[发明专利]一种基于短时能量检测和频谱特征分析的地震波预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地震波预警技术，尤其涉及一种可以降低虚警概率的地震波预警技术，更具体地涉及一种基于短时能量检测和频谱特征分析来避免干扰波影响的地震波预警方法。

背景技术

随着我国现代化进程的不断加快，高速铁路作为一种方便、无污染的新能源交通工具得到快速发展，特别是对人口愈发膨胀，人口密度逐步增加的城市发展而言具有更加重要的作用。自从我国第一条时速超过160km/h的广深准高速铁路正式通车以来，铁路经过六次提速，目前运营时速已高达300km/h，运营里程已经突破一万公里，位于世界高铁里程的首位。高速铁路的发展不仅方便了人们的日常出行，也对我国国民经济的发展作出了巨大的贡献，而高速铁路的交通安全问题必然是我们关注的重中之重。

我国地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广，是一个灾害严重的国家，大部分地区都面临着地震灾害的严重威胁。而高速铁路沿线长度长、线路多，通常会穿越不同的地震带，沿途高强度的地震活动将会对高速铁路运行安全造成严重威胁。因此地震预警机制将是高速铁路交通安全问题的研究重点。

当列车在低速运行时受地震影响的危害性不大，但是当速度超过200km/h后，由于轮轨之间的横向作用力和列车运行速度的平方成正比关系，即使地震级数不大，都会使震中附近铁路路基、轨道等受巨大冲击而造成列车出轨、翻车等严重交通安全事故。因此，需要在地震到来前的十几秒或者几十秒对高速列车进行及时预警，迫使列车降低运行速度或者紧急停车，这将会极大降低甚至避免地震对高速铁路运行安全造成的严重危害。

考虑到高速铁路的可靠性要求，不能有任何误触发的情况发生，因此我们需要避免外界干扰波对地震波的影响。在铁路附近，经常会存在各种工况，常见的有施工时砸实地基产生的打夯波、矿区铁路线路清筛大修产生的清筛波、用于铁路新线建设的捣固机产生的捣固波以及修养铁路的稳定车产生的稳定波等。当列车上的检测装置接收到可疑信号后，需要快速判断是否是地震波，避免干扰波对地震波预警系统的误触发作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于短时能量检测和频谱特征分析的地震波预警方法，能够快速有效判断接收到的信号波形是否为地震波，增加地震波信号预警的有效性，避免其他干扰波的影响。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于短时能量检测和频谱特征分析的地震波预警方法，包括如下步骤：

步骤1，对接收到的信号进行低速采样，得到采样信号；对采样信号按照设定的时间间隔进行分段，且相邻两时间段之间有相同比例的重叠；

步骤2，对步骤1分段后的采样信号逐段进行能量检测，若检测到的分段信号能量大于等于预设门限值，则对该分段信号进行快速傅里叶变换，得到该分段信号的频谱；否则继续进行能量检测；

步骤3，已知地震波频谱的有效频带范围，观察步骤2得到的该分段信号的频谱是否在地震波频谱的有效频带范围内，若不在，则继续对下一分段信号进行能量检测；若在，则转到步骤4；

步骤4，选取步骤2得到的该分段信号的频谱中频带在0～200Hz的频谱，计算频带在0～200Hz的频谱幅值方差，若频谱幅值方差大于等于预设判决门限，则判断该分段信号为地震波信号，并启动地震波预警系统；否则继续对下一分段信号进行能量检测。

优选的，步骤1所述对接收到的信号进行低速采样所采用的设备是模数转换器。

优选的，步骤3所述地震波频谱的有效频带范围为0～100Hz。

优选的，步骤4所述计算频带在0～200Hz的频谱幅值方差的方法为：对频带在0～200Hz的频谱幅值进行线性归一化，对归一化后的频谱幅值进行五点滑动平均获得每一点处的均值，通过每一点处的幅值和均值计算频谱幅值方差。

优选的，所述对频带在0～200Hz的频谱幅值进行线性归一化的计算公式为：Y＝(y-y_min)/(y_max-y_min)，其中，y为任意一点的频谱幅值，y_min是频谱幅值的最小值，y_max是频谱幅值的最大值，Y为该点的归一化频谱幅值。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：