Geoinformatics and systems analysis in geophysics and geodynamics

Cover Page

Abstract


The paper is devoted to the application of geoinformatics and systems analysis methods for processing and interpretation of geospatial data in geophysics and geodynamics. The modern uses of observations with Global Navigational Satellite Systems as a main source of geospatial data are discussed. The advances in the interpretation of geomagnetic data are described and basic points of systems analysis are presented in this context. The systems analysis in geophysics and geodynamics is illustrated by the approaches to estimating and forecasting the stability of structural-tectonic blocks of the Earth’s crust aimed at geoecologically safe burial of high-level radioactive waste in the Nizhne-Kanskii granitoids massif (Krasnoyarsk krai).


V. I. Kaftan

Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences; Peoples Friendship University of Russia

Author for correspondence.
Email: v.kaftan@gcras.ru

Russian Federation, 3, Molodezhnaya street, Moscow, 119296; 6, Miklukho-Maklaya street, Moscow, 117198

R. I. Krasnoperov

Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences

Email: r.krasnoperov@gcras.ru

Russian Federation, 3, Molodezhnaya street, Moscow, 119296

V. N. Tatarinov

Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences; Institute of the Earth Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: v.tatarinov@gcras.ru

Russian Federation, 3, Molodezhnaya street, Moscow, 119296; Bolshaya Gruzinskaya str., 10-1, Moscow 123242, Russia

E. V. Vavilin

Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences

Email: e.vavilin@gcras.ru

Russian Federation, 3, Molodezhnaya street, Moscow, 119296

  1. Алпатов В.В., Лапшин В.Б., Репин А.Ю., Тасенко С.В. Перспективы развития сети радиотомографии Росгидромета // Гелиогеофизические исследования. 2013. Вып. 5. С. 74–84.
  2. Андерсон Е.Б., Белов С.В., Камнев Е.Н., Колесников И.Ю., Лобанов Н.Ф., Морозов В.Н., Татаринов В.Н. Подземная изоляция радиоактивных отходов. М.: изд-во «Горная книга». 2011. 592 с. ил. (АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА).
  3. Гвишиани А.Д., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р. Определение аномалий на временных рядах методами нечеткого распознавания // Докл. РАН. 2008а. Т. 421. № 1. С. 101–105.
  4. Гвишиани А.Д., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р., Злотники Ж., Боннин Ж. Математические методы геоинформатики III. Нечеткие сравнения и распознавание аномалий на временных рядах // Кибернетика и системный анализ. 2008б. Т. 44. № 3. С. 3–18.
  5. Гвишиани А.Д., Белов С.В., Агаян С.М., Родкин М.В., Морозов В.Н., Татаринов В.Н., Богоутдинов Ш.Р. Методы искусственного интеллекта при оценке тектонической стабильности Нижнеканского массива // Инженерная экология. № 2. 2008в. С. 3–14.
  6. Гвишиани А.Д., Лукьянова Р.Ю. Исследование геомагнитного поля и проблемы точности бурения наклонно направленных скважин в Арктическом регионе // Горный журнал. 2015б. № 10. С. 94–99. doi: 10.17580/gzh.2015.10.17
  7. Гвишиани А.Д., Лукьянова Р.Ю. Геоинформатика
  8. и наблюдения магнитного поля Земли: российский сегмент // Физика Земли. 2015а. № 2. С. 3–20. doi: 10.7868/S0002333715020040
  9. Гвишиани А.Д., Дзебоев Б.А., Татаринов В.Н. Алгоритмическая кластеризация в оценке сейсмической опасности при размещении объектов ядерного топливного цикла. Международная научно-техническая конференция «Проблемы и решения в экологии горного дела». М. 2017. С. 42–48.
  10. Гохберг М.Б., Ольшанская Е.В., Стеблов Г.М., Шалимов С.Л. Ионосферный отклик на акустический сигнал от подводных землетрясений по данным GPS // Физика Земли. 2014. № 1. С. 3–10.
  11. Жеребцов Г.А. (отв. ред.) Институт солнечно-земной физики: создание и развитие. Новосибирск: изд-во СО РАН. 2015. 160 с.
  12. Зелинский Н.Р., Клейменова Н.Г., Козырева О.В., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р., Соловьев А.А. Алгоритм распознавания геомагнитных пульсаций Pc3 на секундных данных экваториальных обсерваторий сети ИНТЕРМАГНЕТ // Физика Земли. 2014. № 2. С. 91–99. doi: 10.7868/S0002333714020136
  13. Кафтан В.И., Красноперов Р.И. Геодезические наблюдения на геомагнитных обсерваториях // Геомагнетизм и аэрономия. 2015. Т. 55. № 1. С. 123–129. doi: 10.7868/S001679401501006X
  14. Кафтан В.И., Красноперов Р.И., Тертышников А.В. Наб¬людения с использованием глобальных навигационных систем на геомагнитных станциях и обсерваториях: прикладные и глобальные аспекты // Гелиогеофизические исследования. 2015. Вып. 12. С. 1–10.
  15. Кафтан В.И., Мельников А.Ю. Выявление деформационных аномалий по данным ГНСС наблюдений в связи с подготовкой и разрядкой крупных землетрясений // Физика Земли. 2018. № 1. С. 26–36 doi: 10.7868/S0002333718010027
  16. Кафтан В.И., Сидоров В.А., Устинов А.В. Сравнительный анализ точности локального мониторинга движений и деформаций земной поверхности с использованием глобальных навигационных спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС // Вулканология и сейсмология. 2017. № 3. С. 50–58 doi: 10.7868/S020303061703004X
  17. Кафтан В.И., Устинов А.В. Применение глобальных навигационных спутниковых систем для мониторинга деформаций гидротехнических сооружений // Гидро¬техническое строительство. 2012. № 12. С.11–19.
  18. Квейд Э. Анализ сложных систем / под ред. И.И. Андреева, И.М. Верещагина. М.: Советское радио. 1969. 520 с.
  19. Красноперов Р.И., Сидоров Р.В., Соловьев А.А. Современные геодезические методы высокоточной привязки геофизических съемок на примере магниторазведки // Геомагнетизм и аэрономия. 2015. Т. 55. № 4. С. 568–576. doi: 10.7868/S0016794015040070
  20. Кусонский О.А. Геофизические обсерваторские исследования на Урале. Екатеринбург: РИО УрО РАН. 2012. 280 с.
  21. Перевалова Н.П., Шестаков Н.В., Воейков С.В., Быков В.Г., Герасименко М.Д., Park P.H. Исследование распространения ионосферных возмущений, вызванных землетрясением Tohoku, в дальней от очага зоне. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 1. С. 186–196.
  22. Соловьев А.А., Сидоров Р.В., Красноперов Р.И., Груднев А.А., Хохлов А.В. Новая геомагнитная обсерватория «Климовская» // Геомагнетизм и аэрономия. 2016. Т. 56. № 3. С. 365–379. doi: 10.7868/S0016794016030160
  23. Соловьев А.А., Хохлов А.В., Жалковский Е.А., Березко А.Е., Лебедев А.Ю., Харин Е.П., Шестопалов И.П., Мандеа М., Кузнецов В.Д., Бондарь Т.Н., Нечитайленко В.А., Рыбкина А.И., Пятыгина О.О., Шибаева А.А. Атлас магнитного поля Земли / под ред. Гвишиани А.Д., Фролова А.В., Лапшина В.Б. М.: ГЦ РАН. 2012. 364 С. doi: 10.2205/2012Atlas_MPZ
  24. Татаринов В.Н. Геодинамическая безопасность на объектах ядерного топливного цикла // Использование и охрана природных ресурсов в России. Бюллетень № 1 (85). 2006. С. 46–51.
  25. Татаринов В.Н. Системный подход к оценке геоэкологической безопасности объектов ядерного топливного цикла. Материалы IV Международной научно-практической конференции «Прикладные аспекты геологии, геофизики и геоэкологии с использованием современных геоинформационных технологий». Часть 2. Майкоп: изд-во «ИП Кучеренко В.О.» 2017. С. 173–182.
  26. Afraimovich E.L., Astafieva E.I., Gokhberg M.B., Lapshin V.M., Permyakova V.E., Steblov G.M., Shalimov S.L. Variations of the total electron content in the ionosphere from GPS data recorded during the Hector Mine earthquake of October 16, 1999, California // Russian Journal of Earth Sciences. 2004. V. 6. № 5. P. 339–354.
  27. Agayan S.M., Bogoutdinov Sh.R., Krasnoperov R.I. Short introduction into DMA // Russian Journal of Earth Sciences. 2018. V. 18. № 2. ES2001. doi: 10.2205/2018ES000618
  28. Altamimi Z., Rebischung P., Métivier L., and Xavier C.. ITRF2014: A new release of the International Terrest¬rial Reference Frame modeling nonlinear station motions // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2016. P. 121. doi: 10.1002/2016JB013098
  29. Bock Yehuda, Kedar Sharon, Moore Angelyn W., Fang Peng, Geng Jianghui, Liu Zhen, Melgar Diego, Owen Susan E., Squibb Melinda B., Webb Frank. Twenty-Two Years of Combined GPS Products for Geophysical Applications and a Decade of Seismogeodesy. In book: International Symposium on Geodesy for Earthquake and Natural Hazards (GENAH), International Association of Geodesy Symposia, Springer International Publishing. Switzerland. 2016.
  30. doi: 10.1007/1345_2015_220
  31. Buchanan A., Finn C.A., Love J.J., Worthington E.W., Lawson F., Maus S., Okewunmi S., Poedjono B. Geomagnetic Referencing… The Real-Time Compass for Directional Drillers // Oilfield Review. 2013. V. 25. № 1. P. 32–47.
  32. Carter B.A., Kellerman A.C., Kane T.A., Dyson P.L., Norman R., Zhang K. Ionospheric Precursors to Large Earthquakes: A Case Study of the 2011 Japanese Tohoku Earthquake // Journal of Atmospheric and Solar. Terrestrial Physics. 2013. V. 102. P. 290–297. doi: 10.1016/j.jastp.2013.06.006
  33. Chulliat A., Anisimov S. The Borok INTERMAGNET magnetic observatory // Russ. J. Earth. Sci. 2008. V. 10. ES3003. doi: 10.2205/2007ES000238
  34. GFZ, Helmholz Centre Potsdam. 2018 Indices of Global Geomagnetic Activity. Available at: http://www.gfz-potsdam.de/en/kp-index/
  35. Gvishiani A., Lukianova R., Soloviev An., Khokhlov A. Survey of Geomagnetic Observations Made in the Northern Sector of Russia and New Methods for Analysing Them // Surveys in Geophysics. 2014. V. 35. № 5. P. 1123–1154. doi: 10.1007/s10712-014-9297-8
  36. Gvishiani A., Soloviev A., Krasnoperov R., Lukianova R. Automated Hardware and Software System for Monitoring the Earth’s Magnetic Environment // Data Science Journal. 2016. V. 15, № 18, P. 1–24. doi: 10.5334/dsj-2016-018
  37. Gvishiani A.D., Agayan S.M., Bogoutdinov Sh.R., Mikhai¬lov V.O., Tatarinov V.N. Fuzzy sets algorithms of time-space analysis of geological, geophysical and geodynamic databases. II International Conference “GIS in Geology”. 2004а. Moscow, Vernadsky SGM RAS. Russia. 2004a. Р. 41–42.
  38. Gvishiani A.D., Agayan S.M., Bogoutdinov Sh.R., Tikhot¬sky S.A., Hinderer J., Bonnin J., Diament M. Algorithm FLARS and recognition of time series anomalies // System Research & Information Technologies. 2004b. №. 3. P. 7–16.
  39. Hernández-Pajares M., Juan J.M., Sanz J., Orus R., Garcia-Rigo A., Feltens J., Komjathy A., Schaer S.C., Krankowski A. The IGS VTEC maps: a reliable source of ionospheric information since 1998. Journal of Geodesy. 2009. V. 83. P. 263. https://doi.org/10.1007/s00190-008-0266-1
  40. Hobiger T., Jakowski J. Atmospheric Signal Propagation. In book: Springer Handbook of Global Navigation Satellite Systems. 2017. doi: 10.1007/978-3-319-42928-1_6 INTERMAGNET 2013c List of IMOs and responsible GINs. Available at: http://intermagnet.org/imos/imotblobs-eng.php
  41. Jankowsky J., Sucksdorff C. Guide for magnetic measurements and observatory practice. Warsaw: IAGA, 1996. 238 p.
  42. Kaftan V., Melnikov A. Local Deformation Precursors of Large Earthquakes Derived from GNSS Observation Data. IOP Conference Series Earth and Environmental Science. 2017. 95(3):032030. doi: 10.1088/1755-1315/95/3/032030
  43. Kaftan V.I., Ustinov A.V. Use of global navigation satellite systems for monitoring deformations of water-development works // Power Technology and Engineering. 2013. V. 47. Is. 1. P. 30–37.
  44. Love J.J. Magnetic monitoring of Earth and space // Physics Today. 2008. V. 61(2). P. 31–37. doi: 10.1063/1.2883907
  45. Love J.J., Chulliat A. An International Network of Magnetic Observatories // Eos Trans. AGU, V. 94(42). 2013. P. 373–374. doi: 10.1002/2013EO420001
  46. Macmillan S. Observatories, overview / D. Gubbins, E. Herrero-Bervera (eds.) Encyclopedia of Geomagnetism and Paleomagnetism. New York: Springer, 2007. P. 711–713.
  47. Mandea M., and Papitashvili V. Worldwide geomagnetic data collection and management. Eos, Transactions Ameri¬can Geophysical Union. 2009. V. 90(45). P. 409–424. doi: 10.1029/2009EO450001
  48. Matzka J., Chulliat A., Mandea M., Finlay C.C., Qamili E. Geomagnetic Observations for Main Field Studies: From Ground to Space // Space Science Reviews. 2010. V. 155(1–4). P. 29–64. doi: 10.1007/s11214-010-9693-4
  49. Morozov V. N., Kolesnikov I. Yu., and Tatarinov V.N. Modeling the Hazard Levels of Stress-Strain State in Structural Blocks in Nizhnekanskii Granitoid Massif for Selecting Nuclear Waste Disposal Sites // Water Resources. 2012. V. 39, Is. 7. P. 756–769. http://link.springer.com/journal/11268#page-1. doi: 10.1134/S009780781207007X
  50. Olsen N., Friis-Christensen E., Floberghagen R., Alken P., Beggan C.D., Chulliat A., Doornbos E., da Encarnação J.T., Hamilton B., Hulo G., van den IJssel J., Kuvshinov A., Lesur V., Lühr H., Macmillan S., Maus S., Noja M., Olsen P.E.H., Park J., Plank G., Püthe C., Rauberg J., Ritter P., Rother M., Sabaka T.J., Schachtschneider R., Sirol O., Stolle C., Thébault E., Thomson A.W.P., Tøffner-Clausen L., Velímský J., Vigneron P., Visser P.N. The Swarm satellite constellation application and research facility (SCARF) and swarm data products // Earth, Planets and Space. 2013. V. 65(11). P. 1189–1200. doi: 10.5047/eps.2013.07.001
  51. Pirjola R. Geomagnetically Induced Currents as Ground Effects of Space Weather. Space Science. Dr. Herman J. Mosquera Cuesta (Ed.). InTech. 2012.
  52. Reay J., Herzog D., Sobhana A., Kharin E., McLean S., Nose M., Sergeyeva N. 2011 Magnetic observatory data and metadata: types and availability. Mandea M, Korte M (eds.) Geomagnetic Observations and Models. The Netherlands: Springer Science+Business Media B.V. 2011. P. 149–181. doi: 10.1007/978-90-481-9858-0
  53. Roberts F.S. What is Big Data and how has it changed? / Book of Abstracts of the International Conference ‘Data Intensive System Analysis for Geohazard Studies’. Sochi region. Mountain cluster. Russia. 18–21 July 2016. BS4002. doi: 10.2205/2016BS01Sochi
  54. Sapunov V.A., Denisov A.Y., Saveliev D.V., Soloviev А.A., Khomutov S.Y., Borodin P.B., Narkhov E.D., Sergeev А.V., Shirokov A.N. New vector/scalar Overhauser DNP magneto¬meters POS-4 for magnetic observatories and directional oil drilling support // Magnetic Resonance in Solids. Electronic Journal. 2016. V. 18. № 2. 16209, 9 p.
  55. Shuanggen Jin, Attila Komjathy. GNSS Reflectometry and Remote Sensing: New Objectives and Results Advances in Space Research. 2010. V. 46. P. 111–117 doi: 10.1016/j.asr.2010.01.014
  56. Sidorov R., Soloviev A., Krasnoperov R., Kudin D., Grudnev A., Kopytenko Y., Kotikov A., Sergushin P. Saint Petersburg magnetic observatory: from Voeikovo subdivision to INTERMAGNET certification // Geoscientific Instru¬mentation, Methods and Data Systems. 2017. V. 6. № 2. P. 473–485. doi: 10.5194/gi-6-473-2017
  57. Soloviev A., Agayan S., Bogoutdinov S. Estimation of geo¬magnetic activity using measure of anomalousness // Annals of Geophysics. 2016. V. 59 (6). doi: 10.4401/ag-7116
  58. Soloviev An., Chulliat A., Bogoutdinov S., Gvishiani A., Agayan S., Peltier A., Heumez B. Automated recognition of spikes in 1 Hz data recorded at the Easter Island magnetic observatory // Earth Planets Space. 2012. V. 64. № 9. P. 743–752. doi: 10.5047/eps.2012.03.004
  59. Steblov G.M., Starovoit O.E. North Eurasia GPS Deformation Array (NEDA). Proc. Int. Seminar On the use of Space Techniques for Asia-Pacific Regional Crustal Movements Studies. Irkutsk. August 5–10. 2002. M.: GEOS. 2002. P. 85–96.
  60. St-Louis B., Sauter E.A., Trigg D.F., Coles R.L., Regimbald D. INTERMAGNET Technical Reference Manual, Version 4.6. 2012. Edinburgh: INTERMAGNET. 2012. 100 p.
  61. Tatarinov V.N., Kaftan V.I., Seleev V.N. Study of present-day geodynamics of the Nizhnekanmsk massif for safe disposal of radioactive wastes // Atomic Energy. 2017. P. 1–5.

Views

Abstract - 76

PDF (Russian) - 118

PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Российская академия наук