[发明专利]一种实现地震预警的方法

说明书

本发明提供一种实现地震预警的方法，涉及地震信号处理技术领域。该方法首先实时记录地震波，对实时传送的地震波数据通过低通滤波器进行实时滤波，用振幅相对变化率作为特征函数，对实时滤波后的数据计算特征函数，确定长、短尺度的长度后，按确定的步长同步移动长、短窗，同时实时对特征函数计算STA/LTA值，判断STA/LTA值是否超过其阈值，若是，则取其对应的采样时间为地震波到时，同时触发地震预警装置，否则，继续进行下一次的地震波实时记录。本发明采用长短时均值比方法自动拾取p波到时，算法简单、计算速度快，用地震波振幅相对变化率作为特征函数，所用机时可以忽略，抗干扰能力强。

技术领域

本发明涉及地震工程和地震信号处理技术领域，尤其涉及一种实现地震预警的方法。

背景技术

地震预警是针对地震预报能力不足提出的震时预警方法。其一般原理是，把地震探测器安置在活断层附近，当地震发生时，由于p波传播速度比s波快，地震探测器首先接收到p波，在破坏力很强的s波到达前用电磁波把地震消息传达到城市，通知人们在地震s波到达前做好应急准备。最近几年发展迅速的地震预警技术，需要自动、快速、准确确定P波到时。

地震p波自动拾取方法一直在不断改进，到目前为止常用方法主要有长短时均值比方法(即STA/LTA方法)、AIC准则、高阶统计计量方法(PAI-S/K)、自回归方法定义进行地震震相判别的方法，除此之外还有分形维法和神经网络法等。

长短时均值比方法是目前广泛使用的一种地震波初至拾取方法，其原理是取地震波特征函数在短时间内平均值与长时间内平均值之比确定地震波初至，即长短时平均值法，地震波初至时刻就是用长短时平均值法计算得到的对应峰值点。长短时均值比方法具有算法简单、计算速度快和特征函数多样等优点，这非常符合地震预警的要求。其不足是特征函数的不同选择使得到时的拾取产生差异，并且目前使用的特征函数使得拾取结果抗干扰能力较差；短时间和长时间取得过短、过长都会造成地震触发错误。

AIC准则认为地震发生前后对应着两个不同的稳态过程，AIC函数的极小值对应p波初至时刻。AIC函数峰值点尖锐，从这种意义上说该方法拾取到时的准确度高。但在不同时窗下，拾取的到时位置不同，所以该方法仅仅适合地震波初至位置大致已知的情况，这显然不适用地震预警的速度要求。

PAI-S/K方法定义了地震波形峰度和偏斜度函数，判断上述二函数曲线的极值点，以极值点前曲线斜率最大位置作为地震波到时。该算法计算简单、速度快，但抗干扰能力不强。

自回归方法将地震信号分为两个局部统计时段，取自相关最小值作为p波到时，该方法拾取到时精度高，但计算速度慢，不适用于地震预警。

分形维数方法认为地震信号与噪音叠加时分形维数发生变化，并据此拾取p波。该方法应用于地震预警的最大障碍是计算速度慢。

神经网络法采用峰值振幅、时窗内均方根振幅比、峰值与其前后峰值包络斜率及噪声与信号比值等作为神经网络输入因素，是一种综合的p波到时拾取方法。其最大优点是适用性强，缺点是计算复杂、用时长。

上述方法都是自动拾取p波到时的常用方法，都有一定的适用条件。地震预警要求p波拾取速度快，只有长短时均值比方法可以满足速度快的要求，但其抗干扰能力低使得拾取p波到时误差较大的问题需要改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术不足，提供一种实现地震预警的方法。采用地震波振幅相对变化率作为特征函数，用长短时均值比方法自动拾取p波到时，算法简单、计算速度快、所用机时可以忽略、抗干扰能力强。

本发明所采取的技术方案是：一种实现地震预警的方法，包括以下步骤：

步骤1：实时提取三分量地震动记录{x_i}、{y_i}、{z_i}，i为地震动记录的实时记录序号；三分量地震动记录可以是位移、速度或加速度；