基于EDA的ICA方法及其在重力固体潮地球物理信息分析中的应用

发布时间:2018-01-15 18:02

  本文关键词:基于EDA的ICA方法及其在重力固体潮地球物理信息分析中的应用 出处:《昆明理工大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


  更多相关文章: 重力固体潮 独立成分分析 分布估计算法 地震前兆


【摘要】:随着仪器行业技术的发展,以及人类对地球更加完备的认识,越来越多的科学家认为地震是可以进行预报的,因此对研究地震前兆信息成为当下一个热点。通过对固体潮信号的分析来提取地震前兆信息也成为一种重要的途径,固体潮主要分为地倾斜固体潮和重力固体潮,而重力固体潮能够反映地球重力的变化,能够对地球内部构造的反演和将来运动的预测提供一种最为直观的方法。重力固体潮信号中包含大量的谐波分量,其谐波分量的产生都是由地球自转、月球和太阳的引力作用产生的。在对重力固体潮信号分析时,只有将其中包含的谐波分量分离进行分析,才能应用于地球的构造的反演或者是地球动力学等课题应用。本文介绍了一种重力固体潮正交分解模型,该模型能够将重力固体潮信号中包含的日波、半日波和长周期波分离在三维正交空间的三个方向上。为了实现信号的分解,本文引入了独立成分分析算法对其进行分解处理分析。独立成分分析算法(Independent Component Analysis,ICA)是一种为了解决盲源分离问题发展而来的算法,其主要解决的是源信号中包含多个独立成分进行将各独立成分进行分离的问题,计算过程由优化计算和选取合适的目标函数构成的。传统的ICA算法都表现出对其中涉及的解混矩阵的初始值权值敏感,而不能达到预期的分离效果。本文提出利用分布估计算法来进行优化计算ICA算法中的解混矩阵,以求得到更优更适合本课题的解混矩阵。分布估计算法(Estimation Distribution Algorithm,EDA)是从遗传算法的基础上发展而来的,该算法舍弃了遗传算法中的交叉和重组步骤,改用群体自身的概率模型进行不断更新,达到群体最优的。本文提出用EDA算法和ICA算法结合去处理问题,并在仿真实验中进行了验证,得到了分离效果更佳的实验结果,验证了本算法的可行性。后利用基于EDA的独立成分分析算法对重力固体潮理论值进行分析计算,既验证了重力固体潮正交分解模型的正确性,还从中提取出了三类谐波分量,分别为日波、半日波和长周期波,且这些分离出的独立成分与本文提出的重力固体潮信号正交分解模型一致,分别对应于模型中的正交谐波分量。最后将本文提出的算法用在实测重力固体潮信号中,过对重力固体潮信号中包含的长周期波的分析,研究长周期波的时序变化特征,从中读取其包含的震颤异常波从而提取地震前兆信息。通过对云南地区的实际震例分析表明,长周期波在地震前后的确存在异常变化特征量,此类异常变化常出现在地震前和地震后大约30天左右。本文得到的时序特征量的变化容易观察,对于地震前兆信息的分析具有明确的物理意义。
[Abstract]:With the development of instrument technology and the more complete understanding of the earth, more and more scientists believe that earthquakes can be predicted. Therefore, the study of seismic precursor information has become a hot topic, and the analysis of solid tide signal to extract seismic precursor information has become an important way. The solid tide is mainly divided into the earth tilt tide and the gravity tide, and the gravity tide can reflect the change of the earth's gravity. The inversion of the inner structure of the earth and the prediction of the future motion can provide a most intuitive method. The gravity solid tide signal contains a large number of harmonic components, which are generated by the earth rotation. The gravitational action of the moon and the sun. In the analysis of gravity solid tide signals, only the harmonic components contained therein are analyzed separately. In this paper, an orthogonal decomposition model of gravity solid tide is introduced, which can be used to integrate the daily wave in the gravity solid tide signal. The semidiurnal wave and the long-period wave are separated in three directions of the three-dimensional orthogonal space in order to realize the decomposition of the signal. In this paper, we introduce the independent component analysis (ICA) algorithm, which is independent Component Analysis. ICA) is an algorithm developed to solve the problem of blind source separation, which mainly solves the problem that the source signal contains multiple independent components to separate each independent component. The traditional ICA algorithm is sensitive to the initial weight of the unmixing matrix. However, the desired separation effect can not be achieved. In this paper, the distribution estimation algorithm is proposed to optimize the calculation of the unmixing matrix in the ICA algorithm. In order to obtain a better and more suitable unmixing matrix, the distribution estimation Distribution Algorithm is obtained. EDAs are developed from genetic algorithms, which abandon the steps of crossover and recombination in genetic algorithms and update the probability model of the population itself. In this paper, EDA algorithm and ICA algorithm are proposed to deal with the problem, and the simulation results are verified, and better separation results are obtained. The feasibility of this algorithm is verified. Then the theoretical value of gravity tide is analyzed and calculated by using the independent component analysis algorithm based on EDA, which verifies the correctness of the orthogonal decomposition model of gravity tide. Three kinds of harmonic components are extracted, which are the daily wave, the semi-diurnal wave and the long-period wave, and the separated independent components are consistent with the orthogonal decomposition model of gravity tide signal proposed in this paper. At last, the proposed algorithm is used to analyze the long-period wave in the measured gravity solid tide signal. The time-series variation characteristics of long-period waves are studied, and the seismic precursor information is extracted by reading the tremor abnormal waves from them. Long period waves do exist abnormal variation characteristics before and after earthquakes, which often occur about 30 days before and after the earthquake. The time series characteristic quantities obtained in this paper are easy to be observed. The analysis of earthquake precursor information is of clear physical significance.
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P312.4;TN911.7

【相似文献】

相关期刊论文 前3条

1 徐华君;柳林涛;罗孝文;;全球重力固体潮的仿真实现[J];系统仿真学报;2009年24期

2 吴庆畅;周挚;梁虹;全海燕;王天理;;重力固体潮IMF的AM-FM模型及其非线性拟合[J];计算机工程与应用;2009年30期

3 管泽霖;宁津生;;地球外部重力场及地球重力固体潮[J];武测资料;1979年03期

相关会议论文 前10条

1 许厚泽;孙和平;;我国重力固体潮研究进展[A];1998年中国地球物理学会第十四届学术年会论文集[C];1998年

2 陈晓东;孙和平;;两种重力固体潮调和分析方法的比较[A];中国地球物理学会第二十届年会论文集[C];2004年

3 周挚;山秀明;梁虹;张立;刘琼仙;;重力固体潮地震前兆分析方法及其物理基础[A];中国地震学会第11次学术大会论文摘要集[C];2006年

4 周江存;李辉;孙和平;王晓权;;地震网络重力固体潮台站观测的海潮负荷影响[A];《大地测量与地球动力学进展》论文集[C];2004年

5 刘端法;倪学诗;刘克人;郑金涵;宋胜合;卢红艳;;PC机控制的重力固体潮数字化数据采集系统[A];“庆贺郭宗汾教授八十寿辰”暨理论与应用地球物理研讨会论文集[C];2002年

6 孙和平;徐建桥;Ducarme B;许厚泽;;全球超导重力仪观测资料的地核动力学效应检测[A];中国地球物理学会年刊2002——中国地球物理学会第十八届年会论文集[C];2002年

7 周挚;全海燕;梁虹;王天理;吴庆畅;张立;杨胜梅;;重力固体潮IMF的循环平稳特性初步分析[A];中国地球物理学会第二十四届年会论文集[C];2008年

8 徐伟民;陈石;卢红艳;;基于Tsoft系统提取中国大陆重力台站非潮汐分量的初步结果[A];中国地球物理学会第二十七届年会论文集[C];2011年

9 张立;傅容珊;周挚;山秀明;梁虹;全海燕;;基于HHT方法提取昆明重力固体潮的地震前兆信息[A];中国地震学会第11次学术大会论文摘要集[C];2006年

10 徐伟民;陈石;高孟潭;卢红艳;;白家疃台重力非潮汐量对比分析及地震动事件提取[A];中国地震学会第14次学术大会专题[C];2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 夏甲甲;基于PCA提取重力固体潮信号的地球物理信息研究[D];昆明理工大学;2015年

2 刘洋;重力固体潮信号的循环谱分析[D];昆明理工大学;2015年

3 李云飞;基于改进的HHT方法提取重力固体潮信号的地球物理信息[D];昆明理工大学;2015年

4 钟冬军;基于PCA的一种地球固体潮信号分解模型及信息提取[D];昆明理工大学;2016年

5 周威;重力固体潮信号的谱相关分析[D];昆明理工大学;2016年

6 曹辛鑫;基于多倍体的遗传算法在重力固体潮信号分析中应用[D];昆明理工大学;2016年

7 李巧燕;基于改进PSO的重力固体潮信号独立成分分析及潮汐谐波提取[D];昆明理工大学;2016年

8 唐小亮;重力固体潮信号独立分量提取及地震前兆信息分析[D];昆明理工大学;2017年

9 刘艳;EMD模态分量的谱相关分析方法及其对重力固体潮信号的解调分析[D];昆明理工大学;2017年

10 汤啸;基于谱相关分析的重力固体潮信号中潮汐谐波的解调[D];昆明理工大学;2017年



本文编号:1429434

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xixikjs/1429434.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户b0a75***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com