KR102635608B1 - Earthquake Event Classification Method and Apparatus Using Multi-task Deep Learning - Google Patents

Earthquake Event Classification Method and Apparatus Using Multi-task Deep Learning Download PDF

Info

Publication number
KR102635608B1
KR102635608B1 KR1020210088686A KR20210088686A KR102635608B1 KR 102635608 B1 KR102635608 B1 KR 102635608B1 KR 1020210088686 A KR1020210088686 A KR 1020210088686A KR 20210088686 A KR20210088686 A KR 20210088686A KR 102635608 B1 KR102635608 B1 KR 102635608B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
feature map
earthquake
class classifier
extracted
feature
Prior art date
Application number
KR1020210088686A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220005413A (en
Inventor
고한석
구본화
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Publication of KR20220005413A publication Critical patent/KR20220005413A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102635608B1 publication Critical patent/KR102635608B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/28Processing seismic data, e.g. analysis, for interpretation, for correction
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/22Transmitting seismic signals to recording or processing apparatus
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/28Processing seismic data, e.g. analysis, for interpretation, for correction
    • G01V1/282Application of seismic models, synthetic seismograms
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/28Processing seismic data, e.g. analysis, for interpretation, for correction
    • G01V1/284Application of the shear wave component and/or several components of the seismic signal
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/02Neural networks
    • G06N3/08Learning methods
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V2210/00Details of seismic processing or analysis
    • G01V2210/30Noise handling
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V2210/00Details of seismic processing or analysis
    • G01V2210/60Analysis
    • G01V2210/63Seismic attributes, e.g. amplitude, polarity, instant phase
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V2210/00Details of seismic processing or analysis
    • G01V2210/60Analysis
    • G01V2210/67Wave propagation modeling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Computational Linguistics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

본 발명은 멀티태스크 딥러닝을 이용한 지진 이벤트 분류 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명에 따르면, 지진 데이터를 중심화 전처리하는 전처리부; 상기 전처리된 지진 데이터를 입력 받고, 복수의 컨볼루션 레이어에서의 1D 컨볼루션 연산 및 ReLU 함수를 통한 비선형 매핑을 통해 복수의 채널을 갖는 특징맵을 추출하는 특징 추출부; 상기 추출된 특징맵을 통해 지진 여부를 분류하는 2 클래스 분류기; 및 상기 추출된 특징맵을 통해 지진의 종류를 분류하는 3 클래스 분류기를 포함하되, 상기 복수의 컨볼루션 레이어 각각은 상기 비선형 매핑을 통해 추출된 특징맵의 각 채널에 대한 중요도를 측정하는 주의 모듈(attention module)을 포함하고, 상기 측정된 중요도와 상기 추출된 특징맵을 요소별 곱하여 개선된 특징맵을 추출하는 지진 이벤트 분류 장치가 제공된다. The present invention discloses a method and device for classifying earthquake events using multi-task deep learning. According to the present invention, a preprocessing unit that centrally preprocesses earthquake data; a feature extraction unit that receives the pre-processed seismic data and extracts a feature map with multiple channels through 1D convolution operation in multiple convolution layers and non-linear mapping using a ReLU function; A two-class classifier that classifies whether or not there is an earthquake through the extracted feature map; And a three-class classifier that classifies the type of earthquake through the extracted feature map, wherein each of the plurality of convolutional layers includes an attention module that measures the importance of each channel of the feature map extracted through the non-linear mapping ( An earthquake event classification device is provided, which includes an attention module) and extracts an improved feature map by multiplying the measured importance and the extracted feature map for each element.

Description

멀티태스크 딥러닝을 이용한 지진 이벤트 분류 방법 및 장치{Earthquake Event Classification Method and Apparatus Using Multi-task Deep Learning}Earthquake Event Classification Method and Apparatus Using Multi-task Deep Learning}

본 발명은 멀티태스크 딥러닝을 이용한 지진 이벤트 분류 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and device for classifying earthquake events using multi-task deep learning.

Convolutional Neural Network(CNN)은 신경망의 일종으로 컨볼루션(convolution) 연산을 통한 선형 조합과 비선형 변환의 연쇄적인 구조를 가지고 있다. Convolutional Neural Network (CNN) is a type of neural network and has a chain structure of linear combination and nonlinear transformation through convolution operations.

Multi-layer perceptron(MLP)의 경우 학습 데이터의 차원이(예, 영상 입력) 증가하게 되는 경우 학습해야 될 파라메터의 양은 기하급수적으로 증가하게 되며 파라메터들을 학습하기 위해서는 대용량의 데이터가 요구된다. In the case of multi-layer perceptron (MLP), when the dimension of the learning data (e.g., image input) increases, the amount of parameters to be learned increases exponentially, and a large amount of data is required to learn the parameters.

이에 반해 CNN은 local connection과 weight sharing의 특성을 갖는 컨볼루션 연산을 통해 학습해야 할 파라메터의 개수를 상당히 줄일 수 있으며 목적에 부합되는 컨볼루션 필터를 학습을 통해 자동으로 생성할 수 있다. In contrast, CNN can significantly reduce the number of parameters to be learned through convolution operations with the characteristics of local connection and weight sharing, and can automatically generate convolution filters that meet the purpose through learning.

일반적으로 CNN은 컨볼루션 레이어, 풀링(Pooling) 레이어, 풀리 커넥티드(Fully-connected, FC) 레이어의 3단계로 구성된다.Generally, CNN consists of three stages: convolutional layer, pooling layer, and fully-connected (FC) layer.

여기서, 컨볼루션 레이어는 컨볼루션 연산과 비선형 변환을 통해 의미있는 특징(특징맵)들을 추출하고, 풀링 레이어는 생성된 특징을 줄이기 위해 서브샘플링(subsampling) 과정을 수행하고, FC 레이어는 특징 셋을 1차원 데이터로 변형한 이후, 출력 레이어와 완전히 연결된 neural network를 이용하여 분류를 수행한다. Here, the convolution layer extracts meaningful features (feature maps) through convolution operations and nonlinear transformation, the pooling layer performs a subsampling process to reduce the generated features, and the FC layer extracts the feature set. After transforming into one-dimensional data, classification is performed using a neural network fully connected to the output layer.

한편, 기존의 지진 분류 알고리즘은 STA(Short Time Average)와 LTA(Long Time Average) 방식을 시용하였는데, 이는 비율 문턱치를 통해 지진을 탐지하는 대표적인 방식이나, 낮은 SNR 환경에서는 부적합하다. Meanwhile, the existing earthquake classification algorithm used STA (Short Time Average) and LTA (Long Time Average) methods, which are representative methods for detecting earthquakes through rate thresholds, but are unsuitable in low SNR environments.

또한, Autocorrelation 기반 방식은 단일 지역에서 반복되는 지진 파형(waveform)들간의 correlation을 기반으로 지진을 탐지하는 방식으로 성능은 우수하지만 연산량 과부화 및 긴 시간의 신호에는 활용성에 한계를 갖고 있다.In addition, the autocorrelation-based method detects earthquakes based on the correlation between seismic waveforms repeated in a single area. Although it has excellent performance, it has limitations in usability due to computational overload and long-term signals.

템플릿 매칭(Template matching) 방식은 autocorrelation 방법의 연산량 과부하 문제를 개선하기 위해 제안된 기법으로 지진 템플릿을 설정 후 템플릿과 입력 지진 파형과의 correlation을 통해 지진을 탐지하게 된다. 템플릿의 숫자는 성능에 주요한 영향을 미치며 PCA(Principle Component Analysis) 혹은 subspace learning을 통해 템플릿의 숫자를 줄이는 접근 방식들이 제안되고 있다. The template matching method is a technique proposed to improve the computational overload problem of the autocorrelation method. After setting an earthquake template, the earthquake is detected through correlation between the template and the input seismic waveform. The number of templates has a major impact on performance, and approaches to reduce the number of templates through PCA (Principle Component Analysis) or subspace learning have been proposed.

최근에는 템플릿 매칭의 연산량을 개선하기 위한 FAST(Fingerprint And Similarity Thresholding) 방법이 제안되었다. 이 방식은 비지도(unsupervised) 지진 탐지 방식으로 spectral image와 haar wavelet 변환을 통해 지문과 유사한 지진 특징을 추출하며 local sensitive hashing을 통해 유사도 측정 연산량을 감소시킨다.Recently, the FAST (Fingerprint And Similarity Thresholding) method was proposed to improve the computational amount of template matching. This method is an unsupervised seismic detection method that extracts seismic features similar to fingerprints through spectral image and haar wavelet transformation and reduces the amount of similarity measurement calculations through local sensitive hashing.

최근 딥러닝을 적용한 지진 탐지 기법이 다양하게 보고되고 있다. Recently, a variety of earthquake detection techniques using deep learning have been reported.

지진 이벤트 분류 문제는 지진 여부를 분류하는 것뿐만 아니라 지진의 종류를 분류하는 문제가 발생하게 된다. 일반적으로 규모가 큰 지진에 비해 작은 규모의 미소 지진 감지는 낮은 SNR 환경으로 인해 잡음과의 분류 성능이 만족스럽지 못하며 인공 발파 및 핵실험 등의 인공 지진은 자연 미소 지진과의 분류 성능이 저하될 수 있다.The problem of classifying an earthquake event involves not only classifying whether there is an earthquake, but also classifying the type of earthquake. In general, compared to large-scale earthquakes, the detection of small-scale micro-earthquakes has unsatisfactory classification performance with noise due to the low SNR environment, and artificial earthquakes such as artificial blasting and nuclear testing may have poor classification performance with natural micro-earthquakes. there is.

대한민국공개특허공보 10-2020-0061307Republic of Korea Patent Publication 10-2020-0061307

상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 지진 데이터와 잡음의 분류 및 지진의 종류를 효과적으로 분류할 수 있는 멀티태스크 딥러닝을 이용한 지진 이벤트 분류 방법 및 장치를 제안하고자 한다. In order to solve the problems of the prior art described above, the present invention proposes a seismic event classification method and device using multi-task deep learning that can effectively classify seismic data and noise and types of earthquakes.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지진 이벤트 분류 장치로서, 지진 데이터를 중심화 전처리하는 전처리부; 상기 전처리된 지진 데이터를 입력 받고, 복수의 컨볼루션 레이어에서의 1D 컨볼루션 연산 및 ReLU 함수를 통한 비선형 매핑을 통해 복수의 채널을 갖는 특징맵을 추출하는 특징 추출부; 상기 추출된 특징맵을 통해 지진 여부를 분류하는 2 클래스 분류기; 및 상기 추출된 특징맵을 통해 지진의 종류를 분류하는 3 클래스 분류기를 포함하되, 상기 복수의 컨볼루션 레이어 각각은 상기 비선형 매핑을 통해 추출된 특징맵의 각 채널에 대한 중요도를 측정하는 주의 모듈(attention module)을 포함하고, 상기 측정된 중요도와 상기 추출된 특징맵을 요소별 곱하여 개선된 특징맵을 추출하는 지진 이벤트 분류 장치가 제공된다. In order to achieve the above-mentioned object, according to an embodiment of the present invention, there is provided an earthquake event classification device, comprising: a pre-processing unit for centering and pre-processing seismic data; a feature extraction unit that receives the preprocessed seismic data and extracts a feature map with multiple channels through 1D convolution operation in multiple convolution layers and nonlinear mapping using a ReLU function; A two-class classifier that classifies whether or not there is an earthquake through the extracted feature map; And a three-class classifier that classifies the type of earthquake through the extracted feature map, wherein each of the plurality of convolutional layers includes an attention module that measures the importance of each channel of the feature map extracted through the non-linear mapping ( An earthquake event classification device is provided that includes an attention module) and extracts an improved feature map by multiplying the measured importance and the extracted feature map for each element.

상기 복수의 컨볼루션 레이어 중 상기 전처리된 지진 데이터가 입력되는 제1 컨볼루션 레이어는 상기 1D 컨볼루션 연산 및 ReLU 함수를 통한 비선형 매핑 사이에 배치 정규화를 수행할 수 있다. Among the plurality of convolutional layers, the first convolutional layer into which the preprocessed seismic data is input may perform batch normalization between the 1D convolution operation and nonlinear mapping through the ReLU function.

상기 2 클래스 분류기 및 3 클래스 분류기는 두 개의 풀리 커넥티드(Fully Connected) 레이어 및 소프트맥스 함수로 구성될 수 있다. The 2-class classifier and 3-class classifier may be composed of two fully connected layers and a softmax function.

상기 3 클래스 분류기는 상기 복수의 컨볼루션 레이어의 적어도 일부가 출력하는 특징맵의 벡터화를 통해 특징 벡터로 변환하고, 상기 변환된 특징 벡터를 상기 두 개의 풀리 커넥티드 레이어의 입력으로 주입하여 지진의 종류를 분류할 수 있다. The three-class classifier converts the feature maps output by at least a portion of the plurality of convolutional layers into feature vectors by vectorizing them, and injects the converted feature vectors into inputs of the two fully connected layers to determine the type of earthquake. can be classified.

상기 주의 모듈은 SENET(Squeeze and Excitation Network)에 기반으로 상기 중요도를 측정할 수 있다. The attention module can measure the importance based on SENET (Squeeze and Excitation Network).

상기 주의 모듈은 명암대비 스트레칭(contrast stretching) 방법을 이용한 글로벌 가중 평균 풀링(Global Weight Average Pooling) 방법을 통해 글로벌 정보를 유지하면서 상기 특징맵을 압축할 수 있다. The attention module can compress the feature map while maintaining global information through a global weight average pooling method using a contrast stretching method.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 프로세서 및 메모리를 포함하는 장치에서 지진 이벤트를 분류하는 방법으로서, According to another aspect of the invention, a method for classifying a seismic event in a device comprising a processor and memory, comprising:

지진 데이터를 중심화 전처리하는 단계; 상기 전처리된 지진 데이터를 입력 받고, 복수의 컨볼루션 레이어에서의 1D 컨볼루션 연산 및 ReLU 함수를 통한 비선형 매핑을 통해 복수의 채널을 갖는 특징맵을 추출하는 단계; 2 클래스 분류기를 통해 상기 추출된 특징맵을 통해 지진 여부를 분류하는 단계; 및 3 클래스 분류기를 통해 상기 추출된 특징맵을 통해 지진의 종류를 분류하는 단계를 포함하되, 상기 복수의 컨볼루션 레이어 각각은 상기 비선형 매핑을 통해 추출된 특징맵의 각 채널에 대한 중요도를 측정하는 주의 모듈(attention module)을 포함하고, 상기 측정된 중요도와 상기 추출된 특징맵을 요소별 곱하여 개선된 특징맵을 추출하는 지진 이벤트 분류 방법이 제공된다. centering preprocessing seismic data; Receiving the pre-processed seismic data and extracting a feature map with a plurality of channels through 1D convolution operation in a plurality of convolution layers and non-linear mapping using a ReLU function; Classifying whether or not there is an earthquake using the extracted feature map using a two-class classifier; And classifying the type of earthquake through the extracted feature map through a three-class classifier, wherein each of the plurality of convolutional layers measures the importance of each channel of the feature map extracted through the non-linear mapping. An earthquake event classification method is provided that includes an attention module and extracts an improved feature map by multiplying the measured importance and the extracted feature map for each element.

본 발명에 따르면, 멀티태스크 학습을 통해 지진 여부 및 지진의 종류에 적합한 주요한 핵심 특징을 추출할 수 있고, 주의 기반 특징 추출을 통해 각 클래스별 구별성이 향상된 특징 추출을 통해 낮은 SNR 환경에서도 지진 감지 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, key features suitable for the presence and type of earthquake can be extracted through multi-task learning, and earthquake detection even in a low SNR environment through feature extraction with improved discriminability for each class through attention-based feature extraction. It has the advantage of improving performance.

또한, 본 발명에 따르면, 정확하고 신속한 지진 정보를 제공함으로써 평상시 지진에 대한 불안감을 줄이고 경보의 신뢰 향상을 기대할 수 있고, 지진 탐지 분석 정보를 바탕으로 주요 산업시설의 건설 계획 시 안전한 곳에 건설하도록 유도하거나 내진 설계 등의 대비를 통해 대규모 재난의 가능성을 낮출 수 있다. In addition, according to the present invention, by providing accurate and rapid earthquake information, it is possible to reduce anxiety about earthquakes in normal times and improve the reliability of warnings, and to encourage construction in safe locations when planning the construction of major industrial facilities based on earthquake detection analysis information. Alternatively, the possibility of a large-scale disaster can be reduced through preparations such as earthquake-resistant design.

나아가, 누적된 미소 지진 탐지 정보를 분석하여 요주의 지역을 도출할 수 있으며, 인근 지역을 집중적으로 감시하여 지진피해에 대한 빠른 경보 및 대응이 가능하다. Furthermore, by analyzing accumulated micro-earthquake detection information, it is possible to derive areas of concern, and by intensively monitoring nearby areas, quick warning and response to earthquake damage is possible.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티태스크 기반 지진 이벤트 분류 네트워크 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 주의 모듈이 적용된 컨볼루션 레이어를 도시한 도면이다.
도 3은 SENET 기반 주의 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 주의 모듈 기반 특징 병합 구조를 도시한 도면이다.
Figure 1 is a diagram illustrating the structure of a multi-task-based earthquake event classification network according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing a convolutional layer to which an attention module according to this embodiment is applied.
Figure 3 is a diagram showing the configuration of a SENET-based attention module.
Figure 4 is a diagram illustrating an attention module-based feature merging structure according to this embodiment.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

본 실시예는 멀티태스크 딥러닝 기반으로 지진 여부 및 지진 종류를 분류하는 방법을 제시한다. This embodiment presents a method for classifying whether there is an earthquake and the type of earthquake based on multi-task deep learning.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티태스크 기반 지진 이벤트 분류 네트워크 구조를 도시한 도면이다. Figure 1 is a diagram illustrating the structure of a multi-task-based earthquake event classification network according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 장치는 전처리부(100), 특징 추출부(102), 2 클래스 분류기(104) 및 3 클래스 분류기(106)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1, the device according to this embodiment may include a preprocessor 100, a feature extraction unit 102, a 2-class classifier 104, and a 3-class classifier 106.

본 실시예에 따른 장치는 프로세서 및 메모리를 포함하는 장치일 수 있다. A device according to this embodiment may be a device including a processor and memory.

여기서, 프로세서는 컴퓨터 프로그램을 실행할 수 있는 CPU(central processing unit)나 그밖에 가상 머신 등을 포함할 수 있다. Here, the processor may include a central processing unit (CPU) capable of executing a computer program or another virtual machine.

메모리는 고정식 하드 드라이브나 착탈식 저장 장치와 같은 불휘발성 저장 장치를 포함할 수 있다. 착탈식 저장 장치는 컴팩트 플래시 유닛, USB 메모리 스틱 등을 포함할 수 있다. 메모리는 각종 랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리도 포함할 수 있다.Memory may include non-volatile storage devices, such as non-removable hard drives or removable storage devices. Removable storage devices may include compact flash units, USB memory sticks, etc. Memory may also include volatile memory, such as various types of random access memory.

이와 같은 메모리에는 프로세서(100)에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들이 저장된다. Program instructions executable by the processor 100 are stored in this memory.

지진 데이터의 경우 관측소별 특성으로 인해 지진 데이터의 범위가 서로 다를 수 있다. In the case of seismic data, the range of seismic data may vary due to the characteristics of each station.

이러한 점을 고려하여 전처리부(100)는 다음의 수학식 1과 중심화(centering) 과정의 지진 데이터 전처리를 수행한다. Considering this, the preprocessing unit 100 performs earthquake data preprocessing using Equation 1 below and the centering process.

센터링 과정을 통해 기하학적으로 데이터의 군집을 모든 차원에 대해서 원점으로 이동시키는 효과를 얻을 수 있다.Through the centering process, the effect of geometrically moving a cluster of data to the origin in all dimensions can be achieved.

Figure 112021078024817-pat00001
Figure 112021078024817-pat00001

여기서 M은 하나의 데이터에서 취득하는 총 샘플수이다.Here, M is the total number of samples acquired from one data.

본 실시예에 따른 입력은 3채널 지진 데이터를 이용하며 채널당 1000 샘플의 입력 데이터를 사용한다. 1000 샘플 입력 데이터는 100Hz 샘플링 10초 구간의 데이터를 나타낸다. Input according to this embodiment uses 3-channel seismic data and uses input data of 1000 samples per channel. 1000 sample input data represents data in a 10 second interval of 100Hz sampling.

특징 추출부(102)는 전처리된 지진 데이터를 입력 받고, 1D 컨볼루션 연산 및 ReLU 함수를 통한 비선형 매핑을 통해 필터별로 복수의 채널을 갖는 특징맵을 추출하는 복수의 컨볼루션 레이어(Conv1 내지 Conv8)를 포함한다. The feature extraction unit 102 receives preprocessed seismic data and uses a plurality of convolutional layers (Conv1 to Conv8) to extract feature maps with multiple channels for each filter through non-linear mapping using 1D convolution operation and the ReLU function. Includes.

도 1은 특징 추출부(102)가 8개의 컨볼루션(convolution) 레이어를 포함하는 것을 예시적으로 도시한다. Figure 1 exemplarily shows that the feature extraction unit 102 includes eight convolution layers.

또한, 본 실시예에 따른 네트워크는 추출된 특징맵을 통해 지진 여부를 분류하는 2 클래스 분류기(104) 및 추출된 특징맵을 통해 지진 여부를 분류하는 3 클래스 분류기(106)를 포함할 수 있다. Additionally, the network according to this embodiment may include a 2-class classifier 104 that classifies whether there is an earthquake through the extracted feature map and a 3-class classifier 106 that classifies whether there is an earthquake through the extracted feature map.

도 1에 도시된 바와 같이, 각 분류기(104,106)는 2개의 풀리 커넥티드(Fully-Connected, FC) 레이어와 소프트맥스(softmax) 함수로 구성된다. As shown in FIG. 1, each classifier 104 and 106 consists of two fully-connected (FC) layers and a softmax function.

8개의 컨볼루션 레이어(Conv1 내지 Conv8)에서는 아래의 수학식 2와 같이 1D 컨볼루션 연산을 수행하며 컨볼루션 연산 결과는 수학식 3과 같은 ReLU(Rectified Linear Unit) 함수를 통해 비선형 매핑을 거친다. The eight convolution layers (Conv1 to Conv8) perform a 1D convolution operation as shown in Equation 2 below, and the results of the convolution operation undergo non-linear mapping through the ReLU (Rectified Linear Unit) function as shown in Equation 3.

제1 컨볼루션 레이어(Conv 1)에서는 도 2와 같이 컨볼루션 연산과 ReLU 사이에 배치 정규화(Batch normalization) 과정을 거친다. 1D 컨볼루션 연산의 필터 크기는 3x1 형태를 사용하며 채널 크기는 각 레이어마다 32개를 적용할 수 있다. In the first convolution layer (Conv 1), a batch normalization process is performed between the convolution operation and ReLU, as shown in FIG. 2. The filter size of 1D convolution operation uses a 3x1 format, and a channel size of 32 can be applied to each layer.

Figure 112021078024817-pat00002
Figure 112021078024817-pat00002

여기서,

Figure 112021078024817-pat00003
은 컨볼루션 레이어
Figure 112021078024817-pat00004
의 특징맵을 나타내고,
Figure 112021078024817-pat00005
은 입력 파형을 나타내고,
Figure 112021078024817-pat00006
은 차원
Figure 112021078024817-pat00007
을 갖는 레이어
Figure 112021078024817-pat00008
의 필터 가중치를 나타내고,
Figure 112021078024817-pat00009
은 레이어
Figure 112021078024817-pat00010
의 채널 수이다. here,
Figure 112021078024817-pat00003
is a convolutional layer
Figure 112021078024817-pat00004
represents the feature map of
Figure 112021078024817-pat00005
represents the input waveform,
Figure 112021078024817-pat00006
silver dimension
Figure 112021078024817-pat00007
layer with
Figure 112021078024817-pat00008
represents the filter weight of
Figure 112021078024817-pat00009
silver layer
Figure 112021078024817-pat00010
is the number of channels.

Figure 112021078024817-pat00011
Figure 112021078024817-pat00011

비선형 매핑된 특징맵의 각 채널에 대해 도 3과 같은 주의 모듈(Attention module)을 기반으로 중요도가 측정된다. For each channel of the non-linearly mapped feature map, importance is measured based on the attention module as shown in FIG. 3.

도 3에 도시된 바와 같이, 각 채널별 중요도는 특징맵과의 요소별 곱(Element-wise multiply)을 통해 개선된 특징맵을 산출하게 되며 맥스 풀링(max-pooling)을 통해 다운샘플링(down-sampling) 과정을 거치게 된다. 맥스 풀링의 간격은 2로 설정하여 이 과정을 거칠 때 마다 특징 정보는 1/2배로 축소된다. 본 실시예에서는 overfitting을 방지하기 위해 첫 번째 제1 풀리 커넥티드 레이어(FC 1)에 드랍아웃 정규화(drop-out regularization)을 적용한다.As shown in Figure 3, the importance of each channel is calculated by element-wise multiplying with the feature map to produce an improved feature map and down-sampling through max-pooling. It goes through a sampling process. The max pooling interval is set to 2, and each time this process is performed, the feature information is reduced by 1/2. In this embodiment, drop-out regularization is applied to the first fully connected layer (FC 1) to prevent overfitting.

특징 추출부(102)는 히든 레이어로서 공유 특징을 추출하고, 2 클래스 분류기(104)는 공유 특징을 통해 지진과 잡음을 분류하고, 3 클래스 분류기(106)는 미소, 강진 및 잡음을 분류한다. The feature extraction unit 102 extracts shared features as a hidden layer, the 2-class classifier 104 classifies earthquakes and noise through the shared features, and the 3-class classifier 106 classifies small earthquakes, strong earthquakes, and noise.

본 실시예에 따른 2 클래스 분류 과정에서는 마지막 컨볼루션 레이어의 특징 정보만을 이용하여 분류 작업을 수행한다. In the two-class classification process according to this embodiment, the classification task is performed using only the feature information of the last convolutional layer.

보다 상세하게, 2 클래스 분류기(104)는 마지막 컨볼루션 레이어(Conv 8)의 특징맵을 벡터화 과정을 통해 특징 벡터로 변환하고, 변환된 특징 벡터를 2개의 풀리 커넥티드 레이어의 입력으로 주입한 다음 소프트맥스 함수를 사용하여 2 클래스 분류를 수행한다. In more detail, the two-class classifier 104 converts the feature map of the last convolutional layer (Conv 8) into a feature vector through a vectorization process, and injects the converted feature vector as the input of two fully connected layers. Two-class classification is performed using the softmax function.

3 클래스 분류기(106)는 초기 컨볼루션 레이어에서 고주파 성분의 특징이 주로 추출되고, 레이어가 깊어질수록 저주파 특징이 주로 추출되는 점을 이용하여 제6 내지 제8 컨볼루션 레이어(Conv 6 내지 Conv 8)과 같은 후단 컨볼루션 레이어들의 특징맵들을 병합하여 특징 벡터를 구성한다. The 3-class classifier 106 uses the fact that high-frequency features are mainly extracted from the initial convolution layer, and as the layer becomes deeper, low-frequency features are mainly extracted, and the 6th to 8th convolution layers (Conv 6 to Conv 8) ) to form a feature vector by merging the feature maps of the latter convolutional layers.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 레이어의 특징맵을 단순히 연결하는 대신 주의 모듈을 사용하여 복수의 컨볼루션 레이어의 특징맵을 병합하는 방식을 이용한다. That is, as shown in FIG. 4, instead of simply connecting the feature maps of each layer, a method of merging the feature maps of multiple convolutional layers using an attention module is used.

본 실시예에 따른 주의 기반 특징 병합 방식은 작업의 중요한 부분에 더 중점을 둔 특징 벡터를 구성한다. The attention-based feature merging method according to this embodiment constructs a feature vector that focuses more on important parts of the task.

본 실시예에 따른 멀티태스크 학습 구조의 손실 함수는 아래의 수학식 4와 같이 2 클래스 분류기(104)의 손실

Figure 112021078024817-pat00012
와 3 클래스 분류기(106)의 손실
Figure 112021078024817-pat00013
의 합으로 구성되며, 네트워크 가중치 W의 L2 norm을 통한 정규화를 적용한다. The loss function of the multi-task learning structure according to this embodiment is the loss of the two-class classifier 104 as shown in Equation 4 below:
Figure 112021078024817-pat00012
and the loss of the 3-class classifier 106.
Figure 112021078024817-pat00013
It is composed of the sum of , and normalization through the L2 norm of the network weight W is applied.

Figure 112021078024817-pat00014
Figure 112021078024817-pat00014

주의 모듈은 특징에서 주요한 구성요소를 추출하여 특징을 향상시키는 수단이다. The attention module is a means of improving features by extracting key components from the features.

본 실시예에서는, 도 4와 같이, SENET(Squeeze and Excitation Network)에 기반을 둔 개선된 주의 모듈을 적용한다. In this embodiment, as shown in FIG. 4, an improved attention module based on SENET (Squeeze and Excitation Network) is applied.

SENET은 squeeze 연산과 excitation 연산으로 구성된다. SENET consists of a squeeze operation and an excitation operation.

일반적으로 Squeeze 연산은 각 채널에서 global average pooling(GAP)을 사용하여 전역(글로벌) 정보를 유지하면서 특징맵을 압축하게 된다. Excitation 연산은 두 개의 풀리 커넥티드 레이어와 시그모이드(sigmoid) 활성화 함수를 사용하여 각 채널의 중요도에 따라 적응적으로 주의 값을 재보정한다. In general, the Squeeze operation uses global average pooling (GAP) in each channel to compress the feature map while maintaining global information. Excitation operation uses two fully connected layers and a sigmoid activation function to adaptively recalibrate the attention value according to the importance of each channel.

제1 풀리 커넥티드 레이어(FC 1)는 감소율 r을 갖는 차원 감소 레이어를 나타내며, 제2 풀리 커넥티드 레이어(FC 2)는 특징맵의 채널 차원으로 복원하는 차원 복원 레이어를 나타낸다. The first fully connected layer (FC 1) represents a dimension reduction layer with a reduction rate r, and the second fully connected layer (FC 2) represents a dimension restoration layer that restores the channel dimension of the feature map.

최종적인 주의 값은 시그모이드 활성화 함수를 통해 채널의 중요도(가중치)를 0 내지 1 사이의 값으로 조절한다. The final attention value adjusts the importance (weight) of the channel to a value between 0 and 1 through a sigmoid activation function.

기존의 SENET에서는 GAP을 이용하여 squeeze 연산을 사용하는 반면, 본 실시예에서는 상기한 수학식 5와 같이 이미지 향상에 사용되는 명암대비 스트레칭(contrast stretching) 방법을 이용한 글로벌 가중 평균 풀링(Global Weight Average Pooling) 방법을 제안한다. While the existing SENET uses a squeeze operation using GAP, in this embodiment, Global Weight Average Pooling using the contrast stretching method used for image enhancement as shown in Equation 5 above is used. ) suggests a method.

명암대비 스트레칭은 낮은 대비 이미지 분포의 히스토그램을 확산시켜 넓은 범위의 대비 값을 달성함으로써 이미지의 가시성을 향상시키는 방법으로서, 이를 통해 뚜렷한 채널별 통계 정보를 포함하는 squeeze 연산을 수행할 수 있게 된다. Contrast stretching is a method of improving the visibility of an image by spreading the histogram of the low-contrast image distribution to achieve a wide range of contrast values. This makes it possible to perform a squeeze operation that includes clear statistical information for each channel.

Figure 112021078024817-pat00015
Figure 112021078024817-pat00015

여기서, s는 스퀴즈 연산 벡터, L은 길이,

Figure 112021078024817-pat00016
,
Figure 112021078024817-pat00017
Figure 112021078024817-pat00018
는 특징맵에서 채널 c의 글로벌 최대값과 최소값이다. Here, s is the squeeze operation vector, L is the length,
Figure 112021078024817-pat00016
,
Figure 112021078024817-pat00017
and
Figure 112021078024817-pat00018
are the global maximum and minimum values of channel c in the feature map.

이하에서는 본 실시예의 성능 평가를 위한 실험 과정을 설명한다. Below, the experimental process for evaluating the performance of this embodiment will be described.

실험을 위해 2016년 1월1일부터 2018년 7월 31일까지의 대한민국에서 발생하는 지진 데이터 정보들을 이용하여 지진 데이터 및 잡음 데이터를 수집하였다. For the experiment, seismic data and noise data were collected using earthquake data information that occurred in Korea from January 1, 2016 to July 31, 2018.

기상청에서 제공되는 24시간 지진 관측 데이터 및 지진 이벤트 목록 파일을 토대로 지진 이벤트 및 잡음 데이터베이스가 구축되었다. A seismic event and noise database was constructed based on 24-hour seismic observation data and seismic event list files provided by the Korea Meteorological Administration.

지진 데이터는 100샘플 데이터만을 이용하였으며 데이터베이스는 중간규모(규모 3.0 이상), 미소지진(규모 3.0 미만), 잡음으로 구분하였다. 그러나 국내 지진 데이터의 경우 중간규모 지진 데이터가 매우 작은 관계로 중간규모의 지진 데이터는 IRIS에서 제공하는 2019년 3 ~ 2019년 9월 사이에 환태평양 지대에서 발생한 지진 데이터를 추가적으로 이용하였다. Earthquake data used only 100 sample data, and the database was divided into medium-scale earthquakes (magnitude 3.0 or higher), micro-earthquakes (magnitude less than 3.0), and noise. However, in the case of domestic earthquake data, because the mid-scale earthquake data is very small, the mid-scale earthquake data was additionally used as earthquake data that occurred in the Pacific Rim between March 2019 and September 2019 provided by IRIS.

지진 이벤트의 추출은 각 관측소별 지진이 관측된 시점부터 10초 구간의 데이터를 추출하고 있다. 그러나 수집 데이터의 양을 늘리기 위해 본 실험에서는 지진 발생 시점 보다 3초 앞에서부터 총 13초 구간의 데이터를 수집하고 있으며 추출 window를 1초 간격으로 sliding 하는 방식을 적용하였다. Extraction of earthquake events extracts data from a 10-second section from the time the earthquake was observed for each observatory. However, in order to increase the amount of collected data, this experiment collected data for a total of 13 seconds starting 3 seconds before the earthquake occurred, and applied a method of sliding the extraction window at 1-second intervals.

잡음 이벤트의 수집은 두 가지 방식으로 적용하였다. 지진 이벤트 목록에 기록된 날짜의 경우 발생된 시간의 앞뒤 1시간을 제외한 부분에서 임의 샘플링 방식으로 10초의 잡음 데이터를 추출하였으며 지진 이벤트 목록에 기록되지 않은 날짜의 경우는 24시간 데이터 내에서 임의로 잡음 데이터를 추출하였다. 모의 실험에서 사용하는 이벤트 데이터셋 구성은 표 1과 같다.Collection of noise events was applied in two ways. For dates recorded in the earthquake event list, 10 seconds of noise data was extracted by random sampling from the portion excluding the 1 hour before and after the occurrence time. For dates not recorded in the earthquake event list, noise data was randomly sampled within 24 hours of data. was extracted. The composition of the event dataset used in the simulation experiment is shown in Table 1.

이벤트별By event [1][One] [2][2] [3][3] 지진[1] vs 잡음[2]Earthquake[1] vs Noise[2] 25432/472025432/4720 40000/2000040000/20000 미소[1] vs 중규모 [2] vs 잡음 [3]Small scale [1] vs Mesoscale [2] vs Noisy [3] 19604/274019604/2740 5288/19805288/1980 40000/2000040000/20000

본 모의 실험은 NVIDIA Geforce GTX 1080Ti GPU와 Tensorflow 기반으로 수행하였으며 네트워크 훈련은 총 300 epoch 수행하였다. 모델 훈련시 최적화는 ADAM 방법을 이용하였으며 학습율은 10-3 , L2 regularization 파라메터

Figure 112021078024817-pat00019
는 10-5을 주었다. This simulation experiment was performed based on NVIDIA Geforce GTX 1080Ti GPU and Tensorflow, and network training was performed for a total of 300 epochs. When training the model, the ADAM method was used for optimization, the learning rate was 10 -3 , and the L2 regularization parameter was
Figure 112021078024817-pat00019
gave 10 -5 .

성능 분석을 위해 ConvNetQuake 기반의 single task 구조와 비교 분석을 수행하였으며 성능 측정은 수학식 6과 같이 accuracy, true positive rate, false positive rate 지수를 사용하였다. For performance analysis, a comparative analysis was performed with the ConvNetQuake-based single task structure, and the accuracy, true positive rate, and false positive rate indices were used to measure performance as shown in Equation 6.

성능 비교 결과는 표 2와 같다. The performance comparison results are shown in Table 2.

이벤트
클래스
event
class
Single-tasking 구조Single-tasking structure Multi-tasking 구조Multi-tasking structure
AccuracyAccuracy TPRTPR FPRFPR AccuracyAccuracy TPRTPR FPRFPR 지진 vs
잡음
earthquake vs
Noise
98.698.6 96.196.1 0.90.9 99.199.1 96.796.7 0.40.4
미소 vs 중규모 vs 잡음Smile vs Mesoscale vs Noise 98.298.2 91.9/
94.3/
99.4
91.9/
94.3/
99.4
0.5/
0.6/
4.8
0.5/
0.6/
4.8
98.798.7 95.4/
93.9/
99.7
95.4/
93.9/
99.7
0.4/
0.4/
3.3
0.4/
0.4/
3.3

베이스라인 구조는 기존의 ConvNetQuake를 기반으로 한 single task 구조와 비교 분석하였다. 표 2에서 본 실시예에 따른 방법은 모든 이벤트 분류에 대한 베이스라인 방법보다 우수한 성능을 보여 주었다. 제안된 방법은 기존 베이스라인보다 향상된 성능을 보여주었으며 특히 3 class 분류 결과에서 TPR 측면의 성능이 크게 향상되는 모습을 보여주었다. The baseline structure was compared and analyzed with the existing single task structure based on ConvNetQuake. In Table 2, the method according to this example showed better performance than the baseline method for all event classifications. The proposed method showed improved performance over the existing baseline, and in particular, the performance in terms of TPR was significantly improved in the 3-class classification results.

또한 표 3과 같이 제안된 주의 기반 특징 병합에 따른 멀티태스크 학습 구조는 단순 특징 병합 방법보다 우수한 성능을 보여주었다.Additionally, as shown in Table 3, the multi-task learning structure based on the proposed attention-based feature merging showed better performance than the simple feature merging method.

이벤트
클래스
event
class
단순 MAX 기반 FASimple MAX-based FA Attention 기반 FAAttention-based FA
AccuracyAccuracy TPRTPR FPRFPR AccuracyAccuracy TPRTPR FPRFPR 지진 vs
잡음
earthquake vs
Noise
98.998.9 96.696.6 0.60.6 99.199.1 96.796.7 0.40.4
미소 vs 중규모 vs 잡음Smile vs Mesoscale vs Noise 98.598.5 94.6/
93.0/
99.5
94.6/
93.0/
99.5
0.5/
0.6/
3.9
0.5/
0.6/
3.9
98.798.7 95.4/
93.9/
99.7
95.4/
93.9/
99.7
0.4/
0.4/
3.3
0.4/
0.4/
3.3

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The above-described embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention, and such modifications, changes, and additions will be possible. should be regarded as falling within the scope of the patent claims below.

Claims (7)

지진 이벤트 분류 장치로서,
지진 데이터를 중심화 전처리하는 전처리부;
상기 전처리된 지진 데이터를 입력 받고, 복수의 컨볼루션 레이어에서의 1D 컨볼루션 연산 및 ReLU 함수를 통한 비선형 매핑을 통해 복수의 채널을 갖는 특징맵을 추출하는 특징 추출부;
상기 추출된 특징맵을 통해 지진 여부를 분류하는 2 클래스 분류기; 및
상기 추출된 특징맵을 통해 지진의 종류를 분류하는 3 클래스 분류기를 포함하되,
상기 복수의 컨볼루션 레이어 각각은 상기 비선형 매핑을 통해 추출된 특징맵의 각 채널에 대한 중요도를 측정하는 주의 모듈(attention module)을 포함하고, 상기 측정된 중요도와 상기 추출된 특징맵을 요소별 곱하여 개선된 특징맵을 추출하되,
상기 2 클래스 분류기는 상기 복수의 컨볼루션 레이어 중 마지막 컨볼루션 레이어가 출력하는 특징맵을 통해 지진 여부를 분류하고,
상기 3 클래스 분류기는 상기 복수의 컨볼루션 레이어 중 후단에 위치한 적어도 일부가 출력하는 특징맵의 벡터화를 통해 특징 벡터로 변환하고, 상기 변환된 특징 벡터를 두 개의 풀리 커넥티드 레이어의 입력으로 주입하여 지진의 종류를 분류하고,
상기 주의 모듈은 SENET(Squeeze and Excitation Network)에 기반으로 상기 중요도를 측정하며,
상기 주의 모듈은 명암대비 스트레칭(contrast stretching) 방법을 이용한 글로벌 가중 평균 풀링(Global Weight Average Pooling) 방법을 통해 글로벌 정보를 유지하면서 상기 특징맵을 압축하는 지진 이벤트 분류 장치.
A seismic event classification device, comprising:
A preprocessing unit that centrally preprocesses seismic data;
a feature extraction unit that receives the pre-processed seismic data and extracts a feature map with multiple channels through 1D convolution operation in multiple convolution layers and non-linear mapping using a ReLU function;
A two-class classifier that classifies whether or not there is an earthquake through the extracted feature map; and
It includes a 3-class classifier that classifies the type of earthquake through the extracted feature map,
Each of the plurality of convolutional layers includes an attention module that measures the importance of each channel of the feature map extracted through the non-linear mapping, and multiplies the measured importance and the extracted feature map for each element. Extract the improved feature map,
The two-class classifier classifies whether or not there is an earthquake through the feature map output by the last convolutional layer among the plurality of convolutional layers,
The three-class classifier converts feature maps output by at least some of the plurality of convolutional layers located at the rear end into feature vectors by vectorizing them, and injects the converted feature vectors into inputs of two fully connected layers to perform earthquake analysis. Classify the types of
The attention module measures the importance based on SENET (Squeeze and Excitation Network),
The attention module is a seismic event classification device that compresses the feature map while maintaining global information through a global weight average pooling method using a contrast stretching method.
제1항에 있어서,
상기 복수의 컨볼루션 레이어 중 상기 전처리된 지진 데이터가 입력되는 제1 컨볼루션 레이어는 상기 1D 컨볼루션 연산 및 ReLU 함수를 통한 비선형 매핑 사이에 배치 정규화를 수행하는 지진 이벤트 분류 장치.
According to paragraph 1,
Among the plurality of convolutional layers, the first convolutional layer into which the preprocessed seismic data is input performs batch normalization between the 1D convolution operation and nonlinear mapping through the ReLU function.
제1항에 있어서,
상기 2 클래스 분류기 및 3 클래스 분류기는 두 개의 풀리 커넥티드(Fully Connected) 레이어 및 소프트맥스 함수로 구성되는 지진 이벤트 분류 장치.
According to paragraph 1,
The 2-class classifier and 3-class classifier are earthquake event classification devices consisting of two fully connected layers and a softmax function.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 프로세서 및 메모리를 포함하는 장치에서 지진 이벤트를 분류하는 방법으로서,
지진 데이터를 중심화 전처리하는 단계;
상기 전처리된 지진 데이터를 입력 받고, 복수의 컨볼루션 레이어에서의 1D 컨볼루션 연산 및 ReLU 함수를 통한 비선형 매핑을 통해 복수의 채널을 갖는 특징맵을 추출하는 단계;
2 클래스 분류기를 통해 상기 추출된 특징맵을 통해 지진 여부를 분류하는 단계; 및
3 클래스 분류기를 통해 상기 추출된 특징맵을 통해 지진의 종류를 분류하는 단계를 포함하되,
상기 복수의 컨볼루션 레이어 각각은 상기 비선형 매핑을 통해 추출된 특징맵의 각 채널에 대한 중요도를 측정하는 주의 모듈(attention module)을 포함하고, 상기 측정된 중요도와 상기 추출된 특징맵을 요소별 곱하여 개선된 특징맵을 추출하고,
상기 2 클래스 분류기는 상기 복수의 컨볼루션 레이어 중 마지막 컨볼루션 레이어가 출력하는 특징맵을 통해 지진 여부를 분류하고,
상기 3 클래스 분류기는 상기 복수의 컨볼루션 레이어 중 후단에 위치한 적어도 일부가 출력하는 특징맵의 벡터화를 통해 특징 벡터로 변환하고, 상기 변환된 특징 벡터를 두 개의 풀리 커넥티드 레이어의 입력으로 주입하여 지진의 종류를 분류하고,
상기 주의 모듈은 SENET(Squeeze and Excitation Network)에 기반으로 상기 중요도를 측정하며,
상기 주의 모듈은 명암대비 스트레칭(contrast stretching) 방법을 이용한 글로벌 가중 평균 풀링(Global Weight Average Pooling) 방법을 통해 글로벌 정보를 유지하면서 상기 특징맵을 압축하는 지진 이벤트 분류 방법.
1. A method for classifying seismic events in a device comprising a processor and memory, comprising:
centering preprocessing seismic data;
Receiving the pre-processed seismic data and extracting a feature map with a plurality of channels through 1D convolution operation in a plurality of convolution layers and non-linear mapping using a ReLU function;
Classifying whether or not there is an earthquake using the extracted feature map using a two-class classifier; and
3 Including the step of classifying the type of earthquake through the extracted feature map through a class classifier,
Each of the plurality of convolutional layers includes an attention module that measures the importance of each channel of the feature map extracted through the non-linear mapping, and multiplies the measured importance and the extracted feature map for each element. Extract the improved feature map,
The two-class classifier classifies whether or not there is an earthquake through the feature map output by the last convolutional layer among the plurality of convolutional layers,
The three-class classifier converts feature maps output by at least some of the plurality of convolutional layers located at the rear end into feature vectors by vectorizing them, and injects the converted feature vectors into inputs of two fully connected layers to perform earthquake analysis. Classify the types of
The attention module measures the importance based on SENET (Squeeze and Excitation Network),
The attention module is a seismic event classification method that compresses the feature map while maintaining global information through a global weight average pooling method using a contrast stretching method.
KR1020210088686A 2020-07-06 2021-07-06 Earthquake Event Classification Method and Apparatus Using Multi-task Deep Learning KR102635608B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200082512 2020-07-06
KR20200082512 2020-07-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220005413A KR20220005413A (en) 2022-01-13
KR102635608B1 true KR102635608B1 (en) 2024-02-13

Family

ID=79342024

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210088686A KR102635608B1 (en) 2020-07-06 2021-07-06 Earthquake Event Classification Method and Apparatus Using Multi-task Deep Learning

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102635608B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102500578B1 (en) * 2022-11-02 2023-02-20 (주)원프랜트 Apparatus for diagnosing abnormality of emergency diesel generator for nuclear power plant

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200061307A (en) 2018-11-23 2020-06-02 고려대학교 산학협력단 Earthquake classification method and apparatus using deep learning

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ADDCNN: An Attention-Based Deep Dilated*
Convolutional neural network for earthquake detection and location*
Multifeature Fusion-Based Earthquake Event Classification Using Transfer Learning*
SEISMIC PROCESSING VIA MACHINE LEARNING FOR EVENT DETECTION AND PHASE PICKING*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220005413A (en) 2022-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11947061B2 (en) Earthquake event classification method using attention-based convolutional neural network, recording medium and device for performing the method
KR101812406B1 (en) The method and system for diagnosing skin disease
Barnouti Improve face recognition rate using different image pre-processing techniques
CN111035367A (en) Signal detection method and system for judging sleep apnea
CN112580486B (en) Human behavior classification method based on radar micro-Doppler signal separation
Wadhwa et al. Age and Gender Determination from Finger Prints using RVA and dct coefficients
KR20200061307A (en) Earthquake classification method and apparatus using deep learning
KR102635608B1 (en) Earthquake Event Classification Method and Apparatus Using Multi-task Deep Learning
CN111954250A (en) Lightweight Wi-Fi behavior sensing method and system
CN114564990A (en) Electroencephalogram signal classification method based on multi-channel feedback capsule network
KR102635610B1 (en) Seismic data generation method and device using deep learning
CN112699744A (en) Fall posture classification identification method and device and wearable device
CN115273236A (en) Multi-mode human gait emotion recognition method
Siddiqi et al. Human facial expression recognition using wavelet transform and hidden markov model
CN110516611B (en) Autism detection system and autism detection device
Swapna et al. A regression neural network based glaucoma detection system using texture features
KOCER et al. Deep neural networks based wrist print region segmentation and classification
Al-Rawi et al. Feature extraction of human facail expressions using Haar wavelet and neural network
Broti et al. Analysis Toward Detection System of Skin Diseases (Impetigo, Melanoma, Diabetic Foot Ulcer, and Seborrheic Dermatitis)
Naji et al. Skin Diseases Detection, Classification, and Segmentation
Alwan et al. Skin cancer classification using CNN
CN115700104B (en) Self-interpretable electroencephalogram signal classification method based on multi-scale prototype learning
Dalal et al. Efficient de-noising technique for electroencephalogram signal processing
Xie et al. Model based sparse feature extraction for biomedical signal classification
Yamuna et al. Feature extraction of face value through Gray-Level Co-occurence matrix

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant