现地地震动预测模型及其构建方法

技术领域

本发明属于地震预警领域，具体为一种现地地震动预测模型及其构建方法。

背景技术

在利用P波预警参数估算现地地震动时，需要提前构建现地地震动预测模型。传统一般使用P波3秒位移幅值参数P

发明内容

本发明的目的在于提出一种现地地震动预测模型及其构建方法，本发明拟构建基于不同P波幅值参数的现地地震动预测模型，提高预测结果的可靠性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种现地地震动预测模型，所述模型为采用Butterworth带通滤波器处理数据拟合获得的速度幅值P

进一步的，所述模型包括采用全P波窗速度幅值P

更进一步的，所述模型还包括采用全P波窗加速度幅值P

其中，所述相关性模型的均按照式(1)进行相关性拟合而得，所述方程式为：

logPGx＝AlogPx+B (1)

式中，PGx代表PGV或PGA，Px表示P

本发明第二方面公开了一种现地地震动预测模型的构建方法，至少包括下述步骤：

获取各强震动观测台站的加速度记录数据，对数据进行预处理，并筛选出标准数据；

对筛选出的各强震动观测台站事件记录数据，去掉线性趋势，手动选取P波和S波初至时间的记录数据；

对记录数据中的各强震动观测台站的垂直向加速度记录进行一次积分和两次积分以分别获取速度时程和位移时程；

对位移时程进行连续的Butterworth带通滤波器滤波处理，以获取P波幅值预警参数P

按照仪器烈度计算标准要求计算得峰值速度PGV和峰值加速度PGA；

对于P波幅值预警参数P

一个优选的技术方案，所述对数据进行预处理，并筛选出标准数据具体包括：

对获取的加速度记录数据按照“发震时刻+震级+台站名”的方式进行重新命名，然后编写程序将所有的数据格式统一转换为文本文件格式；

对获取到的各类数据采用如下条件进行筛选：垂直向>5gal；震源距<200km；震级M≥4；同一地震事件至少有3个台站记录到；同时删除在高频能量到来时产生突跳的加速度记录。

一个优选的技术方案，所述对位移时程进行连续Butterworth带通滤波器滤波处理获取P波幅值预警参数P

对位移时程进行连续Butterworth带通波器滤波处理以移除由于积分操作带来的低频漂移影响，获取P波到后3s内垂直向数据对应的P

按照仪器烈度计算标准针对于PGV和度PGA获取所用的Butterworth带通滤波器频带0.1～10Hz，采用1阶Butterworth滤波器对P波3秒和全P波段垂直向速度和加速度时程进行处理，以获取P

进一步的，所述按照仪器烈度计算标准要求计算得3分向合成PGV和PGA。

第三方面本发明还公开了一种应用上述现地地震动预测模型的构建方法的构建系统，所述系统包括：

数据预处理模块，用于对获取的各强震动观测台站的加速度记录数据进行预处理，并筛选出标准数据；

参数计算模块，用于对筛选出的各强震动观测台站事件记录数据，去掉线性趋势，手动选取P波和S波初至时间的记录数据；对记录数据中的各强震动观测台站的垂直向加速度记录进行一次积分和两次积分以分别获取速度时程和位移时程；以及，对位移时程进行连续的Butterworth带通滤波器滤波处理，以获取P波幅值预警参数P

相关性模型建立模块，用于根据对于各类别P波幅值预警参数P

由于MEMS记录数据质量较差，在两次积分后容易引入较大的噪声干扰，使得利用P

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，还可根据这些附图获得其他的附图。

图1为现地地震动预测模型的构建方法；

图2为现地地震动预测模型的构建系统。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

地震预警数据处理中，通常使用P波3秒时间窗，对于离震中很近的台站(R<10km)，P波3秒数据已包含S波信息，导致像P

下面参考附图对本发明现地地震动预测模型及其构建方法的实施例进行描述。

本发明所述模型为采用Butterworth带通滤波器处理数据拟合获得的速度幅值P

附图1示出了本发明现地地震动预测模型的构建方法，所述方法包括下述步骤：

1)获取各强震动观测台站的加速度记录数据，对数据进行预处理，并筛选出标准数据；

在获取到数据后，由于数据文件的命名和格式等都不一致，首先对数据按照“发震时刻+震级+台站名”的方式进行了重新命名，然后编写程序将所有的数据格式统一转换为文本文件格式，具体为只包括实际记录数据，不包括头信息，并将单位统一转换为cm/s

2)对筛选出的各强震动观测台站事件记录数据，去掉线性趋势，手动选取P波和S波初至时间的记录数据；

3)对记录数据中的各强震动观测台站的垂直向加速度记录进行一次积分和两次积分以分别获取速度时程和位移时程；

4)对位移时程进行连续的Butterworth带通滤波器滤波处理，以获取P波幅值预警参数P

具体操作为：对位移时程进行连续Butterworth带通波器滤波处理以移除由于积分操作带来的低频漂移影响，获取P波到后3s内垂直向数据对应的P

按照仪器烈度计算标准针对于PGV和度PGA获取所用的Butterworth带通滤波器频带0.1～10Hz，采用1阶Butterworth滤波器对P波3秒和全P波段垂直向速度和加速度时程进行处理，以获取P

5)按照仪器烈度计算标准要求计算得峰值速度PGV和峰值加速度PGA，采用3分向合成值计算，具体计算步骤参考国家标准《GB/T17742-2020中国地震烈度表》中的附录A；

6)对于P波幅值预警参数P

本发明还提供了一种针对上述方法应用的构建系统，图2所示所述系统包括：

数据预处理模块，用于对获取的各强震动观测台站的加速度记录数据进行预处理，并筛选出标准数据；

参数计算模块，用于对筛选出的各强震动观测台站事件记录数据，去掉线性趋势，手动选取P波和S波初至时间的记录数据；对记录数据中的各强震动观测台站的垂直向加速度记录进行一次积分和两次积分以分别获取速度时程和位移时程；以及，对位移时程进行连续的Butterworth带通滤波器滤波处理，以获取P波幅值预警参数P

相关性模型建立模块，用于根据对于各类别P波幅值预警参数P

下面就上述方法代入现有地震数据进一步论证P

1.1所用震例

采用来源于国家强震动台网中心2007年1月至2014年12月共计23365条加速度记录数据。其中，2014年的加速度记录数据只有地震应急数据，包括2014年新疆于田M

1.2数据预处理

按照上述步骤1)的方法最终筛选出2764个台站加速度记录，对应于285次地震事件。

1.3 P波幅值预警参数计算

参照步骤2)-5)的方法对P波幅值预警参数计算，其中，为了探讨不同阶数Butterworth滤波器对拟合参数关系式的影响，这里同时采用1～4阶四种Butterworth滤波器进行处理，也就是每类预警参数计算获得4个值。同理，参考仪器烈度计算标准针对于PGV和峰值加速度PGA获取所用的Butterworth带通滤波器频带(0.1～10Hz)，采用1～4阶四种Butterworth滤波器对P波3秒和全P波段垂直向速度和加速度时程进行处理，以获取P

1.4统计关系式拟合

对于各类别P波幅值预警参数，统一按照式(1)进行相关性拟合，具体包括1-4阶Butterworth带通滤波器拟合条件下获取的P

拟合过程根据离散数据拟合曲线，拟合关系结果如表1所示。

表1 P

针对上表1分析可知各参数关系式的相关性状况，举例说明，在P

综上分析后，得出最优拟合结果如下表2所示。

表2最优相关性汇总

最优的结果为由1阶带通滤波器处理数据获得的P

本发明还提供了现地地震动预测模型的测试。

2.1测试数据——川滇预警示范台网MEMS地震事件记录

以部署在川滇交界预警示范区域的简易烈度计GL-P2B记录到的数据作为测试用例，其动态范围达100dB，可记录到20km范围内低至M

2.2测试结果——川滇预警示范台网MEMS地震事件记录

对于选取的各条GL-P2B台站地震事件记录，采用与获取统计拟合关系一致的处理方式，以0.5秒/包的间隔，分别利用1～4阶的Butterworth带通滤波器进行滤波，获取P波后不同时间点的P

为了对测试结果进行评估，我们将结果按照四类进行了区分：

①成功不预警：预估现地地震动没有超过阈值，且实际观测地震动也没有超过阈值；

②成功预警：预估现地地震动超过阈值，且实际观测地震动也超过阈值；

③漏报：预估现地地震动没有超过阈值，而实际观测地震动超过阈值；

④误报：预估现地地震动超过阈值，而实际观测地震动没有超过阈值。

下表为经过1阶Butterworth带通滤波器处理后的结果。

表3测试结果汇总(1阶Butterworth带通滤波器)

其中，对于漏报和误报来说，分别有14条和19条台站记录。对这些记录进行分析发现，其中有9条记录计算获得的现地地震动值正好处于阈值边界，5条略大于VI(4度)，4条略小于VI(4度)。此外，有7条台站记录的数据有问题，不是正常的记录波形。对于漏报的测试用例，可以通过引入现地实际记录的地震动值作为额外的检测条件进行避免。在这种情况下，可成功处理的台站记录达到96.55％。

表4为经过1～4阶Butterworth带通滤波器处理后的测试结果汇总。从中可以看到，采用低阶滤波器处理后的测试结果表现更好，这也与前面获取P

表4测试结果汇总(1-4阶Butterworth带通滤波器)

经过使用实际MEMS设备记录到的地震事件记录对获得的最优现地地震动预测模型进行测试，验证了P

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。