Naukowcy twierdzą, że wczesne wykrycie trzęsień ziemi można znacznie ulepszyć, wykorzystując światową sieć internetową z przełomowym nowym algorytmem.
Kable światłowodowe używane do telewizji kablowej, systemów telefonicznych i globalnej macierzy internetowej mogą teraz pomóc pomiarom pomieszania sejsmicznych dzięki niedawnym postępom technologicznym, ale wykorzystanie tego przełomu okazało się problematyczne.
Nowy artykuł opublikowany dzisiaj w Geophysical Journal International stara się sprostać tym wyzwaniom poprzez dostosowanie prostego algorytmu opartego na fizyce w celu zawierania danych światłowodowych, które można następnie wykorzystać z tradycyjnymi pomiarami sejsmometru.
Ten „ekscytujący” postęp można nie tylko zintegrować z istniejącymi systemami wczesnego ostrzegania o trzęsieniu ziemi, ale może również pomóc w wykryciu aktywności sejsmicznej związanej z wybuchem wulkanów, odwiertów geotermalnych i lodowatymi trzęsieniami lodowcowymi.
„Zdolność do przekształcania kabli światłowodowych w tysiące czujników sejsmicznych zainspirowała wiele podejść do wykorzystania włókien do wykrywania trzęsienia ziemi. Jednak wykrywanie trzęsienia ziemi światłowodowej nie jest łatwym wyzwaniem do rozwiązania” – powiedział główny badacz dr Thomas Hudson, starszy naukowca naukowy w Eth Zurych.
„Tutaj opieramy się na łączeniu korzyści tysięcy czujników z prostym podejściem opartym na fizyce do wykrywania trzęsień ziemi przy użyciu dowolnego kabla światłowodowego w dowolnym miejscu.
„Podsumowując, nasza metoda może łączyć pomiary światłowodowe i tradycyjne sejsmometr, umożliwiając włączenie wykrywania światłowodowego w istniejących systemach wczesnego ostrzegania o trzęsieniu ziemi”.
Rozproszone wykrywanie akustyczne (DAS) to powstająca technologia, która wykorzystuje kable światłowodowe do wykrywania sygnałów i wibracji akustycznych. Może być używany do monitorowania różnych rzeczy, w tym rurociągów, kolei lub podpowierzchni.
Może zatem potencjalnie przekształcić sieci światłowodowe – które przenoszą dane bardzo szybko – w pomiary aktywności sejsmicznej, które można wykorzystać do wykrywania trzęsień ziemi.
Jest to kuszące, ponieważ sieci światłowodowe są wszechobecne w regionach zaludnionych, a nawet przełajowych oceanów, zapewniając możliwość znacznie bardziej szczegółowych i skutecznych sieci monitorowania sejsmicznego niż te, które obecnie istnieją.
Zmienianie tego potencjału w rzeczywistość jest jednak znacznie trudniejszą propozycją.
Realne geometrie sieci światłowodowej są często złożone-a sejsmolodzy nie mają kontroli nad geometrią. Ponadto kable światłowodowe często znajdują się w hałaśliwych środowiskach miejskich, co utrudnia rozróżnienie aktywności trzęsienia ziemi od innych źródeł w sposób tradycyjny sejsmometry.
Kolejnym wyzwaniem jest to, że pomiary DAS są wrażliwe tylko na odkształcenie w osi włókna, podczas gdy sejsmometry mierzą ruch podłoża 3D. To sprawia, że kable światłowodowe powierzchniowe są znacznie bardziej wrażliwe na wolniejsze fale S (które przemieszczają się tylko przez substancje stałe i są drugą falem, które przybywają podczas trzęsienia ziemi) niż szybsze fale P (które przemieszczają się przez ciecze i substancje stałe), co oznacza, że jest trudniejsze Wykryj trzęsienia ziemi i zlokalizuj je.
Jednym z rozwiązań jest połączenie informacji zarówno z tradycyjnych sejsmometrów, jak i kabli światłowodowych w celu wykrywania trzęsień ziemi, ale nie jest to łatwe ze względu na różne wrażliwości na przyrząd i jednostki pomiarowe.
Innym problemem jest to, że przekształcenie kabla światłowodowego w tysiące czujników generuje wiele danych. Przetwarzanie tych danych w czasie rzeczywistym jest niezbędne do monitorowania trzęsienia ziemi, dlatego wymagane są wydajne algorytmy przetwarzania danych.
Nowy algorytm działa, przyjmując energię obserwowaną na odbiornikach – albo światłowodowe kanały kablowe i/lub sejsmometry – i migrując tę energię z powrotem przez przestrzeń i czas, aby znaleźć spójny pik energii odpowiadającej potencjalnego trzęsienia ziemi.
Stwierdzono również, że takie podejście jest skuteczne w wykrywaniu trzęsień ziemi podczas wybuchu wulkanów, odwiertów geotermalnych i lodowcowych trzęsień lodowcowych.
„Kluczową siłą tego podejścia opartego na fizyce jest to, że działa on dobrze nawet w hałaśliwych środowiskach, ponieważ hałas jest ogólnie mniej spójny niż sygnał trzęsienia ziemi”-powiedział dr Hudson.
„Można go również zastosować poza pudełkiem do dowolnej sieci światłowodowej”.
Dodał: „Chociaż nie twierdzimy, że całkowicie rozwiązaliśmy problem z dużą ilością danych, przedstawiamy pragmatyczne sposoby radzenia sobie z tym i naszym algorytmem w czasie rzeczywistym dla testowanych zestawów danych.
„Metoda jest dostarczana na poziomie otwartym źródłem, aby szersza społeczność sejsmologii mogła natychmiast skorzystać”.