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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
CEEMDAN-LSTM框架下的天然地震与矿山诱发地震区分技术研究
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  • 作者

    闫昭阳 朱景宝 刘赫奕 宋晋东

  • 单位

    中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室地震灾害防治应急管理部重点实验室

  • 摘要
    准确识别矿震和天然地震有着重要意义。一方面,使用纯粹的天然地震目录进行活断层划分、强震预测、应力场计算等更深层的地震学研宄 。另一方面 ,确定完善的矿震地震目录有助于开采部门对相关行为进行监管。本文从矿震和天然地震的频谱特征入手,通过对数据的短周期面波进行识别,利用改进的完全集成经验模态分解法(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN),结合长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)对辽宁地区和日本的矿震和地震事件进行了区分研究。首先,对矿震和天然地震的波形数据进行基线矫正、P波到时等预处理,再使用CEEMDAN分解出不同的固有模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMFs),然后通过提取IMFs的方差贡献率作为特征,而这一特征清楚的识别到矿震的短周期面波成分,之后将其输入LSTM模型进行分类训练,最终形成准确的分类模型。结果表明,CEEMDAN-LSTM模型能有效解决模态中噪声与短周期面波的混叠问题,提高分类的准确性,分类成功率显著提高。此外,本文还探讨了不同分类特征和不同分类模型的优势与局限,为未来地震事件的自动识别提供了有效的技术支持和新思路。通过本研究,不仅增强了对矿震与天然地震特征的理解,也为地震预警与灾害防控提供了科学依据。并指出,未来研究可以更进一步从速度上优化该模型,也同样可以模型为基础进行更多的非天然地震事件的分类。
  • 关键词

    矿震完全集成经验模态分解法地震预警长短期记忆网络信号处理

  • 文章目录

    0引言
    1数据来源及其处理
    2研究方法
    2.1完整集成经验模态分解与自适应噪声(CEEMDAN)
    2.2 LSTM模型的构建
    2.2.1 LSTM模型的概述
    2.2.2 模型架构
    3结果以及分析
    3.1 CEEMDAN对天然地震和矿震的分解结果
    3.2 EEMD与CEMMDAN方法的对比对照
    3.3 LSTM结果分析
    3.4不同数据不同模型下的对比
    3.4.1 方差贡献率输入不同模型下的对比
    3.4.2 不同参数输入下LSTM与CNN模型的对比
    4结论与讨论
  • 引用格式
    闫昭阳,朱景宝,刘赫奕,等.CEEMDAN-LSTM框架下的天然地震与矿山诱发地震区分技术研究[J/OL].煤炭学报,1-16[2024-08-06].https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2024.0539.
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