一种地震前重力扰动信号识别方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种地震前重力扰动信号识别方法，包括获取多台重力仪的原始重力数据；将每台重力仪所处位置的相关辅助观测数据融合成二维矩阵；对重力数据库中的原始重力数据预处理，形成一维重力矩阵，并通过二维矩阵修正一维重力矩阵，得到目标一维重力矩阵，其中，预处理包括对原始重力数据中的尖峰、突跳、阶跃和间断的数据进行探测处理，目标一维重力矩阵表示经过探测处理后形成的连续重力数据分列存储的一维数据；将目标一维重力矩阵输入至小波散射模型，得到散射系数；对散射系数进行降维，确定散射系数中的特征值最高的两个分量；根据高斯混合模型，对两个分量，进行无监督分类，识别重力扰动信号与背景噪声信号。识别重力扰动信号与背景噪声信号。识别重力扰动信号与背景噪声信号。

【技术实现步骤摘要】
一种地震前重力扰动信号识别方法及系统


[0001]本专利技术涉及地震信号识别
，尤其是涉及一种地震前重力扰动信号识别方法及系统。

技术介绍

[0002]随着地震重力监测台网的不断完善，许多与地震相关的前兆信号被发现，震前连续重力扰动也是其中的一种。大震前3到10天，台站型重力仪记录中出现某种“纺锤状”的异常信号，这就是震前重力扰动信号，为地震短期预报提供了可能。
[0003]为了有效提取到这种重力扰动信号，通常是基于震前台站型重力仪(如超导重力仪、gPhone重力仪)的观测记录来提取。大多数方法是通过数字滤波的方式来实现对扰动信号频段和其他信号频段的分离。
[0004]由于每个地区，每个重力仪的扰动信号的频率分布并不相同，或一致，因此，需要手动设置滤波频率参数，针对每个重力仪分布设置，不仅效率低，还容易出现操作错误，并且获取到重力仪的原始重力数据后，对海量的原始重力数据处理工作，也为操作者带来较大的负担。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种地震前重力扰动信号识别方法及系统，该一种地震前重力扰动信号识别方法及系统解决现有技术中处理数据量大，不能够准确识别震前重力扰动信号，需要人工干预，效率低的问题。
[0006]本专利技术第一方面提供一种地震前重力扰动信号识别方法，方法包括：
[0007]获取多台重力仪的原始重力数据，更新重力数据库；
[0008]将每台重力仪所处位置的相关辅助观测数据融合成二维矩阵，其中，相关数据至少包括所述重力仪的经纬度、高程、固体潮模型和大气修正值中的一种或多种；
[0009]对所述重力数据库中的所述原始重力数据预处理，形成一维重力矩阵，并通过所述二维矩阵修正一维重力矩阵，得到目标一维重力矩阵，其中，所述预处理包括对所述原始重力数据中的尖峰、突跳、阶跃和间断的数据进行探测处理，所述目标一维重力矩阵表示经过探测处理后形成的连续重力数据分列存储的一维数据；
[0010]将所述目标一维重力矩阵输入至小波散射模型，得到散射系数；
[0011]对散射系数进行降维，确定所述散射系数中特征值最高的两个分量；
[0012]根据高斯混合模型，对两个分量，进行无监督分类，识别重力扰动信号与背景噪声信号。
[0013]可实施的一种方式中，所述获取多台重力仪的原始重力数据，更新重力数据库的步骤，包括：
[0014]根据预设的时间获取台站的重力仪原始重力数据，基于获取原始重力数据，更新重力数据库。
[0015]可实施的一种方式中，所述将每台重力仪所处位置的相关辅助观测数据融合成二维矩阵的步骤，包括：
[0016]相关数据表示：
[0017]根据所述重力仪所处位置，确定所述重力仪的经纬度和高程；
[0018]根据DDW模型计算，得出所述固体潮模型，其中，所述DDW模型计算公式为：
[0019][0020]其中，G
T
(t)为理论合成重力固体潮，N为总的潮波数量，M
n
为潮波分量数；A
nm
、ω
nm
、δ
n
、分别表示第n个潮波群、m个潮波分量的潮波振幅、角频率、初始相位、振幅因子和相位滞后；
[0021]根据大气导纳值
‑
0.3μGal/mba计算得出大气修正值，其中，所述大气导纳值
‑
0.3μGal/mba的计算公式为：
[0022]g(t)＝a.p(t)+b
[0023]其中，g(t)为重力残差信号，p(t)为同步测量的气压时间序列，a为大气导纳值，b为常数。
[0024]可实施的一种方式中，所述对所述重力数据库中的所述原始重力数据预处理，形成一维重力矩阵，并通过所述二维矩阵修正一维重力矩阵，得到目标一维重力矩阵的步骤，包括：
[0025]将预处理后的所述重力仪预处理数据分列存储在Mysql数据库，每一列表示一个所述重力仪的处理后的连续的重力数据；
[0026]将每一列的所述重力数据，形成一维重力矩阵；
[0027]通过所述二维矩阵对所述一维重力矩阵修正，形成目标一维重力矩阵；其中，
[0028]所述尖峰和突跳通过3σ原则进行粗差探测；
[0029]所述间断数据剔除；
[0030]所述阶跃通过在一个时间窗口，拟合一个多元线性函数和阶跃函数的组合方式，消除影响。
[0031]可实施的一种方式中，所述对所述重力数据库中的所述原始重力数据预处理，形成一维重力矩阵，并通过所述二维矩阵修正一维重力矩阵，得到目标一维重力的步骤之前，还包括：
[0032]根据ETL任务，在所述重力数据库中抽取预设时间段内的连续原始重力数据；
[0033]将抽取的原始重力数据拼接，并迁移至Mysql数据库，其中，所述拼接表示将预设时间段内的一个重力仪的数据，依据设定的规律连接。
[0034]可实施的一种方式中，所述将所述目标一维重力矩阵输入至小波散射模型，得到散射系数的步骤，包括：
[0035]根据小波散射模型中的Gabor小波对母小波函数进行初始化，形成小波滤波器组；
[0036]将每一列的所述重力仪的预处理数据输入小波滤波器组，进行卷积运算；
[0037]根据卷积运算的结果，进行取模运算，得到多通道散射系数，其中，多通道散射系数表示具有时移不变性与局部形变稳定性的重力信号的高维特征。
[0038]可实施的一种方式中，所述对散射系数进行降维，确定所述散射系数中的特征值
最高的两个分量的步骤，包括：
[0039]通过池化计算，对卷积运算后的多通道散射系数降维，得到重力信号的参数；
[0040]重复N次卷积运算和池化运算，并将每次池化后得到重力信号的参数进行全连接，构成重力信号的散射系数；
[0041]根据PCA主成分分析，对构成重力信号的散射系数进行降维，其中，对构成重力信号的散射系数进行降维表示将重力信号的散射系数中各维度向量向特征值最高的两个维度空间进行投影，形成二维隐空间；
[0042]根据构成重力信号的散射系数进行降维结果，确定两个分量。
[0043]可实施的一种方式中，所述根据高斯混合模型，对散射系数，进行无监督分类，识别重力扰动信号与背景噪声信号的步骤，包括：
[0044]根据高斯混合模型对所述二维隐空间的数据进行无监督分类；
[0045]根据高斯混合模型的分类损失函数的梯度下降方向更新母小波参数；
[0046]根据更新母小波参数，确定重力的重建信号。
[0047]本专利技术第二方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述的地震前重力扰动信号识别方法的步骤。
[0048]本专利技术第三方面提供一种地震前重力扰动信号自动识别系统，应用于前述的地震前重力扰动信号识别方法，包括：
[0049]获取单元，用于获取多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地震前重力扰动信号识别方法，其特征在于，方法包括：获取多台重力仪的原始重力数据，更新重力数据库；将每台重力仪所处位置的相关辅助观测数据融合成二维矩阵，其中，相关数据至少包括所述重力仪的经纬度、高程、固体潮模型和大气修正值中的一种或多种；对所述重力数据库中的所述原始重力数据预处理，形成一维重力矩阵，并通过所述二维矩阵修正一维重力矩阵，得到目标一维重力矩阵，其中，所述预处理包括对所述原始重力数据中的尖峰、突跳、阶跃和间断的数据进行探测处理，所述目标一维重力矩阵表示经过探测处理后形成的连续重力数据分列存储的一维数据；将所述目标一维重力矩阵输入至小波散射模型，得到散射系数；对散射系数进行降维，确定所述散射系数中的特征值最高的两个分量；根据高斯混合模型，对两个分量，进行无监督分类，识别重力扰动信号与背景噪声信号。2.根据权利要求1所述的地震前重力扰动信号识别方法，其特征在于，所述获取多台重力仪的原始重力数据，更新重力数据库的步骤，包括：根据预设的时间获取台站的重力仪原始重力数据，基于获取原始重力数据，更新重力数据库。3.根据权利要求1所述的地震前重力扰动信号识别方法，其特征在于，所述将每台重力仪所处位置的相关辅助观测数据融合成二维矩阵的步骤，包括：相关辅助观测数据表示：根据所述重力仪所处位置，确定所述重力仪的经纬度和高程；根据DDW模型计算，得出所述固体潮模型，其中，所述DDW模型计算公式为：其中，G
T
(t)为理论合成重力固体潮，N为总的潮波数量，M
n
为潮波分量数；A
nm
、ω
nm
、δ
n
、分别表示第n个潮波群、m个潮波分量的潮波振幅、角频率、初始相位、振幅因子和相位滞后；根据大气导纳值
‑
0.3μGal/mba计算得出大气修正值，其中，所述大气导纳值
‑
0.3μGal/mba的计算公式为：g(t)＝a.p(t)+b其中，g(t)为重力残差信号，p(t)为同步测量的气压时间序列，a为大气导纳值，b为常数。4.根据权利要求1所述的地震前重力扰动信号识别方法，其特征在于，所述对所述重力数据库中的所述原始重力数据预处理，形成一维重力矩阵，并通过所述二维矩阵修正一维重力矩阵，得到目标一维重力矩阵的步骤，包括：将预处理后的所述重力仪预处理数据分列存储在Mysql数据库，每一列表示一个所述重力仪的处理后的连续的重力数据；将每一列的所述重力数据，形成一维重力矩阵；通过所述二维矩阵对所述一维重力矩阵修正，形成目标一维重力矩阵；其中，
所述尖峰和突跳通过3σ原则进行粗差探测；所述间断数据剔除；所述阶跃通过在一个时间窗口，拟合一个多元线性函数和阶跃函数的组合方式，消除影响。5.根据权利要求1所述的地震前重力扰动信号识别方法，其特征在于，所述对所述重力数据库中的所述原始重力数据预处理，形成一维重力矩阵，并通过所述二维矩阵修正一维重力矩阵，得到目标一维重力矩阵的步骤之前，还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟笃林，苟家宁，周浩，张晓彤，刘子维，
申请(专利权)人：湖北省地震局中国地震局地震研究所，
类型：发明
国别省市：