Geoinformatics and systems analysis in geophysics and geodynamics
- Authors: Gvishiani A.D.1,2, Kaftan V.I.1,3, Krasnoperov R.I.1, Tatarinov V.N.1,2, Vavilin E.V.1
-
Affiliations:
- Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences
- Institute of the Earth Physics of the Russian Academy of Sciences
- Peoples Friendship University of Russia
- Issue: No 1 (2019)
- Pages: 42-60
- Section: ARTICLES
- URL: https://journals.eco-vector.com/0002-3337/article/view/11464
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002-33372019142-60
- ID: 11464
Cite item
Full Text
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).
About the authors
A. D. Gvishiani
Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences; Institute of the Earth Physics of the Russian Academy of Sciences
Author for correspondence.
Email: a.gvishiani@gcras.ru
3, Molodezhnaya street, Moscow, 119296; Bolshaya Gruzinskaya str., 10-1, Moscow 123242, Russia
V. I. Kaftan
Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences; Peoples Friendship University of Russia
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
References
- 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.
- 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).
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
- Гвишиани А.Д., Лукьянова Р.Ю. Геоинформатика
- и наблюдения магнитного поля Земли: российский сегмент // Физика Земли. 2015а. № 2. С. 3–20. doi: 10.7868/S0002333715020040
- 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.
- 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.
- Жеребцов Г.А. (отв. ред.) Институт солнечно-земной физики: создание и развитие. Новосибирск: изд-во СО РАН. 2015. 160 с.
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- Кафтан В.И., Устинов А.В. Применение глобальных навигационных спутниковых систем для мониторинга деформаций гидротехнических сооружений // Гидро¬техническое строительство. 2012. № 12. С.11–19.
- Квейд Э. Анализ сложных систем / под ред. И.И. Андреева, И.М. Верещагина. М.: Советское радио. 1969. 520 с.
- 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
- Кусонский О.А. Геофизические обсерваторские исследования на Урале. Екатеринбург: РИО УрО РАН. 2012. 280 с.
- 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.
- 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
- 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
- Татаринов В.Н. Геодинамическая безопасность на объектах ядерного топливного цикла // Использование и охрана природных ресурсов в России. Бюллетень № 1 (85). 2006. С. 46–51.
- 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.
- 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.
- 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
- 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
- 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.
- doi: 10.1007/1345_2015_220
- 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.
- 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
- Chulliat A., Anisimov S. The Borok INTERMAGNET magnetic observatory // Russ. J. Earth. Sci. 2008. V. 10. ES3003. doi: 10.2205/2007ES000238
- GFZ, Helmholz Centre Potsdam. 2018 Indices of Global Geomagnetic Activity. Available at: http://www.gfz-potsdam.de/en/kp-index/
- 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
- 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
- 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.
- 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.
- 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
- 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
- Jankowsky J., Sucksdorff C. Guide for magnetic measurements and observatory practice. Warsaw: IAGA, 1996. 238 p.
- 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
- 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.
- Love J.J. Magnetic monitoring of Earth and space // Physics Today. 2008. V. 61(2). P. 31–37. doi: 10.1063/1.2883907
- 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
- Macmillan S. Observatories, overview / D. Gubbins, E. Herrero-Bervera (eds.) Encyclopedia of Geomagnetism and Paleomagnetism. New York: Springer, 2007. P. 711–713.
- 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
- 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
- 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
- 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
- Pirjola R. Geomagnetically Induced Currents as Ground Effects of Space Weather. Space Science. Dr. Herman J. Mosquera Cuesta (Ed.). InTech. 2012.
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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.
- 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.