Традиционные методы обнаружения землетрясений, полагающиеся на сейсмометры, сталкиваются с ограничениями в области покрытия. Развитие технологий открыло новую перспективу: использование широко распространенных оптоволоконных сетей в качестве огромного количества сейсмических датчиков. Но, несмотря на огромный потенциал, интерпретация данных, устранение шумов и эффективная обработка данных от оптоволоконных кабелей, представляли собой серьезные препятствия. Новейший физический алгоритм преодолевает эти препятствия, открывая путь к более точной и ранней регистрации землетрясений, а также к наблюдению за целым рядом сейсмических явлений.
Проблема заключалась в том, что хотя оптоволоконные кабели способны улавливать сейсмические волны посредством технологии распределенного акустического зондирования (DAS), сложная геометрия сетей, помехи от городского шума, различная чувствительность DAS и сейсмометров, а также огромные объемы данных, требующие обработки в режиме реального времени, ограничивали их практическое применение. DAS-системы, в отличие от сейсмометров, чувствительны только к деформациям вдоль оси волокна, что затрудняет точное определение трехмерного движения грунта, а также дифференциацию между продольными (P) и поперечными (S) волнами.
Решением стал инновационный алгоритм, разработанный под руководством доктора Томаса Хадсона, старшего научного сотрудника ETH Zurich. Этот алгоритм, основанный на физических принципах, обрабатывает данные, поступающие с оптоволоконных кабелей, и интегрирует их с данными сейсмометров. Основной принцип работы алгоритма заключается в миграции энергии, зафиксированной датчиками, обратно для поиска согласованного пика, указывающего на потенциальное землетрясение. Этот метод позволяет эффективно отсеивать помехи и точно определять сейсмические события.
Принцип распределенного акустического зондирования (DAS) основан на использовании оптоволоконных кабелей, проложенных по всему миру для телекоммуникационных нужд, в качестве датчиков вибраций. Кабель действует как длинная цепь сенсоров, способных фиксировать малейшие колебания грунта, вызванные сейсмическими волнами. Такой подход превращает существующую инфраструктуру в глобальную сеть сейсмических датчиков, что значительно расширяет возможности мониторинга.
Преимущества нового подхода многогранны. Во-первых, он обеспечивает более раннее обнаружение землетрясений, что критически важно для систем раннего предупреждения. Во-вторых, он открывает возможности для мониторинга вулканической активности, геотермальной активности и сейсмических событий, связанных с ледниками. В-третьих, благодаря широкой распространенности оптоволоконных сетей, достигается значительное расширение зоны покрытия. Кроме того, совместное использование данных от различных источников (DAS и сейсмометры) повышает точность измерений.
Особенно важно отметить, что новый алгоритм эффективно работает в условиях сильного шума, может быть применен к любой оптоволоконной сети без дополнительной настройки и обрабатывает данные в реальном времени. Это достигается благодаря уникальному методу обработки, который фокусируется на выявлении согласованного пика энергии, соответствующего сейсмическому событию.
Алгоритм предоставляется в открытом доступе, что позволяет научному сообществу использовать его для дальнейших исследований и улучшений. Это делает технологию доступной и ускоряет ее внедрение для решения глобальных проблем, связанных с сейсмической опасностью. Работа, описывающая алгоритм, была опубликована в журнале "Geophysical Journal International".
Исследования, проводимые в ETH Zurich под руководством доктора Томаса Хадсона, демонстрируют значительный прогресс в области сейсмологии. Новый алгоритм использует технологию распределенного акустического зондирования (DAS), которая позволяет регистрировать сейсмические волны, включая P-волны и S-волны, с использованием оптоволоконных кабелей. Это открывает путь к созданию более надежных и эффективных систем раннего предупреждения о землетрясениях и других геофизических явлениях.
Изображение носит иллюстративный характер
Проблема заключалась в том, что хотя оптоволоконные кабели способны улавливать сейсмические волны посредством технологии распределенного акустического зондирования (DAS), сложная геометрия сетей, помехи от городского шума, различная чувствительность DAS и сейсмометров, а также огромные объемы данных, требующие обработки в режиме реального времени, ограничивали их практическое применение. DAS-системы, в отличие от сейсмометров, чувствительны только к деформациям вдоль оси волокна, что затрудняет точное определение трехмерного движения грунта, а также дифференциацию между продольными (P) и поперечными (S) волнами.
Решением стал инновационный алгоритм, разработанный под руководством доктора Томаса Хадсона, старшего научного сотрудника ETH Zurich. Этот алгоритм, основанный на физических принципах, обрабатывает данные, поступающие с оптоволоконных кабелей, и интегрирует их с данными сейсмометров. Основной принцип работы алгоритма заключается в миграции энергии, зафиксированной датчиками, обратно для поиска согласованного пика, указывающего на потенциальное землетрясение. Этот метод позволяет эффективно отсеивать помехи и точно определять сейсмические события.
Принцип распределенного акустического зондирования (DAS) основан на использовании оптоволоконных кабелей, проложенных по всему миру для телекоммуникационных нужд, в качестве датчиков вибраций. Кабель действует как длинная цепь сенсоров, способных фиксировать малейшие колебания грунта, вызванные сейсмическими волнами. Такой подход превращает существующую инфраструктуру в глобальную сеть сейсмических датчиков, что значительно расширяет возможности мониторинга.
Преимущества нового подхода многогранны. Во-первых, он обеспечивает более раннее обнаружение землетрясений, что критически важно для систем раннего предупреждения. Во-вторых, он открывает возможности для мониторинга вулканической активности, геотермальной активности и сейсмических событий, связанных с ледниками. В-третьих, благодаря широкой распространенности оптоволоконных сетей, достигается значительное расширение зоны покрытия. Кроме того, совместное использование данных от различных источников (DAS и сейсмометры) повышает точность измерений.
Особенно важно отметить, что новый алгоритм эффективно работает в условиях сильного шума, может быть применен к любой оптоволоконной сети без дополнительной настройки и обрабатывает данные в реальном времени. Это достигается благодаря уникальному методу обработки, который фокусируется на выявлении согласованного пика энергии, соответствующего сейсмическому событию.
Алгоритм предоставляется в открытом доступе, что позволяет научному сообществу использовать его для дальнейших исследований и улучшений. Это делает технологию доступной и ускоряет ее внедрение для решения глобальных проблем, связанных с сейсмической опасностью. Работа, описывающая алгоритм, была опубликована в журнале "Geophysical Journal International".
Исследования, проводимые в ETH Zurich под руководством доктора Томаса Хадсона, демонстрируют значительный прогресс в области сейсмологии. Новый алгоритм использует технологию распределенного акустического зондирования (DAS), которая позволяет регистрировать сейсмические волны, включая P-волны и S-волны, с использованием оптоволоконных кабелей. Это открывает путь к созданию более надежных и эффективных систем раннего предупреждения о землетрясениях и других геофизических явлениях.
