Вычислительный эксперимент в проблемах геомониторинга природной среды

• Автор: Симонов, Константин Васильевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 387 с. : ил.

1. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ В ПРОБЛЕМАХ ГЕОМОНИТОРИНГА ПРИРОДНЫХ КАТАСТРОФ

1.1. Информационно-вычислительные технологии в задачах геомониторинга природных катастроф

1.1.1. Факторы, определяющие кризисные ситуации природного характера

1.1.2. Основные задачи в проблеме геомониторинга природных процессов

1.1.3. Методология и технология вычислительного эксперимента

1.2. Информационное обеспечение вычислительного эксперимента

1.2.1. Быстрая нелинейная многопараметрическая регрессия

1.2.2. Вейвлет-преобразование данных геомониторинга

1.2.3. Эффективная визуализация данных наблюдений

1.3. Информационное и алгоритмическое обеспечение ВЭ в проблеме цунами

1.3.1. Проблема цунами для приморских сейсмоактивных районов

1.3.2. Информационное обеспечение вычислительного эксперимента
1.3.3. Алгоритмическое обеспечение численного моделирования цунами
1.4. Сейсмический мониторинг исследуемого региона
1.4.1. Проблемы сейсмического мониторинга региона
1.4.2. Методическое обеспечение оценки сейсмической опасности
Выводы по первой главе
2. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МЕТОДИКА АНАЛИЗА ДАННЫХ ГЕОМОНИТОРИНГА ПРИРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
2.1. Нелинейная многопараметрическая регрессия
2.1.1. Алгоритм быстрой нелинейной регрессии данных наблюдений
2.1.2. Методика регрессионного анализа данных наблюдений
2.1.3. Восстановление скрытых параметров в данных наблюдений
2.2. Вейвлет-преобразование постранственно-временных данных
2.2.1. Быстрое вейвлет-преобразование сигналов
2.2.2. Быстрое вейвлет-преобразование пространственных данных
2.2.3. Методика комплексного анализа данных геомониторинга
2.3. Способы эффективной визуализации данных наблюдений

2.3.1. Построение множества Вороного
2.3.2. Визуализация данных на основе метода «упругих сеток»
2.3.3. Визуализация сейсмического процесса в очаговой области
Выводы по второй главе
3. ИНФОРМАЦИОННОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА РЕГИОНА
3.1. Сейсмический мониторинг в регионе
3.1.1. Основные задачи сейсмического мониторинга
3.1.2. Информационное и вычислительное обеспечение сейсмомониторинга
3.2. Оценка сейсмической опасности
3.2.1. Постановка задачи оценки сейсмической опасности
3.2.2. Анализ инструментальных сейсмологических данных
3.2.3. Моделирование сейсмической опасности
3.3. Сейсмический мониторинг очаговых зон землетрясений
3.3.1. Анализ данных о подготовке сильного землетрясения
3.3.2. Развитие системы сейсмического мониторинга
3.3.3. Анализ данных мониторинга очаговой области
3.4. Анализ данных сейсмического мониторинга на основе локальной сейсмической группы
3.4.1. Алгоритмическое обеспечение анализа данных на основе ЛСГ
3.4.2. Анализ данных наблюдений на основе ЛСГ
Выводы по третьей главе
4. МОДЕЛИ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ МОНИТОРИНГА ЦУНАМИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
4.1. Система мониторинга и раннего предупреждения цунами
4.1.1. Международная система предупреждения о цунами
4.1.2. Иерархическая структура системы предупреждения о цунами
4.2. Методика построения моделей экспертных систем на основе ВЭ
4.2.1. Проблема локального прогноза опасности цунами
4.2.2. Особенности сбора и анализа данных в российской СПЦ
4.2.3. Модель экспертной системы на основе вычислительного эксперимента
4.3. Модель экспертной системы для оценки опасности цунами
4.3.1. Модель экспертной системы на основе ВЭ (Японское море)
4.3.2. Модель экспертной системы на основе натурных данных
4.4. Решение обратной задачи цунами на основе ВЭ
4.4.1. Постановка обратной задачи
4.4.2. Численный анализ расчетных и натурных мареограмм
4.4.3. Оценка параметров цунамигенности землетрясения
Выводы по четвертой главе
5. МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ОПАСНОСТИ ЦУНАМИ
5.1. Модели оценки опасности цунами
5.1.1. Оценка опасности цунами
5.1.2. Двухпараметрическая схема цунамирайонирования
5.1.3. Повторяемость периодов волн цунами
5.2. Оценка параметров наката цунами на берег
5.2.1. Оценка динамических параметров наката цунами
5.2.2. Оценка характеристик наката цунами в реальных акваториях
5.3. Методы детального цунамирайонирования
5.3.1. Методика детального цунамирайонирования
5.3.2. Оценка цунамиопасности для побережья г. Северо-Курильска
5.3.3. Оценка цунамиопасности для побережья п. Усть-Камчатска
5.3.4. Апробация методики детального цунамирайонирования
Выводы по пятой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
1.1. Интерфейс комплекса программ для построения карт ОСР-97
1.2. Регрессионное моделирование данных каталога землетрясений
1.3. Расчеты характеристик сейсмических сигналов
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
2.1. Модель экспертной системы раннего предупреждения о цунами для акватории Авачинского залива на Камчатке
2.2. Оценка опасности цунами для Курило-Камчатского региона
2.3. Построение карт-схем детального цунамирайонирования
ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Предлагаются алгоритмы для количественного их анализа и визуализации на основе теории квантизации (построение множеств Вороного) и метода «упругих сеток» [80,134,137].
Определение множества Вороного. Рассмотрим Т - некоторое связное подмножество некоторого пространства. Точки е Т - представляют данные наблюдения природного процесса (например, каталог землетрясений). Покроем исходное множество точек решеткой, в узлах которой расположены вспомогательные точки {/*}£,. Задача заключается в сведении непрерывного множества точек к множествам Вороного, которые удовлетворяют следующему условию [134]:
гдер(1,,1-) - некоторая неотрицательная функция, равная расстоянию от точки /, до точки /*. Задача также состоит в том, чтобы найти набор точек {/,} и соответствующее им разбиение {Д*}^, такое, чтобы ошибка еы[Т] была наименьшей. Ошибка с данной точки /, е Т до точки /* измеряется интегралом[134]:
Общая ошибка для всех точек {г,} подмножества Т до точек {/*}£, измеряется суммой этих интегралов. Область, в которой лежат точки и набор точек {г‘}£,, обозначим через Ак. В результате получим набор множеств {Д*}*=1, которые образуют разбиение Т, эти разбиения называются множества Вороного.
Во второй главе предлагается расчетная схема построения множеств Вороного для анализа пространственно-временных данных наблюдений. С помощью разработанного алгоритма, в частности, изучены свойства группируемости множества точек сейсмической природы - каталога землетрясений исследуемой очаговой области [255-256, 497].
Постановка задачи построения «упругой сетки». Рассмотрим, следуя [137], пространственные данные наблюдений природной среды. Пусть анализируемый
-> тт, р((п I-)-> тт, (1.2.3.1)
(1.2.3.2)