基于连续小波变换的人工地震波合成方法研究

发布时间：2020-05-05 05:44

【摘要】：本文通过对大量天然地震动信号使用一维连续小波变换,并对得到CWT(Continuous1-D wavelet transform)图进行分析,探索不同场地土时地震波的时频域特性。通过对大量的数据进行分析和统计,总结出了不同场地条件下的天然波的不同频率成分在时域上的变化规律和不同时刻上尺度的演变规律。并在此基础上映射出剪切波速与各类特征之间的关系。通过对比现有的人工地震波合成方法,并且依据得到的特征,再结合一维连续小波变换的逆变换,提出一种新的人工地震波的合成方法,旨在合成的人工波能够更为细致拟合场地土的条件和实际地震动特征。首先,分析现有的人工地震波的合成方法,并通过分析得出传统方法的局限性所在。并提出基于一维连续小波变换和逆变换的合成方法能够在一定程度上突破原有的局限性,这使得人工合成的地震波能够更加贴近天然波。随后给出一维连续小波变换和逆变换的原理,以及应用一维连续小波变换分析天然地震波的优点和必要性。并分析了基于CWT图的特征合成人工波的可行性。然后,对不同天然地震波的CWT图,通过计算和统计得到不同时刻上尺度的变化规律,确定了不同时刻上尺度数据的有效起始位置和峰值位置。并对上述曲线提取的同时,保留了对应的各类场地类型下的曲线分布的上下界限。再通过统计不同场地土类型的波形数据,得出不同场地情况下,地震波的CWT图中尺度在不同时刻上的衍变规律,并将提取其峰值曲线。随后,通过分析不同尺度的有效持续时长,得出不同地震波中不同频率成分随时间的持续和衰减规律。通过统计手段可以得到四类场地的CWT图的特征,再根据实际需要通过数学手段对上述特征进行数值拟合,并在此基础上初步建立剪切波速和各类特征之间的关系。利用得到的特征信息,再经过小波逆变换就可以得到基于CWT图的时频域特征合成的人工地震波。最后通过求解新法人工波的功率谱,对比旧法人工波和天然波以及目标功率谱,来判定新方法合成的人工波的合理性。同时对上述三类地震波进行一维连续小波分析,提取相关的CWT图的特征。通过对比新合成的人工波和同类天然波以及旧法人工波的对应的特征,以此判定新法人工波与旧法人工波在时域和频域两个方向人工地震动信号与天然波的拟合程度。新的合成方法是基于时域和频域两个方面的特征所得到的波形数据,现有的人工地震波合成方法都是很好的拟合了天然波的时域非平稳特性和简单的频域特性,但频域上的调制一般是均匀的,不能很好的契合天然波的频域非平稳特性。而本文所提出的方法,在考虑了频率特性的同时,细致的考虑了天然波的不同频率成分在时间上变换特征。结果显示该方法能够更好的拟合天然地震波的特性。同时通过一定的数学手段将各类特征从四大类的场地分类映射到具体的场地土剪切波束上,这样就能够在一定程度上更为细致的拟合场地土等条件,并提供一种能更好的拟合天然地震动和实际场地条件的人工波合成方法。
【图文】：

广州大学硕士学位论文2.3 一维连续小波变换在分析天然波中的应用2.3.1 天然波的一维连续小波变换的尺度图本文使用一维连续小波对天然地震波进行分析[44]，，使用了 MATLAB（软件版本:8.3.0.532 (R2014a)）的内置函数公式“coefs = cwt(x,scales,'wname')”。下面分别选取四个场地类别对应的天然地震波，进过小波变换得到结果如下：cm/s^2

R2014a)）的内置函数公式“coefs = cwt(x,scales,'wname')”。下面分的天然地震波，进过小波变换得到结果如下：图 2-1a 一类场地波 CWT 图
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU352.11

【参考文献】

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本文编号：2649636