基于能量及周期参数的P波初至识别方法研究

来源 :中国地震局工程力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dknight123lin
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地震预警作为一种有效的减灾手段,已经在日本、美国等多个国家得到了应用,我国也正在实施“国家地震烈度速报与预警工程”。P波是地震预警系统中实现快速预警的基本信息,在地震预警中的地震定位、震级估计以及影响场预测中发挥着重要的作用。目前,地震预警系统中常用的P波初至自动捡拾方法是基于信号幅值突变特征的单参数识别方法,这种方法难以排除大幅值背景噪声导致的误触发问题,以及P波幅值缓慢增长导致的到时捡拾结果滞后的问题。因此,本文针对地震预警中P波初至自动捡拾方法开展研究,主要研究内容及成果如下:(1)为了选取不同噪声水平、不同地震大小以及不同震中距地面台站的P波及背景噪声数据,本文选取了日本K-NET台网及中国强震动观测台网获取的549次地震的13455条竖向加速度记录作为方法研究及评价的数据库。其中352次地震的2882条记录来自中国强震观测台网,197次地震的10573条记录来自K-NET台网。选取记录的震级范围在2.0到9.0级之间,震中距在0到500 km之间。(2)分析了目前地震预警系统中常用的几种P波初至粗略捡拾方法(长短时平均法、高阶矩法以及周期法)以及两种P波初至精确捡拾方法(基于AIC准则以及基于BIC准则的P波初至精确捡拾方法)中存在的问题及问题产生的根源。(3)分析了P波信号与背景噪声信号在能量及周期方面的差异,分析了能量梯度、卓越周期以及卓越周期梯度三个参数在地震信号与背景噪声中的差异,建立了基于三参数阈值判别准则的P波粗略到时自动拾取方法。同时,将周期参数引入了AIC精确捡拾准则,以解决弱信号捡拾结果滞后的问题。对比了基于单参数的P波初至捡拾方法与基于三参数阈值判别准则的P波初至自动捡拾方法的捡拾精度。结果表明,基于三参数阈值判别准则的P波初至自动捡拾方法,有88.6%的捡拾结果在与±0.5s以内,而基于单参数的P波初至捡拾方法仅有76%。三参数阈值判别准则的P波捡拾方法具有更高的捡拾精度。(4)发展了基于支持向量机的P波粗略到时自动捡拾方法。该方法以能量增长梯度、卓越周期及卓越周期梯度为输入参数,以解决人工设定判别准则的问题,将地震信号与背景噪声进行分类,结合改进的AIC方法实现P波到时的精确捡拾。对比了基于支持向量机的P波初至自动捡拾方法与基于三参数阈值判别准则的P波初至自动捡拾方法的捡拾精度。结果表明,基于三参数阈值判别准则的P波初至自动捡拾方法,有88.6%的捡拾结果在±0.5s以内,而基于支持向量机的方法达到了91.6%。
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