[發(fā)明專利]一種實現(xiàn)地震預(yù)警的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710842194.3
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107479094B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李啟成
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01V1/30
• 分類號: G01V1/30
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

本發(fā)明提供一種實現(xiàn)地震預(yù)警的方法，涉及地震信號處理技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先實時記錄地震波，對實時傳送的地震波數(shù)據(jù)通過低通濾波器進行實時濾波，用振幅相對變化率作為特征函數(shù)，對實時濾波后的數(shù)據(jù)計算特征函數(shù)，確定長、短尺度的長度后，按確定的步長同步移動長、短窗，同時實時對特征函數(shù)計算STA/LTA值，判斷STA/LTA值是否超過其閾值，若是，則取其對應(yīng)的采樣時間為地震波到時，同時觸發(fā)地震預(yù)警裝置，否則，繼續(xù)進行下一次的地震波實時記錄。本發(fā)明采用長短時均值比方法自動拾取p波到時，算法簡單、計算速度快，用地震波振幅相對變化率作為特征函數(shù)，所用機時可以忽略，抗干擾能力強。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地震工程和地震信號處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種實現(xiàn)地震預(yù)警的方法。

背景技術(shù)

地震預(yù)警是針對地震預(yù)報能力不足提出的震時預(yù)警方法。其一般原理是，把地震探測器安置在活斷層附近，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，由于p波傳播速度比s波快，地震探測器首先接收到p波，在破壞力很強的s波到達前用電磁波把地震消息傳達到城市，通知人們在地震s波到達前做好應(yīng)急準(zhǔn)備。最近幾年發(fā)展迅速的地震預(yù)警技術(shù)，需要自動、快速、準(zhǔn)確確定P波到時。

地震p波自動拾取方法一直在不斷改進，到目前為止常用方法主要有長短時均值比方法(即STA/LTA方法)、AIC準(zhǔn)則、高階統(tǒng)計計量方法(PAI-S/K)、自回歸方法定義進行地震震相判別的方法，除此之外還有分形維法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。

長短時均值比方法是目前廣泛使用的一種地震波初至拾取方法，其原理是取地震波特征函數(shù)在短時間內(nèi)平均值與長時間內(nèi)平均值之比確定地震波初至，即長短時平均值法，地震波初至?xí)r刻就是用長短時平均值法計算得到的對應(yīng)峰值點。長短時均值比方法具有算法簡單、計算速度快和特征函數(shù)多樣等優(yōu)點，這非常符合地震預(yù)警的要求。其不足是特征函數(shù)的不同選擇使得到時的拾取產(chǎn)生差異，并且目前使用的特征函數(shù)使得拾取結(jié)果抗干擾能力較差；短時間和長時間取得過短、過長都會造成地震觸發(fā)錯誤。

AIC準(zhǔn)則認為地震發(fā)生前后對應(yīng)著兩個不同的穩(wěn)態(tài)過程，AIC函數(shù)的極小值對應(yīng)p波初至?xí)r刻。AIC函數(shù)峰值點尖銳，從這種意義上說該方法拾取到時的準(zhǔn)確度高。但在不同時窗下，拾取的到時位置不同，所以該方法僅僅適合地震波初至位置大致已知的情況，這顯然不適用地震預(yù)警的速度要求。

PAI-S/K方法定義了地震波形峰度和偏斜度函數(shù)，判斷上述二函數(shù)曲線的極值點，以極值點前曲線斜率最大位置作為地震波到時。該算法計算簡單、速度快，但抗干擾能力不強。

自回歸方法將地震信號分為兩個局部統(tǒng)計時段，取自相關(guān)最小值作為p波到時，該方法拾取到時精度高，但計算速度慢，不適用于地震預(yù)警。

分形維數(shù)方法認為地震信號與噪音疊加時分形維數(shù)發(fā)生變化，并據(jù)此拾取p波。該方法應(yīng)用于地震預(yù)警的最大障礙是計算速度慢。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法采用峰值振幅、時窗內(nèi)均方根振幅比、峰值與其前后峰值包絡(luò)斜率及噪聲與信號比值等作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入因素，是一種綜合的p波到時拾取方法。其最大優(yōu)點是適用性強，缺點是計算復(fù)雜、用時長。

上述方法都是自動拾取p波到時的常用方法，都有一定的適用條件。地震預(yù)警要求p波拾取速度快，只有長短時均值比方法可以滿足速度快的要求，但其抗干擾能力低使得拾取p波到時誤差較大的問題需要改進。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種實現(xiàn)地震預(yù)警的方法。采用地震波振幅相對變化率作為特征函數(shù)，用長短時均值比方法自動拾取p波到時，算法簡單、計算速度快、所用機時可以忽略、抗干擾能力強。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種實現(xiàn)地震預(yù)警的方法，包括以下步驟：

步驟1：實時提取三分量地震動記錄{x_i}、{y_i}、{z_i}，i為地震動記錄的實時記錄序號；三分量地震動記錄可以是位移、速度或加速度；