CN105676287A - 一种检测特定地区核爆炸地震事件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测特定地区核爆炸地震事件的方法，包括以下步骤：组建针对特定地区的核爆炸地震事件监测台网；获取监测台网各台站实时监测数据，给出第i个台站的信号检测点时间；推算出假设事件发生的时间范围，当三个或三个以上台站推算的假设事件发生时间范围出现交叠区域时，认为其能够形成一个地震事件，该地震事件的时间范围即为交叠时间区域，从而推断出该特定地区可能发生了核爆炸地震事件；本发明的方法采用触发式“假设-验证”事件检测方法，实时对信号检测结果进行处理，响应时间大大缩短，有效地提高了对外监测任务的响应速度，达到了对特定地区事件的近实时快速检测效果。

Description

一种检测特定地区核爆炸地震事件的方法

技术领域

本发明属于地震检测领域，具体涉及一种检测特定地区核爆炸地震事件的方法，对特定地区核爆炸地震事件快速检测。

背景技术

地震监测是全面禁止核试验条约中规定用于监测地下核试验产生的核爆炸地震事件主要技术，全面禁止核试验条约组织国际数据中心和禁核试北京国家数据中心的地震数据处理系统采取的地震事件检测方法是全球格点搜索，先对地震台站监测数据进行信号检测，计算信号特征后进行震相的近震远震分类和震相对分组，通过全球格点文件对信号进行关联，迭代进行事件假设和冗余事件排除后得到事件检测列表。如图1所示，现有数据处理系统在接收到监测台站C的数据后继续等待其它台站的数据，台站处理程序每5分钟进行一次台站数据信号特征提取，台网处理程序每5分钟使用全球格点搜索方法进行事件关联，大约15分钟后给出自动处理结果。采用该全球格点搜索方法形成检测事件的迭代收敛过程比较慢；在对特定地区的核爆炸地震事件检测中，全球格点搜索方法可以检测到事件，但是时间成本高，影响了对特定地区核爆炸事件的响应速度。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测特定地区核爆炸地震事件的方法，解决了全球格点搜索方法在实施对外检测任务时响应速度慢的问题。

本发明的技术方案为：一种检测特定地区核爆炸地震事件的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选取合适的地震监测台站组建针对特定地区的核爆炸地震事件监测台网；

S2、根据区域走时表及监测台网内第i个台站到特定地区的最近和最远距离推算特定地区事件到第i个台站的最小传播时间T_imin和最大传播时间T_imax：

T_imin＝min(traveltime(sta_i,range))(5)

T_imax＝max(traveltime(sta_i,range))(6)

式中sta_i为第i个台站的经纬度坐标，range为特定地区经纬度范围，traveltime为台站和特定地区之间走时计算函数，min为取最小值函数，max为取最大值函数；

S3、获取监测台网各台站实时监测数据，计算信号检测时刻短时绝对平均值STA_j和长时绝对平均值LTA_j：

${\mathrm{STA}}_j=\frac{1}{n}\underset{k=j-n+1}{\overset{j}{\Σ}}\left|A_k\right|---\left(7\right)$

${\mathrm{LTA}}_j=\frac{1}{m}\underset{k=j-m+1}{\overset{j}{\Σ}}\left|A_k\right|---\left(8\right)$

式中A_k表示是采样点序号k的数值，j表示信号检测时刻采样点序号，n表示短时绝对平均值时间窗口数据点数，m表示长时绝对平均值时间窗口数据点数；

S4、比较台站数据的STA/LTA结果与设定的信号检测阈值Th大小，当

$\frac{{\mathrm{STA}}_j}{{\mathrm{LTA}}_j}>Th---\left(9\right)$ 时，

根据比较结果和台站数据信息给出第i个台站的信号检测点时间T_idet；

S5、假设第i个台站的检测信号来自特定地区的核爆炸地震事件，根据步骤S4中给出的信号检测点时间T_idet和步骤S2得到的台站到特定地区的最小传播时间T_min和最大传播时间T_max推算出假设事件发生的时间范围R_i：

R_i＝[T_idet-T_max，T_idet-T_min](10)

S6、当三个或三个以上台站推算的假设事件发生时间范围R_i出现交叠区域时，认为其能够形成一个地震事件，该地震事件的时间范围即为交叠时间区域，从而推断出该特定地区可能发生了核爆炸地震事件；

当三个或三个以上台站推算的假设事件发生时间范围R_i未出现交叠区域时，重复进行步骤S3、S4、S5，对特定地区的地震事件进行实时监测。

有益效果：本发明的方法采用触发式“假设-验证”事件检测方法，实时对信号检测结果进行处理，响应时间大大缩短，有效地提高了对外监测任务的响应速度，达到了对特定地区事件的近实时快速检测效果。

附图说明

图1为现有地震事件检测方法在实施对某特定地区核爆炸地震事件监测流程的时间轴。

图2为本发明对某特定地区核爆炸地震事件监测流程时间轴。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明提供一种检测特定地区核爆炸地震事件的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选取合适的地震监测台站组建针对特定地区的核爆炸地震事件监测台网，具体步骤如下：

S1.1、按照公式(1)计算第i个台站到特定地区范围内的最大距离D_i：

D_i＝max(distance(sta_i,range))(1)

式中sta_i为第i个台站的经纬度坐标，range为特定地区经纬度范围，distance为台站和特定地区之间距离计算函数，max为取最大值函数。

S1.2、选取距离在给定距离D内的所有台站，使每个台站的距离符合以下要求：

D_i<D(2)

S1.3、统计给定时间段范围内特定地区范围内发生的事件总数为N，步骤S1.2中选取的台站中第i个台站检测到的事件数为K_i，其中1<K_i≤N，按照公式(3)计算第i个台站的监测灵敏度E_i：

$E_i=\frac{K_i}{N}---\left(3\right)$

S1.4、选取灵敏度在给定阈值E内的所有台站，符合以下要求，形成监测台网：

E_i>E(4)

S2、根据区域走时表及监测台网内第i个台站到特定地区的最近和最远距离推算特定地区事件到第i个台站的最小传播时间T_imin和最大传播时间T_imax：

T_imin＝min(traveltime(sta_i,range))(5)

T_imax＝max(traveltime(sta_i,range))(6)

式中sta_i为第i个台站的经纬度坐标，range为特定地区经纬度范围，traveltime为台站和特定地区之间走时计算函数，min为取最小值函数，max为取最大值函数；

S3、使用连续数据传输协议获取监测台网各台站实时监测数据，通过解析帧数据类型、帧数据起始时间、帧数据结束时间获取台站监测数据信息；

S4、根据获取的地震台站实时监测数据，计算信号检测时刻短时绝对平均值STA_j和长时绝对平均值LTA_j：

${\mathrm{STA}}_j=\frac{1}{n}\underset{k=j-n+1}{\overset{j}{\&Sigma;}}\left|A_k\right|---\left(7\right)$

${\mathrm{LTA}}_j=\frac{1}{m}\underset{k=j-m+1}{\overset{j}{\&Sigma;}}\left|A_k\right|---\left(8\right)$

式中A_k表示是采样点序号k的数值，j表示信号检测时刻采样点序号，n表示短时绝对平均值时间窗口数据点数，m表示长时绝对平均值时间窗口数据点数；n、m为根据采样率来设定的固定值。

S5、比较台站数据的STA/LTA结果与设定的信号检测阈值Th大小，当

$\frac{{\mathrm{STA}}_j}{{\mathrm{LTA}}_j}>Th---\left(9\right)$ 时，

根据比较结果和台站数据信息给出第i个台站的信号检测点时间T_idet；

S6、假设第i个台站的检测信号来自特定地区的核爆炸地震事件，根据步骤S5中给出的信号检测点时间T_idet和步骤S2得到的台站到特定地区的最小传播时间T_min和最大传播时间T_max推算出假设事件发生的时间范围R_i：

R_i＝[T_idet-T_max，T_idet-T_min](10)

当三个或三个以上台站推算的假设事件发生时间范围R_i出现交叠区域时，认为其能够形成一个地震事件，该地震事件的时间范围即为交叠时间区域，从而推断出该特定地区可能发生了核爆炸地震事件；由于特定地区一般设定为某国家的核试验场，这些核试验场一般不处于地震带上，极少会发生天然地震，因此可以推断出该特定地区发生的地震事件极可能为核爆炸地震事件。

当三个或三个以上台站推算的假设事件发生时间范围R_i未出现交叠区域时，重复进行步骤S3、S4、S5、S6，对特定地区的地震事件进行实时监测。

按照上述方法，对某特定地区的核爆炸地震事件进行了事件快速检测。如图2所示，该次事件发生后，监测台站A在13秒后记录到该次事件的地震信号，监测台站B在31秒后记录到该次事件的地震信号，监测台站C在53秒后记录到该次事件的地震信号，在接收到监测台站C的数据后本方法在1秒内给出了本次事件的检测信息并触发报警。通过与现有的方法对比可以看出，本发明的方法响应时间大大缩短，有效地提高了对外监测任务的响应速度。

Claims (3)

1.一种检测特定地区核爆炸地震事件的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选取合适的地震监测台站组建针对特定地区的核爆炸地震事件监测台网；

S2、根据区域走时表及监测台网内第i个台站到特定地区的最近和最远距离推算特定地区事件到第i个台站的最小传播时间T_imin和最大传播时间T_imax：

T_imin＝min(traveltime(sta_i,range))(5)

T_imax＝max(traveltime(sta_i,range))(6)

式中sta_i为第i个台站的经纬度坐标，range为特定地区经纬度范围，traveltime为台站和特定地区之间走时计算函数，min为取最小值函数，max为取最大值函数；

S3、获取监测台网各台站实时监测数据，计算信号检测时刻短时绝对平均值STA_j和长时绝对平均值LTA_j：

${\mathrm{STA}}_j=\frac{1}{n}\underset{k=j-n+1}{\overset{j}{\&Sigma;}}\left|A_k\right|---\left(7\right)$

${\mathrm{LTA}}_j=\frac{1}{m}\underset{k=j-m+1}{\overset{j}{\&Sigma;}}\left|A_k\right|---\left(8\right)$

式中A_k表示是采样点序号k的数值，j表示信号检测时刻采样点序号，n表示短时绝对平均值时间窗口数据点数，m表示长时绝对平均值时间窗口数据点数；

S4、比较台站数据的STA/LTA结果与设定的信号检测阈值Th大小，当

$\frac{{\mathrm{STA}}_j}{{\mathrm{LTA}}_j}>Th---\left(9\right)$ 时，

根据比较结果和台站数据信息给出第i个台站的信号检测点时间T_idet；

S5、假设第i个台站的检测信号来自特定地区的核爆炸地震事件，根据步骤S4中给出的信号检测点时间T_idet和步骤S2得到的台站到特定地区的最小传播时间T_min和最大传播时间T_max推算出假设事件发生的时间范围R_i：

R_i＝[T_idet-T_max，T_idet-T_min](10)

S6、当三个或三个以上台站推算的假设事件发生时间范围R_i出现交叠区域时，认为其能够形成一个地震事件，该地震事件的时间范围即为交叠时间区域，从而推断出该特定地区可能发生了核爆炸地震事件；

当三个或三个以上台站推算的假设事件发生时间范围R_i未出现交叠区域时，重复进行步骤S3、S4、S5，对特定地区的地震事件进行实时监测。

2.根据权利要求1所述的一种检测特定地区核爆炸地震事件的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S1.1、按照公式(1)计算第i个台站到特定地区范围内的最大距离D_i：

D_i＝max(distance(sta_i,range))(1)

式中sta_i为第i个台站的经纬度坐标，range为特定地区经纬度范围，distance为台站和特定地区之间距离计算函数，max为取最大值函数。

S1.2、选取距离在给定距离D内的所有台站，使每个台站的距离符合以下要求：

D_i<D(2)

S1.3、统计给定时间段范围内特定地区范围内发生的事件总数为N，步骤S1.2中选取的台站中第i个台站检测到的事件数为K_i，其中1<K_i≤N，按照公式(3)计算第i个台站的监测灵敏度E_i：

$E_i=\frac{K_i}{N}---\left(3\right)$

S1.4、选取灵敏度在给定阈值E内的所有台站，符合以下要求，形成监测台网：

E_i>E(4)

3.根据权利要求1或2所述的一种检测特定地区核爆炸地震事件的方法，其特征在于，所述特定地区为某国家的核试验场。