Sustavi za detekciju Sustavi za detekciju tsunamiatsunamia

Student: Nataša RoguljaStudent: Nataša RoguljaProfesor: prof. dr. sc. Predrag PaleProfesor: prof. dr. sc. Predrag PaleAsistent: mr. sc. Hrvoje BogunovićAsistent: mr. sc. Hrvoje Bogunović

Zagreb, lipanj 2006.Zagreb, lipanj 2006.

TsunamiTsunami

Prirodni fenomenPrirodni fenomen Posljedica:Posljedica:

kretanja litosfernih pločakretanja litosfernih ploča podmorskih vulkanskih erupcijapodmorskih vulkanskih erupcija podmorskih urušavanjapodmorskih urušavanja kliženja dna golemih razmjerakliženja dna golemih razmjera pada meteorita na morsku površinupada meteorita na morsku površinu

Počeci razvoja sustava Počeci razvoja sustava za detekciju tsunamiaza detekciju tsunamia

Pacific Tsunami Warning Center (PTWC), Hawai, osnovan 1949 god. za detekciju tsunamia za većinu pacifičkih zemalja.

Tsunami Warning System (TWS) u Pacifiku 1965 god. pod vodstvom IOC-a (Intergovermental Oceanographic Commission) i američkog

regionalnog centra PTWC-a

Osnovna idejaOsnovna ideja

BPR sustav (podvodno mjerenje tlaka svakih 15 minuta)BPR sustav (podvodno mjerenje tlaka svakih 15 minuta) Detekcija tsunamia -> “Standard Mode” u “Event Mode”Detekcija tsunamia -> “Standard Mode” u “Event Mode” BPR sustav -> akustični link -> GPS-bova -> satelit (GPS, BPR sustav -> akustični link -> GPS-bova -> satelit (GPS,

NOAA, JASON...)NOAA, JASON...) Satelit -> zemaljska stanica (GPS-prijamnici -> DSP)Satelit -> zemaljska stanica (GPS-prijamnici -> DSP)

U.S. konceptU.S. koncept

DART projekt (dio NTHMP-a) -> DART II sustavDART projekt (dio NTHMP-a) -> DART II sustav Razvoj pod vodstvom NOAA/PMELRazvoj pod vodstvom NOAA/PMEL DART II sustav:DART II sustav:

Real-time sustavReal-time sustav ““Standard Mode”, “Event Mode”Standard Mode”, “Event Mode” TsunametarTsunametar GPS-bova (GPS-bova (engl. GPS-buoy - engl. GPS-buoy - plutača)plutača) Satelitska komunikacijaSatelitska komunikacija GPS-prijamnik (GPS-prijamnik (ground stationground station))

““Standard Mode”:Standard Mode”: Podaci svakih 6 satiPodaci svakih 6 sati Osigurava pravilan rad BPR sustavaOsigurava pravilan rad BPR sustava

““Event Mode”:Event Mode”: Detekcija tsunamia (algoritam)Detekcija tsunamia (algoritam) Prijenos svakih sat vremenaPrijenos svakih sat vremena Algoritam u neaktivno stanje -> kraj prijenosaAlgoritam u neaktivno stanje -> kraj prijenosa

Pouzdanost sustava i brzina dohvata informacija > 80%Pouzdanost sustava i brzina dohvata informacija > 80% Maksimalna dubina rada: 6000 mMaksimalna dubina rada: 6000 m Period uzorkovanja detektiranih signala: 15 sPeriod uzorkovanja detektiranih signala: 15 s Prijenos podataka o padu i porastu morske razine: 15 min Prijenos podataka o padu i porastu morske razine: 15 min Detekcija tsunamia: automatski pomoću algoritmaDetekcija tsunamia: automatski pomoću algoritma Kašnjenje pri prijenosu podataka < 3 minKašnjenje pri prijenosu podataka < 3 min

DART II sustavDART II sustav

TsunametarTsunametar SenzorSenzor Brojilo i računalo -> mikrokontroler; akustični Brojilo i računalo -> mikrokontroler; akustični

modemmodem Algoritam za detekciju tsunamiaAlgoritam za detekciju tsunamia

GPS-bovaGPS-bova

DART II sustavDART II sustav

TsunametarTsunametar

Brojilo i računalo:Brojilo i računalo: Senzor – detekcija signala fluktuacija tlakaSenzor – detekcija signala fluktuacija tlaka Kontinuirano mjerenje i uzorkovanje signalaKontinuirano mjerenje i uzorkovanje signala Brojilo određuje period uzorkovanja -> 15 sBrojilo određuje period uzorkovanja -> 15 s Podaci o tlaku -> mikrokontroler -> flash memorijaPodaci o tlaku -> mikrokontroler -> flash memorija 32-bitna CPU, 4 Mbyte-a flash memorije, 12 bitni A/D 32-bitna CPU, 4 Mbyte-a flash memorije, 12 bitni A/D

konvertor, RS-232 veza, hardware “watch-dog sklop”konvertor, RS-232 veza, hardware “watch-dog sklop” ““Standard Mode”, “Event Mode”Standard Mode”, “Event Mode”

TsunametarTsunametar

Akustična komunikacija (modem, npr. Akustična komunikacija (modem, npr. UWM3000):UWM3000): bebežžičničnaa komunikacij komunikacija -> a -> prijenos podatakaprijenos podataka kroz kroz

tekući tekući medij (ocean).medij (ocean). Dva akustična modema -> bežična RS-232 veza Dva akustična modema -> bežična RS-232 veza

(npr. 2500 bits/sec) (npr. 2500 bits/sec) Max. Dubina: 700 m, 2000 m (može do 3000 m, Max. Dubina: 700 m, 2000 m (može do 3000 m,

6000 m)6000 m) Velike brzine prijenosa podataka, DSP Velike brzine prijenosa podataka, DSP

tehnologijatehnologija Mogući rad: do 3000 m udaljenostiMogući rad: do 3000 m udaljenosti Frekvencija rada uređaja: 7.5 do 12.5 KHzFrekvencija rada uređaja: 7.5 do 12.5 KHz

TsunametarTsunametar

Algoritam za detekciju i način rada:Algoritam za detekciju i način rada:Predviđene vrijednosti amplituda Predviđene vrijednosti amplituda

signala -> svakih 15 s (fluktuacije signala -> svakih 15 s (fluktuacije tlaka)tlaka)

Usporedba mjerenih vrijednosti s Usporedba mjerenih vrijednosti s predviđenom -> razlika iznad praga -predviđenom -> razlika iznad praga -> “Event Mode”> “Event Mode”

Prijenos svakih sat vremenaPrijenos svakih sat vremenaAlgoritam u neaktivno stanje -> kraj Algoritam u neaktivno stanje -> kraj

prijenosaprijenosa

GPS-buoyGPS-buoy

Dva elektroničkaDva elektronička

sustavasustava Računalo (uC) i modem Računalo (uC) i modem

-> jednaki tsunametrovom-> jednaki tsunametrovom Računalo <-> odašiljačRačunalo <-> odašiljač

-> RS-232 veza-> RS-232 veza Uspostava veze -> prijenos ->Uspostava veze -> prijenos ->

prekid veze -> 30 sprekid veze -> 30 s NOAA: 24.01.2005 -> kongresNOAA: 24.01.2005 -> kongres

Prototip (1995)Prototip (1995) 23.05. – 19.07. 199523.05. – 19.07. 1995 5 % gubitak podataka5 % gubitak podataka BPR -> senzor: BPR -> senzor:

Paroscientific,Paroscientific, model model 410K410K

Senzor -> detekcija Senzor -> detekcija signala frekvencije 36 KHzsignala frekvencije 36 KHz

Detekcija tsunamia: Detekcija tsunamia: amplitude < 0.5 cm, u amplitude < 0.5 cm, u vodama do dubine 6 kmvodama do dubine 6 km

DvaDva Datasonics ATM- Datasonics ATM-845/851 modem845/851 modemaa

Modemi:Modemi: Odašiljanje: MFSK, 1200 Odašiljanje: MFSK, 1200

baudbaud Primanje: FSK, 80 baudPrimanje: FSK, 80 baud Spojen pomoću RS-232Spojen pomoću RS-232

Satelitska Satelitska oceanografijoceanografijaa

PProstorna pokrivenost rostorna pokrivenost -> -> kontinuirana kontinuirana mjerenja stanja svjetskih moramjerenja stanja svjetskih mora

Sateliti -> platforme za različite senzoreSateliti -> platforme za različite senzore Radarski visinomjer (altimetar):Radarski visinomjer (altimetar):

topografija morske površinevisina razine mora i brzina vjetra

u atmosferivisina površinskih kratkoperiodičkih valova u oceanima.

‘‘Paris’ conceptParis’ concept

Od 1993 godine ESA radi na ideji iskorištavnja GNSS-a i ugrađivanja različitih senzora na satelite

Sustav za detekciju tsunamia -> senzori: satelitski altimetri -> promjena razine mora u prostoru i vremenu.

'Wide swath' -> konstelacija od deset 'Paris' satelita s kutem od 45 stupnjeva (inklinacija)

Pokriveno -> 45Pokriveno -> 4500S do 45S do 4500NN geografske širine geografske širine, u 1 h, u 1 h ‘‘Paris’ -> prostorna rezolucija 20-50 cm ->vidljiv Paris’ -> prostorna rezolucija 20-50 cm ->vidljiv

poremećaj visine 30-60 cm, duljine vala do 100 kmporemećaj visine 30-60 cm, duljine vala do 100 km ‘Relativno’ jeftina instrumentacija

Princip mjerenja ‘Paris’ -> Princip mjerenja ‘Paris’ -> radarski visinomjer (radarski visinomjer (Wide-swath altimeter ) )

Prostorna pokrivenost do Prostorna pokrivenost do 1000 km1000 km

mjeri intezitet reflektiranih radio valova s morske površine odašiljanih od strane nekoliko GNSS satelita (6 GPS-a i 6 Galileo satelita -> 12 nezavisnih zraka)

Simulirani sustav za detekciju tsunamia, val je označen cveno – praćen s deset ‘Paris’ satelita u nižoj Zemljinoj orbiti (smjer praćenja je označen rozom bojom). Tsunami je bio detektiran za 33 minute.