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。

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。

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。

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。

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。

南平地震台地倾斜仪器资料分析对比

该文利用南平地震台VS垂直摆倾斜仪、DSQ水管倾斜仪和VP宽频带倾斜仪3套仪器产出的观测数据资料,运用分析对比研究方法,从连续性、稳定性、M2波潮汐因子等方面出发,对南平台地倾斜仪器观测资料进行分析对比,以对观测仪器性能进行综合评价,为今后地震数据分析提供一定的研究依据。

蓟县地震台VP型宽频带倾斜仪和DSQ型水管倾斜仪同震响应对比分析

选取2019年蓟县地震台VP型宽频带倾斜仪和DSQ型水管倾斜仪记录的10个地震事件,基于前兆台网观测数据跟踪分析平台,对比分析2套观测系统的同震响应参数。在分析过程中,以2019年12月15日菲律宾棉兰老岛M_(S)6.8地震为例,进行震相识别和快速傅里叶变换分析,并以2017—2019年日本岛弧地区地震记录为例,对比分析同震形变波振幅与震级的关系。分析结果表明:(1) 2套观测系统记录的最大响应幅度、响应延迟时间、响应持续时间具有一定规律和差异性;(2)在频率响应上,VP型宽频带倾斜仪记录波谱信息丰富,可识别P波、S波、面波,而DSQ型水管倾斜仪记录波形频率集中分布在2—32 min;(3)对于日本岛弧地区5—7级地震,VP型宽频带倾斜仪记录的波形振幅A与震级M的指数关系明显,而DSQ型水管倾斜仪对5级地震映震能力不强。

一种GOA优化SOM神经网络的VP型倾斜仪故障智能诊断方法

提出一种VP型倾斜仪故障智能诊断方法。利用经验模态分解(EMD)将归一化故障信号分解为6个本征模态函数(IMF),分别计算其近似熵,构建EMD多尺度近似熵输入矩阵;结合蝗虫优化算法(GOA)对自组织特征映射(SOM)神经网络的参数进行优化,将得到的GOA最优值嵌入到SOM模型中,组建GOA-SOM诊断模型。应用诊断测试集得到诊断目标的聚类标签值,将其与训练集的聚类标签以及真实故障类型进行比对,得到故障诊断结果。结果证明,GOA-SOM模型在100次随机抽样条件下的诊断正确率均值和标准差分别为99.329 7%、1.218 8,优于传统诊断模型。

VP型宽频带倾斜仪故障信号的BBA-SOM智能诊断

针对现有VP型倾斜仪故障诊断主要依靠人工经验和诊断流程较为复杂的问题,提出以互补集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition,CEEMD)多尺度近似熵和二进制蝙蝠算法(binary bat algorithm,BBA)优化SOM神经网络参数的VP型倾斜仪故障诊断新方。首先,将归一化后的仪器故障信号进行CEEMD分解,对6阶本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)求取多尺度近似熵值;然后将网络输入法按比例分为训练集和测试集,以训练集的识别率为适应度函数,应用二进制蝙蝠算法(binary bat algorithm,BBA)优化SOM神经网络的竞争层维数和网络训练次数;最后应用上述得到的BBA-SOM网络模型对倾斜仪故障特征数据进行辨识。实验表明:CEEMD多尺度近似熵判据对倾斜仪故障特征的区分效果符合预期;相对于朴素贝叶斯、AdaBoost集成学习与LDA等学习模型,BBA-SOM模型可以准确进行故障诊断;该方法对实现VP型倾斜仪故障的自动诊断有重要现实意义。

地震计与垂直摆倾斜仪同点观测数据对比

利用垂直摆倾斜仪与地震计进行同点观测对比实验。将传感器输出信号统一采样后,以时域背景噪声包络为标准对数据进行统一量化,计算振幅谱,根据振幅随频率的变化判断2种仪器对不同信号的检测能力。在此基础上,以背景噪声、地震波、固体潮汐为天然测试信号测试2种仪器的检测能力。结果表明,对于固体潮汐所在的长周期频段的信号,垂直摆倾斜仪记录的振幅大于地震计,地震计在该频段的记录数据主要来源于仪器噪声;对于远震面波,2种仪器皆有较好的记录效果,其中垂直摆倾斜仪记录的振幅大于地震计;近震及地方震引起的高频地震动处于垂直摆倾斜仪设计的响应通带之外,数据可比性不大。

长汀地震台VP宽频带倾斜仪常见故障分析与处理

2017年9月长汀地震台安装了VP宽频带倾斜仪,从这几年的运行情况来看,该仪器自动化程度、观测精度较高,能够为地震分析预报提供比较可靠的观测数据,但其稳定性较差,如:VP宽频带倾斜仪输出零漂较严重,常常需要调零,虽增加了自动调零装置,可通过网络实现远程调零功能,避免因人员进洞对仪器产生干扰,但调零模块经常出现故障,不是电机过载,就是芯片烧坏。本文通过对VP宽频带倾斜仪在日常观测中常见故障进行分析,寻找解决仪器故障的方法,并对VP宽频带倾斜仪日常维修进行总结,以备在今后的观测过程中快速判断仪器故障原因,及时完成仪器维修,确保资料连续可靠。

西安台新山洞两套倾斜仪观测数据对比分析

西安地震台新山洞于2019年建成,覆盖层较厚、观测环境优良,内部日温度、年温度变化均符合形变仪器观测环境要求。通过对2020~2021年新山洞架设的两套地倾斜仪(VP和DSQ)观测资料进行对比分析,得出以下结论:(1)VP型宽频带倾斜仪数据完整率和连续率均大于99%,DSQ型水管倾斜仪2020年数据连续率和完整率小于99%。(2)两套地倾斜仪器都能清晰记录到固体潮汐,VP型宽频带倾斜仪两个测向记录波形较好,两套仪器均无明显年变形态,水管倾斜仪北南和东西向数据漂移较大,北西向波形较稳定。(3)DSQ型水管倾斜仪观测精度、噪声水平明显高于VP型宽频带倾斜仪。(4)新山洞覆盖层较厚,强降雨、大风等自然环境变化对观测没有明显影响。(5)以青海果洛州玛多县Ms7.4地震、青海海北州门源县Ms6.9地震为例,分析表明VP型宽频带倾斜仪记录到的同震变化较DSQ型水管倾斜仪时间早、幅度大、持续时间长,这与观测仪器的基线长度、输入信号的频率等有关。

黄梅台宽频带倾斜仪记录的台风扰动特征分析

利用黄梅台VP宽频带垂直摆倾斜仪在台风“巴威”(BAVI)和“烟花”(IN-FA)经过期间记录的连续观测资料,通过小波分解和傅里叶变换,分析台风引起的地脉动信号的扰动特征和频谱特性。结果表明:台风扰动幅度随着台风进程呈现出上升—峰值—下降的规律,与台风风速、台风中心与台站距离有良好的相关性;台风引起的地脉动信号的优势频率范围为0.13—0.3 Hz,对应周期为3.3—7.7 s。

新型摆式倾斜仪的信号调理方法

为适应新型摆式倾斜仪对稳定性和轻量化的需求,提出一种一体化的信号调理方法,该方法利用基于FPGA和ARM的电路来实现信号的调制解调和滤波降噪等工作。实验结果表明,该方法的信号电路抗干扰能力强、集成度较高,具有进一步的理论和应用研究价值。

VP宽频带倾斜仪与宽频带地震仪数据对比分析

采用傅里叶变换方法通过对易县地震台VP宽频带倾斜仪与同址宽频带地震仪数据、怀来东良地震台VP宽频带倾斜仪与距离10 km的沙城地震台宽频带地震仪数据对比分析得到:①时间序列:VP宽频带倾斜仪NS向、EW向同震波形与宽频带地震仪NS向、EW向地震波基本吻合,曲线具有较高的一致性。②频谱特征:当P波到达时,2套仪器记录到的高频信号瞬间增多,振幅较小,地震能量强度较小,频带较宽,随着S波的到达,地震能量强度迅速增强,振幅迅速增大,振幅达到最大值后随着地震能量的衰减而减小,响应频带逐渐变窄。③震级、震源深度相同,随着震中距的变化,VP宽频带倾斜仪记录到的同震振幅变化幅度比宽频带地震仪要大。

2 m短基线水管倾斜仪的设计

DSQ型水管倾斜仪自1998年研制以来已经在台站稳步运行多年。为了保证水管倾斜仪观测信噪比,其基线长度最短达到5~10 m,过长的基线使得地震台站可以放置仪器的洞室减少,在山洞中开挖长距离洞室的成本高。针对现有水管倾斜仪存在的不足,研制了一种新型短基线水管倾斜仪,将其基线长度设计在2 m以内,采用较高精度的差动电容式位移传感器测量地壳倾斜变化。

临汾站宽频带倾斜仪故障处理与维护

文章以宽频带倾斜仪工作原理为基础,将典型故障分为控制功能性故障、信号调理故障和网络故障。并对临汾站宽频带倾斜仪2022年6月3日至12月4日期间出现的故障及维修情况进行分析和总结,得到一套实用性较强的故障维修经验,在保障仪器运行稳定性、提高数据观测质量方面具有一定的作用。

土体荷载变化对临汾站水平摆倾斜仪观测的影响

临汾站2020年8月至2020年12月观测场地附近持续进行挖土施工,导致场地周边荷载变化。采用质点模型、二维模型及三维模型分别计算荷载变化对山洞内水平摆倾斜仪的干扰影响,结果表明,土体荷载变化对临汾站水平摆倾斜仪观测数据无明显影响。

宝昌地震台VP宽频带倾斜仪实时监控软件研发

使用宝昌地震台VP宽频带倾斜仪原始秒数据,针对VP倾斜仪超量程不报警的问题,研发VP宽频带倾斜仪实时监控软件,实现了当倾斜仪数据达到一定阀值且未超量程时,软件发出报警信号,并发送1条信息到移动客户端。

漾濞Ms6.4级地震云南省水管倾斜仪和洞体应变仪同震响应特征分析

2021年5月21日云南漾濞6.4级地震引起了省内水管倾斜和洞体应变观测同震响应。通过分析省内水管倾斜仪和洞体应变仪的震时观测资料,研究各测项对漾濞6.4级地震的同震响应特征。结果表明,云南省内水管仪和洞体应变仪的台站均记录到此次地震,同震响应形态分为振荡型、振荡—阶变型、阶变型三类;不同台站相同类型仪器的同震响应幅度有很大差别;同一台站同一仪器不同方向上记录波形幅度也有差别;且云南省水管倾斜仪和洞体应变仪观测对漾濞地震的阶变响应表现出分区特征,漾濞周边大部分台站多测项出现大量阶变响应,其中,较典型的有云县台和云龙台洞体应变仪,震动幅度最大的台站也多集中于漾濞周边。分析认为,漾濞地震产生的能量对大理及周边临近地区影响较大。