面向地震預(yù)警的強震動數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究

江汶鄉(xiāng)

(中國地震局工程力學(xué)研究所, 哈爾濱150080)

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面向地震預(yù)警的強震動數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究

江汶鄉(xiāng)

(中國地震局工程力學(xué)研究所, 哈爾濱150080)

地震事件有突發(fā)性、 概率低、 預(yù)測難、 破壞大等特點。 隨著強震動臺網(wǎng)的密度和實時傳輸能力的提高， 以強震動觀測為基礎(chǔ)的地震預(yù)警成為重要的防震減災(zāi)手段， 近年來， 在全球發(fā)展迅速。 本文開展了地震預(yù)警系統(tǒng)中的強震動數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究， 主要完成的研究工作有：

(1) 利用強震儀自噪聲識別方法給出儀器自噪聲指標(biāo)， 與在安靜基巖上直接記錄的自噪聲對比， 結(jié)果表明， 在普通環(huán)境下用該方法可以得到可靠的強震儀自噪聲， 可用于判別儀器是否適合預(yù)警監(jiān)測。 基線偏置對地震預(yù)警系統(tǒng)有嚴(yán)重影響， 可以通過基線平移消除。 對基線平移后的測試數(shù)據(jù)分析， 發(fā)現(xiàn)地表傾斜和遲滯損失是引起基線漂移的重要原因。

(2) 針對環(huán)境噪聲易造成系統(tǒng)誤觸發(fā)的情況， 研究了用于地震預(yù)警系統(tǒng)的單臺站抗干擾誤觸發(fā)算法。 提取強震動記錄和干擾記錄觸發(fā)事件后3 s內(nèi)數(shù)據(jù)的多個特征值， 用于建立地震與干擾兩類數(shù)據(jù)的判別準(zhǔn)則。 提出使用決策樹判別干擾事件的方法， 即利用強震動記錄和干擾記錄的特征值對決策樹進行訓(xùn)練， 訓(xùn)練后的決策樹可以較好地區(qū)分地震事件和干擾事件。 針對高速鐵路地震監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中的每個臺站都配置了兩個傳感器的情況， 提出了利用單臺站內(nèi)兩測點相關(guān)性進一步剔除干擾方法。 將本文方法布設(shè)到了高速鐵路沿線長期運行， 其誤報率為0%， 同時對地震事件很靈敏。

(3) 針對一個臺站只有一個傳感器的情況， 對比IIR低通濾波法和小波分析法在本文中的降噪效果； 針對高速鐵路地震監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中觀測數(shù)據(jù)的降噪問題， 提出利用高速鐵路強震觀測臺站的雙傳感器配置和獨立成分分析法， 消除高速鐵路行車振動噪聲， 比濾波法的效果更好。

(4) 研究地震預(yù)警中的地震定位和震級估算方法。 綜合利用方位角、 震相到時、 斷層位置和地震活動信息， 提出合成權(quán)重地震定位方法。 結(jié)果表明， 此綜合方法提高了地震預(yù)警系統(tǒng)的時效性和準(zhǔn)確性， 但是， 計算量大， 由此提出， 利用多目標(biāo)尋優(yōu)方法提高地震定位計算效率。 對比3種典型的多目標(biāo)尋優(yōu)算法， 確定了DEMO算法在本文中具有最快的速度和準(zhǔn)確性。 采用較多參數(shù)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)降低震級估計誤差， 并且使用了大量的KiK-net井下強震動記錄統(tǒng)計估計誤差， 結(jié)果表明， 誤差較小且在已知震中距的情況下， 震級估計誤差更小， 能滿足地震預(yù)警的需求。

(5) 針對地震預(yù)警自身特點和實際應(yīng)用條件， 給出了預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)架、 系統(tǒng)開發(fā)流程和關(guān)鍵技術(shù)以及系統(tǒng)測試方法等。 介紹了本文研究成果和實現(xiàn)技術(shù)在我國高速鐵路地震監(jiān)測預(yù)警試驗系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞強震動觀測； 地震預(yù)警； 地震定位； 震級估計； 高速鐵路

(作者電子信箱， 江汶鄉(xiāng)： jwx_iem@163.com)

中圖分類號：P315.63；

文獻標(biāo)識碼：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.03.013