地震背景噪声功率谱密度及概率密度函数的计算及其Matlab实现

介绍了地震背景噪声功率谱密度及概率密度函数计算方法及涉及的一些概念,以台站实际数据为例,给出了应用Matlab计算噪声功率谱密度及其概率密度函数的程序算法,该方法直接输入文本格式数据,计算台基噪声功率谱概率密度函数;以洛阳地震台24小时的连续波形记录为例,详细叙述了原始数据去仪器响应、计算功率谱密度、倍频程计算和噪声功率谱密度的概率密度函数计算实现的全过程。该方法编程简单,适用于单台噪声水平评估,在野外台站的快速勘选中具有潜在应用价值。

地震台站台基噪声功率谱概率密度函数Matlab实现

选取2015年四川数字测震台网中筠连和华蓥山地震台记录的垂直分向连续波形数据,利用Matlab软件,计算地震台站台基噪声功率谱概率密度函数,分析地震台站环境噪声特征。结果表明,台站环境噪声功率谱密度概率密度分布对地震事件波形(体波、面波)、人为噪声(台站周围人为活动、车辆及机器噪声等高频干扰)、系统瞬变(数据丢失、地震计小故障)以及仪器标定信号等反映较好。使用台基噪声功率谱概率密度函数方法,有利于监测地震台站数据记录,提高观测数据质量。

基于LSTM网络的单台仪器地震烈度预测模型

烈度是地震预警系统的关键产出.如何实现快速预测目标场址的地震烈度是地震预警方法技术研究中的核心问题.本文提出了一种基于长短时记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)的单台仪器地震烈度的预测模型(LSTM-Ⅰ).该模型以一个台站观测到地震动参数的时间序列特征为输入,实现动态预测该台站可能遭受的最大烈度.选取了日本K-NET台网记录的102次地震的5103条强震加速度记录训练了神经网络,利用89次地震的3781条数据检验了模型的泛化能力.利用准确率、漏报率以及误报率三个评价指标评价了LSTM-Ⅰ模型的性能.结果表明,当采用P波触发后3 s的序列进行预测时,模型出现漏报的概率为46.78%,出现误报的概率为1.25%;当采用P波触发后10 s的序列进行预测时,模型出现漏报的概率大幅降低到17.6%,出现误报的概率降低到1.14%.结果表明LSTM-Ⅰ模型很好把握住了时间序列中蕴含的特征.进一步基于LSTM-Ⅰ模型评估了Ⅵ度下台站所能提供的预警时间.本文模型能够提供的预警时间与P-S波到时差接近,说明LSTM-Ⅰ模型具有较高的时效性.

利用深度学习与物理特征预测仪器地震烈度

快速准确地预测记录台站的仪器地震烈度,并在地震预警过程中向潜在用户提供及时和准确的警报至关重要.本文提出了一种结合深度学习和物理参数特征的算法,用于更可靠地预测仪器地震烈度.收集并处理了2001—2021年日本K-NET和KiK-net强震仪台网记录的3386次地震事件作为研究样本.对这些地震事件进行截取、基线校正、质量筛选等预处理,共得到25714条三通道地震波形.使用18000条地震记录(90%训练,10%验证)构建了一个窗长为3秒的仪器地震烈度预测模型(CNN-PP),并对7714条地震记录进行了测试.结果表明,CNN-PP模型在预测仪器地震烈度方面优于传统的单一特征参数方法.此外,离线震例测试结果显示,CNN-PP模型的报警成功率达到95.03%,没有出现误报情况,为解决地震预警仪器地震烈度的测定提供了一种潜在方法.

芦山7.0级地震强震台仪器烈度与调查点烈度的对比分析

2013年4月20日四川芦山7.0级地震发生在龙门山断裂带南段,该地震是继汶川8.0级地震后的1次强震,但并非余震。文中利用2013年4月20日芦山地震的强震记录计算等效峰值加速度A0.5换算地震仪器烈度,并且将地震仪器烈度与强震台站周边5km内调查点烈度对比分析。结果表明,芦山地震的仪器烈度与周边调查点烈度吻合度58.6%,且偏差不超过1度。然而,即使宏观烈度相同,观测地面运动参数也存在较大离散度。但在缺少现场调查的震后初期,地震仪器烈度有可能为地震烈度范围判断提供定量的参考指标。

利用修正谱烈度确定我国西部地区仪器烈度的建议方法

基于近年来在我国西部破坏性地震中获得的加速度记录及其对应的烈度资料,利用假设检验方法,统计了多个强地震动参数与烈度间的对应关系,分析结果表明谱烈度(阻尼比20%)与震害烈度间对应关系最好.为降低误差,本文根据加速度反应谱卓越周期和场地条件的差异对谱烈度进行了修正.采用修正谱烈度确定的台站仪器烈度,与震害烈度完全一致的比例接近70%,说明利用修正谱烈度确定仪器烈度具有较高的可靠性,故建议采用本文提出的修正谱烈度作为我国西部地区的仪器烈度评定标准.

几种仪器烈度算法在汶川地震与芦山地震中的可靠性比较

破坏性地震发生后,特别是在通信中断的情况下,利用仪器烈度快速估计地震动强度(烈度)的分布情况,可为开展最有效的地震应急救援提供决策依据.该文介绍了现有的几种仪器烈度算法,并利用汶川地震与芦山地震中获得的强震加速度记录对各种算法的可靠性进行了比较.结果表明,在这两次地震中只利用地震动峰值参数确定仪器烈度的算法可靠性较低,而考虑反应谱特性的算法可靠性更高.在未得到更多强震数据的检验前,建议采用袁一凡提出的仪器烈度算法,或利用谱烈度值确定仪器烈度的算法,或利用加速度反应谱值确定仪器烈度的算法.

地震仪器烈度标准初步研究

地震仪器烈度是指根据仪器观测记录计算得到的地震动强度,并能直接反映地震的影响程度.地震仪器烈度具有直观、简便等特点,能够在震后快速获取.随着我国地震观测台站密度的不断加大及各种技术手段的不断成熟完善,观测数据的数量和质量都得到了很大的提高,因而在破坏性地震发生后根据观测台站的记录直接计算仪器地震烈度成为可能.通过对比分析美国、日本、以及我国大陆地区的地震烈度算法,本文提出一个借鉴日本气象厅测定烈度算法的仪器地震烈度表,并根据我国国情对其中所采用的幅值滤波器进行重新设计,同时对有效峰值持续时间重新选定.利用汶川地震和集集地震的强震记录对本文仪器地震烈度算法的验证结果表明,采用本文仪器地震烈度方法评定结果与现场宏观烈度调查结果符合良好,具有较高的准确率.

2013年甘肃岷县—漳县6.6级地震仪器烈度与宏观调查烈度比较分析

对西北强震动台网中心收集的2013年7月22日甘肃岷县—漳县MS6.6地震117组三分向加速度记录进行处理和初步分析,计算出相应的仪器烈度值。将该值与岷县漳县地震烈度图(中国地震局,2013)中的烈度区值进行对比,偏差在1度以内的占台站总数的81.8%。将地震仪器烈度与强震台站周边5km内调查点烈度对比分析,完全吻合的台站占50%,略低于芦山地震58.6%。灾害调查分析认为岷县—漳县地震灾区建筑以土木结构和木结构为主,在相同烈度情况下,破坏比例大于其他地区。因此,虽然仪器烈度与震后宏观调查烈度不能达到完全吻合,但前者在一定程度上反映了震害情况,可快速为应急救援决策提供依据。另外,震后宏观烈度资料是一定区域范围内的平均或延伸,而强震数据只是个别点上的数据,不能忽略两者之间的差异性。

不同仪器烈度算法在四川地区历次地震中的比较应用

强震观测资料包括强震动时程记录资料和宏观震害调查资料两大类,前者是定量的微观数据,后者则是定性的宏观指标.本文明晰给出了微观仪器烈度与宏观仪器烈度、微观考察烈度与宏观考察烈度的概念,并在此基础上提出了只有在宏观仪器烈度与宏观考察烈度之间进行比较才具有实质性的意义;同时对国内外常见的仪器烈度算法进行了比较性研究,得出了袁一凡仪器烈度算法可靠性更高的结论;最后以四川地区历年来重要震例的强震动记录为依据,对修正的袁一凡仪器烈度算法的可靠性进行了比较应用.结果表明,对袁一凡仪器烈度算法修正与扩展的应用是可行的,同时也验证了将微观仪器烈度与宏观考察烈度直接进行比较会存在较大的差距.

2021年云南漾濞M_(S)6.4地震仪器地震烈度与宏观地震烈度对比分析

利用云南省强震动及地震预警台网获得的漾濞M_(S)6.4地震地震动记录数据,根据《中国地震烈度表》的仪器烈度计算方法,得到各台站的仪器地震烈度。对比分析了漾濞M_(S)6.4地震的仪器烈度图与宏观烈度图的异同,发现二者最高烈度相同、等震线长轴走向相似,但各烈度区面积与形状不相同;对比分析了仪器烈度与调查点的评估烈度的吻合性,发现二者完全吻合的比例为81.25%,偏差±1度的比例为93.75%,说明仪器地震烈度在一定程度上能客观反映实际的震害情况。

仪器烈度计算方法研究

通过分析研究美国地质调查局和日本气象厅的仪器烈度算法,认为计算仪器烈度要综合考虑幅值、频谱、持时等地震动参数的影响,创新地提出了利用三分向合成加速度、速度计算仪器烈度,并通过汶川8.0级地震进行验证。结果表明,本文推荐的仪器烈度算法,其结果具有较高的准确性和可靠性,可为地震烈度速报提供参考。

基于仪器地震烈度的变电站高压电气设备易损性研究

利用克里金插值法,计算了汶川地震中四川省绵阳、德阳、广元地区和成都部分地区110 kV及以上变电站位置的仪器地震烈度,采用高斯分布的累积函数拟合了110 kV及以上变电站的变压器,电压互感器,电流互感器,断路器,隔离开关,避雷器等高压电器设备的破坏率-仪器地震烈度曲线,分析了高压电气设备基于仪器地震烈度的破坏概率密度分布。结果表明:高压电气设备中,变压器最容易发生破坏,在较低的仪器地震烈度下就有破坏,当仪器烈度达到8+时就会产生较多破坏;其次为断路器,仪器地震烈度为9+时最容易发生破坏;避雷器、电流互感器、电压互感器、隔离开关的破坏率曲线较为接近,且在仪器地震烈度为10左右时破坏概率密度最大。

中国地震仪器烈度滤波器的设计

在充分理解吸收日本JMA滤波器设计特点的基础上,由单自由度动力平衡方程入手,利用两高通滤波器相减可得到带通滤波器的方法,通过调整平衡方程参数进行了滤波器的设计,通过对日本滤波器进行模拟,验证了方法的可行性,并且通过双向递归的方法解决了时域递归方程中的相位畸变问题,最终完成中国仪器烈度滤波器的设计。

九寨沟M 7.0地震仪器烈度计算比较分析

地震发生后,强震动观测台网可以获取灾区分布式台站位置的强震动记录,通过基于这些强震动记录得到的地震动参数可以快速地评估地震烈度的空间分布,以迅速判定不同地区的受灾程度,尤其是地震极震区的分布范围,为政府开展应急救援并合理地分配救援力量、物资等提供依据,以保证救援人员及时、准确地到达极震区展开搜救工作,减少人民群众的生命财产损失。本文介绍了国内外7种地震仪器的烈度计算方法,基于四川九寨沟M 7.0级地震获取的强震动记录,对这7种方法的计算烈度值进行了对比分析。结果表明,各方法计算的仪器烈度与宏观烈度的差值均在1度误差范围以内,均显示了良好的实用性,且行业标准法和综合判别法两者的计算结果较为一致。

关于加速度在仪器烈度计算中的应用

地震动加速度作为计算仪器烈度的地震动参数是大家所公认的。美国Shake Map系统仪器烈度的计算利用水平向加速度峰值,日本气象厅则利用持时大于等于0.3 s的等效加速度峰值,选择何种加速度,是个值得探讨的问题,本文通过对大量强震记录的统计分析,讨论了不同持时下的有效峰值加速度和三分向合成加速度的关系。

基于空间插值方法的2021年云南漾濞M_(S)6.4地震仪器地震烈度影响场分析

基于2021年云南漾濞M_(S)6.4主震预警台网地震动数据,使用多种空间插值方法探讨获得最优仪器地震烈度影响场,并与宏观地震烈度调查结果进行对比分析。结果表明:基于指数模型变异函数的普通克里金插值法获得的仪器地震烈度影响场与宏观地震烈度具有较好的一致性,能够反映实际地震烈度空间总体影响场范围及特征;除了两者因概念和属性不同而造成的影响场差异之外,台站分布、场地条件、空间插值方法、前震和余震震害叠加等因素也是导致本次地震影响场差异的主要原因。

强震记录与地震烈度的仪器测定实例

“十五”期间,四川强震台网将达到211个子台的规模。若仅按强震观测最基本的技术目标,用足够长的时间收集足够多的强震记录为抗震设计理论服务,显然未能尽其投资潜力。为此,我们将中国地震局工程力学研究所固化在该所GDQJ-1A数字强震仪内的烈度模式识别算法提取到台网中心计算机的后台,使“十五”建设采用的所有强震仪均“升级”成为可以现场测定地震烈度的设备。本文以2005年1月5日马尔康日部5.0级地震为例,展开强震台网的烈度测定和震灾快速评估。

汶川8.0级地震仪器烈度与宏观烈度对比分析

利用2008年汶川M8.0地震获得的强震动记录数据,根据《仪器地震烈度计算暂行规程》计算得到各台站处的仪器地震烈度值,分析仪器地震烈度与宏观地震烈度的对应关系,研究该仪器烈度计算方法的适用性。结果表明,利用该算法所得的仪器烈度值与宏观烈度完全吻合的比率为47.5%,偏差±1度以内的比率为89.1%,说明二者对应情况较为理想,仪器烈度可在一定程度上客观反映实际的震害情况;在各宏观烈度区内仪器烈度值虽然具有一定的离散性,但其均值与宏观烈度区值的偏差相对较小,均控制在±0.3度以内。另外,文中还绘制了汶川地震仪器烈度分布图,虽然与宏观烈度在整体分布上具有一定的对应关系,但受多种因素的影响,仪器烈度分布与宏观烈度分布不可能完全一致。仪器烈度与宏观烈度的概念和属性有所差异,发挥的作用也不尽相同,不应混淆和相互替代。

新疆喀什乌恰交汇区仪器烈度初步研究

收集了该地区截止到2015年12月31日历年来具有现场调查资料的9次地震27组强震动记录和4组测震记录,同时采用EXSIM12程序模拟11组地震动记录,根据《仪器地震烈度计算暂行规程》计算了仪器烈度值,并与已有现场调查烈度进行回归分析,得到了仪器烈度和现场调查烈度之间的关系式。以2016年11月25日阿克陶M_S6. 7地震为例对这一关系式进行验证,发现换算后的仪器烈度与实际情况更为接近。