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        滁州前兆監(jiān)測(cè)小臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用

        2019-12-06 06:22:29陳錫晶陳德興陳昊陳麗麗張波
        科技風(fēng) 2019年32期

        陳錫晶 陳德興 陳昊 陳麗麗 張波

        摘 要:目前,滁州市地震前兆監(jiān)測(cè)區(qū)域網(wǎng)共包括6個(gè)體應(yīng)變前兆臺(tái)、1個(gè)地傾斜前兆臺(tái)、2個(gè)電磁波前兆臺(tái)和1個(gè)數(shù)據(jù)處理中心組成。結(jié)合當(dāng)前滁州地震工作的迫切需要,針對(duì)前兆數(shù)據(jù)的特性,采用新的研究方法和手段對(duì)地震前兆數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律進(jìn)行探究,以期能夠更加清晰地認(rèn)知地震災(zāi)害。

        關(guān)鍵詞:滁州;前兆監(jiān)測(cè);數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用

        1 緒論

        地震以其突然性、強(qiáng)烈性特點(diǎn)成為了遠(yuǎn)超旱災(zāi)、水災(zāi)、疫情的最大自然災(zāi)害之一,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),上世紀(jì)以來(lái),地震災(zāi)害造成超過(guò)120萬(wàn)人死亡。近些年來(lái),汶川、玉樹(shù)地震給國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)極為嚴(yán)重的影響。然而前兆數(shù)據(jù)分析手段不多,分析預(yù)報(bào)成功率不高是目前地震前兆數(shù)據(jù)分析處理的頑疾和難題。

        2 研究基礎(chǔ)、研究方案及技術(shù)路線(xiàn)

        2.1 研究基礎(chǔ)

        隨著“十二五”建設(shè)的開(kāi)展,滁州市在原有基礎(chǔ)上增加了5處鉆孔觀測(cè),其中滁州、嘉山、來(lái)安、全椒、鳳陽(yáng)、定遠(yuǎn)為體應(yīng)變觀測(cè),天長(zhǎng)為地傾斜觀測(cè)。2011年11月,滁州市地震臺(tái)鉆孔體應(yīng)變觀測(cè)項(xiàng)目建成投入使用,到2014年12月,明光市地震前兆監(jiān)測(cè)臺(tái)的建成投入使用,標(biāo)志著全市地震前兆監(jiān)測(cè)臺(tái)站全部建成。2016年,在鉆孔體應(yīng)變區(qū)域網(wǎng)的基礎(chǔ)上,成立了滁州市地震監(jiān)測(cè)中心,構(gòu)建了完善的地震前兆監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。滁州市是全省最早實(shí)現(xiàn)前兆觀測(cè)做到了一縣一臺(tái),前兆觀測(cè)特別是鉆孔體應(yīng)變觀測(cè)已形成網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì),協(xié)同效應(yīng)明顯。各地震前兆臺(tái)站經(jīng)過(guò)多年的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和觀測(cè),積累了大量的觀測(cè)資料,為開(kāi)展地震前兆數(shù)據(jù)異常分析提供了重要研究基礎(chǔ)。

        2.2 研究方案及技術(shù)路線(xiàn)

        以滁州地震局現(xiàn)有前兆觀測(cè)手段為研究基礎(chǔ),利用多分辨率異常識(shí)別算法準(zhǔn)確識(shí)別包含在前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)中的各類(lèi)異常,并建立Hadoop平臺(tái)下的基于局部特征匹配算法發(fā)現(xiàn)海量前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)中的各種異常模式,從而構(gòu)建針對(duì)地震前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)中異常模式的準(zhǔn)確、高效、實(shí)時(shí)性的預(yù)警平臺(tái)。

        基于上述研究?jī)?nèi)容,研究路線(xiàn)如圖所示:

        針對(duì)技術(shù)路線(xiàn),從滁州地震局目前已經(jīng)建有的前兆觀測(cè)手段出發(fā),研究地震前兆異常數(shù)據(jù)的異常模式識(shí)別技術(shù),并在此基礎(chǔ)上建立地震預(yù)警平臺(tái),主要包括以下三個(gè)方面:

        2.2.1 多分辨率下地震前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)異常模式識(shí)別研究

        針對(duì)現(xiàn)有地震前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)干擾性因素多、空缺多、數(shù)據(jù)質(zhì)量不穩(wěn)定等因素等問(wèn)題,利用小波分析的方法,綜合數(shù)據(jù)的幅值和局部頻率信息,研究自動(dòng)識(shí)別前兆觀測(cè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)異常模式的方法。具體而言,嘗試綜合不同尺度下的幅值和頻率指標(biāo)特征,借鑒歐氏空間中的鄰域搜索方法來(lái)識(shí)別異常模式。通過(guò)在模擬數(shù)據(jù)和實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)上的實(shí)驗(yàn),提供對(duì)前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)異常模式識(shí)別的準(zhǔn)確率。

        2.2.2 基于局部特征匹配的地震前兆異常識(shí)別研究

        針對(duì)現(xiàn)有地震前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)異常模塊識(shí)別方法中存在的計(jì)算復(fù)雜度高,效率較低的問(wèn)題,借鑒相關(guān)領(lǐng)域的研究成果,利用經(jīng)典的SURF算法來(lái)提供前兆異常模式識(shí)別的效率,主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究:

        (1)針對(duì)歷史數(shù)據(jù),建立地震前兆數(shù)據(jù)的模板庫(kù);

        (2)將地震臺(tái)站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與歷史震例的模板地震前兆數(shù)據(jù)逐一匹配比對(duì),以期發(fā)現(xiàn)前兆數(shù)據(jù)的異常變化;

        (3)由于海量地震前兆數(shù)據(jù)的存在,研究建立Hadoop平臺(tái)下大規(guī)模海量數(shù)據(jù)異常模式識(shí)別方法,驗(yàn)證算法的有效性和適應(yīng)性。

        2.2.3 地震預(yù)警平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        在上述理論研究基礎(chǔ)上,研發(fā)基于地震前兆異常的預(yù)警平臺(tái),在單點(diǎn)或多點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)異常時(shí),采用短信或微信方式及時(shí)向地震主管部門(mén)報(bào)告,以減少地震造成的損失,維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定。該平臺(tái)主要功能包括:

        (1)滁州市所轄個(gè)臺(tái)站地震前兆數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)圖形化處理;

        (2)24小時(shí)不間斷地對(duì)前兆異常模式識(shí)別;

        (3)當(dāng)多臺(tái)站同時(shí)出現(xiàn)異常,及時(shí)向相關(guān)部門(mén)發(fā)布消息,做好應(yīng)急準(zhǔn)備。

        3 結(jié)論與思考

        地震前兆數(shù)據(jù)異常模式識(shí)別技術(shù)是地震前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的重要組成部分。然而,高采樣率的地震前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)中存在著大量的噪聲和干擾性因素;對(duì)于同一地震事件相關(guān)的多臺(tái)觀測(cè)儀器的觀測(cè)數(shù)據(jù)之間存在幅度的差異及偏移等情況。如何有效排除噪聲和干擾,在觀測(cè)數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確地識(shí)別各種異常模式,為地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)和科學(xué)研究服務(wù),是一項(xiàng)非常有意義的工作。

        要解決的關(guān)鍵技術(shù)主要包括:

        (1)由于受到儀器自身原因和外界環(huán)境的干擾,地震前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)中存在著大量噪聲,從而影響了異常模式識(shí)別的準(zhǔn)確性。如何排除觀測(cè)數(shù)據(jù)中的噪聲影響,準(zhǔn)確根據(jù)前兆異常進(jìn)行地震前兆事件的判斷是要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一;

        (2)地震前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)異常模式識(shí)別分析對(duì)實(shí)時(shí)性的要求很高,如何能夠支持多種類(lèi)型、不同地理區(qū)域、不同時(shí)間粒度的海量地震前兆數(shù)據(jù)的異常模式識(shí)別要求,是建立的預(yù)警平臺(tái)要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。

        參考文獻(xiàn):

        [1]吳紹春.地震預(yù)報(bào)中的數(shù)據(jù)挖掘方法研究[D].上海:上海大學(xué)出版社,2009.

        [2]商亮,李爽,王征,等.基于MATLAB的前兆數(shù)據(jù)異常分析系統(tǒng)的研制[J].防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報(bào),2016,32(1):85-90.

        [3]梅莉軍.基于大數(shù)據(jù)挖掘的地震前兆觀測(cè)研究[J].科技與創(chuàng)新,2016,15(8):15-16.

        基金項(xiàng)目:安徽省地震局科研合同制項(xiàng)目(201801)資助

        作者簡(jiǎn)介:陳錫晶(1984-),男,工程師,主要從事地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)。

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