滁州前兆監(jiān)測小臺網數據分析與應用

陳錫晶　陳德興　陳昊　陳麗麗　張波

摘 要：目前，滁州市地震前兆監(jiān)測區(qū)域網共包括6個體應變前兆臺、1個地傾斜前兆臺、2個電磁波前兆臺和1個數據處理中心組成。結合當前滁州地震工作的迫切需要，針對前兆數據的特性，采用新的研究方法和手段對地震前兆數據的內在規(guī)律進行探究，以期能夠更加清晰地認知地震災害。

關鍵詞：滁州;前兆監(jiān)測;數據分析與應用

1 緒論

地震以其突然性、強烈性特點成為了遠超旱災、水災、疫情的最大自然災害之一，據不完全統(tǒng)計，上世紀以來，地震災害造成超過120萬人死亡。近些年來，汶川、玉樹地震給國家和人民的生命財產安全帶來極為嚴重的影響。然而前兆數據分析手段不多，分析預報成功率不高是目前地震前兆數據分析處理的頑疾和難題。

2 研究基礎、研究方案及技術路線

2.1 研究基礎

隨著“十二五”建設的開展，滁州市在原有基礎上增加了5處鉆孔觀測，其中滁州、嘉山、來安、全椒、鳳陽、定遠為體應變觀測，天長為地傾斜觀測。2011年11月，滁州市地震臺鉆孔體應變觀測項目建成投入使用，到2014年12月，明光市地震前兆監(jiān)測臺的建成投入使用，標志著全市地震前兆監(jiān)測臺站全部建成。2016年，在鉆孔體應變區(qū)域網的基礎上，成立了滁州市地震監(jiān)測中心，構建了完善的地震前兆監(jiān)測網絡。滁州市是全省最早實現前兆觀測做到了一縣一臺，前兆觀測特別是鉆孔體應變觀測已形成網絡優(yōu)勢，協(xié)同效應明顯。各地震前兆臺站經過多年的基礎設施建設和觀測，積累了大量的觀測資料，為開展地震前兆數據異常分析提供了重要研究基礎。

2.2 研究方案及技術路線

以滁州地震局現有前兆觀測手段為研究基礎，利用多分辨率異常識別算法準確識別包含在前兆觀測數據中的各類異常，并建立Hadoop平臺下的基于局部特征匹配算法發(fā)現海量前兆觀測數據中的各種異常模式，從而構建針對地震前兆觀測數據中異常模式的準確、高效、實時性的預警平臺。

基于上述研究內容，研究路線如圖所示：

針對技術路線，從滁州地震局目前已經建有的前兆觀測手段出發(fā)，研究地震前兆異常數據的異常模式識別技術，并在此基礎上建立地震預警平臺，主要包括以下三個方面：

2.2.1 多分辨率下地震前兆觀測數據異常模式識別研究

針對現有地震前兆觀測數據干擾性因素多、空缺多、數據質量不穩(wěn)定等因素等問題，利用小波分析的方法，綜合數據的幅值和局部頻率信息，研究自動識別前兆觀測時間序列數據異常模式的方法。具體而言，嘗試綜合不同尺度下的幅值和頻率指標特征，借鑒歐氏空間中的鄰域搜索方法來識別異常模式。通過在模擬數據和實際觀測數據上的實驗，提供對前兆觀測數據異常模式識別的準確率。

2.2.2 基于局部特征匹配的地震前兆異常識別研究

針對現有地震前兆觀測數據異常模塊識別方法中存在的計算復雜度高，效率較低的問題，借鑒相關領域的研究成果，利用經典的SURF算法來提供前兆異常模式識別的效率，主要從以下幾個方面進行研究：

（1）針對歷史數據，建立地震前兆數據的模板庫;

（2）將地震臺站實時監(jiān)測數據與歷史震例的模板地震前兆數據逐一匹配比對，以期發(fā)現前兆數據的異常變化;

（3）由于海量地震前兆數據的存在，研究建立Hadoop平臺下大規(guī)模海量數據異常模式識別方法，驗證算法的有效性和適應性。

2.2.3 地震預警平臺的設計與實現

在上述理論研究基礎上，研發(fā)基于地震前兆異常的預警平臺，在單點或多點同時出現異常時，采用短信或微信方式及時向地震主管部門報告，以減少地震造成的損失，維護社會穩(wěn)定。該平臺主要功能包括：

（1）滁州市所轄個臺站地震前兆數據實時圖形化處理;

（2）24小時不間斷地對前兆異常模式識別;

（3）當多臺站同時出現異常，及時向相關部門發(fā)布消息，做好應急準備。

3 結論與思考

地震前兆數據異常模式識別技術是地震前兆觀測數據分析系統(tǒng)的重要組成部分。然而，高采樣率的地震前兆觀測數據中存在著大量的噪聲和干擾性因素;對于同一地震事件相關的多臺觀測儀器的觀測數據之間存在幅度的差異及偏移等情況。如何有效排除噪聲和干擾，在觀測數據中準確地識別各種異常模式，為地震監(jiān)測預報和科學研究服務，是一項非常有意義的工作。

要解決的關鍵技術主要包括：

（1）由于受到儀器自身原因和外界環(huán)境的干擾，地震前兆觀測數據中存在著大量噪聲，從而影響了異常模式識別的準確性。如何排除觀測數據中的噪聲影響，準確根據前兆異常進行地震前兆事件的判斷是要解決的關鍵技術之一;

（2）地震前兆觀測數據異常模式識別分析對實時性的要求很高，如何能夠支持多種類型、不同地理區(qū)域、不同時間粒度的海量地震前兆數據的異常模式識別要求，是建立的預警平臺要解決的關鍵技術之一。

參考文獻：

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[3]梅莉軍.基于大數據挖掘的地震前兆觀測研究[J].科技與創(chuàng)新，2016，15（8）：15-16.

基金項目：安徽省地震局科研合同制項目（201801）資助

作者簡介：陳錫晶（1984-），男，工程師，主要從事地震監(jiān)測預報。