign - a harbinger of an impending earthquake.

Поскольку площадь рельефа в каждом конкретном случае зависит от площади наблюдаемого очага (размеров матрицы изображения из |m×n| пикселей), вводят относительную величину, характеризующую только "шероховатость" рельефа: D=Sp/S0, где Sp - расчетная площадь рельефа, S0 - площадь прямоугольника, равная произведению числа строк (m) на число столбцов (n) и на площадь одного пикселя изображения. Интервал изменения функции D достаточно широк, что предопределяет высокую чувствительность способа к введенному показателю.Since the relief area in each case depends on the area of the observed focus (image matrix sizes of | m × n | pixels), a relative value is introduced that characterizes only the "roughness" of the relief: D = S p / S 0 , where S p is the calculated area topography, S 0 is the area of the rectangle equal to the product of the number of rows (m) by the number of columns (n) and the area of one image pixel. The interval of change of function D is wide enough, which determines the high sensitivity of the method to the entered indicator.

Раскачка очага землетрясения (а вместе с ней интенсивное выделение ионизированных газов в атмосферу) продолжается до тех пор, пока динамический напор колебательной массы не превысит предел прочности земной коры, при которой наступает ее разрыв, скол, сопровождаемый ударом. Поскольку "вспарывание" очага землетрясения происходит при одних и тех же значениях предельной прочности земной коры, то существует предел (D0), к которому стремится связанная с данным процессом функция шероховатости рельефа изображения. Динамика изменения функции площади рельефа содержит информацию о магнитуде и времени удара. Связь между динамикой процесса (скоростью) и самой функцией представляется дифференциальным уравнением первой степени. Известно [см., например, Н.С.Пискунов, "Дифференциальное и интегральное исчисления" для Втузов, учебник, 5-е изд., М., Наука, 1964 г., стр 443-451], что общим решением дифференциального уравнения первой степени является экспонента. Начальные условия для численного решения дифференциального уравнения определяют по двум последовательным во времени, снимкам отслеживаемого очага. Из свойств экспонента следует, см. фиг.3):The buildup of the earthquake source (and with it the intense release of ionized gases into the atmosphere) continues until the dynamic pressure of the vibrational mass exceeds the tensile strength of the earth's crust, at which its rupture occurs, cleavage, accompanied by an impact. Since the "tearing up" of the earthquake source occurs at the same values of the ultimate strength of the earth's crust, there is a limit (D 0 ) to which the roughness function of the image relief associated with this process tends. The dynamics of the change in the function of the relief area contains information on the magnitude and time of the impact. The relationship between process dynamics (speed) and the function itself is represented by a differential equation of the first degree. It is known [see, for example, N. S. Piskunov, “Differential and Integral Calculus” for Technical Schools, textbook, 5th ed., M., Nauka, 1964, pp. 443-451], that a general solution of the differential equation The first degree is the exhibitor. The initial conditions for the numerical solution of the differential equation are determined by two consecutive in time, images of the tracked focus. From the properties of the exhibitor follows, see figure 3):

где t2-t1=Δt, интервал времен

Figure 00000005
where t 2 -t 1 = Δt, time interval
Figure 00000005

и между двумя последовательными съемками, час;and between two consecutive shootings, an hour;

D1D2 - вычесленные функции шероховатости рельефа в моменты t1t2;D 1 D 2 - calculated functions of the roughness of the relief at moments t 1 t 2 ;

Т - постоянная экспоненты (начальные условия).T is the exponent constant (initial conditions).

Величину D0 вычисляют апостериори, по серии состоявшихся землетрясений.The value of D 0 is calculated a posteriori by a series of earthquakes.

Множество решений исходного дифференциального уравнения при различных значениях постоянной экспоненты иллюстрируется фиг.3. Постоянная экспоненты характеризует переходный колебательный процесс от момента начала раскачки очага до удара. Чем больше колебательная масса очага, тем постоянная времени процесса T больше. Существует формула Гутенберга-Рихтера, связывающая время существования признака-предвестника (t) с магнитудой ожидаемого землетрясения М [см., например, «Краткосрочный прогноз катастрофических землетрясений с помощью радиофизических, наземно-космических методов», Доклады конференции, ОИФЗ им. О.Ю.Шмидта, РАН, М., 1988 г., стр.10].The set of solutions of the original differential equation for various values of the constant exponent is illustrated in Fig.3. The exponent constant characterizes the transitional oscillatory process from the moment the start of the buildup of the source to the impact. The larger the vibrational mass of the source, the greater the process time constant T. There is a Gutenberg-Richter formula relating the lifetime of the precursor sign (t) to the magnitude of the expected earthquake M [see, for example, “Short-term forecast of catastrophic earthquakes using radiophysical, ground-space methods”, Conference reports, UIFZ im. O. Yu. Schmidt, RAS, M., 1988, p. 10].

Для сейсмических волн эта зависимость имеет вид:For seismic waves, this dependence has the form:

lgt[cут]=0,54M-3,37.lgt [s] = 0.54M-3.37.

Время существования признака предвестника определяют из свойств экспоненты. С вероятностью 0,99 экспонента достигает предельной величины при t=4,6Т. Таким образом, время удара, отсчитываемое от момента нарушения «гладкости» рельефа, составит величину tу=4,6T.The lifetime of the precursor sign is determined from the properties of the exponent. With a probability of 0.99, the exponent reaches its limit value at t = 4.6T. Thus, the impact time, measured from the moment of violation of the "smoothness" of the relief, will be the value of t y = 4,6T.

Саму постоянную T находят из вышеприведенной зависимости вычислением значений D1 и D2 шероховатости рельефа на моменты съемки t1,t2.The constant T itself is found from the above dependence by calculating the values of the relief roughness D 1 and D 2 at the shooting times t 1 , t 2 .

Всю площадь рельефа представляют мозаикой треугольников. Площадь каждого треугольника вычисляют по формуле Герона:The entire relief area is represented by a mosaic of triangles. The area of each triangle is calculated by the Heron formula:

Figure 00000006
Figure 00000006

где:

Figure 00000007
- полупериметр сторон. В свою очередь длину каждой из сторон треугольника находят по теореме Пифагора при известных разрешениях на пиксел (Δx, Δу) и шаге квантования амплитуды сигнала (А) синтезированной матрицы:Where:
Figure 00000007
- half perimeter of the parties. In turn, the length of each side of the triangle is found by the Pythagorean theorem with known pixel resolutions (Δ x , Δ y ) and the quantization step of the signal amplitude (A) of the synthesized matrix:

Figure 00000008
Figure 00000008

Последовательность вычисления площади рельефа иллюстрируется фиг.4. Матрицу изображения, последовательно, от начала, разбивают на фрагменты по четыре смежных пиксела. Главной диагональю 1-4 (сверху вниз направо) четырехугольник делят на два смежных треугольника.The sequence of calculating the relief area is illustrated in figure 4. The image matrix, sequentially, from the beginning, is divided into fragments of four adjacent pixels. The main diagonal 1-4 (from top to bottom) divides the quadrangle into two adjacent triangles.

Вычисляют площадь каждого из треугольников, а затем суммируют результат по всей мозаике треугольников. Расчет осуществляют программным методом на ПЭВМ. Программа вычислений приведена в примере реализации способа.The area of each of the triangles is calculated, and then the result is summed over the entire mosaic of triangles. The calculation is carried out by software on a PC. The calculation program is shown in the example implementation of the method.

Пример реализации способа.An example implementation of the method.

Заявляемый способ может быть реализован по схеме фиг.5. Функциональная схема устройства фиг.5 содержит орбитальную станцию 1, типа МКС, с установленными на ее борту цифровыми соосными, ортогональными по поляризации телекамерами 2,3, типа BYP-30 (Япония), принимающих отраженный световой поток от подстилающей поверхности.The inventive method can be implemented according to the scheme of figure 5. The functional diagram of the device of FIG. 5 contains an orbital station 1, of the ISS type, with digital coaxial digital cameras orthogonal to the polarization 2,3, type BYP-30 (Japan), mounted on its board, receiving reflected light flux from the underlying surface.

Полученные в каналах приема изображения записываются на бортовой магнитофон 5 типа «Нива». Съемку запланированных сейсмических регионов осуществляют по программам или разовым командам, закладываемым в бортовой комплекс управления 6, передаваемым из центра управления (ЦУП) 7.The images received in the reception channels are recorded on the Niva type 5 on-board tape recorder. The survey of the planned seismic regions is carried out according to the programs or one-time commands laid down in the onboard control complex 6 transmitted from the control center (MCC) 7.

Отснятые (по целеуказаниям из ЦУПа) кадры изображений поверхности отслеживаемых очагов передают по оперативному каналу связи (8) на наземный пункт ретрансляции сообщений 9, где осуществляют запись на видеомагнитофон 10 типа «Арктур». Скомпонованные файлы информации (вместе со служебными признаками, время съемки, координаты) перегоняются в Геофизический Центр МЧС 11, где создается долговременный архив 12 всех снятых очагов землетрясений, на базе стримеров, типа FT-120. Обработку полученных изображений очагов, по операциям заявляемого способа осуществляют на ПЭВМ 13 в стандартном наборе элементов: процессора 14, оперативного ЗУ 15, винчестера 16, дисплея 17, принтера 18, клавиатуры 19. По результатам обработки снимков, выделения и отслеживания динамики изменения признака-предвестника создают базу эталонных данных 20, которую выводят на сервер 21 сети «Интернет».The captured (by target designation from the MCC) image frames of the surface of the monitored foci are transmitted via the operational communication channel (8) to the ground-based relay station 9, where they are recorded on an Arktur video recorder 10. The compiled information files (along with service signs, time taken, coordinates) are transferred to the Geophysical Center of the Ministry of Emergencies 11, where a long-term archive of 12 all captured earthquake sources is created, based on streamers, such as FT-120. The processing of the obtained images of the foci, according to the operations of the proposed method, is carried out on a PC 13 in a standard set of elements: a processor 14, an operational memory 15, a hard drive 16, a display 17, a printer 18, a keyboard 19. According to the results of image processing, highlighting and tracking the dynamics of the sign of the precursor create a database of reference data 20, which is displayed on the server 21 of the Internet.

Полученные в поляризационных каналах съемки 2, 3 изображения вводят в ПЭВМ 13, из которых формируют синтезированную матрицу. Вычисление синтезированной матрицы по известному алгоритму попиксельного отношения амплитуд представляется стандартной математической операцией, входящей в комплект специализированного программного обеспечения MATH САД 7.0 PLUS [см., например, MATH САД, издание второе стереотипное, Информиздат, дом. Филинъ, М., 1997 г., Векторизация элементов матрицы, стр.211]. Исходная синтезированная матрица (фиг.2) содержала 512 строк и 480 столбцов, полученная в каналах видеосъемки с разрешением Δх=Δу=120 м на пиксель. При этом площадь поверхности очага на местности равнаObtained in the polarization channels of the survey 2, 3 images are injected into a PC 13, from which the synthesized matrix is formed. The calculation of the synthesized matrix by the well-known algorithm of the pixel-by-pixel ratio of amplitudes is represented by the standard mathematical operation included in the specialized software package MATH CAD 7.0 PLUS [see, for example, MATH CAD, the second stereotyped publication, Informizdat, house. Filin, M., 1997, Vectorization of matrix elements, p. 211]. The original synthesized matrix (figure 2) contained 512 rows and 480 columns obtained in the video channels with a resolution of Δx = Δy = 120 m per pixel. Moreover, the surface area of the outbreak on the ground is

S0=[512×120×480×120]≈356 км2.S 0 = [512 × 120 × 480 × 120] ≈356 km 2 .

Амплитуда пикселей квантовалась в стандартной шкале 0...256 уровней.The amplitude of the pixels was quantized in a standard scale of 0 ... 256 levels.

Поскольку в расчетах используется относительная величине поверхности рельефа S/S0, то площадь треугольника вычисляют в единицах произведения разрешения пикселя на глубину изображения, т.е. шаге квантования, равном 1 м. Вычисление площади рельефа осуществляют программным методом, по специально разработанной программе.Since the calculation uses the relative size of the relief surface S / S 0 , the area of the triangle is calculated in units of the product of the pixel resolution by the image depth, i.e. a quantization step equal to 1 m. Calculation of the relief area is carried out by the software method, according to a specially developed program.

Текст программы расчета площади рельефа.The text of the program for calculating the relief area.

Program SqrGeron;Program SqrGeron;

Const maxx=1000;Const maxx = 1000;

Var S:real;Var S: real;

Ss:string;Ss: string;

St1, st2:array [1...maxx] of byte;St1, st2: array [1 ... maxx] of byte;

F:text;F: text;

i,j kolx:integer;i, j kolx: integer;

dx, dy, dh:real;dx, dy, dh: real;

procedure SqrSqr (var S:real; x1, x2, y2:real;procedure SqrSqr (var S: real; x1, x2, y2: real;

h11,h12,h21,h22:byte);h11, h12, h21, h22: byte);

var dS, dS1, dS2:real;var dS, dS1, dS2: real;

function Geron (x1, y1, h1, x2, y2, h2, x3, y3, h3:real):real;function Geron (x1, y1, h1, x2, y2, h2, x3, y3, h3: real): real;

var 112, 123, 131, p:real;var 112, 123, 131, p: real;

beginbegin

112:=sqrt (sqr(x1-x2)+sqr(y1-y2)+sqr(h1-h2));112: = sqrt (sqr (x1-x2) + sqr (y1-y2) + sqr (h1-h2));

123:=sqrt (sqr(x2-x3)+sqr(y2-y3)+sqr(h2-h3));123: = sqrt (sqr (x2-x3) + sqr (y2-y3) + sqr (h2-h3));

131:=sqrt (sqr(x3-x1)+sqr(y3-y1)+sqr(h3-h1));131: = sqrt (sqr (x3-x1) + sqr (y3-y1) + sqr (h3-h1));

p:=(112+123+131)/2;p: = (112 + 123 + 131) / 2;

Geron:=sqrt (p*(p-112)*(p-123)*(p-131));Geron: = sqrt (p * (p-112) * (p-123) * (p-131));

end;end;

beginbegin

dS1:=0;dS1: = 0;

if (h11<>255) and (h12<>255) and (h21<>255) thenif (h11 <> 255) and (h12 <> 255) and (h21 <> 255) then

dS1:=dS1+Geron (x1, y1, h11*dh, x2, y1, h12*dh, x1, y2, h21*dh);dS1: = dS1 + Geron (x1, y1, h11 * dh, x2, y1, h12 * dh, x1, y2, h21 * dh);

if(h22<>255) and (h12<>255) and (h21<>255) thenif (h22 <> 255) and (h12 <> 255) and (h21 <> 255) then

dS1:=dS1+Geron (x2, y2, h22*dh, x2, y1, h12*dh, x1, y2, h21*dh);dS1: = dS1 + Geron (x2, y2, h22 * dh, x2, y1, h12 * dh, x1, y2, h21 * dh);

dS2:=0;dS2: = 0;

if (h11<>255) and (h12<>255) and (h22<>255) thenif (h11 <> 255) and (h12 <> 255) and (h22 <> 255) then

dS2:=dS2+Geron (x1, y1, h11*dh, x2, y1, h12*dh, x2, y2, h22*dh);dS2: = dS2 + Geron (x1, y1, h11 * dh, x2, y1, h12 * dh, x2, y2, h22 * dh);

if(h22<>255) and (h11<>255) and (h21<>255) thenif (h22 <> 255) and (h11 <> 255) and (h21 <> 255) then

dS2:=dS2+Geron (x2, y2, h22*dh, x1, y1, h11*dh, x1, y2, h21*dh);dS2: = dS2 + Geron (x2, y2, h22 * dh, x1, y1, h11 * dh, x1, y2, h21 * dh);

if dS1>0 then dS:=dS1;if dS1> 0 then dS: = dS1;

if(dS2>0) and (dS2<dS) then dS:=dS2;if (dS2> 0) and (dS2 <dS) then dS: = dS2;

S:=S+dSS: = S + dS

end;end;

begin {main}begin {main}

S:=0;S: = 0;

repeatrepeat

writeln (Enter file name, please');writeln (Enter file name, please ');

readln (ss);readln (ss);

assign (f, ss);assign (f, ss);

{SI-} reset (f);{SI+}{SI-} reset (f); {SI +}

i:=IOresult;i: = IOresult;

until i=0;until i = 0;

writeln ('Enter dx, dy,dh');writeln ('Enter dx, dy, dh');

readln (dx, dy, dh);readln (dx, dy, dh);

kolx:=l;kolx: = l;

if not eof (f) thenif not eof (f) then

while not eoln (f) or (kolx>maxx) do beginwhile not eoln (f) or (kolx> maxx) do begin

read (f, st1[kolx]); kolx:=kolx+1;read (f, st1 [kolx]); kolx: = kolx + 1;

end;end;

if eoln(f) then begin;if eoln (f) then begin;

readln (f);readln (f);

j:=1;j: = 1;

while not eof (f) do beginwhile not eof (f) do begin

for i:=1 to kolx do read (f, st2[i]);for i: = 1 to kolx do read (f, st2 [i]);

for i:=1 to kolx-1 dofor i: = 1 to kolx-1 do

SqrSqr (S, 0, dx, 0, dy, st1[i], st1[i+1], st2[i], st2[i+1]);SqrSqr (S, 0, dx, 0, dy, st1 [i], st1 [i + 1], st2 [i], st2 [i + 1]);

readln (f);readln (f);

St1:=st2;St1: = st2;

j:=j+1;j: = j + 1;

end;end;

end else writeln ('Very short array');end else writeln ('Very short array');

close (f);close (f);

assign (f, 'result.txt');assign (f, 'result.txt');

rewrite (f);rewrite (f);

writeln (f, 'file name -', ss);writeln (f, 'file name -', ss);

writeln (f, dx=', dx:10:5, 'dy:10:5, 'dh=',dh:10:5);writeln (f, dx = ', dx: 10: 5,' dy: 10: 5, 'dh =', dh: 10: 5);

writeln (f, 'Strok -'j:5, 'Stolb -', kolx);writeln (f, 'Strok -'j: 5,' Stolb - ', kolx);

writeln (f, 'Area of region is', S:10:2);writeln (f, 'Area of region is', S: 10: 2);

writeln ('file name -', ss);writeln ('file name -', ss);

writeln ('dx=', dx:10:5, 'dy=', dy:10:5, 'dh=', dh:10:5);writeln ('dx =', dx: 10: 5, 'dy =', dy: 10: 5, 'dh =', dh: 10: 5);

writeln ('Strok -', j:5, 'Stolb -', kolx);writeln ('Strok -', j: 5, 'Stolb -', kolx);

writeln ('Area of region is', S:10:2);writeln ('Area of region is', S: 10: 2);

close (f)close (f)

end. {main}end. {main}

Съемка осуществлялась в зоне видимости МКС с наземного пункта в начале зоны (на первом витке) и в конце зоны (на третьем витке). Интервал времени между двумя последовательными съемками составил: 1,5 часа на виток × 2=3 часа. Отношение

Figure 00000009
в полученных снимках составило 2,2. Откуда постоянная экспоненты T=3/ln2,2=4,25 часов.The survey was carried out in the visibility range of the ISS from a ground station at the beginning of the zone (at the first turn) and at the end of the zone (at the third turn). The time interval between two consecutive surveys was: 1.5 hours per revolution × 2 = 3 hours. Attitude
Figure 00000009
in the resulting images was 2.2. From where does the exponent constant T = 3 / ln2.2 = 4.25 hours.

Ожидаемое время удара ty=4,25×4,6=19,5=0,82 суток. Ожидаемая магнитуда удара lg0,82=0,54М-3,37. М=6,1 балла. Большой диапазон изменения признака-предвестника в виде площади рельефа поверхности синтезированной матрицы (порядка 12) и репрезентативность выборки измерений [(объем m×n) отсчетов] обеспечивают высокую чувствительность и статистическую устойчивость рассмотренного способа прогнозирования.The expected impact time t y = 4.25 × 4.6 = 19.5 = 0.82 days. The expected impact magnitude is lg0.82 = 0.54M-3.37. M = 6.1 points. A large range of changes in the precursor attribute in the form of the surface area of the synthesized matrix (about 12) and the representativeness of the measurement sample [(volume m × n) samples] provide high sensitivity and statistical stability of the forecasting method considered.

Claims (1)

Способ прогнозирования параметров землетрясения, включающий получение изображений очага по двум взаимно ортогональным по поляризации каналам съемки, формирование синтезированной матрицы изображения из попиксельных амплитуд сигналов поляризационных каналов, обработку матрицы синтезированного изображения, отличающийся тем, что съемку средствами орбитального комплекса осуществляют в режиме с равными промежутками времени Δt между смежными витками, вычисляют математическое ожидание сигналов изображений поляризационных каналов, синтезированную матрицу формируют из попиксельных отношений амплитуд сигнала с большим математическим ожиданием к меньшему, последовательно от начала синтезированной матрицы разбивают изображения на фрагменты по четыре смежных пиксела, делят каждый четырехугольник диагональю на два смежных треугольника и по формуле Герона вычисляют их площади, находят площадь рельефа (Sp) поверхности изображения как сумму площадей мозаики треугольников всех фрагментов, по серии последовательных во времени снимков очага отслеживают динамику изменения функции D=Sp/S0 шероховатости рельефа, по зависимости
Figure 00000010
вычисляют постоянную экспоненты Т наблюдаемого процесса, рассчитывают ожидаемое время удара tу≅4,6T и его магнитуду (М) из соотношения lgty[сут]=0,54М-3,37, где t2-t1=Δt - интервал времени между двумя последовательными съемками, ч; D1, D2 - вычисленные функции шероховатости рельефа в моменты t1, t2; D0 - предел шероховатости площади рельефа, при котором происходит «вспаривание» очага; S0 - площадь синтезированной матрицы изображения из |m×n| пикселей.
A method for predicting earthquake parameters, including obtaining focal images from two survey channels mutually orthogonal in polarization, generating a synthesized image matrix from pixel-by-pixel amplitudes of the polarization channel signals, processing the synthesized image matrix, characterized in that the shooting by means of the orbital complex is carried out in a mode with equal time intervals Δt between adjacent turns, calculate the mathematical expectation of the image signals of the polarization channels, syn ezirovannuyu matrix form of pixel-wise relationships amplitude signal with great expectation to smaller sequentially from the beginning of the synthesized matrix divide images into fragments of four adjacent pixel, divide each rectangle a diagonal of two adjacent triangles and Heron's formula calculating their area, find relief area (S p ) image surfaces as the sum of the areas of the mosaic of triangles of all fragments, according to a series of successive time-domain images of the focus, the dynamics of change is monitored function D = S p / S 0 surface roughness, depending
Figure 00000010
calculate the exponent constant T of the observed process, calculate the expected impact time t at ≅4.6T and its magnitude (M) from the relation logt y [days] = 0.54M-3.37, where t 2 -t 1 = Δt is the time interval between two consecutive shoots, h; D 1, D 2 are the calculated functions of the roughness of the relief at moments t 1 , t 2 ; D 0 is the roughness limit of the relief area at which the “vaporization” of the focus occurs; S 0 is the area of the synthesized image matrix from | m × n | pixels.
RU2003132110/28A 2003-11-04 2003-11-04 Method of predicting parameters of earthquake RU2254599C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003132110/28A RU2254599C1 (en) 2003-11-04 2003-11-04 Method of predicting parameters of earthquake

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003132110/28A RU2254599C1 (en) 2003-11-04 2003-11-04 Method of predicting parameters of earthquake

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003132110A RU2003132110A (en) 2005-04-20
RU2254599C1 true RU2254599C1 (en) 2005-06-20

Family

ID=35634534

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003132110/28A RU2254599C1 (en) 2003-11-04 2003-11-04 Method of predicting parameters of earthquake

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2254599C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468394C2 (en) * 2007-03-23 2012-11-27 Аркекс Лимитед System for adjusting surface topography

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468394C2 (en) * 2007-03-23 2012-11-27 Аркекс Лимитед System for adjusting surface topography
US8359162B2 (en) 2007-03-23 2013-01-22 Arkex Limited Terrain correction systems

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003132110A (en) 2005-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wei et al. The 2014 M w 6.1 South Napa earthquake: A unilateral rupture with shallow asperity and rapid afterslip
Melgar et al. Local tsunami warnings: Perspectives from recent large events
Rolland et al. Detection and modeling of Rayleigh wave induced patterns in the ionosphere
Ji et al. Slip history of the 2003 San Simeon earthquake constrained by combining 1‐Hz GPS, strong motion, and teleseismic data
Meng et al. Upper atmospheric responses to surface disturbances: An observational perspective
Hudnut et al. High-resolution topography along surface rupture of the 16 October 1999 Hector Mine, California, earthquake (M w 7.1) from airborne laser swath mapping
Garcia et al. Three-dimensional ionospheric tomography of post-seismic perturbations produced by the Denali earthquake from GPS data
Watters et al. The mechanical and thermal structure of Mercury's early lithosphere
Wang et al. The 2015 M w 6.0 Mt. Kinabalu earthquake: an infrequent fault rupture within the Crocker fault system of East Malaysia
Reilinger et al. Geodetic constraints on the geodynamic evolution of the Red Sea
Binet et al. Horizontal coseismic deformation of the 2003 Bam (Iran) earthquake measured from SPOT‐5 THR satellite imagery
Durand et al. On the link between external forcings and slope instabilities in the Piton de la Fournaise Summit Crater, Reunion Island
Sciotto et al. Unravelling the links between seismo-acoustic signals and eruptive parameters: Etna lava fountain case study
Toprak et al. Comparison of horizontal ground displacements in Avonside area, Christchurch from air photo, LiDAR and satellite measurements regarding pipeline damage assessment
Michel et al. Coseismic surface deformation from air photos: The Kickapoo step over in the 1992 Landers rupture
Allen Earthquakes, early and strong motion warning
Walter et al. Joint analysis of the Super-Sauze (French Alps) mudslide by nanoseismic monitoring and UAV-based remote sensing
Elliott et al. Coseismic deformation of the 2002 Denali fault earthquake: Contributions from synthetic aperture radar range offsets
Yin et al. Earthquake magnitude with DAS: A transferable data‐based scaling relation
Junaid et al. Quantification of Rock Mass Condition Based on Fracture Frequency Using Unmanned Aerial Vehicle Survey for Slope Stability Assessment
Gigli et al. A method for full three-dimensional kinematic analysis of steep rock walls based on high-resolution point cloud data
Fang et al. Comprehensive assessment of the performance of a multismartphone measurement system for landslide model test
Li et al. Measurement of sprite streamer acceleration and deceleration
RU2254599C1 (en) Method of predicting parameters of earthquake
Milliner et al. Fault friction derived from fault bend influence on coseismic slip during the 2019 Ridgecrest Mw 7.1 mainshock

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051105