基于EMD的HHT变换技术在长江三峡水库年平均流量预报中的应用

本文应用基于经验模态分解(EMD)的Hilbert-Huang变换(HHT)技术,对长江宜昌站1900～2000年来天然年平均流量序列进行了分析研究,并在此基础上建立了长江三峡水库年平均流量多尺度统计动力预报模型.研究结果表明:(1)长江三峡年平均流量存在准3.2年、7.4年、13.1年、16.7和53.8年的周期,并以准3.2年和7.4年的波动为主;(2)基于EMD的HHT变换技术的三峡水库年平均流量多尺度统计动力预报模型,预报效果较好,对2001～2004年进行试验预报,预报模型的预报相对误差在2.4%以下.本文研究成果对长江三峡水库防洪调度以及发电计划制作有重要的参考价值.     

EMD方法在长周期大地电磁测深资料去噪中的应用

在电磁干扰大的地区进行长周期大地电磁测量,如何有效地抑制各种电磁噪声,提高信噪比,从而保证数据质量,是长周期大地电磁资料采集与处理的核心问题.针对长周期大地电磁信号具有非线性、非平稳和非最小相位的特点,提出了利用经验模态分解(EMD)方法对长周期大地电磁信号进行噪声压制.讨论了EMD算法的具体实现流程,并将该算法应用于长周期大地电磁信号的噪声压制.实际应用结果表明,该方法可以有效地压制长周期大地电磁中的噪声.     

基于Hilbert-Huang变换的探地雷达信号增强及复信号分析

阐述了Hilbert-Huang变换原理,着重讨论了EMD分解应满足的条件及具体分解过程.以黑麋峰抽水蓄能电站进厂交通隧洞实测GPR剖面为例,应用EMD分解去除部分噪声,再利用Hilbert变换求取GPR剖面复信号,提取瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率3个参数,绘制出相互独立的瞬时参数剖面图,根据不同地质状况进行多参数综合解释.结果表明,该方法避免了使用单一时距剖面分析所造成的解释偏差,能够更好地对异常信息做出反映,提高了GPR数据的解析精度.     

基于多尺度的老采空区上方建筑物变形分析及预报

老采空区上方地表变形是一个具有复杂性、突然性和长期性等显著特点的非线性过程。在老采空区上方建设生活或服务设施时,必须对老采空区上方地基稳定性和残余变形情况进行评价和预测。基于多尺度经验模态分解（EMD）,提出了老采空区上方地表建筑物稳定性分析及预测新方法。通过实例研究,证实采用多尺度经验模态分解可获得老采空区上方地表建筑物的动态变形细部信号。对各分解尺度进行分析能更准确有效地评价原始数据所反映的建筑物变形特征和进行变形机制研究。同时,实例计算也证实,采用考虑多尺度特征的预测模型可获得比传统方法更优的变形预报精度,为更科学地评价老采空区建筑物稳定性提供理论依据。     

基于多因素-多尺度分析的阶跃型滑坡位移预测

为了定量分析阶跃型滑坡位移与诱发因素之间的时滞效应,提高位移预测精度,本文提出新的预测模型并进行对比分析。首先基于时间序列分析将滑坡累计位移分离为趋势项和周期项;然后采用最大信息系数(C_mi)、多元经验模态分解(MEMD)方法进行多因素分析和多尺度分析,构建出多因素-多尺度MEMD预测模型;最后以三峡库区八字门滑坡为例,通过C_mi选取最优滞后期的诱发因素作为模型输入,在用MEMD方法分解多元序列的基础上建立时间多尺度模型,并与单因素-单尺度模型、多因素-单尺度模型及单因素-多尺度EMD(经验模态分解)模型进行对比。结果表明：八字门滑坡降雨和库水位的最优滞后期分别为2 d和4 d;滑坡多元序列经MEMD方法分解后得到3组模态函数,每组均有7个分量,各对应分量的时间尺度一致,其中周期项位移受诱发因素的响应具有时间多尺度特性;多因素-多尺度MEMD预测模型的均方根误差相较于以上3种对比模型分别平均降低49.4%、36.9%和27.4%,平均绝对百分比误差分别平均降低38.0%、26.4%和15.8%。     

基于整体经验模态分解和支持向量回归的北京市 PM 2．5预测

为了更好地掌握大气中PM2.5浓度的变化规律,利用EEMD-SVR混合模型对该地区的PM2.5浓度值进行了短期预测。首先,通过采用整体经验模态分解(EEMD)方法分析北京市PM2.5,把原始时间序列分解成多个固有模态函数和趋势项;然后,对各阶固有模态函数进行周期性分析,揭示了北京市PM2.5的周期性变化特点;最后,对经过EEMD分解后的各阶固有模态函数和趋势项用支持向量机回归(SVR)方法进行预测。结果表明,EEMD-SVR混合模型比单一的SVR模型预测精度更高。     

HHT方法在研究地震旋回体中的应用

HHT(Hilbert-Huang变换)是一种近年才发展起来的非线性信号处理方法,具有明确的物理意义、高度的精确性和自适应性,但在地震信号处理中尚未得到广泛的应用。简要介绍了HHT的方法原理,然后分析了模型信号和地震旋回体的HHT时频谱。结果表明:HHT对模型信号的识别能力强,且不同类型地震旋回体与其HHT时频谱之间存在对应关系,这为地震层序的划分以及进一步的沉积相分析提供理论依据。     

基于经验模态分解(EMD)的小波熵阈值地震信号去噪

针对EMD阈值去噪算法中阈值由经验选取以及无法有效区分各固有模态函数上有用信息的不足,本文对各固有模态函数进行小波变换,对各层小波系数进行相关处理,以突出有效信息,抑制噪声;将细节系数的有效信号和突变点置零并等分为若干区间,选取小波熵最大子区间的高频小波系数平均值作为噪声方差计算得到阈值。该阈值选取方法依据小波熵的特点,自适应地根据对应尺度上信号自身的能量特征确定该尺度阈值。将该算法应用于仿真信号和实际地震信号去噪,结果表明该方法优于基于EMD的小波阈值去噪,在提高去噪效果的同时,也更好地保护有效信号。     

基于经验模态分解的曲波阈值去噪方法

针对曲波阈值去噪方法阈值选取单一造成的有效信号损失或随机噪声压制不完全的问题,笔者提出了一种基于经验模态分解的曲波阈值去噪方法。该方法首先对带噪信号进行经验模态分解得到一系列固有模态函数,根据每个固有模态函数所含噪声强弱的不同,选取不同的阈值分别对分解得到的含噪固有模态函数进行曲波阈值降噪处理;最后将去噪后的固有模态函数与不含噪声的固有模态函数进行信号重构得到最终压噪的结果。由于引入经验模态分解,对分解得到的不同含噪程度的固有模态函数,选取不同的阈值进行处理,这样能够有效减小直接曲波阈值方法阈值选取单一产生的问题。模型和实际数据试算表明,该方法在提高数据信噪比的同时,能够有效地保留有效信号,是一种相对保幅的去噪方法。     

浅谈沉积物重力流分类与深水沉积模式

从浊流理论创立到现在的60余年时间里,深水沉积学研究已经取得了长足进展.但由于水下过程的复杂性,对沉积物重力流及沉积模式的认识存在颇多分歧.本文在对深水沉积研究历史与进展进行回顾与总结的基础上,对重力流各种分类方案及相应沉积模式进行了对比分析,认为:①人们对深水沉积的认识经历了一个螺旋式上升旋回;Bouma序列成因存在多种解释;砂质碎屑流概念是对Bouma序列、扇模式的发展.②沉积物重力流分类必须遵循流变学和沉积物搬运机制的重力流分类方法.③Shanmugam新近建立的碎屑流主导斜坡模式解决了斜坡区的砂体成因分布问题(原来认为此处“过路不停”无砂质沉积).④地震沉积学的发展与应用必将促进人们对深水沉积的认识,从而建立更合理的深水沉积模式.     

北江干流年最大洪峰流量变化特征及其影响研究

利用北江干流4个水文站资料建立了年最大洪峰流量序列,运用线性回归分析序列的趋势,利用Mann–Kendall法识别突变点,应用经验模态分解(EMD)分析序列的周期,采用R/S法分析序列的持续性特征,并初步探讨了序列的影响因素。结果表明:4个测站的序列均呈不显著增加趋势,不存在显著突变点,有4~6a、8~10a等多个波动周期;4个序列都具有长期记忆性,未来仍将呈不显著增加趋势。相关性分析表明,南亚夏季季风是序列的显著影响因素,太阳活动则可能影响其周期性。     

希尔伯特—黄变换(HHT)在EH-4数据去噪处理中的应用

工频噪声源于社会生产活动中产生的电磁噪声,常会造成视电阻率曲线病态或发散。为了提高数据处理与解释的精度,本文针对EH-4数据中常见的工频噪声,采用希尔伯特—黄变换进行去噪处理,通过对实际数据的时间序列处理分析可知,该方法利用数据自身的时间尺度特征自适应地分解信号,能够很好地去除工频噪声,为大地电磁信号的去噪提供了一条有效的路径。另外,本文还针对经验模态分解过程中产生严重的模态混叠及“端点效应”进行分析,运用聚合经验模态(EEMD)对仿真信号及实测数据的时间序列进行分解,有效地解决了模态混叠等问题。     

泥石流源地坡面土体活动随机性规律实验

坡面土体的崩塌活动是泥石流形成的初始过程。为了研究降雨条件下该过程中蕴含的随机性,选择典型泥石流源地坡面进行人工降雨实验,观测坡面径流和坡面土体活动特征。结果表明：坡面径流的产生与坡面土体的供给是2个相对独立的过程;坡面产流过程在时间上具有连续性,空间上具有均匀性,规模上具有稳定性;即使是在恒定的降雨强度条件下,泥石流的源地土体活动也表现为一个离散的土体崩塌序列,具有时间上的间歇性、空间上的聚集性、规模上的随机性,且在时间上服从泊松分布,在规模上服从规模-频率的幂率关系;坡面的水土过程是不完全同步的,泥石流的形成依赖于坡面土体补给的时间、空间和规模分布,这也决定了泥石流阵流的多变和流量的涨落。建立基于土体活动特征的随机性补给模型,结合分布式水文模型,是建立科学的泥石流预报模型的有效方法。     

基于ArcGIS＋DEM的三眼峪泥石流水动力条件分析

通过对甘肃省舟曲三眼峪特大泥石流灾害的现场调查,从泥石流形成的地形地貌条件和水动力条件人手,以ArcGIS为平台,运用DEM数据,分析了特大泥石流灾害的三区地形地貌特征、固体松散物特征、降雨特征以及泥石流静力学和动力学特征。结果表明：三眼峪三区为泥石流的形成和径流流通提供了极为有利地形条件;固体松散物质补给量潜力巨大,会导致堰塞坝的放大效应;诱发此次特大山洪泥石流是一场局地性、短时强度大的暴雨过程,泥石流容重在2．10t·m^-3左右,属于高容重黏性泥石流;泥石流屈服应力在8000Pa以上,大小眼峪（降雨汇流区）及三眼峪（泥石流堆积区）泥石流流速分别为8．97m／s、7．06m／s和6．02m／s,洪峰流量分别为1659m^3／s、1553m^3／s和1896m^3／s,冲击力分别为46676tf、40236tf和21182tf,其破坏力巨大,危害严重,使得泥石流在汇流区破坏力巨大以切蚀为主,受地形影响,三眼峪出口处,冲击力减小,泥石流发生堆积。     

多沙河流平面二维泥沙数学模型研究

针对冲积河流河床演变速度快、边界调整幅度大的特点,采用积分方法数值求解水流泥沙基本方程,建立了适合于多沙河流泥沙及河床演变规律的二维数学模型,在数值方法方面考虑了物质守恒性及对多变边界的适应性,采用了比较简单的动边界处理模式。通过工程实例的计算验证,证实了模型所采用的基本方法是合理的,模型有较强的河床边界适应能力,可用以解决有关多沙河流河床演变预测及浑水洪水预报的有关问题。