QCN@home

Základní informace o projektu a popis měření zemětřesení na domácích počítačích, kterým se projekt QCN@home zabývá.

Troška historie a základní pojmy

Seismologie (z řeckého seismos - zemětřesení + logos - slovo, řád, nauka) je obor geofyziky, který se věnuje studiu zemětřesení a procesů spojených se šířením seizmických vln Zemí či jinými objekty.

Zemětřesení, ale i jiné pohyby Země, vyvolávají různé typy seizmických vln, které se šíří hmotou. Prostředí, kterým se šíří, je ale zároveň ovlivňuje, stejně jako se ohýbá a šíří světlo. Seismologie ze záznamů seismometrů dokáže zpětně určovat, jakým prostředím se vlny šířily. Díky tomu byli seismologové v minulosti schopni poměrně přesně určit radiální stavbu Země a dnes jsou dokonce pomocí seismické tomografie schopni rekonstruovat i 3D stavbu Země do určitého rozlišení. V lokálním měřítku lze využít i umělých otřesů (bucharů či explozí) k průzkumu malé části zemské kůry například v naftové prospekci i k odhalení skrytých geologických struktur (podobně byl objeven kráter Chicxulub v oblasti Mexického zálivu, při jehož vzniku mohli být vyhubeni dinosauři). Seismologická měření mohou také prokázat případné jaderné testy včetně těch podzemních.

Předpověď zemětřesení

Většina seismologů hodnotí velmi skepticky současné pokusy některých vědců o předpověď zemětřesení. Někteří se domnívají, že taková předpověď není z principu možná kvůli chaotickému charakteru celého procesu. Tento problém se dá částečně obejít, pokud se využije buď dlouhodobý nebo naopak výrazně krátkodobý přístup – běžně jsou vytvářeny mapy seizmického ohrožení (v dlouhodobé perspektivě) a naopak existují projekty jakési včasné výstrahy, které jsou schopny během několika sekund po prvním otřesu určit pro specifickou lokalitu sílu a směr následných otřesů.

Pro popis velikosti zemětřesení se v seismologii nejčastěji používá Richterova stupnice, kterou vytvořil v roce 1935 americký seismolog Charles Francis Richter. Stupnice udává intenzitu pohybu Země měřenou ve vzdálenosti 100 km od epicentra zemětřesení a je logaritmická - každý další stupeň je desetinásobkem stupně předchozího.

  • Magnitudo 0 – 2,0 – mikrozemětřesení, nepocititelné, zaznamenatelné pouze přístroji
  • Magnitudo 2,0 – 2,9 – Nejmenší hodnota rozpoznatelná člověkem, nezpůsobuje žádná poškození
  • Magnitudo 3,0 – 3,9 – Často pocítitelné, nepůsobí škody, slabé otřesy způsobující drnčení oken a cinkot nádobí
  • Magnitudo 4,0 – 4,9 – Dochází ke slabému poškození budov blízko epicentra
  • Magnitudo 5,0 – 5,9 – Velké škody na špatně postavených budovách, u dobře postavených budov pouze drobná poničení
  • Magnitudo 6,0 – 6,9 – Může ničit až do vzdálenosti 100 km. Otřesy způsobují vážné poškození špatně postavených budov
  • Magnitudo 7,0 – 7,9 – Velké škody na velkých oblastech, velké poškození budov.
  • Magnitudo 8 nebo větší – Velké škody na vzdálenosti stovek kilometrů. Dochází k téměř úplnému zničení budov, velké předměty létají vzduchem

PTWC (Pacific Tsunami Warning Center)

Byl založen v roce 1946, dva roky po katastrofě na Havaji. Tehdy pod jménem ATWC(American Tsunami Warning Center), tedy americký varovný systém. Velké zemětřesení dne 22.května 1960 v oblasti na jihu Chile o síle 9,6 M, následované sérií dalších zemětřesení podél 1000 km dlouhé zlomové plochy, mělo za následek tsunami, které postihlo celou tichomořskou oblast. Po této události došlo k rozšíření do většiny zemi v Tichomoří a projekt se přejmenoval na PTWC (Pacific Tsunami Warning Center). Více o tomto programu naleznete zde->>.

Zemětřesení u nás

V našich krajích se nemusíme něčeho takového obávat. Nejčastěji se u nás vyskytují tak slabé otřesy, že je ani necítíme, konkrétně do síly 2 M. Výjimečně se ale stává, že přístroje zaznamenají hodnoty vyšší. Nejsilnější zemětřesení v poslední době bylo zaznamenáno o síle 4,1 M a to v pátek 10.10.2008 na Chebsku. Zemětřesení bylo zaznamenáváno od 8. do 10.10.2008. Seizmická aktivita na Chebsku má periodický charakter a každých deset let se tato aktivita stupňuje. K nejničivějšímu zemětřesení v našem okolí došlo 28.června 1763 v Komárně (Slovensko). Zahynulo při něm 63 lidí, dalších 102 bylo zraněno, vážně bylo poničeno 7 kostelů a 273 dalších budov. Každoročně je zaznamenána spousta otřesů, ale podle odborníků by žádné nemělo překročit sílu 5 M. Protože však stavíme velmi kvalitní stavby, neměli bychom se toho obávat, čekat můžeme pouze popraskané zdi. Neměli bychom však nic podceňovat, být alespoň s tímto faktem seznámeni a vědět, jak ochránit sebe a své nejbližší.

QCN@home (Quake-Catcher Network Seismic Monitoring)

Projekt QCN využívá k záznamu seizmické aktivity počítače uživatelů, zapojených do systému BOINC. Tento projekt je zcela závislý na počtu uživatelů, jelikož každý z nich je jedním měřícím bodem.

Princip sběru dat je relativně jednoduchý a spočívá ve využití senzorů (akcelerometrů), integrovaných ve většině notebooků novější konstrukce, které zaznamenávají v reálném čase změny pohybu na ose (x,y,z). Při zjištění zemětřesení se výsledky okamžitě odesílají ke zpracování. Ten čas je opravdu krátký, od pozitivního zjištění uběhne maximálně 10-15 sekund. Server QCN výsledky okamžitě vyhodnotí a zpracuje. Výsledky se stávají platné, pokud je zaznamenají ve stejné lokalitě dva různé počítače zapojené do projektu. Zde bohužel vzniká problém, že jeden počítač v dané lokalitě nestačí a je potřeba pro ověření výsledků více senzorů. Také bych chtěl vyvrátit mýtus ohledně zkreslování výsledků okolo jedoucí tramvají nebo nějakým jiným člověkem vyvolaným otřesem. Tyto otřesy se šíří do velmi malé vzdálenosti a z praktického hlediska je už ve vzdálenosti 60m nezachytíte. Samotné zemětřesení je oproti těmto lokálním otřesům měřitelné v okruhu několika desítek kilometrů, takže není možné, aby se zemětřesení dalo falešně vyvolat.

Detailnější popis funkčnosti v akci

Názorně si nyní ukážeme funkčnost celého projektu. Dušan a Vítek vlastní notebook, oba dva mají nový notebook s aktivní funkcí, která vypíná disk při otřesech, a tak jim chrání bezpečně data na disku. Jsou zapojeni do projektu QCN, pomocí senzoru v notebooku měří seizmickou aktivitu a bydlí ve stejném městě. Dejme tomu, že ve stejnou chvíli oba zachytí seizmickou aktivitu. Program v jejich notebooku měření vyhodnotí, a pokud je pozitivní, za 10 – 15 sekund po vyhodnocení posílá výsledky do centra projektu. Ten oba výsledky porovná a pokud jsou oba shodné, vyhodnotí je kladně. Vyhodnocení lze nalézt na stránkách projektu a měly by se reportovat dál na web USGS (US Geological Survey). Tento web se zabývá sledováním živelných katastrof a používá k tomu společných sítí senzorů různých agentur. USGS může například kontaktovat Integrovaný záchranný systém o dané události, který se pak může včas připravit na živelnou katastrofu a poskytnout pomoc dříve. Ale zpátky k Dušanovi a Vítkovi - oba jejich senzory zemětřesení zachytí a také je o tom informuje program formou zvukového signálu. V takovém případě by se kluci měli schovat mezi rám dveří nebo podle možnosti odejít z budovy podél zdi.

Akcelerometr a jeho využití

Akcelerometr je senzor, který využívá setrvačnosti hmoty pro měření rozdílu mezi kinematickým zrychlením (vzhledem k určitému inerciálnímu prostoru) a gravitačním zrychlením.

Právě tento přístroj mnozí z vás máte ve svém notebooku a ani o něm třeba nevíte. Každý výrobce tento systém chránící vaše data na pevném disku nazývá totiž jinak. Já mám například notebook od IBM, u něj jej naleznete pod označením ThinkVantage Active Protection System. Jedná se o docela jednoduchou funkci, senzor při zjištění větších odchylek, tedy otřesů, zaparkuje hlavičky v pevném disku do výchozí polohy a disk uspí po dobu otřesů. Vám se sníží riziko poškození pevného disku a tím i vašich soukromých dat. Tuto funkci dále nabízí Acer, HP, IBM/Lenovo, pro tyto integrované senzory nepotřebujete žádné ovladače. Dále je možnost připojit USB senzor k počítači (bohužel se zatím v naší republice neprodává) a k němu nainstalovat patřičný ovladač. Jinak by s nimi aplikace QNC neuměla komunikovat.

Senzory integrované v noteboocích nejsou moc přesné, mají schopnost zaznamenat hodnoty pouze kolem 3 M. Falešným otřesům se projekt vyhýbá například i tím, že aplikace programu pozastaví zaznamenávání při používání notebooku. Tím se vyhne falešným otřesům způsobených při psaní, hodnoty jsou zaznamenávány až po třech minutách nečinnosti.

Zapojení se do projektu QCN

Projekt QCN běží pod systémem BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing). Jistě znáte i spoustu jiných projektů, které tohoto otevřeného systému využívají, proto nebudete mít problém si přidat i tento projekt a nebo necháte běžet pouze tento projekt, volba je na vás.

Minimální požadavky pro zapojení se do projektu:

  • 1) Nainstalovaný klient Boinc doporučené verze 6.6.38, lepší cokoliv od 6.7 výš kvůli častému přístupu na senzor. Dost zatěžuje CPU se starší verzí.
  • 2) Operační systém: Windows 98 a novější, Linux, MacOs 10.3/10.4/10.5 více informací zde->>
    Náročnost na paměť je ±20MB.
  • 3) A v neposlední řadě akcelerometr, který je buď součástí vašeho notebooku a nebo se dá sehnat do USB portu i pro stolní počítače odkaz zde->>

Pokud všechny tyto požadavky splňujete, není nic jednoduššího, než se zapojit. Po úspěšné registraci se přesuneme na nastavení účtu, kde si vyplníme například tým, pokud se chcete sdružovat s dalšími nadšenými počtáři a dočítat se o novinkách a případných výpadcích či optimalizacích.

Pokud toto všechno máte nastavené, tak se přesuneme na další nastavení a tím je vaše lokace „My Location“.

Zde máte na výběr nastavení pro pět různých IP adres, se kterými se připojujete k internetu. Pro nejpřesnější výsledky je nejlepší, pokud co nejpřesněji označíte svojí polohu.

A takhle už vypadají zaznamenaná data ze senzoru, zaznamenávání údajů a samotný výpočet trvá 24 hodin. Po odeslání výsledku vám projekt pošle další jednotku, kterou budete počítat dalších 24 hodin. Zde závislost na rychlosti procesoru nerozhoduje.

Závěr a malé shrnutí

Nyní si shrneme všechna fakta a informace. Pokud chcete udělat něco málo pro vědu a bezpečnost lidí ve vaší lokalitě (včetně vlastní), je tento projekt opravdu jako stvořený pro vás. Toto sledování seismické aktivity nezatěžuje procesor a takřka o projektu nevíte. Pouze s verzí nižší, než 6.7 by se mohlo stát, že se vám bude zdát odezva systému nižší a výpočty na ostatních projektech BOINC budou trvat déle. Tento problém řeší vyšší verze klienta BOINC a tak by ani tohle nemělo být překážkou v počítání. Pokud se chcete zapojit do projektu, počítejte s tím, že vás počítač musí být zapnutý po co nejdelší dobu. Počítačům dlouhý provoz nevadí, hůře jsou na tom notebooky, které jsou koncipovány spíše na mobilnost, ale nižší spotřeba energie může být dostatečným argumentem právě pro zapojení notebooku do projektu.

Na závěr mohu říct jen to, že tento projekt má význam pouze při zapojení více aktivních počtářů, tedy každý aktivní senzor je velkým přínosem.

Vtípek nakonec - A jak vlastně zemětřesení vzniká ?

Tohle je jediný svět, kde nevyjde slunce, dokud slon nezvedne nohu ?

Zdroje:
http://www.prh.noaa.gov/ptwc/
http://www.trivis.info/view.php?cisloclanku=2007090104
Wikipedie
http://newsroom.ucr.edu/news_item.html?action=page&id=1806
http://fyzmatik.pise.cz/
http://earthquake.usgs.gov/eqcenter/recenteqsww/
http://earthquakes.usgs.gov/learning/
http://qcn.stanford.edu/sensor/

Autor:
Jakub Sedláček - Czech National Team

Korektura:
Dušan Vykouřil (forest) - Czech National Team
Tomáš Pazderka (Zelvuska) - Czech National Team
Jaroslav Mikšovský (JardaM) - Czech National Team
Petr Nekvinda (petnek) - Czech National Team

Svůj komentář na tento článek, co by mělo být opraveno, či doplněno můžete napsat do této sekce na našem týmovém fóru. Téma s komentářem k tomuto konkrétnímu článku, by mělo nést stejný název, jako článek na webu.

Rubrika:


Nahoru