彭洪軍

FHD質(zhì)子矢量磁力儀資料預(yù)處理分析

彭洪軍

（臨沂市地震監(jiān)測中心臺(tái)馬陵山地震臺(tái)，山東 臨沂 276600）

中國的許多城市位于地震多發(fā)地帶，長期遭受地震災(zāi)害的影響。地震不僅給國家造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)造成人民的大量傷亡，影響極其惡劣。為了做好地震防范工作，對即將到來的地震進(jìn)行預(yù)測并做好防范措施，需要建立地震臺(tái)站，獲取多種學(xué)科觀測的數(shù)據(jù)。地震臺(tái)站獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量與連續(xù)性是減輕地震災(zāi)害的關(guān)鍵，F(xiàn)HD質(zhì)子矢量磁力儀是具有IP網(wǎng)絡(luò)接口，接入千兆服務(wù)器，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的觀測數(shù)據(jù)系統(tǒng)，為地震研究與勘測工作提供了很多科學(xué)依據(jù)。但是在FHD質(zhì)子磁力儀觀測數(shù)據(jù)的過程中存在較多的影響因素，車輛干擾、高壓直流輸電、交直流電切換等都會(huì)對地磁觀測造成干擾，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。通過對FHD質(zhì)子矢量磁力儀使用過程中的干擾因素進(jìn)行研究，分析國家地震臺(tái)的FHD質(zhì)子矢量磁力儀的動(dòng)態(tài)變化曲線，制訂合理的預(yù)處理措施，提高中國地磁FHD質(zhì)子矢量磁力儀的觀測質(zhì)量。

地震臺(tái)；FHD質(zhì)子矢量磁力儀；預(yù)處理；日期數(shù)據(jù)

地震臺(tái)的主要工作是對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，在“中國地震臺(tái)網(wǎng)前兆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)”中查看“觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)”中的前一天數(shù)據(jù)，會(huì)顯示數(shù)據(jù)已經(jīng)采集。但是在數(shù)據(jù)系統(tǒng)中調(diào)入數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)，發(fā)現(xiàn)所有或比較重要的數(shù)據(jù)顯示為空值。通過研究實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，需要到儀器端進(jìn)入原始數(shù)據(jù)的目錄，刪除相關(guān)的日期數(shù)據(jù)，然后再回傳數(shù)據(jù)，這樣才能采集到前一天的數(shù)據(jù)。另外，在采集數(shù)據(jù)的過程中還會(huì)受到很多外界因素的影響，降低了采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。觀測臺(tái)的工作人員在數(shù)據(jù)采集過程中要對干擾因素進(jìn)行預(yù)處理，在日志中備注好干擾原因和處理措施，確保后續(xù)工作的正常進(jìn)行，提高勘測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1 當(dāng)前FHD質(zhì)子矢量磁力儀觀測狀況

很多城市的FHD質(zhì)子矢量磁力儀自安裝到運(yùn)行已經(jīng)有多年時(shí)間，每個(gè)省區(qū)的地震臺(tái)站FHD質(zhì)子矢量磁力儀觀測人員都非常努力，擁有基本的干擾識(shí)別判斷能力，能夠在數(shù)據(jù)采集的過程中快速發(fā)現(xiàn)干擾源，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)觀測的質(zhì)量。但在當(dāng)前的FHD質(zhì)子矢量磁力儀觀測工作中仍然存在著一些沒有解決的問題。地磁FHD質(zhì)子矢量磁力儀主要分布在城市中有人值守的地點(diǎn)，國家地震臺(tái)規(guī)程研制開發(fā)的架設(shè)臺(tái)點(diǎn)使用的FHD-1質(zhì)子矢量磁力儀，儀器測量范圍為20 000～70 000 nT、分辨率為0.1 nT[1]。

2 資料預(yù)處理分析

2.1 干擾源

觀測臺(tái)在使用FHD質(zhì)子矢量磁力儀對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與傳遞時(shí)會(huì)受到很多因素的干擾，主要干擾源是車輛干擾、基建工程干擾、交直流電切換干擾等，如表1所示。

表1 觀測數(shù)據(jù)受干擾的內(nèi)容以及預(yù)處理措施

數(shù)據(jù)異常分類存在的干擾情況預(yù)處理措施 尖峰脈沖干擾用前后2 min的數(shù)據(jù)線性插值代替2 min內(nèi)的突跳數(shù)據(jù) 臺(tái)階跳動(dòng)交直流供電切換；儀器附近存在鐵磁性物體；受到直流電影響，儀器接地不良使用NULL代替臺(tái)階不明顯的數(shù)據(jù)段，對臺(tái)階明顯的數(shù)據(jù)段進(jìn)行臺(tái)階改正 成片錯(cuò)誤數(shù)據(jù)儀器發(fā)生故障；施工環(huán)境對儀器運(yùn)轉(zhuǎn)造成干擾可以全部用NULL代替

2.2 干擾情況與處理措施

2.2.1 尖峰

當(dāng)?shù)卮庞^測中的數(shù)據(jù)顯示出尖峰時(shí)工作人員對其進(jìn)行的處理大多是針對單點(diǎn)突跳的數(shù)據(jù)，2 min之內(nèi)采集的突跳數(shù)據(jù)不能使用，最好選擇突跳前后2 min的數(shù)據(jù)線性插值代替2 min之內(nèi)的數(shù)據(jù)。另外，在對尖峰進(jìn)行處理時(shí)需要注意選定1 min的數(shù)據(jù)，不然可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)刪除[2]。

2.2.2 臺(tái)階跳動(dòng)

臺(tái)階跳動(dòng)產(chǎn)生的原因如表1所示，交直流電切換、FHD質(zhì)子矢量磁力儀附近存在鐵磁性的物體以及儀器放置不當(dāng)、接地不良等是造成數(shù)據(jù)出現(xiàn)臺(tái)階跳動(dòng)的主要原因，當(dāng)出現(xiàn)臺(tái)階跳動(dòng)時(shí)最常用、最簡單、直接的方法就是去除臺(tái)階，利用預(yù)處理系統(tǒng)中的“預(yù)處理多臺(tái)”功能對比變幅較小、不容易分辨出臺(tái)階突跳階段的數(shù)據(jù)曲線，對比出數(shù)據(jù)的跳動(dòng)時(shí)段，然后采用預(yù)處理措施進(jìn)行解決。對原始數(shù)據(jù)的受干擾部分進(jìn)行刪除處理，刪除處理之后的數(shù)據(jù)會(huì)與之前的存在較大偏差。研究人員判斷和預(yù)處理各個(gè)時(shí)間段內(nèi)受干擾的數(shù)據(jù)，經(jīng)過研究實(shí)踐發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)與正常的數(shù)據(jù)曲線是一

樣的，說明該預(yù)處理措施是正確、有效的。在數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)不要對標(biāo)定或接地不良的儀器進(jìn)行預(yù)處理，因?yàn)轭A(yù)處理的數(shù)據(jù)不是天然磁場的真實(shí)變化。在處理因儀器接地不良和交直流電切換出現(xiàn)的臺(tái)階時(shí)需按照地磁臺(tái)網(wǎng)中心的相關(guān)規(guī)定要求進(jìn)行，處理臺(tái)階產(chǎn)生當(dāng)天00：00時(shí)間的數(shù)據(jù)[3]。

2.2.3 錯(cuò)誤數(shù)據(jù)處理

FHD質(zhì)子矢量磁力儀資料的預(yù)處理工作中會(huì)遇到各種各樣的問題，處理方式掌握不當(dāng)也會(huì)造成數(shù)據(jù)的失真或丟失。在數(shù)據(jù)處理的過程中要盡可能地挽救有價(jià)值的數(shù)據(jù)，處理掉沒有價(jià)值的數(shù)據(jù)。受到干擾產(chǎn)生錯(cuò)誤數(shù)據(jù)時(shí)，必須用NULL代替，不能抱著僥幸心理。有很多研究數(shù)據(jù)已經(jīng)受到干擾，但研究人員認(rèn)為數(shù)據(jù)的完整率較高，可能還能用，所以就留了下來，但是到了后面的地磁臺(tái)網(wǎng)中心評議時(shí)依然通過不了，所以一些無用的信息盡早處理干凈。當(dāng)數(shù)據(jù)受到施工環(huán)境或其他因素的干擾后，地磁臺(tái)網(wǎng)中心這些天收集的數(shù)據(jù)全部作廢，對不可用的數(shù)據(jù)要?jiǎng)h除干凈。

2.2.4 磁干擾

在FHD質(zhì)子矢量磁力儀資料預(yù)處理的過程中，研究人員會(huì)對磁干擾進(jìn)行臺(tái)階處理，通常磁暴起始階段會(huì)出現(xiàn)尖峰，研究人員在處理這類干擾因素時(shí)可以將尖峰處理掉。有些研究人員將磁暴作為干擾因素，對數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行預(yù)處理，導(dǎo)致出現(xiàn)過度預(yù)處理問題[4]。將磁暴作為干擾對數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行錯(cuò)誤處理就是對磁干擾進(jìn)行過度處理。為了避免日后研究工作中再次出現(xiàn)這種情況，工作人員可以使用預(yù)處理軟件內(nèi)的“預(yù)處理多臺(tái)”功能對比多臺(tái)預(yù)處理的曲線，對數(shù)據(jù)進(jìn)行正確處理。

3 日志填寫

填寫日志時(shí)可以填完一項(xiàng)后點(diǎn)擊旁邊的“自動(dòng)復(fù)制”小方框，但在工作過程中會(huì)出現(xiàn)各種復(fù)雜的問題，工作人員在對應(yīng)項(xiàng)目選項(xiàng)填寫相關(guān)工作內(nèi)容，每天檢查日志的填寫情況，防止出現(xiàn)遺漏。記錄好沒有處理的數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作做好準(zhǔn)備。查看事件產(chǎn)生的原因、事件類型與跟進(jìn)人員，當(dāng)事件類型一欄出現(xiàn)“原因不明”等詞匯時(shí)需要及時(shí)核實(shí)情況，在日志中備注好相關(guān)信息，說明具體原因。工作人員處理干擾數(shù)據(jù)時(shí)，需要按照日志的不同記錄項(xiàng)目填寫相應(yīng)的內(nèi)容，填寫完成后認(rèn)真檢查填寫的內(nèi)容，確保沒有遺漏的項(xiàng)目[5]。日志處理人員匿名填寫或者填寫的不規(guī)范，臺(tái)網(wǎng)中心會(huì)在評議中扣除相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。

4 自檢

自檢過程如下：①逐項(xiàng)檢查日志的各項(xiàng)內(nèi)容，避免存在漏項(xiàng)問題；②對比相鄰地磁臺(tái)站的數(shù)據(jù)曲線，檢查曲線的重合性與日變趨勢是否一致；③國家地磁臺(tái)網(wǎng)中心對日變曲線趨勢不一致的地方進(jìn)行評議；④由國家地磁臺(tái)網(wǎng)中心檢查評議是否通過，如果一審沒有通過，就在二審時(shí)重新處理上報(bào)，二審不過就在月審繼續(xù)上報(bào)，審核不通過會(huì)繼續(xù)扣分[6]。在實(shí)際FHD質(zhì)子矢量磁力儀的正常運(yùn)行中常常出現(xiàn)地磁臺(tái)數(shù)據(jù)缺數(shù)的問題，工作人員需要在采集前一天數(shù)據(jù)的同時(shí)收取當(dāng)天8 h的數(shù)據(jù)，避免缺數(shù)的問題再次發(fā)生[7]。

在此次研究中對國家地磁臺(tái)網(wǎng)中心“地磁數(shù)據(jù)預(yù)處理質(zhì)量標(biāo)注系統(tǒng)”評議結(jié)果進(jìn)行對比分析，對FHD質(zhì)子矢量磁力儀采取數(shù)據(jù)過程中造成干擾的因素進(jìn)行研究，采取正確的預(yù)處理措施。有效的預(yù)處理措施能夠減少干擾因素對FHD質(zhì)子矢量磁力儀觀測數(shù)據(jù)的影響，保證各臺(tái)站觀測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，有利于后續(xù)觀察工作的開展。研究人員需要根據(jù)國家地磁臺(tái)網(wǎng)中心的相關(guān)規(guī)定并結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，結(jié)合實(shí)例對FHD質(zhì)子矢量磁力儀資料采集中的干擾原因進(jìn)行預(yù)處理。只有通過不斷學(xué)習(xí)與研究，才能提高中國的地震臺(tái)FHD質(zhì)子矢量磁力儀資料預(yù)處理水平。重點(diǎn)解決FHD質(zhì)子矢量磁力儀預(yù)處理過程中的幾點(diǎn)常見問題，比如日志填寫不規(guī)范、原始數(shù)據(jù)出現(xiàn)尖峰信號(hào)、人為干擾信號(hào)處理不當(dāng)、無法對錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行有效預(yù)處理、無故缺數(shù)等。相關(guān)工作人員需要重視以上問題，盡可能地避免人為失誤導(dǎo)致資料處理不當(dāng)，有效地提高地磁觀測的資料質(zhì)量。

［1］陳永花.FHD質(zhì)子矢量磁力儀資料預(yù)處理分析［J］.高原地震，2015，24（2）：45-49.

［2］邢偉偉，孫其貴，陳傳華，等.FHD-1質(zhì)子矢量磁力儀觀測資料失真原因分析［J］.華北地震科學(xué)，2018，26（2）：60-64.

［3］賈華，高登平，王利兵，等.紅山地震臺(tái)地磁GM4儀與FHD-2B儀觀測資料對比分析［J］.地震地磁觀測與研究，2015（3）：98-104.

［4］陳傳華，邢偉偉，林秀娜.FHD-1矢量質(zhì)子磁力儀與溫度相關(guān)性分析［J］.華北地震科學(xué)，2015，26（1）：30-34.

［5］中國地震局地震預(yù)測研究所，江蘇省地震局，中國地震局應(yīng)急搜救中心，等.DB/T 30.2—2014 地震觀測儀器進(jìn)網(wǎng)技術(shù)要求地磁觀測儀第二部分：質(zhì)子矢量磁力儀［S］.出版社不詳，2008.

［6］張秀霞，蔣延林，趙衛(wèi)紅，等.高郵地震臺(tái)質(zhì)子矢量磁力儀觀測與氣溫變化分析［J］.山西地震，2017（4）：16-19.

［7］李美，譚捍東.利用電磁臺(tái)站觀測數(shù)據(jù)推算汶川s8.0地震等效電偶矩［G］//第十一屆中國國際地球電磁學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集.北京：中國地球物理學(xué)會(huì)，2013：1-7.

P318.6

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.18.062

2095－6835（2019）18－0145－02

彭洪軍（1987—），男，山東臨沂人，主要從事地震觀測工作與研究。

〔編輯：張思楠〕