Спустя десятилетие после начала работы над системой раннего предупреждения о землетрясениях ученые и инженеры доводят до ума прототип на западном побережье США, который в 2018 году может быть использован ограниченным населением.
В двух статьях, опубликованных 6 декабря в журнале Seismological Research Letters, исследователи описывают ключевые компоненты и испытательную платформу для прототипа системы ShakeAlert, который в настоящее время проходит испытания в Калифорнии, Орегоне и Вашингтоне.
Разработка ShakeAlert показала, что густая сеть сейсмических станций, быстрая передача сейсмических данных на центральную станцию обработки и оповещения, быстрые пути распространения информации оповещения среди пользователей, а также обучение и обучение тому, как использовать По словам Моники Колер, сотрудника исследовательского факультета Калифорнийского технологического института на факультете механики и гражданского строительства, оповещения необходимы для надежной системы раннего предупреждения.
Хотя ShakeAlert был разработан для Западного побережья, аналогичная система может быть использована для раннего оповещения о землетрясениях в таких местах, как Аляска, Гавайи и даже в таких местах, как Оклахома, где индуцированные землетрясения являются основным источником сейсмического ущерба. «Мы получаем вопросы вроде «Можем ли мы попробовать вашу систему там, где мы живем?» или «можем ли мы портировать вашу систему?», - сказал Колер. «Теоретический ответ - да, но должны быть определенные ключевые элементы».
Больше станций, выше скорость
ShakeAlert был разработан с использованием сейсмических данных, собранных Advanced National Seismic System (ANSS), национальной коллекцией сейсмических сетей, поддерживаемых Геологической службой США. Около 760 сейсмических станций в настоящее время участвуют в ShakeAlert. По словам Колера, одним из «первоочередных» приоритетов для улучшения раннего предупреждения на Западном побережье будет добавление еще почти 1000 станций в эти сети.
"Части Лос-Анджелеса и Сан-Франциско довольно хорошо покрываются региональными сетевыми станциями, но многие районы Калифорнии, Вашингтона и Орегона не очень хорошо покрыты", - пояснил Колхер. «В работе есть некоторое финансирование, чтобы установить несколько новых станций, но прямо сейчас этого недостаточно для завершения региональных массивов, необходимых для раннего предупреждения о землетрясениях в его наиболее надежной форме».
Чтобы исправить некоторые из этих недостатков, система ShakeAlert тестирует использование «добровольных» акселерометров, в основном в районе Лос-Анджелеса, которые достаточно чувствительны для обнаружения землетрясений и могут быть подключены в офисе или дома. обходя более дорогие разрешения и установку, необходимые для полномасштабной сейсмостанции.
Даже в местах, где уже существует густая сеть станций, некоторым станциям не хватает высокоскоростной и надежной телеметрии - возможностей передачи данных, которые включают в себя все, от радиоволн до спутников и коммерческого интернета для отправки сейсмических сигналов в центр данных процессинговый центр в режиме реального времени.«С заблаговременным предупреждением о землетрясении главное - быстро», - сказал Колер. «Сигналы для центральной обработки должны быть быстрыми, а центр обработки, в свою очередь, должен иметь возможность отправлять предупреждения своим пользователям достаточно быстро, чтобы быть полезным. Часть финансирования, необходимого для раннего предупреждения о землетрясениях, необходимо вложить в обновление существующей телеметрии."
Улучшенные алгоритмы
Алгоритмы ShakeAlert теперь оценивают «точечный источник» землетрясения, но «мы работаем над возможностью включения алгоритмов, которые могут обрабатывать очень сильные землетрясения, которые происходят таким образом, что их нельзя аппроксимировать до одной точки»., - сказал Колер.
Текущая версия системы, по ее словам, менее успешна в предоставлении полезных предупреждений о землетрясениях, которые разрушают длинный участок разлома и развиваются с течением времени, таких как землетрясение Тохоку M9.1 2011 года в Японии.
Команда ShakeAlert также тестировала систему на фоне землетрясений в прошлом и в реальном времени, изучая ее способность определять такие параметры, как магнитуда землетрясения, эпицентр и время возникновения, а также продолжительность задержки между началом землетрясения. землетрясение и время, когда пользователь получает предупреждение.«Но что действительно волнует конечных пользователей, так это то, насколько сильным будет сотрясение земли в их местоположении, поэтому мы также сейчас тестируем алгоритмы, которые могли бы предоставить эти данные», - сказал Колер. «Мы полностью ожидаем, что в будущей версии ShakeAlert оценка сотрясения земли станет одной из основных частей оповещения».
Когда в апреле 2017 года ShakeAlert расширился от Калифорнии до Вашингтона и Орегона, разработчики также создали единый набор алгоритмов, которые можно было использовать на северо-западе Тихого океана, а также в Северной и Южной Калифорнии. Задача, по словам Колера, заключалась в разработке стандартного набора алгоритмов, которые могли бы учитывать различные тектонические условия в каждом регионе, включая морскую зону субдукции на северо-западе Тихого океана и преимущественно береговые разломы в Калифорнии.
Чего хотят пользователи
С самого начала у ShakeAlert была постоянная группа пользователей бета-версии - от государственных учреждений до предприятий, - которые помогали команде ценными отзывами о системе.
Например, команда ShakeAlert узнает больше от своих бета-пользователей о том, насколько неопределенность пользователи будут терпеть в предупреждениях и насколько быстрыми и точными они хотят, чтобы эти предупреждения были. ShakeAlert работает со сторонними компаниями, чтобы решить, как распространять оповещения, какую форму они должны принимать и какая информация содержится в оповещениях - и единого подхода для всех не существует, отметил Колер.
Например, в школе может быть выше терпимость к ложным тревогам - учащиеся потеряют несколько минут обучения, нырнув под свои парты, - но железная дорога или конвейер по сборке машин могут захотеть остановить работу только на время оповещения высокой степени достоверности.
«Мы изучаем, какова их устойчивость к времени оповещения по сравнению с точностью», - сказал Колер. «Потому что чем раньше вы хотите получить оповещение, тем менее точным оно будет. Если вы будете ждать дополнительных данных для создания оповещения, тем точнее оно будет».
Поскольку ShakeAlert становится все более популярным, Колер и ее коллеги надеются, что их документы SRL послужат хорошим напоминанием обо всех элементах, необходимых для систем раннего предупреждения о землетрясениях.
Иногда существует ошибочное мнение, что все, что вам нужно, это хороший алгоритм, или все, что вам нужно, это небольшой набор сейсмометров в интересующем вас регионе, но один из них или даже оба не работают. чтобы продвинуться очень далеко с точки зрения создания надежной системы на большой сейсмоактивной территории», - сказал Колер.