Объединенная сеть сейсмостанций

Единая сеть сейсмических станций (ЕСУ) — комплекс программно-технических средств, предназначенный для определения эпицентра сейсмического события по фактическим исходным данным, получаемым от сейсмостанций установленных на объекте, а также расчета нагрузок на трубопровод от возможных сейсмических воздействий

ЕСУ прежде всего предназначена для объектов, на которых установлены датчики, регистраторы, АРМы и сервера разного производства, обязательное условие использования ЕСУ – в сети должна присутствовать Система контроля сейсмических воздействий (СКСВ ZET 048) компании ZETLAB. Использование ЕСУ обеспечит получение максимально достоверной информации о сейсмических воздействиях, поскольку данные будут приниматься с разных систем, анализ и обработка которых будет производится с помощью разработанного для проекта программного обеспечения. Даже в случае, если одна из систем выйдет из строя или передаст ложную информацию, это не повлияет на работу ЕСУ в целом.

Основные задачи данного проекта:

  • объединение в единую сеть сейсмических станций, обустроенных на объекте;
  • разработка программного продукта, позволяющего формировать исходные входные данные для расчета нагрузок на трубопровод от возможных сейсмических воздействий;
  • расчет нагрузок на заданные участки трубопровода от возможных сейсмических воздействий;
  • определение эпицентра по фактическим данным, получаемым от сейсмостанций.

Единая сеть сейсмических станций предназначена для:

  • регистрации в непрерывном режиме, с привязкой к московскому времени сигналов сейсмоприемников о сейсмической обстановке в зоне нахождения, первичной обработки и хранения цифровой сейсмической информации, а также передачи в диспетчерские пункты по выделенным каналам технологической связи непрерывного потока сейсмических данных;
  • формирования сигнала тревоги «Опасное землетрясение» (вида «сухой контакт») при превышении уровня сейсмического воздействия, эквивалентного 6 баллам по шкале MSK-64 путем выдачи сигнала «сухой контакт» в контроллер линейной телемеханики (ЛТМ) для передачи в ЕСУ либо передачи его по протоколу ModBus TCP в сервер ввода-вывода;
  • расчета координат эпицентра и магнитуды сейсмического события на основе информации, получаемой от сейсмостанций;
  • расчета нагрузок на трубопровод с указанием перечня секций, подвергшихся нагрузкам, превышающим предельно допустимые значения.

Состав одной сейсмостанции

  • три трехкомпонентных акселерометра ВС 1313;
  • сейсморегистратор ZET 048, включающий в себя аналоговый усилитель и АЦП, антенну и модуль Глонасс/GPS;
  • промышленный компьютер с установленным специализированным ПО.

Как работает единая сеть управления контролем сейсмических воздействий

Единая сеть сейсмических станций оснащена сейсмоприемниками, предназначенными для регистрации сейсмических колебаний земли в зоне их установке и преобразования колебаний в электрический сигнал.

Каждая из сейсмостанций регистрирует сигналы с сейсмоприемников, производит их обработку и сохраняет в базе данных полученные результаты. Наряду с этим ведется контроль за работоспособностью сейсмоприемников.

Зарегистрированные сейсмостанцией сигналы, пиковые значения ускорений, времена вступления Р- и S-фаз, рассчитанное эпицентральное расстояние, а также данные о работоспособности сейсмоприемников передаются на сервер СКСВ.

На сервере СКСВ ведётся единая база данных и архивирование всех зарегистрированных данных полученным со всех сейсмостанций.

Результаты обработки передаются на АРМ для их визуализации.

На АРМ отображается:

  • информация о работоспособности сейсмостанций, в том числе – каждого сейсмоприемника;
  • текущие исходные акселерограммы с каждого сейсмоприемника;
  • текущие пиковые значения ускорений по каждой сейсмостанции, и соответствующие им значения интенсивности в баллах по шкале MSK-64;
  • при детектировании сейсмических воздействий как землетрясение, на карте вокруг точки сейсмостанции отображается окружность радиусом, равным эпицентральному расстоянию;
  • при детектировании землетрясений тремя или более сейсмостанциями выводится диалоговое окно, в котором отображаются координаты эпицентра;
  • результаты расчета напряженно-деформированного состояния секций ЛЧ трубопровода.

Обработка информации в сейсмостанциях

Сейсмоприемники преобразуют виброускорение, воздействующее на их корпуса, в электрический сигнал, пропорциональный ускорению, который подаётся на сейсморегистратор, который входит в состав сейсмостанции. В сейсморегистраторе выполняется аналогово-цифровое преобразование сигнала, первичная фильтрация цифровым полосовым фильтром от 1 до 10 Гц, а также привязка сигнала к системе точного времени. Затем сигналы передаются в промышленный компьютер входящий в состав сейсмостанции, который выполняет необходимые расчёты эпицентрального расстояния и уровня зарегистрированного сейсмического события.

В непрерывном режиме на каждой сейсмостанции выполняются вычисления текущих пиковых значений ускорений. В случае регистрации сейсмического события при котором обнаружено превышение соответствующих пороговых значений ускорения 0,037 м/с2 (для 3 баллов по MSK-64) и 0,3 м/с2 (для 6 баллов по MSK-64) сейсмостанцией формируются сигналы типа «сухой контакт» 3 и 6 баллов соответственно.

Сейсмостанции регистрируют событие как «землетрясение» если зарегистрировано сейсмическое событие по сигналам не менее чем от двух сейсмоприемников подключенным к сейсмостанции. Исключение составляет сейсмостанции сторонних производителей, оснащенные одним сейсмоприемником. Такие сейсмостанции используется в качестве дублирующей и в дальнейшей обработке информации в составе СКСВ не используется.

Принцип определения координат эпицентра землетрясения

При регистрации сейсмического события сейсмостанция производит его детектирование на причастность к землетрясению и в случае если было установлено, что характер сигнала соответствует землетрясению, сейсмостанция рассчитывает времена вступления Р- и S-фаз (волн). По разнице этих времён и исходных значений скоростей распространения Р- и S-волн в грунте вычисляется эпицентральное расстояние от данной сейсмостанции до очага землетрясения.

Зона расположения эпицентра по данным конкретной сейсмостанции, визуализируется на дисплее АРМ в виде кольца «оранжевого» цвета. Ширина кольца соответствует погрешности расчета расстояния.

В случае, если три или более сейсмостанций фиксируют землетрясение, определяются координаты его эпицентра. По максимальным амплитудам ускорений оценивается магнитуда сейсмического воздействий. Эта ситуация визуализируется на дисплее АРМ как зона пересечения колец «оранжевого» цвета, рассчитанных как область расположения эпицентра для каждой сейсмостанции, зафиксировавшей землетрясение (см. рис. 1 и 2 ).

Вид главного экрана АРМ с окнами сообщений оператору о регистрации превышения уровня сейсмических воздействий и окна с параметрами зарегистрированного землетрясения
Рис.1. Вид главного экрана АРМ с окнами сообщений оператору о регистрации превышения уровня сейсмических воздействий и окна с параметрами зарегистрированного землетрясения

Вид главного экрана АРМ с окном сообщения оператору с параметрами зарегистрированного землетрясения
Рис.2 Вид главного экрана АРМ с окном сообщения оператору с параметрами зарегистрированного землетрясения.

В случае, если только две сейсмостанции зарегистрировали землетрясение, в силу недостаточности информации в качестве зоны возможного расположения эпицентра фиксируются области пересечения 2-х колец «оранжевого» цвета (Рис.3), при этом окно сообщения оператору с рассчитанными координатами зарегистрированного землетрясения не выводится.

Вид главного экрана АРМ, регистрация сейсмического события двумя сейсмостанциями
Рис. 3 Вид главного экрана АРМ, регистрация сейсмического события двумя сейсмостанциями.

В случае, если землетрясение зафиксировано только одной сейсмостанцией, визуализированное на дисплее АРМ кольцо «оранжевого» цвета используется для дальнейшей оценки воздействия землетрясения на трубопровод.