Перманентна GPS/GNSS мрежа. Национална GPS/GNSS инфраструктура за мониторинг на съвременните движения на земната кора

Департамент Геодезия на НИГГГ поддържа Национална мрежа от перманентни GPS/GNSS станции. На Фиг. 1 са показани перманентните GNSS станции на територията на страната и Балканския полуостров, чиито данни се обработват непрекъснато в създадения в Департамента Център за обработка и анализ на GNSS измервания. Центърът за анализ е създаден във връзка с ангажиментите на Департамент Геодезия по изграждането и поддържането на Държавна GPS мрежа на Република България и Националната GNSS мрежа. Оборудван е с високотехнологична компютърна техника и най-съвременен софтуер за обработка на GPS/GNSS измервания. В Центъра се получават, чрез обработка и анализ на измерванията от перманентните GPS станции, временните редове координати на перманентните станции, координатите и скоростите им. Това позволява да се извършва мониторинг на съвременните движения на земната кора на територията на България и Балканския полуостров. На Фиг. 2 са показани перманентните станции на Балканския полуостров, чиито дани се обработват и анализират в Центъра.

Геодезически GPS/GNSS мрежи в района на Централна Западна България

В района на Централна Западна България е изградена GNSS геодинамична мрежа за мониторинг на съвременните движения на земната кора - Фиг. 3. Точките от мрежата са показани с черни триъгълници, а със сини квадрати - перманетните GNSS станции. Точките от мрежата са проектирани и стабилизирани така, че да обхващат основните разломни структури в района. Показаните на Фиг. 3 разломни структури са дадени според "Геодинамична карта на Средиземноморието" на Барие (Barrier et al., 2004) и по компилирани геоложки данни (Georgiev et al., 2007). Измерванията на геодинамичната мрежа започват през 1999 година и продължават периодично и до днес. Точките от геодинамичната мрежа се измерват периодично, с период една или две години, и по този начин, съвместно с перманентните GNSS станции, позволяват да се получи полето на съвременните движения на земната кора.

Национална сеизмична мрежа

Националната цифрова сеизмологична мрежа (НЦСМ) се състои от 15 сеизмични станции, разположени на територията на цялата страна (Фиг. 4). Станциите са оборудвани с 3-компонентни широколентови сеизмометри и 24 битови цифрови сеизмични записващи системи с делта-сигма АЦП и динамичен диапазон над 132 децибела (RefTek DAS 130-3/6). Цифровите записващи системи включват и:

• GPS приемник за координати и точно време,
• модули за контрол и настройка на сеизмометрите,
• модули за предаване на сеизмичните данни в реално време
• памет за съхранение данните на място.

Основна цел на НЦСМ е да се извършва непрекъснат мониторинг на сеизмичността на територията на България и прилежащите територии, обработка на информацията, своевременно оповестяване на сеизмичните събития в съответните държавни органи и обществеността, както и осигуряване на висококачествени данни за научни изследвания.

Към НЦСМ функционират и две локални сеизмични мрежи (ЛСМ) – ЛСМ "Козлодуй" и ЛСМ "Провадия", които служат за мониторинг на сеизмичността и регистриране на микро земетресения в субрегиони 20-30 км около площадката на АЕЦ "Козлодуй" и в района на солната мина в близост до гр. Провадия (Фиг. 4). Двете локални мрежи се състоят общо от 7 станции.

Преносът на сеизмичните цифрови данни от станциите на НЦСМ и двете ЛСМ до Националния сеизмичен център (НСЦ) в НИГГГ се осъществява в реално време чрез организираната от БТК за нуждите на НИГГГ комуникационна мрежа – VPN. В НЦС се извършва автоматична, в реално време, и интерактивна обработка на сеизмичните данни. В НСЦ са изградени три вътрешни мрежи – в първата са включени компютрите от реално-времевата система, във втората - компютри за анализ, обработка, архивиране на данни, а в третата – компютри от мрежата на НИГГГ, служещи за обмен на данните с други национални мрежи и за публикуване на сеизмологична информация. За да се осигури непрекъснатата регистрация и обработка на сеизмичните данни в реално време, НСЦ е оборудван с 2 идентично конфигурирани сървъра – единият – основен, а вторият - като горещ резерв, и няколко работни станции за интерактивна обработка на данните. Автоматичната обработка на данните се извършва от програмата Seismic Network Data Processor (SNDP) (Haikin and Kushnir, 2005; Khaikin et al. 2008), а интерактивната обработка – чрез програмата DHYPO – вариант Lee and Lahr (1975), адаптирана за работа в НОТССИ от Солаков (1993). В хипоцентралните оценки на сеизмичните събития се включват и данни от сеизмични станции на територията на съседните на България страни. Данните се архивират в 3 формата PASSCAL, miniSEED и CSS3.0.

НЦСМ заедно с двете локални мрежи е изградена на базата на еднотипни цифрови сеизмични станции, което прави мрежата хомогенна. Това в голяма степен облекчава процедурите по експлоатация и поддръжка на апаратурата. Данните се предават и обработват с възможно най-малко закъснение.

Национална мрежа за силни земни движения

Съгласно новите нормативни карти за сеизмично райониране на България, прилагани при проектиране и строителство на сгради, съоръжения и инфраструктура, цялата територия на България е застрашена от земетръсни въздействия. Сеизмичната опасност за нашата страна е реалност, поради което регистрирането на земетръсните въздействия, чрез Националната акселерометричната мрежа (НАМ), обработката и архивирането им в изчислителен център, както и осигуряването на подходящ достъп до обработените данни е изключително важно.

Националната система за регистрация, анализ и оценка на силни земни движения, включваща НАМ, е предназначена за осигуряване на непрекъснат мониторинг на земетръсни въздействия (на свободна земна повърхност, в сгради и инженерни съоръжения) на територията на България. Важността й за страната се определя от основно й предназначение – намаляване на сеизмичния риск и осигуряване на информация за нуждите на правителствени и държавни институции, структурите на Гражданска защита, местни органи на управление и др.

Данните от мониторинга на силни земетресения служат за провеждане на научни изследвания, за проектиране и осигуряване на сеизмичната защита на сгради, съоръжения, инфраструктура и за усъвършенстване на нормативните документи. Те имат ключово значение за превенция и управление на извънредни ситуации, както и предоставят реална възможност за управление на сеизмичния риск в България. Главен приоритет в дейността на Депаратамент Сеизмично инженерство на НИГГГ е осъществяването на непрекъснат 24-часов сеизмичен мониторинг на цялата територията на страната чрез мрежата от станции на НАМ. Управлението, поддръжката и обслужването на НАМ се осъществява съобразно международните стандарти за експлоатация на подобни сеизмични мрежи.

НАМ е изградена с аналогово оборудване в началото на 80-те години на ХХ в. от ЦЛСМСИ (сега Департамент Сеизмично инженерство на НИГГГ) при БАН, която я поддържа и управлява. През 2004 г. НАМ е модернизирана. Тя е дооборудвана със съвременни цифрови акселерографи ETNA и К-2 на фирмата KINEMETRICS (USA), монтирани в районите с най-висока сеизмичност. Тази апаратура позволява и дистационно извличане на данни. Тогава е създаден и гръбнака на новата Национална мрежа от дигитални станции. Към настоящия момент НС включва:

1. Национална мрежа от 33 дигитални сеизмични станции (специализирано оборудване - акселерографи ETNA, GSR-12/16; телекомуникация – GPS, телеметрия - модеми GSM/GPRS; автономно ел. захранване и различни защити), като основните 17 са показани на Фиг. 5;
2. Център за наблюдение и управление на данни (ЦНУД);
3. Интегриран електронен архив от сеизмични регистрации, обработени, форматирани и структурирани за специализирани научни и приложни изследвания, както и за нуждите на сеизмичното инженерство (строителство и проектиране) и различни превантивни дейности на национално и местно ниво.

Сгъстяване на мониторинговите мрежи в района на Централна Западна България. Нови перманентни GNSS и сеизмични станции

Финансовият ресурс, съгласно сключеният с ДФНИ Договор ИО1/4 – 27. 11. 2012 г., позволява закупуването на два GNSS перманентни приемника и една сеизмична система, включваща сеизмометър и акселерометър. По този начин трябваше да бъдат избрани места за два GNSS приемника и една сеизмична система.

Основните критерии при избора на местоположение на научната апаратура бяха два:

• подобряване конфигурацията на мониторинговите мрежи и оптималното й сгъстяване в района на Централна Западна България;
• осигуряване на безопасната експлоатаця на апаратурата с осигуряване на 24 часов контрол на достъп и охрана.

Пред вид важността на мониторинга в района на земетресението до гр. Перник от 22. 05. 2012 г., Департамент Сеизмично инженерство осигури един допълнителен акселерограф тип ETNA, който да бъде инсталиран в гр. Перник, както е описано по-долу. Финансов ресурс от проекта не е използван нито за закупуването му, нито за инсталирането му.

Инсталиране на GNSS, сеизмичната и акселерометрична апаратура и включването й към мониторинговите мрежи на НИГГГ

Инсталиране на GNSS перманентните станции

На Фиг. 7 е показана инсталираната в гр. Перник GNSS антена на перманентния приемник. Общ изглед на GNSS приемника е показан на Фиг. 8. Антената е монтирана върху стоманена мачта бетонирана в една от колоните на частна жилищна сграда в западната част на града.

За пренос на данните се използва местен Internet доставчик като в бъдеще ще се осигури втора независима връзка за предаване на данните в Центъра за анализ в НИГГГ чрез 3G GPRS модем. Данните от GNSS приемника се предават в реално време в Центъра за анализ.

В гр. Трън GNSS антената е монтирана върху специално изграден стълб за принудително центриране на покрива на масивната сграда на читалище "Гюрга Пинджурова" – Фиг 9. Стълбът е бетониран върху една от носещите колони на сградата. Перманетната GNSS станция е инсталирана в специално помещение с осигурено 220 V захранване.

За пренос на данните се използва местен Internet доставчик като, както и в гр. Перник, в бъдеще ще се осигури втора независима връзка за предаване на данните в Центъра за анализ в НИГГГ чрез 3G модем. Данните от GNSS приемника в гр. Трън се предават в реално време в Центъра за анализ.

Инсталиране на сеизмичната и акселерометрична апаратура

Сеизмометърът и акселерометърът са инсталирани върху здрав, без пукнатини и кухини бетонен под в приземната част на сградата на читалище "Гюрга Пинджурова", на място, изолирано от въздушни течения, които биха повлияли стабилната работа на датчиците. Акселерометърът е закрепен неподвижно за пода чрез предвидения за целта анкерен болт. Дигитайзерът, захранващото устройство и батерията са инсталирани върху плот в близост до датчиците. На Фиг. 10 е показана инсталираната апаратура.

Сеизмометърът RefTek 151B/30 Observer е чувствителен прибор, който изисква постоянна температура с много малки температурни колебания и изолиране от циркулацията на въздуха около него. За целта през следващия етап на договора ще се изработи и инсталира термична изолация около сеизмометъра.

Комуникационно решение

Дигитайзерът DAS 130S/6 е конфигуриран така, че сеизмичните данни, регистрирани от сеизмометъра и акселерометъра се записват в буфера на флаш паметта и едновременно се изпращат в реално време към Сеизмичния център в НИГГГ, където постъпват заедно с данните от сеизмичните станции на Националната цифрова сеизмологична мрежа в автоматичната система за регистриране, обработка и локализиране на сеизмичните събития. Данните от сеизмична станция TRAN се пренасят до Сеизмичния център в София чрез публичен интернет достъп, осигурен от местен интернет доставчик.