Мобильный комплекс инфразвуковой регистрации снежных лавин: общий принцип построения и результаты применения

Кольский филиал Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба РАН”, г. Апатиты, Россия

Автор для переписки: А.В. Федоров, e-mail: afedorov@krsc.ru

Поступила в редакцию 27.11.2020 г.; после доработки 16.12.2020 г.

Принята к публикации 14.01.2021 г.

Аннотация. В зимние месяцы 2018–2020 гг. Кольский филиал Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба РАН” (КоФ ФИЦ ЕГС РАН) проводил эксперименты по регистрации акустических сигналов от принудительных спусков снежных лавин с помощью инфразвуковых датчиков. Целью экспериментов являлась оценка возможности регистрации схода снежных лавин инфразвуковым методом в сложных арктических условиях. Для регистрации акустических сигналов, генерируемых движением снежной массы по склону, применялись группы из трех разнесенных в пространстве датчиков (микрофонов или микробарографов). На первом этапе работ применялась проводная система на базе регистратора геофизических сигналов “Байкал-8”. Опыт применения проводной системы регистрации выявил ее основные недостатки, связанные со сложностью оперативного развертывания длинных проводных линий и контролем их сохранности. Для снижения временных затрат на развертывание акустических групп регистрации лавин и повышения надежности и безопасности оборудования был разработан беспроводной вариант инфразвуковой группы для временных наблюдений. Беспроводная система регистрации инфразвуковых сигналов состоит из трех модульных радиомикрофонов, каждый из которых включает в себя необходимые функциональные блоки, скомпонованные в едином корпусе, и передает данные по радиосвязи в приемник сигналов – базовый модуль, который содержит контроллер управления, передающий данные, поступающие по радиосвязи от модульных радиомикрофонов, в компьютер сбора и обработки данных. Созданная беспроводная мобильная инфразвуковая группа была апробирована в ходе нескольких экспериментов по регистрации сигналов от принудительно спускаемых снежных лавин. В результате экспериментов были получены записи инфразвуковых сигналов на различных удалениях от лавинного очага и сделаны выводы о применимости инфразвукового метода и работоспособности выбранной схемы и компоновки оборудования для регистрации фактов схода лавин. Полученные результаты позволят перейти к разработке и созданию постоянного инфразвукового комплекса мониторинга лавинной активности в Хибинском горном массиве.

Ключевые слова: лавины, инфразвук, лавинный мониторинг, кросс-корреляция

Цитируйте эту статью как: Федоров А.В., Федоров И.С., Воронин А.И., Асминг В.Э. Мобильный комплекс инфразвуковой регистрации снежных лавин: общий принцип построения и результаты применения // Сейсмические приборы. 2021. Т. 57, № 1. C.5–15. https://doi.org/10.21455/si2021.1-1

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России (в рамках государственного задания № 075-00576-21) с использованием данных, полученных на уникальной научной установке “Сейсмоинфразвуковой комплекс мониторинга арктической криолитозоны и комплекс непрерывного сейсмического мониторинга Российской Федерации, сопредельных территорий и мира” (https://ckp-rf.ru/usu/507436/, http://www.gsras.ru/unu/).

Литература

Асминг В.Э., Баранов С.В., Виноградов А.Н., Виноградов Ю.А., Федоров А.В. Использование инфразвукового метода для мониторинга деструкции ледников в арктических условиях // Акустический журнал. 2016. Т. 62, № 5. С.582–591. https://doi.org/10.7868/S0320791916040031

Асминг В.Э., Виноградов Ю.А., Евтюгина З.А., Кременецкая Е.О., Прокудина А.В. О результатах наблюдений на Апатитском сейсмоинфразвуковом комплексе // Вестник МГТУ. 2008. Т. 11, вып. 3. C.512–518.

Виноградов Ю.А. Сейсмоинфразвуковой комплекс “Апатиты” – новый инструмент дистанционного геомониторинга в Евро-Арктическом регионе // Север-2003: Проблемы и решения. Апатиты: КНЦ РАН, 2004. С.103–108.

Виноградов Ю.А., Асминг В.Э. Применение методов инфразвуковой пеленгации и локации для определения мест падения фрагментов отработавших ступеней ракет-носителей // Сейсмические приборы. 2017. Т. 53, № 4. С.5–25. https://doi.org/10.21455/si2017.4-1

Виноградов Ю.А., Федоров А.В. Катастрофа вертолета на архипелаге Шпицберген: Дешифровка инфразвуковых и сейсмических сигналов // Геофизические процессы и биосфера. 2019. Т. 18, № 1. С.111–117. https://doi.org/10.21455/GPB2019.1-10

Виноградов Ю.А., Асминг В.Э., Баранов С.В., Федоров А.В., Виноградов А.Н. Сейсмоинфразвуковой мониторинг деструкции ледников (пилотный эксперимент на архипелаге Шпицберген) // Сейсмические приборы. 2014. Т. 50, № 1. С.5–14.

Иванов М.Н., Федотова Д.А. Статистика жертв снежных лавин в Хибинах // Тезисы докладов XVI гляциологического симпозиума, г. Санкт-Петербург, 24–27 мая 2016 г. / Под ред. В.М. Котлякова, С.С. Кутузова. СПб., 2016. С.12.

Фирстов П.П., Суханов А.А., Пергамент В.Х., Радионовский М.В. Акустические и сейсмические сигналы от снежных лавин // Докл. АН СССР. 1990. Т. 312, № 1. С.67–71.

Федоров А.В., Федоров И.С., Воронин А.И. Регистрация снежных лавин сейсмоинфразвуковым методом // Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных. Материалы XIII Международной сейсмологической школы / Отв. ред. А.А. Маловичко. Обнинск: ФИЦ ЕГС РАН, 2018. С.273–276.

Bedard A.J.Jr., Greene G.E., Intrieri J., Rodriguez R. On the Feasibility and Value of Detecting and Characterizing Avalanches Remotely by Monitoring Radiated Sub-Audible Atmospheric Sound at Long Distances // Proceedings: A Multidisciplinary Approach to Snow Engineering, Santa Barbara, CA, 1988.

Blom P., Waxler R., Frazier W.G. Beamforming methods in infrasonic array processing - Continuous signals // J. Acoust. Soc. Amer. 2013. V. 134, Iss. 5. P.4224. https://doi.org/10.1121/1.4831515

Cansi Y., Le Pichon A. Infrasound Event Detection Using the Progressive Multi-Channel Correlation Algorithm // Handbook of Signal Processing in Acoustics. New York: Springer, 2009. P.1425–1435.

Gibbons S.J., Asming V., Eliasson L., Fyen J., Heikkinen P., Kero J., Kozlovskaya E., Kvaerna T., Liszka L., Nasholm S.P., Roth M., Vinogradov Y. The European Arctic: A Laboratory for Seismoacoustic Studies // Seismol. Res. Lett. 2015. V. 86, N 3. P.917–928. https://doi.org/10.1785/0220140230

Hendrikx J., Dreier L., Ulivieri G., Sanderson J., Jones A., Steinkogler W. Evaluation of an infrasound detection system for avalanches in Rogers Pass, Canada // Proceedings: International Snow Science Workshop Proceedings 2018, Innsbruck, Austria. 2018. P.171–175.

Herwijnen A., van Schweizer J. Monitoring avalanche activity using a seismic sensor // Cold Regions Science and Technology. 2011. V. 69, Iss. 2–3. P.165–176. https://doi.org/10.1016/ j.coldregions.2011.06.008

Humstad T., Soderblom O., Ulivieri G., Langeland S., Dahle H. Infrasound Detection of Avalanches in Grasdalen and Indreeidsdalen, Norway // International Snow Science Workshop ISSW 2016. Breckenridge, USA, 2016. P.621–627.

Kogelnig A., Suriñach E., Vilajosana I., Hübl J., Sovilla B., Hiller M., Dufour F. On the complementariness of infrasound and seismic sensors for monitoring snow avalanches // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2011. V. 11, Iss. 8. P.2355–2370. https://doi.org/10.5194/nhess-11-2355-2011

Marchetti E., Ripepe M., Ulivieri G., Kogelnig A. Infrasound array criteria for automatic detection and front velocity estimation of snow avalanches: towards a real-time early-warning system // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2015. V. 15, Iss. 11. P.2545–2555. https://doi.org/10.5194/nhess-15-2545-2015

Rammer L., Kern M.A., Gruber U., Tiefenbacher F. Comparison of avalanche-velocity measurements by means of pulsed Doppler radar, continuous wave radar and optical methods // Cold Regions Science and Technology. 2007. V. 50, Iss. 1–3. P.35–54. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2007.03.014

Scott E.D., Hayward C.T., Kubichek R.F., Hamann J.C., Pierre J.W., Comey B., Mendenhall T. Single and multiple sensor identification of avalanche-generated infrasound // Cold Regions Science and Technology. 2007. V. 47, Iss. 1–2. P.159–170. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2006.08.005

Ulivieri G., Marchetti E., Ripepe M., Chiambretti I., De Rosa G., Segor V. Monitoring snow avalanches in Northwestern Italian Alps using an infrasound array // Cold Regions Science and Technology. 2011. V. 69, Iss. 2–3. P.177–183.

Сведения об авторах

ФЕДОРОВ Андрей Викторович – Кольский филиал Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба Российской академии наук”. Россия, 184200, Мурманская обл., г. Апатиты, ул. Ферсмана, д. 14. E-mail: AFedorov@krsc.ru

ФЕДОРОВ Иван Сергеевич – Кольский филиал Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба Российской академии наук”. Россия, 184200, Мурманская обл., г. Апатиты, ул. Ферсмана, д. 14. E-mail: Fedorov@krsc.ru

ВОРОНИН Алексей Иванович – Кольский филиал Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба Российской академии наук”. Россия, 184200, Мурманская обл., г. Апатиты, ул. Ферсмана, д. 14. E-mail: Alexivanvor@gmail.com

АСМИНГ Владимир Эрнестович – Кольский филиал Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба Российской академии наук”. Россия, 184200, Мурманская обл., г. Апатиты, ул. Ферсмана, д. 14. E-mail: asming@krsc.ru