詹艷艷1李宏達21.沈陽理工大學信息科學與工程學院　2.沈陽理工大學　裝備工程學院

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地震預測的電磁探測仿真與分析

詹艷艷1李宏達2
1.沈陽理工大學信息科學與工程學院2.沈陽理工大學裝備工程學院

摘要：地震是自然災害之一，對人類產生了嚴重的危害。各國都在致力于研究如何對地震進行有效預測，將其所帶來的損失降到最小。本課題的研究工作是結合國內外地震預測的電磁探測研究現狀，根據電磁層的變化規(guī)律，利用數據處理軟件Matlab模擬電磁異常數據，并將數據可視化，轉變成二維和三維的圖像，再對圖像實現小波去噪后，找到電磁異常的規(guī)律，以便得到電磁異常與地震發(fā)生的關系，形成對地震預測有所幫助的實驗結果。

關鍵字：地震預測 電離層 電磁衛(wèi)星 數據處理

1　引言

世界上最早關于地震前空間電磁異?，F象觀測的報道在20世紀80年代，很多研究表明強地震前存在著地震電磁異常的現象，因此把對電磁監(jiān)測作為地震預測的一種有效方式。通過電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星獲得空間電離層數據，由于空間電離層本身就有一定的特征和規(guī)律性，所以電磁監(jiān)測衛(wèi)星不僅要具有對電離層特性、規(guī)律的研究和探索的能力，還要提取地震前空間異常現象和總結異常規(guī)律的作用。本文模擬電磁衛(wèi)星數據，利用Matlab軟件，提取地震前空間異常信息，濾掉非震干擾數據，找出異常信息與地震孕育發(fā)生的相關性和可靠性。

2　基于Matlab電磁數據的仿真

在仿真過程中，我們采用Matlab中原本就存在的函數peaks來代替電磁探測數據所構成的函數，通過數據可視化算法contourf來產生二維電磁參量變化的圖形。

首先，以坐標原點（0，0）為中心，然后向四個方向發(fā)展，分別取經度和緯度為相同的度數。假設在同一個地區(qū)，同一地理位置，在一百分鐘內，每隔十分鐘取一次電子濃度變化的靜態(tài)圖，觀察這一百分鐘內電子濃度的變化，尋找其變化規(guī)律。

分析可知：

1）地理位置不同，電子濃度不同，而且變化無規(guī)律可尋的；

2）圖中顏色不同代表電子濃度的大小不同，其中紅色最深處代表電子濃度最大，藍色最深處代表電子濃度最小。

3）地理位置相近的地方一般電子濃度的分布特征相同。在靜態(tài)圖中我們可以得到電子濃度最高的區(qū)域，這片區(qū)域就是最有可能會發(fā)生地震的區(qū)域。

由于現實中輸入量是隨時間時刻變化的，為了可以更加真實的模擬實際情況，用三維圖像來顯示電子濃度隨外界條件的變化時所表現出來的變化。三維圖像比二維圖像更形象地說明了電子濃度隨著經度、緯度變化所產生的變化。通過view算法可以改變觀察角度。

3　仿真圖形的去噪處理

對地震的預測需要得到僅僅由地震引起的電離層變化的圖像，因此需要與電離層的一般特性進行對比，找到地震預測與電離層變化之間的關系。由于噪聲的存在會對分析結果產生偏差，本文利用小波變換對圖像進行去噪分析。 利用小波變換進行圖像去噪的過程就是實現小波分解和小波重構的過程。具體做法是：首先對需要去除噪聲的信號進行一次分解，可以得到兩個部分，分別是低頻部分（即圖像的輪廓）和高頻部分（即圖像的細節(jié)）。通常圖像中的噪聲都屬于高頻部分。因此只需要保留低頻成份實現小波重構就可以去除噪聲。

由于加入了噪聲，灰度圖已經變得模糊，可以認為此圖既是受到干擾源干擾的某時刻電子濃度圖。

綜上所述，小波變換可以很好地實現圖像去噪， 利用小波分解和小波重構來去除高頻噪聲。但是這樣也有弊端，多次分解可以更好地實現去噪，同時會丟失很多圖片細節(jié)部分，所以，在進行小波分解去噪時，應該合理地考慮分解次數，既能保證去噪效果達到，又能盡可能地保留圖片的細節(jié)部分。

4　結論

本文主要討論的是地震發(fā)生前的電磁前兆，并且使用數據處理軟件Matlab處理電磁參量中電子濃度的數據，使其變化的數據可視化轉換成二維和三維的圖像，然后從圖像中找到地震發(fā)生前的電磁變化的規(guī)律，最后達到可以預測地震的目的。由于缺乏地震的電離層前兆真實的數據，所以采用模擬的方法來仿真地震前的電子濃度的變化情況，在二維圖像處理中將電子濃度變化超出了正常范圍的數據提取出來，同時顯示電子濃度變化超出了正常范圍的坐標，可以快速簡單的找到可能地震的可疑地區(qū)。并且模擬了地震的電離層前兆中的噪聲干擾，以及使用小波變換來去除圖像中的噪聲。在降噪處理中由于高頻分量的丟失使得圖像細節(jié)變 得模糊，還需要改進。

參考文獻

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