red sismológica nacional de colombia

RED SISMOLÓGICA NACIONAL DE COLOMBIA: ACTUALIZACIONES E
INNOVACIONES
Franklin Rengifo, Luis Miguel García, Viviana Agudelo, Viviana Dionicio, Cristina
Cardona, Gustavo Tobón, Dario Llanos, Robert Rengifo, Enrique Franco, Maria Luisa
Bermúdez y Anibal Ojeda
Instituto Colombiano de Geología y Minería - INGEOMINAS, Red Sismológica Nacional de
Colombia, Diagonal 53 # 34-53 Bogotá (Colombia)
RESUMEN
Durante los últimos años los observatorios sismológicos están usando estándares más
convencionales para el formato de los datos registrados y procesados, y hacen un uso cada vez
más intensivo del Internet para intercambiar la información, e implementar servicios como
consulta online de las bases de datos sismológicas, Autodrm (AUTOmatic Data Request
Manager) etc. Por lo tanto, el objetivo de este artículo es mostrar lo que la Red Sismológica de
Colombia - RSNC ha realizado con respecto a estos temas para mantenerse actualizada. Este
proceso empezó en el año 2001 con la instalación de Seisan, luego se siguió con la tarea de
migrar la información sísmica a un formato unificado, posteriormente se implementó un sistema
de consulta por Web y se mejoró la presentación de la RSNC en Internet, mostrando al público
más información que se actualiza de manera semi-automática, e instalando el servicio de
Autodrm. Actualmente el trabajo esta enfocado en la instalación de un nuevo sistema de
adquisición de datos el cual consiste básicamente en: la modificación, instalación y adaptación de
Seislog. Por último se describen las perspectivas futuras que se han planteado en cuanto a la
adquisición de un nuevo sistema de comunicaciones y la actualización y ampliación de las
estaciones de la RSNC, la idea consiste en contar con 35 estaciones de banda ancha que cuenten
con un sistema de comunicaciones satelitales eficiente, rápido y de fácil mantenimiento, esto en
un futuro va a permitir mejorar la calidad de los datos sísmicos que diariamente se registran en
Colombia, mejorando a su vez las posibilidades de adelantar investigaciones sismológicas
avanzadas en el país.
Palabras Claves: Seisan, Seislog, Autodrm
1 INTRODUCCION
El grupo de trabajo de la RSNC del Ingeominas tienen como uno de sus objetivos mejorar los
aspectos técnicos de la red, de manera que los sistemas de captura de datos, comunicaciones,
adquisición y procesamiento de datos sismológicos, se mantenga al día en las innovaciones
tecnológicas que ocurren en el campo de la sismología, esto con el fin de brindar una mejor
calidad en la información, y también estar en la capacidad de obtener mejores resultados en las
investigaciones sismológicas en el país. Los aspectos técnicos a mejorar se relacionan
principalmente con: un mejor uso del Internet para ofrecer más y mejor información; avanzar
hacia una mejor base de datos que brinde un manejo fácil y flexible, que tenga soporte técnico, de
fácil adaptación a las necesidades propias de la RSNC, y que se pueda consultar localmente o por
Internet de manera amigable; también la RSNC se ha enfocado ha mejorar su antiguo sistema de
adquisición de datos que funciona en un sistema operativo ya caducado (OS2) y que no permite la
adaptación a nuevas estaciones sismológicas con nuevas tecnologías, el nuevo sistema de
adquisición de datos que se ha configurado, instalado y se esta probando actualmente es Seislog,
el cual ha dado en general buenos resultados; por otro lado en la RSNC el sistema de impresión
que tenía para imprimir de manera continua la señal sísmica de todas las estaciones estaba en mal
funcionamiento (equipos muy obsoletos) porque no había soporte técnico para las impresoras, por
lo que se desarrolló un método por medio de una aplicación en lenguaje Java que permite
imprimir en una sola impresora la señal sísmica de todas la estaciones diariamente, el cual se
piensa seguir mejorando.
Por último, la RSNC tiene como un objetivo a corto y mediano plazo lograr adquirir un nuevo
conjunto de estaciones sismológicas, es decir nuevos sensores de banda ancha con sus respectivos
digitalizadores, sistemas de almacenamiento en sitio, y sistemas de transmisión y recepción de
datos satelitales que ofrecerían mucho menos consumo de energía y más fácil mantenimiento que
el actual, también se lograría más flexibilidad al momento de enlazar nuestros datos con los de
otros sistemas, y mejorar la calidad en estos; todo esto para estar en la capacidad de obtener
mejores resultados de carácter técnico y científico que mejoren a su vez los diversos aspectos
sociales relacionados con estos estudios.
2 BASE DE DATOS SISMOLÓGICA
En el año 2001 se dio comienzo a la migración de la base de datos conformada por las formas de
onda y las fases de todos los sismos registrados por la RSNC desde junio de 1993 hasta aquel
momento, al formato de base de datos usado por SEISAN; esta nueva base de datos tiene la
ventaja de relacionar directamente las localizaciones del sismo a su respectiva forma de onda,
característica que no tenía la anterior base de datos, además se puede instalar en Windows o
Linux y permite un fácil acceso a los datos; este proceso de cambio duro hasta mediados del
2002, para dar inicio a la etapa de revisión y depuración de la información, la cual ha sido
terminada casi en su totalidad.
Hoy en día se tiene una base de datos en formato SEISAN a la cual se puede consultar por
Internet a través de la dirección www.ingeomina.gov.co, obteniendo de manera muy rápida las
localizaciones de los sismos en formato html o texto, y también puede generar mapas en formato
pdf, gif, jpeg, o ps. La consulta a la base de datos se puede hacer a través de distintos parámetros
definidos por el usuario, tales como, ventana de tiempo, rango de magnitudes, rango de
profundidades, coordenadas de un cuadrante o radio de un círculo en un punto cualquiera. La
base de datos cuenta en estos momentos con más de 40.000 eventos con sus respectivas formas de
onda, dado este gran volumen de información se ha proyectado que muy pronto la base datos se
instale en un servidor de características especiales, permitiendo que la base de datos siga
creciendo durante los próximos años sin inconvenientes técnicos, y a la vez permita a los usuarios
un acceso ágil a los datos.
3 INTERNET y PAGINA WEB
Cuando ocurre un evento sísmico representativo (ML>4.0) en el país la RSNC es la encargada de
informar a los organismos de socorro y demás entidades involucradas con el Sistema Nacional de
Atención y Prevención de Desastres; por lo tanto para prestar un servicio de comunicación de
información sismológica de manera rápida y confiable, se tuvo la necesidad de construir una
página web que compilara la información correspondiente al monitoreo de la actividad sísmica,
que desarrolla la RSNC, en el territorio nacional, en esta página web (www.ingeomin.gov.co) se
incluye la actividad diaria (de los últimos 7 días) registrada por la RSNC, los últimos diez sismos
destacados y el último sismo representativo. El objetivo de reunir estos datos es mantener
informado tanto al público especializado como al público en general de la actividad sismológica
del país de una manera amigable y clara. Por lo tanto en la página también se encuentra a manera
de glosario la explicación de ciertos términos técnicos, de manera que aquellas personas que no
están familiarizadas con el tema puedan entender la información que está llegando a sus manos.
Además la RSNC está actualmente en la etapa de configuración de un software de respuesta
automática (AUTODRM), que permita a los usuarios a través del correo electrónico obtener las
fases de los eventos y registros sísmicos directamente de la base de datos de la RSNC. Debido a
que la RSNC utiliza el sistema de análisis sísmico SEISAN para Linux, el cual reúne una gran
variedad de programas que permite el análisis de datos sísmicos, el software AUTODRM necesita
una aplicación auxiliar que le permita leer correctamente la información solicitada, directamente
desde la base de datos de la RSNC y luego enviarla a través del correo electrónico. La instalación
del sistema de AUTODRM en el sistema operativo Linux es sencilla, pero depende de la
finalización de la revisión de la base datos que se esta haciendo en estos momentos y debe
terminarse a finales de este año.
Para ingresar a la página Web de la RSNC referente a la información de la sismicidad destacada,
se debe acceder primero a la página de Ingeominas en www.ingeominas.gov.co, y luego entrar al
link de “último sismo”, ahí encontrará la siguiente página:
Figura 1: Página Principal de la RSNC
En el link del “último sismo destacado”, se encontrará el boletín preliminar con la información
del último evento, y dos mapas ubicando el epicentro, los municipios cercanos, y las estaciones
sismológicas en la zona.
Figura 2 : Boletín Preliminar de Evento Sísmico
Figura 3: Zona Epicentral
En el link de los “últimos diez sismos destacados” aparece una lista con la localización de cada
sismo y un mapa con la ubicación de cada uno de éstos:
Figura 4: Lista de los últimos diez sismos destacados
Figura 5: Mapa de localización de los últimos diez sismos destacados
Por último en el link de “sismicidad diaria” se encontrará una lista con los siete últimos días de
sismicidad localizada por la RSNC, la cual se actualiza diariamente.
Figura 6: Sismicidad diaria de los últimos siete (7) días.
Si por ejemplo, queremos conocer la sismicidad que se registró el día 23 de junio de 2004,
hacemos click en esta fecha y encontramos el listado de los sismos y un mapa con los eventos
registrados en el correspondiente día:
Figura 7: Listado de localización diaria y mapa de localización
Para mirar el mapa de la ubicación de algún evento que se registró el día 23 de junio de 2004,
hacemos click en el nombre del municipio que aparece en la última columna de cada fila, el cual
envía al siguiente mapa:
Figura 8: Mapa de localización del sismo ocurrido a las 7:47 a.m. del día 23 de junio de 2004
4 ADQUISICIÓN DE DATOS: SEISLOG
En estos momentos el proyecto RSNC se encuentra en el proceso de actualización del sistema de
adquisición de datos, siendo actualmente usado el sistema DAQS fabricado por Nanometrics para
OS/2 (hoy en día descontinuado y sin soporte técnico), y el cual se desea reemplazar por el
sistema de adquisición de datos Seislog versión 1.1.7; este es un nuevo sistema que trabaja bajo
plataformas Windows 9X/NT/2000/XP el cual fue desarrollado por Oyvid Natvik y Jens Havskov
en el departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Bergen. En el proceso de
adaptación de Seislog a la RSNC, se han tenido en cuenta muchos aspectos entre los que se
encuentran: cambios y adaptación del código fuente, pruebas en el sistema operativo a usar,
pruebas y futura adquisición de hardware necesario para poner a Seislog en marcha,
configuración pertinente para el buen funcionamiento, y resultados obtenidos hasta el momento.
En la RSNC se utilizan digitalizadores RD1 de Nanometrics (digitalizadores de 16 bits de una
componente) para digitalizar las señales sísmicas; sin embargo Seislog no se diseño inicialmente
para recibir señales en este formato, por lo cual fue necesario adaptar el código fuente, agregando
el módulo necesario para que el sistema trabaje adecuadamente con este tipo de digitalizadores.
Con respecto al sistema operativo, se uso Windows XP, por que según los desarrolladores de
Seislog, en este sistema operativo el sistema de adquisición de datos tiene mejor precisión al
colocar el tiempo en los datos. Sin embargo los primeros intentos se realizaron bajo Windows98,
pero en la actualidad se trabaja bajo Windows XP. La RSNC tiene en funcionamiento 16
estaciones sismológicas con digitalizadores RD1 y una estación de 3 componentes de largo
periodo con un digitalizador Europa fabricado por Nanometrics de 24 bits de resolución. Para
empezar a probar a Seislog con algunas de estas estaciones, se optó por adquirir una tarjeta
multiserial PCI de solo 8 canales marca National Instruments, y teniendo en cuenta que Seislog
adquiere el tiempo a través de un serial conectado a un GPS que funcione con el protocolo
NMEA 8.3, se adquirió un GPS Garmin HVS 35 que se conectó al puerto serial COM 1 del
computador, y que como explicaremos más adelante, se conectó también al puerto LPT1; en
cuanto al computador, este tiene un procesador Intel Pentium IV de 600 Mhz, con 128 megas de
SDRAM, y un disco duro de 20 gigas.
La configuración de Seislog se puede dividir en tres partes: la primera concerniente con la
configuración del modo en que Seislog inserta el tiempo en la señal (aspecto importante y
delicado), la segunda corresponde a la configuración de los disparos y eventos, y por último, la
parte que trata sobre el modo de almacenamiento de la señal sísmica.
En cuento al manejo del tiempo Seislog en su código fuente incluye directamente los tiempos de
retardos debidos a la transmisión satelital, digitalización y lectura a través de los puertos seriales
de la señal, los cuales son para los digitalizadores RD1 de 2.1030 segundos, para la digitalización
y transmisión y de 2400/21 para la lectura de los datos por el puerto serial; por otro lado, el
usuario puede determinar un tiempo de corrección adicional, que se debe en este caso al tipo de
filtro que el digitalizador este usando, el cual altera el tiempo de digitalización de la señal. Para
sincronizar mucho mejor el reloj del PC con el GPS, Seislog puede atrapar la señal causada por la
interrupción IRQ7 originada en el puerto LPT1, debido a un cambio de voltaje ocasionado a su
vez por el GPS, esta señal ocurre cada segundo, inmediatamente después que el GPS envíe por el
puerto serial COM 1, la hora U.T en formato NMEA, lo cual permite disminuir la incertidumbre
entre el tiempo de arribo de la secuencia NMEA al puerto COM1, y el tiempo en el que Seislog
procesa esta secuencia y ajusta el tiempo del PC (para evitar disminuir aun más esta
incertidumbre, Seislog fue implementado inicialmente en el sistema operativo de tiempo real
QNX, sin embargo, esa versión de Seislog ya no tiene soporte). Vale la pena a notar que este
modelo de GPS viene configurado de fabrica sin la opción de enviar el pulso por segundo, por lo
cual hay que reconfigurarlo usando el HiperTerminal o cualquier otra aplicación de uso similar,
enviando los comandos correspondientes en modo texto; también hay que aclarar que para
generar la interrupción IRQ7 es necesario invertir el cambio de voltaje de salida del GPS, lo cual
se logra con un simple circuito electrónico, por último, en Windows XP puede venir deshabilitada
la interrupción IRQ7, y además Windows XP o 2000 pueden estar configurados por default para
asociar a los puertos seriales, dispositivos como mouses, lo cual perjudica la adquisición de los
datos a través de estos puertos, y es necesario por lo tanto la instalación de un update.
La detección de disparos y eventos depende de diversos parámetros a tener en cuenta, para
empezar es necesario explicar algunos conceptos que usa Seislog. Cada digitalizador se conecta a
un puerto serial, en total Seislog acepta hasta 16 digitalizadores, y cada uno de estos
digitalizadores puede tener uno o más canales físicos activados, Seislog acepta en total 64 canales
físicos; por otro lado, Seislog permite configurar varios canales lógicos a un sólo canal físico con
un limite dato por las características del PC. En cada canal lógico se puede establecer valores para
los parámetros de declaración de disparo, lo cual permite a Seislog ser bastante útil cuando se
necesita tener más de un conjunto de criterios para declarar disparos y eventos, ó es decir cuando
sea necesario declarar disparos y eventos originados por fuentes muy diferentes. Para la detección
de disparos, Seislog permite configurar un conjunto de parámetros para cada canal lógico:
•
•
•
•
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STA ó tiempo para el promedio corto de la señal: es el tiempo en segundos en que se desea
calcular un promedio “corto” de la señal.
LTA ó tiempo para el promedio largo de la señal: Es el tiempo en segundos en que se desea
calcular un promedio “largo” de la señal.
Filt-low, filt-hig ó filtro pasa banda: Esto define un filtro pasa banda para los datos que
corresponden a un canal lógico, si se configura este filtro, Seislog filtrará los
correspondientes datos antes de calcular el STA y LTA; además Seislog permite guardar los
datos filtrados o no filtrados en el disco duro.
Trigger Ratio ó razón para inicio de disparo: si valor de STA/LTA es mayor o igual al valor
de este parámetro, entonces se declara el inicio de un disparo.
Detrigger Ratio ó razón de fin de disparo: si el valor de STA/LTA es menor o igual al valor
de este parámetro, entonces se declara el fin del disparo.
Seislog permite configurar varios tipos de eventos y asociarlos con los diversos disparos
configurados a los canales lógicos, a cada evento se le configura los siguientes parámetros:
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•
•
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Min. Number of triggers ó Mínimo número de disparos: es la mínima cantidad de canales
disparados que se requieren para declarar un evento.
Pre-Event ó Tiempo antes del evento: es el tiempo en segundos anterior al primer disparo que
se asume forma parte del evento.
Post-Event ó Tiempo después del evento: es el tiempo en segundos posterior al último
disparo (disparo necesario para declarar fin de evento) que se asume forma parte del evento.
Array Propagation Window ó ventana de espera: el tiempo en segundos máximo que deberá
esperarse desde el primer disparo para que se cumpla con el mínimo número de disparos y así
poder declarar evento.
Maximum Recording ó Máxima duración del evento: es la máxima duración en segundos del
evento e incluye el tiempo antes y después del evento. Aunque existan más canales que los
necesarios para declara un evento, este será truncado y se declarará otro evento (continuación
del mismo). En este punto, parte de la señal sísmica en el pre-event del segundo evento será
igual a la señal sísmica en el post-event del primer evento.
Event duration low limit ó Mínima duración del evento: es el mínimo tiempo en segundos
que debe el evento durar, una vez este sea declarado, para que sea grabado. Este parámetro
funciona también como discriminador de ruido.
En la RSNC los anteriores parámetros están configurados de la siguiente manera:
Parámetro
Mínimo numero de disparos
Pre – Event
Ventana de espera
Post – Event
Máxima duración del evento
STA
LTA
Razón para inicio de disparo
Razón para fin de disparo
Configuración de la RSNC
3 canales
120 segundos
70 segundos
300 segundos
180 segundos
0.25 segundos
300 segundos
5
3
Tabla 1.
En la RSNC los valores de STA, LTA, Trigger Ratio, y DeTrigger Ratio son los mismos para los
8 canales lógicos ( hay sólo un canal lógico por cada canal físico), y no se define filtro a ninguno
de las ocho canales lógicos.
Para el almacenamiento de la información Seislog permite grabar los datos de manera continua en
rinfbuffers que se sobrescriben cada N días, y también permite determinar cada cuantas horas se
desea que se haga un backup de los rinbuffers; en la RSNC se les asocio valores de 3 días para el
tamaño de los ringubuffers y de 3 horas para el periodo del backup. Seislog también crea para
cada evento declarado, un archivo en formato SEISAN, que contiene la señal sísmica registrada
entre el tiempo de inicio de evento menos el tiempo de pre-evento y el tiempo de fin de evento
más el tiempo de pos-evento. Después de tener los eventos grabados y con el tiempo correcto, los
mismos deben ser transmitidos de manera eficiente hasta el centro de análisis. En el caso de la
RSNC, el centro de análisis de datos es Seisan y está instalado bajo Linux Red Hat; para adquirir
los datos registrados en Seislog de manera eficiente se necesito instalar y configurar Samba
(aplicación Linux) en Seisan, el cual permite que los equipo en Linux se conecte a una red Lan
con el protocolo NetBios, es decir comunicarse con equipos en Windows como si todos tuvieran
el mismo sistema operativo. Una vez los datos están en el equipo con Seisan, estos son
procesados, depurados, analizados, y posteriormente son almacenados en la base de datos de la
RSNC en donde se realiza el backup en CD y DVD.
Habiendo terminado de explicar el proceso de configuración de Seislog en la RSNC, pasamos
ahora a describir las pruebas a las que Seislog se ha sometido y los futuros cambios que se
piensan realizar. Para evaluar el buen funcionamiento del nuevo sistema de adquisición de datos
Seislog, se están realizando las siguientes pruebas:
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Monitoreo de la estabilidad del Seislog y del sistema operativo.
Monitoreo del GPS.
Monitoreo de la conexión a través de Samba, entre Seislog y Seisan.
Comparación de los eventos localizados entre el actual sistema de adquisición de datos
DAQS y Seislog.
Con respecto al monitoreo de Seislog y de Windows XP, este ha dado buenos resultados ya que
permanecen estables. El monitoreo del GPS se ha realizado con una aplicación gratuita
VisualGPS la cual permite visualizar el numero de satélites a la vista y su correspondiente calidad
de la señal, el cual también ha dado buenos resultados. La conexión entre Seislog y Seisan, la cual
es crucial para localizar un sismo de manera rápida, ha presentado algunos problemas los cuales
pensamos que se deben a que Seislog actualmente tiene asociada una dirección dinámica IP, por
lo que se proyecta configurarlo con dirección estática IP.
Debido a que Seislog sólo tiene en el momento 8 de las 17 estaciones que hay en total, no se
declaran los mismos eventos en Seislog que en el DAQS, sin embargo, Seislog tiene una
configuración de disparo más sensible que DAQS (actual sistema de adquisición de datos); por
esto, diariamente se relocalizan los sismos que registra con DAQS y Seislog con las estaciones
disponibles, y luego con los eventos que ambos han declarado se comparan directamente las
localizaciones, encontrando diferencias del orden de décimas de segundo en el tiempo de origen,
centésimas de grados en la latitud y longitud, y en la profundidad una diferencia promedio de 8
Km.; la razón principal para estas diferencias radica en que las fases no son marcadas
necesariamente en el mismo lugar para el mismo evento, por otro lado, el método de colocar el
tiempo en los sistemas de adquisición de datos es diferente, lo que implica también una
contribución a las diferencias encontradas.
Actualmente esta en proceso mejorar la adquisición del tiempo en Seislog para disminuir las
diferencias que hay entre los dos sistemas de adquisición de datos, y se esta estudiando la manera
de mejorar la interfaz gráfica de Seislog, para facilitar la identificación visual de eventos, y
también agregar un modulo que permita monitorear el estado de salud de las estaciones, siendo
esta una de las falencias de la actual versión de Seislog. También se diseñará e implementará un
programa de auto-localización, el cual se iniciará al declararse un evento en Seislog (facilidad que
Seislog permite en su configuración), el cual tomará como parámetros de entrada los tiempos de
inicio de disparo en cada una de las estaciones, como tiempos de arribos de fases P; el programa
AutoLoc llamara luego al programa HYPO, el cual calculará la localización del evento, para
luego mostrarlo gráficamente en un mapa de Colombia.
5 ESTACIONES SISMOLÓGICAS
En la actualidad la RSNC cuenta con 16 estaciones de una componente (vertical) de corto periodo
y una estación triaxial de banda ancha, ubicadas todas hacia la región central del país, lugar con la
mayor actividad sismológica y donde históricamente se han registrado más catástrofes sísmicas.
Hacia futuro se ha propuesto modernizar la red sismológica, de manera que se cuente con 35
estaciones de banda ancha, y se mejore la detección de eventos en el norte del país (costa
Atlántica) en el Pacifico y en los Llanos Orientales. Este proceso de renovación y ampliación de
las estaciones sismológicas esta proyectado a cinco (5) años a partir de 2003, para este año se
tiene proyectada la compra de un nuevo sistema de comunicaciones satelitales que haga el enlace
entre siete (7) estaciones sismológicas y el centro de recepción de datos, además se ha
considerado la compra de cuatro (4) estaciones sismológicas nuevas con sensores de banda ancha
Guralp CMG-40T, con respuesta plana entre 30 seg y 50 Hz, conectados a digitazadores
Quanterra Q330, que son ideales para aplicaciones de sismológicas de banda ancha. Las nuevas
estaciones sismológicas contaran con un sistema de almacenamiento de datos in-situ, en caso que
el sistema de comunicaciones falle, los datos no serán transmitidos hasta el centro de recepción de
datos, pero la información permanecerá en la estación.
El nuevo sistema de comunicaciones y las futuras estaciones de banda ancha representaran un
avance significativo en instrumentación sismológica en país, permitiendo que sigamos a la
vanguardia de los observatorios sismológicos, y generando información de calidad para adelantar
estudios que darán como resultados un mejor conocimiento de la sismotectonica del país, y mejor
evaluación de la amenaza sísmica a la cual nos encontramos sometidos.
6 REFERENCIAS
J. Hasvkov and L. Ottemöller, 2003. Seisan: The Earthquake Analysis Software, Version 8.0
Preliminary. Department of Earth Science, University of Bergen.
O. Natvik, J. Havskov, 2003. Seislog for Windows a seismic data acquisition system for
Windows 9X/NT/2000/XP, Version 1.1.7. . Department of Earth Science, University of Bergen.
Nanometrics INC, 1992. RD3 User Guide.
Garmin, 2004. Technical Specification Models: GPS35-LVC, GPS35-LVS, GPS35-HVS.