一种地震前兆信息提取方法、装置、设备及存储介质

本发明涉及地震监测，特别是涉及一种地震前兆信息提取方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、地震预报的目标是在地震发生前准确预测其地点、时间和震级(即地震的“三要素”)，以最大限度地减少由于地震的突发性所引起的人员伤亡。由于其重大的社会意义，地震预报一直是科学研究的焦点。国内外的地震学专家通过研究地质结构和地壳运动等因素，结合信息科学的进步，开发出了多种观测设备。这些设备支持了地震学、地壳形变学、电磁学、地下流体学等学科的研究，以及多学科综合的观测系统。

2、目前，地震监测和预报主要依赖于地震地质法、地震统计法和地震前兆法。地震地质法通过分析地质结构来预测地震可能发生的区域，地震统计法依据历史数据来估计地震发生的概率，地震前兆法则是通过识别地震前的宏观和微观征兆(如地声、地光、地震云、地下水异常和地球物理场异常等)来预测地震。

3、现有的地震前兆法在获取宏观或微观数据后，对这些数据的分析主要依赖于经验推断，导致提取的前兆信息在对地震预测时准确性较低。

技术实现思路

1、本发明提供了一种地震前兆信息提取方法、装置、设备及存储介质，解决了现有的地震前兆法在获取宏观或微观数据后，对这些数据的分析主要依赖于经验推断，这种方法在及时性和准确性方面存在限制问题。

2、本发明提供一种地震前兆信息提取方法，包括以下步骤：

3、连续采集待测区域的动态重力信号；

4、设定多个控制变量，包括异常预警阈值、异常噪声阈值、异常持续时间窗、预警次数和离散系数；

5、对动态重力信号的幅值与异常预警阈值做差得到第一差值，对动态重力信号的幅值与异常噪声阈值做差得到第二差值；

6、当第一差值和第二差值处于异常区间时，开启异常检测时间窗对动态重力信号的幅值进行检测，当持续时间达设定值时，统计动态重力信号的幅值处于异常区间的次数，将统计的总次数作为预警次数；

7、若预警次数大于设定次数，则计算动态重力信号的幅值处于异常区间的离散系数，输出离散系数小于1的幅值数据作为地震前兆信息。

8、优选的，所述控制变量还包括持续无异常时间窗，当第一差值和第二差值不处于异常区间时，则开启持续无异常时间窗进行检测，若持续时间达设定值，则关闭异常检测时间窗。

9、优选的，所述异常区间为第一差值大于1.5且第二差值小于28，所述设定值为120分钟，所述设定次数为700次。

10、优选的，通过大气潮汐重力仪采集动态重力信号，其幅值为1～30mhz。

11、优选的，在对动态重力信号的幅值与异常预警阈值做差得到第一差值之前，需对动态重力信号进行预处理，所述预处理过程包括：

12、对动态重力信号进行完整性检查，剔除损坏的信号；

13、通过标准分数方法对完整性检查后的动态重力信号进行噪声值剔除；

14、通过线性插值方法对噪声值剔除后的动态重力信号进行缺失值补充；

15、对缺失值补充后的动态重力信号进行修正；

16、对修正后的动态重力信号进行数据对齐；

17、对数据对齐后的动态重力信号进行滤波。

18、优选的，所述对缺失值补充后的动态重力信号进行修正包括根据大气压与海洋潮汐对重力参数的修正；

19、所述根据大气压与海洋潮汐对重力参数的修正如下式所示：

20、gp＝-3(p-pn)*10-4mgal

21、

22、其中，

23、

24、μ＝cosψ＝sinφsinφp+cosφcosφpcos(λ-λp)

25、式中，gp为修正大气压后的重力数据，p为观测时的大气压，pn为标准大气压，g0为修正海洋潮汐后的重力数据，φp和λp为该观测点数据的纬度和经度，t为重力扰动，rp为该观测点距离地球中心的径向距离，g为重力常数，ρw为海水密度，h为关于海洋潮汐波的高度的函数，β为一个比例因子，μ为观测点和质点的空间位置关系，r是地球的平均半径或观测点到地球质心的平均距离，hp是观测点相对于地球参考表面的高度，ψ为两点之间的球面距离角。

26、优选的，还包括对地震前兆信息进行时域和频域特征提取，得到时域特征和频域特征，通过时域特征和频域特征对地震前兆信息进行分析。

27、一种地震前兆信息提取装置，包括：

28、采集模块，用于连续采集待测区域的动态重力信号；

29、设定模块，用于设定多个控制变量，包括异常预警阈值、异常噪声阈值、异常持续时间窗、预警次数和离散系数；

30、差值模块，用于对动态重力信号的幅值与异常预警阈值做差得到第一差值，对动态重力信号的幅值与异常噪声阈值做差得到第二差值；

31、检测模块，用于当第一差值和第二差值处于异常区间时，开启异常检测时间窗对动态重力信号的幅值进行检测，当持续时间达设定值时，统计动态重力信号的幅值处于异常区间的次数，将统计的总次数作为预警次数；

32、计算模块，用于若预警次数大于设定次数，则计算动态重力信号的幅值处于异常区间的离散系数，输出离散系数小于1的幅值数据作为地震前兆信息。

33、一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的地震前兆信息提取方法。

34、一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的地震前兆信息提取方法。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

36、本发明首先连续采集了地震前兆相关的动态重力信号，然后设定多个控制变量，通过多个控制变量对动态重力信号幅值中的异常幅值进行判断并输出，得到地震前兆信息。通过实际地震数据与判断结果进行对比，进而对控制变量进行更新。通过本提取方法可以准确获取地震前兆信息，相较于传统的基于经验推断，增强了地震预测信息的可读性和准确性，为地震预报工作提供研究资料。

技术特征：

1.一种地震前兆信息提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种地震前兆信息提取方法，其特征在于，所述控制变量还包括持续无异常时间窗，当第一差值和第二差值不处于异常区间时，则开启持续无异常时间窗进行检测，若持续时间达设定值，则关闭异常检测时间窗。

3.如权利要求1所述的一种地震前兆信息提取方法，其特征在于，所述异常区间为第一差值大于1.5且第二差值小于28，所述设定值为120分钟，所述设定次数为700次。

4.如权利要求1所述的一种地震前兆信息提取方法，其特征在于，通过大气潮汐重力仪采集动态重力信号，其幅值为1～30mhz。

5.如权利要求1所述的一种地震前兆信息提取方法，其特征在于，在对动态重力信号的幅值与异常预警阈值做差得到第一差值之前，需对动态重力信号进行预处理，所述预处理过程包括：

6.如权利要求5所述的一种地震前兆信息提取方法，其特征在于，所述对缺失值补充后的动态重力信号进行修正包括根据大气压与海洋潮汐对重力参数的修正；

7.如权利要求1所述的一种地震前兆信息提取方法，其特征在于，还包括对地震前兆信息进行时域和频域特征提取，得到时域特征和频域特征，通过时域特征和频域特征对地震前兆信息进行分析。

8.一种地震前兆信息提取装置，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1-7任一所述的地震前兆信息提取方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述权利要求1-7任一项所述的地震前兆信息提取方法。

技术总结
本发明公开了一种地震前兆信息提取方法、装置、设备及存储介质，涉及地震监测技术领域，包括以下步骤：连续采集待测区域的动态重力信号；对动态重力信号的幅值与异常预警阈值做差得到第一差值，对动态重力信号的幅值与异常噪声阈值做差得到第二差值；当第一差值和第二差值处于异常区间时，开启异常检测时间窗对动态重力信号的幅值进行检测，当持续时间达设定值时，统计动态重力信号的幅值处于异常区间的次数，将统计的总次数作为预警次数；若预警次数大于设定次数，则计算动态重力信号的幅值处于异常区间的离散系数，输出离散系数小于1的幅值数据作为地震前兆信息。本发明首先采集了地震前兆相关的动态重力信号，然后设定多个控制变量，通过多个控制变量对动态重力信号中的扰动信号进行判断，得到判断结果即地震前兆信息。本发明的方法可以准确获取地震前兆信息，为地震预报工作提供研究资料。

技术研发人员：张茂省,梁国冰,闫雨藤,冯立,董英,毛伊敏
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/11