基于一种单纯形邻域与多角色进化策略算法的重力固体潮信号独立成分分析

在重力固体潮信号中,反映地球、太阳、月亮等天体相对运动的潮汐谐波是相互独立的.所以,在重力固体潮的谐波分析中,只有提取出谐波中的独立成分,才能与相应的天体潮汐谐波对应.据此,本文提出一个重力固体潮信号的分解模型.该模型描述地球自转产生的潮汐谐波与月球、太阳相对于地球轨道变化产生的潮汐谐波的正交分解关系.为了从信号处理的角度实现这一模型描述的正交分解关系,本文提出了一种基于单纯形邻域与多角色进化策略的智能优化算法的独立成分分析方法,对重力固体潮信号进行独立成分分析,有效地从重力固体潮信号中提取出三个独立分量:一个为反映月球、太阳相对于地球轨道变化产生的长周期波系分量,一个为反映地球自转产生的日波系分量,一个为反映地球自转产生的半日波系分量.最终,从这些分解出的独立分量中进一步提取出具体谐波成分.     

重力固体潮信号独立成分的谱相关解调与地震前兆信息提取

重力固体潮信号是一种多谐波的混合信号,为了提取其中所包含的地震前兆异常信息.本文结合重力固体潮的产生机制,建立了一种重力固体潮正交分解模型.在此基础上,利用独立分量分析算法实现重力固体潮信号的加性分解,然后针对独立分量中的调制关系,利用谱相关方法对其进行乘性解调.从而,完整地提取出了重力固体潮信号中丰富的潮汐谐波信息.进一步,引入理论计算值作为实际测量值的参考背景,在独立分量中凸显出原重力固体潮信号中的异常变化特征.通过对云南地区的实际震例研究表明,重力固体潮独立分量的异常特征与地震事件的时序存在密切的相关性.在地震发生前的1~5个月内,对应于重力固体潮信号长周期谐波系的独立分量在时域波形和循环相关谱方面均有明显的异常变化,而且普遍存在,充分反映了这一异常变化与地震前地壳内部能量的变化有关,很有可能就是重力固体潮信号中隐含的地震前兆信息.     

基于分布估计算法对重力固体潮信号独立主成分分析及谐波提取

固体潮信号是地球自转在月球和太阳作用下产生的混合复杂信号.本文提出一个重力固体潮信号的正交分解模型,通过将重力固体潮信号谐波分量,分解在两个正交的方向上,以提取独立的谐波分量.为了实现这一分解,本文采用独立成分分析算法进行验证分析.独立成分分析主要用于提取信号中的独立成分,但一般的独立成分分析算法具有对初始值敏感,收敛较早熟等问题.本文利用分布估计算法的学习概率模型全局寻优,克服独立成分分析算法缺点.通过实验仿真分析,改进算法可将重力固体潮信号成功分离出以下独立的谐波状态:半日波信号、日波信号、长周期波信号.并且,这些分离出的独立成分与本文提出的重力固体潮信号正交分解模型一致,分别对应于模型中的正交谐波分量.     

基于改进遗传算法的重力固体潮独立分量分析

重力固体潮信号中的潮汐谐波相互独立,所以,对重力固体潮的谐波分析,就需要提取出各个谐波中的独立成分.据此,在原有独立分量分析算法的基础上,与智能优化算法相结合,提出了一种新的独立分量分析法,基于遗传算法的独立分量分析.对经典遗传算法进行改进,给出了改进后遗传算法的基本原理,讨论了遗传算法独立分量分析的实现过程.同时,应用该方法对重力固体潮信号进行处理,有效地从重力固体潮信号中提取出三个独立分量:长周期波分量、日波分量和半日波分量,以及各成分的特征频率.该方法可行有效,为地球物理信号的分析提供了一个有效的处理方法.     

基于一种新智能优化算法与谱相关方法对重力固体潮的分析

根据月球与太阳相对于地球位置的关系,建立一个三维正交分解模型来揭示重力固体潮中包含的谐波成分。在此基础上,提出一种基于单形邻域与多角色进化策略智能优化算法的独立分量分析方法,用以提高算法效率和全局寻优能力;并结合谱相关方法,对重力固体潮观测数据进行处理和分析,观察其频域和时域的变化。最后引入理论信号和理论计算值作为参考背景,以凸显其异常变化特征。研究表明,利用该方法可以有效地反映出重力固体潮潮汐的日波、半日波、长周期波等特征。同时,发现重力固体潮潮汐的异常变化中隐含有地震前兆信息,通过对云南地区观测数据的分析,在排除测量误差和环境影响外,发现在地震前2~5个月内,重力固体潮的长周期波均呈现出规律性的异常变化。这反映出地震的前兆异常信息,可能对地震时间和地点的预测提供依据。     

基于遗传算法的重力固体潮信号独立元分析与地震前兆信息提取

在对重力固体潮信号的分析中,应用了一种将固体潮信号所含有的各谐波信息分解到3个正交分量上的三维正交分解模型;为了更好地提取各个分量谐波信号,克服传统独立分量分析(ICA)收敛速度慢、局部搜索等缺陷,使用了传统ICA与实数遗传算法(GA)相结合的方法,经验证此方法可行有效;实验中对实测信号与理论信号相结合的信号进行了谐波提取,并对提取出的谐波信号进行分析,捕捉地震前兆信息;分析发现地震前某不定时刻点,在长周期波中波形出现一定程度的奇异,充分反映了震前能量积蓄的变化.因其与地震发生时间之间的不确定性,所以还不能将其作为地震的预测方法.     

用小波分析提取重力固体潮

地球固体潮观测对验证各种地球模型、研究地球内部构造具有重要意义,可为地震预报提供重要的参考依据.BBVS-120甚宽带地震计具有较低的自噪声水平,在低频端输出信号的频率很低,涵盖固体潮信息频带范围.本文提出:BBVS-120地震计输出信号中存在周日波、半日波和1/3日波的固体潮信号,利用小波分析,提取垂直分量中的重力固体潮信号,并作调和分析.     

连续小波变换系数的主成分分析法及其重力固体潮应用

针对连续小波变换中各尺度系数间存在较大相关性的特点,建立协方差矩阵,用主成分分析法去除各尺度系数间的相关性,提取原信号中的主要频率成分。利用给定样本信号对该方法的有效性进行检验,同时,作为应用,利用该方法提取出重力固体潮信号中的半日波分量和日波分量,为信号特征频率提取提供了一种可行和有效的分析方法。     

固体潮调和分析及效能评价

本文选择四川省条件较好的台站的摆式倾斜仪。水管倾义、石英伸缩仪１９８７年以来的固体潮观测资料,采用Ｖｅｎｅｄｉｋｏｖ调和分析方法处理,提取各台倾斜固体潮、硐体应变固体潮全日波（Ｑ１波）和半日波（Ｍ２波）的潮汐因子γ、α值及相位滞后因子△Ψ值,分析其在中强地震前的变化特点,探索地震前兆异常 。     

黑龙江省延寿地震台竖直摆倾斜仪潮汐短临变化特征

选择黑龙江省延寿地震台CZB-1型竖直摆倾斜仪2005年的固体潮观测资料,提取了2005年7月25日黑龙江省林甸M5.1和9月19日内蒙古牙克石M4.7地震前,倾斜固体潮半日波(M2)的潮汐因子γ及相位滞后因子Δφ等参量,综合分析了中强地震前区域倾斜形变潮汐的短临变化特征。认为:1)对潮汐频段参数潮汐因子、相位滞后因子异常信息进行提取,有利于捕捉地震前兆异常。2)潮汐因子的变化特征从时间上给出了震源的短临前兆信息。从图形变化看,这种变化过程可归纳为趋势性背景变化→增大(或减小)→极值→恢复→等待→发震。3)固体潮调和分析方法具有较强的抗干扰能力,图形变化稳定、异常突出明显     

易县台BBVS-120地震计记录重力固体潮能力分析

以河北省易县台BBVS-120甚宽频带地震计为研究对象,验证其垂直向地震记录波形中包含的长周期成分为重力固体潮,并运用小波变换方法提取地震记录中的固体潮信息;同时,通过对提取的固体潮信息进行Venedikov调和分析证明,易县地震台BBVS-120甚宽频带地震计可以记录重力固体潮信息。     

琼中地震台连续重力变化特征

收集了2009年以来琼中地震台（以下简称琼中台）连续重力观测数据,经对原始数据进行突跳、台阶和删除错误数据等处理,计算分析了琼中台重力潮汐变化数据特征、M₂波潮汐因子变化特征和典型事件的观测数据频谱特征。结果表明,琼中台连续重力观测数据除包含了固体潮、零漂等长周期信号外,也记录到了地震和台风等高频信号。对于记录到的7.0级以上强震,地震信号的频率主要分布于0.3 Hz以内;台风引起的扰动信号则主要分布于0.1—0.4 Hz频带内。同时,2009年以来,琼中台连续重力原始数据及其M₂波潮汐因子无明显前兆异常。      

云龙台固体潮观测对地震监测能力的评价

对云龙台的水管倾斜仪观测数据进行了倾斜固体潮的潮汐分析，发现ＥＷ和ＮＳ两个分量的振幅因子异常变化与地震有较好的对应关系。由于潮汐分析方法本身的科学性和严密性，故振幅因子误差小、精度高；又因为对潮汐谐波波群的选择，避免了以太阳日为基础的周期性干扰，Ｍ２、Ｏ１波振幅因子的地震异常识别则简易可行，并且可信度高。云龙台的固体潮观测具有较强的地震监测能力。     

常熟地倾斜固体潮汐调和分析及预报效能

选择江苏省常熟地震台SQ－70型石英水平摆倾斜仪EW和SN方向1985－1998年的固体潮观测资料，采用Venedikov调和分析方法计算，提取了倾斜固体潮全日波（O1）和半日波（M2）的潮汐因子γ及相位滞后因子△φ值，分析了其在江苏中强地震前的变化特征，认为固体潮调和分析方法具有较好的地震预报效能。     

武汉台重力潮汐长期观测结果

采用武汉台超导重力仪(SG C032)14年多的长期连续观测资料,研究了固体地球对二阶和三阶引潮力的响应特征,精密测定了重力潮汐参数,系统研究了最新的固体潮模型和海潮模型在中国大陆的有效性.采用最新的8个全球海潮模型计算了海潮负荷效应,从武汉台SG C032的观测中成功分离出63个2阶潮汐波群和15个3阶潮汐波群信号,3阶潮波涵盖了周日、半日和1/3日三个频段.重力潮汐观测的精度非常高,标准偏差达到1.116 nm·s^-2,系统反映了非流体静力平衡、非弹性地球对2阶和3阶引潮力的响应特征.结果表明,现有的武汉国际重力潮汐基准在半日频段非常精确,但在周日频段存在比较明显的偏差,需要进一步精化.对于中国大陆的大地测量观测,固体潮可以采用Dehant等考虑地球内部介质非弹性和非流体静力平衡建立的固体潮理论模型或Xu 等基于全球SG观测建立的重力潮汐全球实验模型作为参考和改正模型,海潮负荷效应应该采用Nao99作为改正模型.     

负载于零漂上的低频非潮汐信息的提取

重力固体潮观测资料中的零漂项，从整体上看，在缓慢地变化着，本文以朔望月的一半作为时间长工，分段对零漂进行线性模拟，之后，再进一步消除长周期潮汐波对零漂的影响，提出了零漂的变化，这是一种低频非潮汐信息，它负载于零漂之上，可能含有地震前兆。     

河北倾斜、应变潮汐因子异常指标研究

采用两日调和分析和两日滑动的月调和分析方法对河北5个台站43个测向的固体潮观测资料进行潮汐变化分析,分别应用全目波和半日波滤波器求出平均潮汐因子和相位差。并选取2002--2008年华北ML5．0以上地震,通过对异常幅度、异常持续时间等指标进行研究,得出河北倾斜、应变潮汐因子异常指标。     

水氡时值序列和日值序列中的潮汐波分量

本文用潮汐波最优谱分析法处理了一些水点的水氡时值资料和水氡日值资料,结果显示兰州五泉山水点水氡时值序列中存在着与理论固体潮相一致的半日波和日波分量;山东聊城、天津张道口、甘肃平凉等水点水氡日值序列中存在着与理论固体潮相一致的半月波、月波分量。上述事实说明,水点条件好、观测质量高的水氡资料能反映出地壳潮汐应力的变化。     

利用地倾斜固体潮汐资料提取异常的新方法

地倾斜固体潮分析中根据固体潮汐的畸变、趋势、上升、下降、转折等变化特征,提取地震前兆异常信息。本文基于地倾斜固体潮汐可计算的特点和时程变化特征,提出一种新的地倾斜异常提取定量方法和指标。经过对延庆地倾斜固体潮观测资料的初步分析表明,预测误差比特征参量在中强地震前存在明显的前兆变化,说明预测误差比特征参量的计算模型是合理的,结果是有意义的。     

澜沧地震前昆明弥渡重力场变化特征

本文用澜沧—耿马地震前后昆明台和弥渡台的重力固体潮观测资料对震前昆明、弥渡的重力场进行了潮汐变化和非潮汐变化的分析研究。研究表明澜沧—耿马地震前昆明、弥渡的重力场变化有如下特征:1.重力值变化和重力值差分值变化不明显。2.重力潮汐因子有较明显的负异常变化。3.重力潮汐因子变化的异常时间和1976年5月29日龙陵7.3、7.4级地震异常时间半年多接近;异常的最大变幅处于同一量级,但澜沧地震前昆明台的最大变幅4.7%比龙陵地震前的最大变幅3.4%稍大。4.重力潮汐因子变化有较明显的中期异常,短期异常也有一定反映,但临震异常不明显。