一种灰色关联分析优化ICEEMDAN的VP倾斜仪信号降噪模型

VP倾斜仪固体潮信号受仪器监测复杂环境限制,多含有大量环境噪声。为获得真实固体潮曲线,提出一种基于灰色关联分析优化改进的自适应噪声完备集合经验模态分解(ICEEMDAN)VP倾斜仪信号降噪模型(GRA-ICEEMDAN)。该方法首先将含噪信号进行ICCEMDAN处理,得到若干个固有模态函数(IMF),并依次排列与标记;然后基于这些IMF分别计算相关系数、互信息、R^(2)、Adj-R^(2)、MSE、SSE、RMSE、MAE、MAPE、样本熵等10个评价指标值,构建IMF可信度评价指标矩阵;最后借助灰色关联分析(GRA)计算各评价指标与不同IMF之间的关联系数和关联度,依据关联度大小对各个IMF进行排序,将排名靠前的IMF进行线性重构,即可完成信号降噪。仿真去噪实验和实测去噪实验均表明,GRA-ICEEMDAN模型优于卡尔曼滤波、70阶低通FIR滤波、Savitzky-Golay等经典降噪模型,能显著区分噪声成分和有效成分,原始信号分解后的重构误差与信号损失极小,可推广至其他仪器的复杂信号降噪中。

库尔勒VP型宽频带垂直摆倾斜仪背景噪声水平分析

选取库尔勒台、若羌台、且末台3套VP型宽频带垂直摆倾斜仪观测数据,应用功率谱密度分析方法,分别计算在地震频段的地震噪声水平,并结合台站实际进行对比分析。结果表明:库尔勒台因洞室观测条件优异、洞室周边观测环境干扰小,仪器背景噪声水平较低。3套VP型宽频带垂直摆倾斜仪噪声水平在空间分布上未表现出明显的规律,但表现出NS分量记录优于EW分只量的一致性。

山西垂直摆倾斜仪背景噪声分析

利用山西地区垂直摆倾斜仪正常时段的观测数据,计算功率谱密度PSD和噪声水平SNM,对观测的正常背景特征进行分析和讨论。结果表明,未受任何干扰的观测数据每日PSD变化不大,分钟采样观测数据能反映最大为8.3 mHz的PSD分布,秒采样观测数据能反映最大为0.5 Hz的PSD分布。临汾地震台同址VS型、VP型垂直摆观测数据的噪声水平具有一致性;有2套仪器的背景噪声水平偏高,有4套仪器的背景噪声水平较低;低噪声水平仪器观测曲线光滑、固体潮清晰,运行稳定;高噪声水平仪器观测曲线毛刺多、不光滑。该现象除受观测环境影响以外,主要还受仪器自身的影响。

乌兰浩特地震台水管倾斜仪、垂直摆倾斜仪测值同震响应差异

使用乌兰浩特地震台水管倾斜仪、垂直摆倾斜仪记录到的同一地震事件的地倾斜响应数据,对比分析了二者的同震响应特征。结果表明,水管倾斜仪、垂直摆倾斜仪测值最大响应幅度都与震级间呈中等程度正相关;水管仪测值响应延迟时间与震中距间呈中等程度正相关,垂直摆测值与其呈强烈正相关;水管仪测值响应持续时间与震级间呈强烈正相关,垂直摆测值与其呈中等程度正相关。

天津蓟县地震台两套VP宽频带倾斜仪数据对比分析

蓟县地震台是天津地区唯一的基岩出露台,台站两套VP宽频带倾斜仪分别安装在新山洞和小辛庄山洞。通过对蓟县台的两套VP宽频带倾斜仪数据内在质量、同震响应、环境影响、仪器维修等方面的对比分析,得出以下结论:以2023年为例,两套仪器的潮汐因子稳定性均较好,由于摆系故障,新山洞VP宽频带倾斜仪NS向精度比较差。通过2018—2023年对比,小辛庄山洞VP宽频带倾斜仪具有明显的年变形态,新山洞VP宽频带倾斜仪年变形态不明显,这可能与新山洞地质区域性节理发育以及台站周围抽水影响有关。强降雨、气压等自然环境变化会对两套仪器观测造成一定影响。两套VP宽频带倾斜仪均有较强记录地震的能力,能够清晰的记录到远场地震几秒至几十秒周期面波,对于近场中强震可以清晰记录P波初至,但是后续震相识别较为困难。针对新山洞VP宽频带倾斜仪EW向曾经出现的不定时突跳错数的故障,总结归纳了维修过程,为同类仪器运维提供参考。

PCA优化CEEMD的DSQ水管倾斜仪信号随机噪声压制方法

提出一种基于主成分分析(PCA)优化完备集合经验模态分解(CEEMD)的DSQ水管倾斜仪信号随机噪声压制方法CEEMD-PCA。该方法融合了相关系数、分布熵、MSE、R^(2)、SSE、RMSE、MAE、MAPE等8个IMF分量质量评价指标,借助PCA实施指标值矩阵的降维压缩,将其转化为一个能代表全部不同类型指标特点的新参数,并构建IMF分量质量综合评价函数,根据分数排名结果完成原始含噪信号的线性重构。仿真信号和实测信号去噪实验结果皆表明,CEEMD-PCA模型优于卡尔曼滤波、70阶低通FIR滤波等经典模型,能提高原始信号的信噪比,精准完成信号重构,更好地保留有效成分。

浅议降雨对丰宁台水管倾斜仪的干扰与排除

选取2021—2023年丰宁地震台DSQ水管倾斜仪和气象三要素观测资料,通过对降雨量与观测数据做相关性分析和褶积滤波分析,并通过褶积滤波法与多元回归法消除降雨的滞后效应,判断降雨与水管仪应变量之间的关系。结果表明:丰宁DSQ水管倾斜仪趋势转折与降雨有关,观测数据日变化幅度与降雨累积值存在良好的线性关系,与瞬时降雨量之间没有明显的相关性,在响应时间上存在1天的滞后;褶积滤波能较好的消除降雨引起的阶变,但未能完全消除2021年6—9月水管仪降雨后NS向南倾、EW向东倾的状态,可能还受到其他因素影响。

双峰寺水库蓄水变化与承德地震台宽频带倾斜仪测值间相关性研究

为了探究双峰寺水库蓄水变化是否会产生地形变化,利用双峰寺水库2020年、2021年蓄水数据与承德地震台VP型宽频带倾斜仪测值进行相关性研究。通过计算承德地震台宽频带倾斜仪8时整点测值与水库蓄水数据间的皮尔逊相关系数及建立载荷模型,得到水库蓄水引起的地形变量。结果表明,双峰寺水库蓄水对承德地震台宽频带倾斜仪日常观测曲线趋势性影响较小,且二者间相关性不大;蓄水载荷变化对宽频带倾斜仪测值影响不显著,二维、三维载荷模型结果趋于一致。

腾冲地震台老洋河观测站水管倾斜仪干扰分析

腾冲地震台老洋河观测站DSQ型水管倾斜仪观测曲线南北向和东西向自2023年1月底以来偶尔出现小幅台阶。通过对此异常出现的干扰因素进行排查,认为此类台阶是由水管倾斜仪钵体内胶水脱落部分溶解于水造成。此类异常特点主要表现为:异常前期水管倾斜仪观测曲线偶尔出现小幅台阶;异常中后期台阶幅度和出现频率都逐渐增加。通过清理水体杂质能减少台阶出现频率,但不能根本解决,清洗钵体后更换水体才能彻底消除台阶。

巴彦浩特石英水平摆倾斜仪地震地球物理短临异常分析

收集并整理2015-2022年巴彦浩特地震台石英水平摆倾斜仪观测资料,选取典型震例,结合观测区域内地震孕育特点,运用小波分析理论方法,系统分析该台地震地球物理短临异常。结果表明,在地震发生前一段时间内,巴彦浩特地震台石英水平摆倾斜仪NS分量固体潮出现倾斜、阶变、突跳、畸变、扰动变化特征,表明石英水平摆倾斜仪观测数据短临异常映震效果较好,异常持续时间、大小与震级和震中距大小具有相关性,可对阿拉善盟及周边地区形变观测仪器震前短临异常分析提供有效参考。

内蒙古VP型垂直摆倾斜仪背景噪声特征分析

选取内蒙古地区5套VP型垂直摆倾斜仪2020-03~2021-02秒采样连续观测数据,计算加速度功率谱密度(PSD),对比分析不同台站、不同频率下VP型垂直摆背景噪声的时空变化特征。结果表明,VP型垂直摆背景噪声水平基本符合全球地震背景噪声模型频率特性;次微震频段背景噪声水平秋冬强、夏季最弱,季节性变化显著,未呈现出明显的空间分布特征;主微震频段背景噪声水平秋冬略大于春夏,春夏噪声水平相当,存在一定的季节性变化,不同台站背景噪声水平差异明显;在长周期频段,通常情况下四季噪声水平相近,无明显的季节性变化规律。若仪器受自然环境干扰,背景噪声水平也呈现秋冬高于春夏的季节性变化特征。此外,良好的洞体条件可有效降低长周期频段的背景噪声水平。

DSQ水管倾斜仪信号随机噪声压制研究

基于自适应噪声完备集合经验模态分解CEEMDAN和小波去噪,提出一种DSQ水管倾斜仪信号随机噪声压制方法。首先将信号进行CEEMDAN分解,得到若干个本征模态函数IMF,分解数量随不同信号噪声动态变化;然后计算每条IMF和原信号的相关性系数,对处于系数阈值范围内的IMF作小波变换处理;最后执行线性重构,得到去噪后的信号。仿真和实际去噪实验结果表明,随机噪声压制效果明显,信号有效成分保留比率较高,优于其他同类方法。

泾县地震台DSQ水管倾斜仪观测资料典型干扰分析

通过对泾县地震台DSQ水管倾斜仪近几年的观测资料进行梳理归纳,分析常见干扰情况,主要为人为干扰、降雨干扰、观测环境干扰等,在曲线形态上表现为毛刺、高频扰动、趋势倾斜等;同时,选取某一典型干扰进行数据的趋势性相关性分析,判断干扰与数据变化之间的拟合关系,了解各种干扰因素的突出特点,总结归纳常见干扰特征,为进一步提升干扰识别、做好数据预处理及应用提供参考。

气象因素对倾斜仪观测干扰特征分析

采用常熟台水管仪与垂直摆2009~2015年观测数据,研究了气压、降雨、气温、洞温等因素对地倾斜观测的影响特征。结果表明,降雨对地倾斜观测数据干扰最为显著,表现为NS分量发生南倾,EW分量发生西倾,量级上NS分量受干扰程度比EW分量大,垂直摆受干扰程度比水管仪大;气压变化影响表现为短周期扰动,并导致日值曲线出现短时间畸变;气温及洞温变化影响观测值出现明显的年变规律和年变幅变化,对日观测值影响不明显。

VP型宽频带垂直摆倾斜仪与SQ-70石英水平摆倾斜仪观测资料对比分析

从干扰因素、连续性、稳定性、观测精度和映震能力等方面对徐州地震台SQ-70模拟石英水平摆倾斜仪和VP型宽频带垂直摆倾斜仪2014-01~12数据进行对比分析后认为,后者性能明显优于前者,并能实现远距离数据快速传输,有利于及时捕捉地震的短临信息和资料共享。

关中地区VP型宽频带垂直摆倾斜仪同震响应分析——以2022年四川泸定M6.8级地震为例

对陕西关中地区的3套VP型垂直摆倾斜仪进行同震响应分析时,以2022年四川泸定M6.8级地震为例发现以下结果,各台站VP型宽频带垂直摆倾斜仪观测性能良好,记录的固体潮形态间有较好的对应关系。通过对地震时段的数据进行功率谱密度分析发现以下情况,首先,在0~0.15 Hz频段内集中出现与地震相关的信息;其次,震时的功率谱密度相比平静期和无波期有所提高;最后,各地震台VP型宽频带垂直摆倾斜仪在毫米波频段具备相对稳定性。

高精度倾斜仪的自动调零设计

分析高精度倾斜仪零点漂移的几大诱因,并将遥控调零和自动调零电路运用于垂直摆倾斜仪,解决了倾斜仪调零难、精度低的问题,调零精度达到200 mV(仪器量程为2000 mV)。

水管倾斜仪与摆式倾斜仪抗干扰能力分析

在理论上对负荷引起的干扰大小进行了定量计算,并结合观测实际,对水管倾斜仪与摆式倾斜仪的抗干扰能力进行了分析。结果表明:同样的干扰源对摆式倾斜仪的干扰要大于水管倾斜仪的,同样的孕震信息也易于被摆式倾斜仪接收到。

水管倾斜仪精密检测系统设计

本文设计了一种水管倾斜仪精密检测系统,在设计中,本文对水管倾斜仪的结构进行了详细描述,包括其组成部分和工作原理,同时,还提出了水管倾斜仪精密检测系统的功能要求,包括高精度、稳定性和可靠性等方面。首先介绍了该系统的结构,包括微位移系统设计和基于齿轮传动的微位移平台设计;然后又介绍了步进电机控制系统和基于压电陶瓷驱动的微位移平台设计。通过以上设计,该水管倾斜仪精密检测系统能够实现高精度的倾斜角度测量。

库尔勒台水平摆与垂直摆倾斜仪效能对比研究

基于水平摆和垂直摆两种摆式倾斜仪不同的工作原理,对比分析库尔勒台的这两种倾斜仪的观测精度、年变幅、年零漂、稳定性、映震能力,研究观测环境和天气过程等不同影响因素对观测造成的干扰差异性,综合评价水平摆和垂直摆仪器的各项参数和优劣性,同时提取了可识别的前兆异常特征,为数据处理、资料分析、震情跟踪提供科学的依据。