CN107390262A - 一种基于指数平滑法的震前电离层tec异常探测方法 - Google Patents
一种基于指数平滑法的震前电离层tec异常探测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107390262A CN107390262A CN201710551131.2A CN201710551131A CN107390262A CN 107390262 A CN107390262 A CN 107390262A CN 201710551131 A CN201710551131 A CN 201710551131A CN 107390262 A CN107390262 A CN 107390262A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- data
- value
- days
- tec
- mrow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000009499 grossing Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000005433 ionosphere Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 7
- 101001095088 Homo sapiens Melanoma antigen preferentially expressed in tumors Proteins 0.000 claims description 3
- 102100037020 Melanoma antigen preferentially expressed in tumors Human genes 0.000 claims description 3
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 claims description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 9
- 241000237098 Sphingopyxis alaskensis Species 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G01V1/01—
Abstract
本发明公开了一种基于指数平滑法的震前电离层TEC异常探测方法，该方法预测背景值的精度要明显优于传统的四分位距法和滑动时窗法，特别是传统方法的预测结果存在较大系统偏差，该缺陷将会对后续电离层异常探测造成重要影响。此外，针对传统方法在确定上下限值方面存在缺陷的问题，本方法给出了一种较为合理的限值确定策略，由此利用高精度的背景值和合理的上下限值所探测出异常结果和得出的结论则更加合理。
Description
技术领域
本发明涉及地震预测领域，具体涉及一种基于指数平滑法的震前电离层TEC异常探测方法。
背景技术
自美国阿拉斯加大地震时发现电离层具有扰动现象以来，电离层变化与地震的关系逐渐得到各国学者的重视，并被期望能够用作短临地震的预报。大量的震例和统计分析表明，大地震在发生的前几天或前几小时，震区及其附近的电离层中总电子含量(TEC)存在扰动异常，其特征主要表现在震前10天内电离层TEC有明显的降低趋势。目前常用电离层异常探测方法有平均值法、中位值法、四分位距法、滑动时窗法等。
目前常用电离层异常探测方法虽具有一定的合理性，但其只考虑了电离层TEC序列的确定性成分，而未顾及其不确定成分，因而传统方法预测TEC背景值的精度较低。此外，传统探测方法在确定参考背景值的上下限值时缺乏合理的统一标准，且参考背景值的精度较低，很容易导致探测错误，而一旦探测错误其将对后续探测结果造成重要影响。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于指数平滑法的震前电离层TEC异常探测方法，该方法用指数平滑法能够较好地顾及其确定性成分，以此得到更为准确的电离层参考背景值。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于指数平滑法的震前电离层TEC异常探测方法，所述方法包括如下步骤：
1)选震前第15至第60天中不受太阳和地磁异常活动影响的28天GPS TEC数据；
2)基于步骤1)中所选28天中的前20天数据，利用指数平滑方法建立时序GPS TEC短期预测模型；
3)利用步骤2)中建立的短期预测模型预测后8天的参考背景值，将8天的参考背景值与真实观测值作差，统计得到所占百分比在95.5％以上的残差值，以此不受扰动正常期参考背景值的残差值Δ作为上下限值；
4)选取震中周围震前7天TEC作为样本数据，对新加入样本数据中的异常数据进行剔除，并利用相邻正常数据内插替换该处异常数据；
5)利用建立的短期预测模型预测得到震前电离层参考背景值P；
6)计算探测上下限值L＝P±Δ；
7)观测值与限值作差得到异常探测结果，超出此范围即为异常扰动。
进一步，步骤1)中确定不受太阳和地磁异常活动影响的28天的具体方法为：依据KP指数，当KP<3时即可确定为28天中的一天；GPS TEC数据的位置为震中或者震中附近GIM格网点。
进一步，步骤3)中所占百分比在95.5％以上的残差值指的是相对百分误差绝对值的平均值MAPE，其用来衡量一个模型预测结果的好坏，计算公式如下：
其中，n是样本量，y是实际值，y*是预测值。
进一步，步骤4)中对新加入样本数据中的异常数据进行剔除的具体方法为：依据KP指数选取异常TEC数据，当KP＞3时，认为数据异常。
本发明具有以下有益技术效果：
本申请的方法预测背景值的精度要明显优于传统的四分位距法和滑动时窗法，特别是传统方法的预测结果存在较大系统偏差，该缺陷将会对后续电离层异常探测造成重要影响。此外，针对传统方法在确定上下限值方面存在缺陷的问题，本方法给出了一种较为合理的限值确定策略，由此利用高精度的背景值和合理的上下限值所探测出异常结果和得出的结论则更加合理。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图。
具体实施方式
下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。
如图1所示，本发明提供了一种基于指数平滑法的震前电离层TEC异常探测方法，所述方法包括如下步骤：
1)选震前第15至第60天中不受太阳和地磁异常活动影响的28天GPS TEC数据；
2)基于步骤1)中所选28天中的前20天数据，利用指数平滑方法建立时序GPS TEC短期预测模型；
3)利用步骤2)中建立的短期预测模型预测后8天的参考背景值，将8天的参考背景值与真实观测值作差，统计得到所占百分比在95.5％以上的残差值，以此不受扰动正常期参考背景值的残差值Δ作为上下限值；
4)选取震中周围震前7天TEC作为样本数据，对新加入样本数据中的异常数据进行剔除，并利用相邻正常数据内插替换该处异常数据；
5)利用建立的短期预测模型预测得到震前电离层参考背景值P；
6)计算探测上下限值L＝P±Δ；
7)观测值与限值作差得到异常探测结果，超出此范围即为异常扰动。
其中，步骤1)中确定不受太阳和地磁异常活动影响的28天的具体方法为：依据KP指数，当KP<3时即可确定为28天中的一天；GPS TEC数据的位置为震中或者震中附近GIM格网点。
步骤3)中所占百分比在95.5％以上的残差值指的是相对百分误差绝对值的平均值MAPE，其用来衡量一个模型预测结果的好坏，计算公式如下：
其中，n是样本量，y是实际值，y*是预测值。
步骤4)中对新加入样本数据中的异常数据进行剔除的具体方法为：依据KP指数选取异常TEC数据，当KP＞3时，认为数据异常。
本发明步骤2)中所涉及的指数平滑方法为本领域的公知常识，在此不再赘述。
上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于指数平滑法的震前电离层TEC异常探测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1)选震前第15至第60天中不受太阳和地磁异常活动影响的28天GPS TEC数据；
2)基于步骤1)中所选28天中的前20天数据，利用指数平滑方法建立时序GPS TEC短期预测模型；
3)利用步骤2)中建立的短期预测模型预测后8天的参考背景值，将8天的参考背景值与真实观测值作差，统计得到所占百分比在95.5％以上的残差值，以此不受扰动正常期参考背景值的残差值Δ作为上下限值；
4)选取震中周围震前7天TEC作为样本数据，对新加入样本数据中的异常数据进行剔除，并利用相邻正常数据内插替换该处异常数据；
5)利用建立的短期预测模型预测得到震前电离层参考背景值P；
6)计算探测上下限值L＝P±Δ；
7)观测值与限值作差得到异常探测结果，超出此范围即为异常扰动。
2.根据权利要求1所述的基于指数平滑法的震前电离层TEC异常探测方法，其特征在于，步骤1)中确定不受太阳和地磁异常活动影响的28天的具体方法为：依据KP指数，当KP<3时即可确定为28天中的一天；GPS TEC数据的位置为震中或者震中附近GIM格网点。
3.根据权利要求1所述的基于指数平滑法的震前电离层TEC异常探测方法，其特征在于，步骤3)中所占百分比在95.5％以上的残差值指的是相对百分误差绝对值的平均值MAPE，其用来衡量一个模型预测结果的好坏，计算公式如下：
<mrow>
<mi>M</mi>
<mi>A</mi>
<mi>P</mi>
<mi>E</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>s</mi>
<mi>u</mi>
<mi>m</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>|</mo>
<msup>
<mi>y</mi>
<mo>*</mo>
</msup>
<mo>-</mo>
<mi>y</mi>
<mo>|</mo>
<mo>*</mo>
<mn>100</mn>
</mrow>
<mi>y</mi>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mi>n</mi>
</mfrac>
</mrow>
其中，n是样本量，y是实际值，y*是预测值。
4.根据权利要求1所述的基于指数平滑法的震前电离层TEC异常探测方法，其特征在于，步骤4)中对新加入样本数据中的异常数据进行剔除的具体方法为：依据KP指数选取异常TEC数据，当KP＞3时，认为数据异常。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710551131.2A CN107390262A (zh) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | 一种基于指数平滑法的震前电离层tec异常探测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710551131.2A CN107390262A (zh) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | 一种基于指数平滑法的震前电离层tec异常探测方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107390262A true CN107390262A (zh) | 2017-11-24 |
Family
ID=60335339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710551131.2A Pending CN107390262A (zh) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | 一种基于指数平滑法的震前电离层tec异常探测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107390262A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108627855A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-10-09 | 淮海工学院 | 台风中心电离层tec异常的滑动三次曲线探测方法 |
| CN108764482A (zh) * | 2018-05-18 | 2018-11-06 | 淮海工学院 | 基于李雅谱诺夫指数和余弦相似度的Kp指数预报方法 |
| CN110907984A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-03-24 | 中国地震局地震预测研究所 | 一种基于自回归移动平均模型的震前红外长波辐射异常信息探测方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101900834A (zh) * | 2010-03-23 | 2010-12-01 | 中国地震局地震研究所 | 一种检测电离层tec异常的方法 |
| US20120154210A1 (en) * | 2009-09-19 | 2012-06-21 | Trimble Navigation Limited | GNSS Signal Processing to Estimate Orbits |
| CN103197340A (zh) * | 2013-04-01 | 2013-07-10 | 东南大学 | 一种格网化的电离层总电子含量实时监测方法 |
-
2017
- 2017-07-07 CN CN201710551131.2A patent/CN107390262A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120154210A1 (en) * | 2009-09-19 | 2012-06-21 | Trimble Navigation Limited | GNSS Signal Processing to Estimate Orbits |
| CN101900834A (zh) * | 2010-03-23 | 2010-12-01 | 中国地震局地震研究所 | 一种检测电离层tec异常的方法 |
| CN103197340A (zh) * | 2013-04-01 | 2013-07-10 | 东南大学 | 一种格网化的电离层总电子含量实时监测方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 张小红 等: "震前电离层TEC异常探测新方法", 《地球物理学报》 * |
| 沈世云 等: "《数学建模理论与方法》", 31 December 2016, 清华大学出版社 * |
| 谢劭峰 等: "基于Holt-Winters的电离层总电子含量预报", 《大地测量与地球动力学》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108627855A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-10-09 | 淮海工学院 | 台风中心电离层tec异常的滑动三次曲线探测方法 |
| CN108627855B (zh) * | 2018-05-15 | 2020-04-28 | 江苏海洋大学 | 台风中心电离层tec异常的滑动三次曲线探测方法 |
| CN108764482A (zh) * | 2018-05-18 | 2018-11-06 | 淮海工学院 | 基于李雅谱诺夫指数和余弦相似度的Kp指数预报方法 |
| CN108764482B (zh) * | 2018-05-18 | 2021-05-18 | 淮海工学院 | 基于李雅谱诺夫指数和余弦相似度的Kp指数预报方法 |
| CN110907984A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-03-24 | 中国地震局地震预测研究所 | 一种基于自回归移动平均模型的震前红外长波辐射异常信息探测方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107390262A (zh) | 一种基于指数平滑法的震前电离层tec异常探测方法 | |
| CN101900834B (zh) | 一种检测电离层tec异常的方法 | |
| CN110334404B (zh) | 一种流域尺度骤发干旱精准识别方法 | |
| US9915932B2 (en) | System and method for equipment monitoring using a group candidate baseline and probabilistic model | |
| Zhou et al. | Improving time series anomaly detection based on exponentially weighted moving average (EWMA) of season-trend model residuals | |
| CN107644148B (zh) | 一种基于多参数关联的在轨卫星异常状态监测方法及系统 | |
| CN108388957A (zh) | 一种基于多特征融合技术的中小河流洪水预报方法及其预报系统 | |
| CN107463938A (zh) | 一种基于间隔校正支持向量机的航空发动机气路部件故障检测方法 | |
| Liang et al. | Long-term trends in atmospheric rivers over East Asia | |
| Alferes et al. | Efficient automated quality assessment: Dealing with faulty on-line water quality sensors | |
| Ye et al. | Interdecadal change of the northward jump time of the western Pacific subtropical high in association with the Pacific decadal oscillation | |
| CN104504247B (zh) | 一种gps双卫星故障的raim方法 | |
| CN112883549B (zh) | 一种考虑随机冲击影响的视情维护模型的建立方法 | |
| CN104392113A (zh) | 一种近海海面冷空气大风风速的估算方法 | |
| CN116257220B (zh) | 基于云边协同的软件开发数据管理方法及系统 | |
| CN110907984A (zh) | 一种基于自回归移动平均模型的震前红外长波辐射异常信息探测方法 | |
| Brenna et al. | Predicting the risk of pitting corrosion initiation of stainless steels using a Markov chain model | |
| CN108198090B (zh) | 一种电网输配电设施台风监测布点方法 | |
| Wang et al. | A risk assessment model of uncertainty system based on set-valued mapping | |
| Cao et al. | Study of a comprehensive monitoring index for two types of ENSO events | |
| CN108133287B (zh) | 一种基于卡尔曼滤波台风过程电离层异常探测方法 | |
| WO2020088505A1 (zh) | 一种基于高程的路基压实自动分层算法 | |
| CN103658196A (zh) | 一种提高不锈钢冷轧机厚度检测精度的方法 | |
| CN112116014A (zh) | 一种配电自动化设备测试数据离群值检测方法 | |
| CN114707687B (zh) | 基于热带大气次季节振荡信号的旬降水预测方法和系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171124 |