地震預(yù)測(cè)的電磁探測(cè)仿真與分析

詹艷艷1李宏達(dá)21.沈陽(yáng)理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院　2.沈陽(yáng)理工大學(xué)　裝備工程學(xué)院

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地震預(yù)測(cè)的電磁探測(cè)仿真與分析

詹艷艷1李宏達(dá)2
1.沈陽(yáng)理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院2.沈陽(yáng)理工大學(xué)裝備工程學(xué)院

摘要：地震是自然災(zāi)害之一，對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害。各國(guó)都在致力于研究如何對(duì)地震進(jìn)行有效預(yù)測(cè)，將其所帶來(lái)的損失降到最小。本課題的研究工作是結(jié)合國(guó)內(nèi)外地震預(yù)測(cè)的電磁探測(cè)研究現(xiàn)狀，根據(jù)電磁層的變化規(guī)律，利用數(shù)據(jù)處理軟件Matlab模擬電磁異常數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)可視化，轉(zhuǎn)變成二維和三維的圖像，再對(duì)圖像實(shí)現(xiàn)小波去噪后，找到電磁異常的規(guī)律，以便得到電磁異常與地震發(fā)生的關(guān)系，形成對(duì)地震預(yù)測(cè)有所幫助的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

關(guān)鍵字：地震預(yù)測(cè) 電離層 電磁衛(wèi)星 數(shù)據(jù)處理

1　引言

世界上最早關(guān)于地震前空間電磁異常現(xiàn)象觀(guān)測(cè)的報(bào)道在20世紀(jì)80年代，很多研究表明強(qiáng)地震前存在著地震電磁異常的現(xiàn)象，因此把對(duì)電磁監(jiān)測(cè)作為地震預(yù)測(cè)的一種有效方式。通過(guò)電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星獲得空間電離層數(shù)據(jù)，由于空間電離層本身就有一定的特征和規(guī)律性，所以電磁監(jiān)測(cè)衛(wèi)星不僅要具有對(duì)電離層特性、規(guī)律的研究和探索的能力，還要提取地震前空間異常現(xiàn)象和總結(jié)異常規(guī)律的作用。本文模擬電磁衛(wèi)星數(shù)據(jù)，利用Matlab軟件，提取地震前空間異常信息，濾掉非震干擾數(shù)據(jù)，找出異常信息與地震孕育發(fā)生的相關(guān)性和可靠性。

2　基于Matlab電磁數(shù)據(jù)的仿真

在仿真過(guò)程中，我們采用Matlab中原本就存在的函數(shù)peaks來(lái)代替電磁探測(cè)數(shù)據(jù)所構(gòu)成的函數(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)可視化算法contourf來(lái)產(chǎn)生二維電磁參量變化的圖形。

首先，以坐標(biāo)原點(diǎn)（0，0）為中心，然后向四個(gè)方向發(fā)展，分別取經(jīng)度和緯度為相同的度數(shù)。假設(shè)在同一個(gè)地區(qū)，同一地理位置，在一百分鐘內(nèi)，每隔十分鐘取一次電子濃度變化的靜態(tài)圖，觀(guān)察這一百分鐘內(nèi)電子濃度的變化，尋找其變化規(guī)律。

分析可知：

1）地理位置不同，電子濃度不同，而且變化無(wú)規(guī)律可尋的；

2）圖中顏色不同代表電子濃度的大小不同，其中紅色最深處代表電子濃度最大，藍(lán)色最深處代表電子濃度最小。

3）地理位置相近的地方一般電子濃度的分布特征相同。在靜態(tài)圖中我們可以得到電子濃度最高的區(qū)域，這片區(qū)域就是最有可能會(huì)發(fā)生地震的區(qū)域。

由于現(xiàn)實(shí)中輸入量是隨時(shí)間時(shí)刻變化的，為了可以更加真實(shí)的模擬實(shí)際情況，用三維圖像來(lái)顯示電子濃度隨外界條件的變化時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的變化。三維圖像比二維圖像更形象地說(shuō)明了電子濃度隨著經(jīng)度、緯度變化所產(chǎn)生的變化。通過(guò)view算法可以改變觀(guān)察角度。

3　仿真圖形的去噪處理

對(duì)地震的預(yù)測(cè)需要得到僅僅由地震引起的電離層變化的圖像，因此需要與電離層的一般特性進(jìn)行對(duì)比，找到地震預(yù)測(cè)與電離層變化之間的關(guān)系。由于噪聲的存在會(huì)對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生偏差，本文利用小波變換對(duì)圖像進(jìn)行去噪分析。 利用小波變換進(jìn)行圖像去噪的過(guò)程就是實(shí)現(xiàn)小波分解和小波重構(gòu)的過(guò)程。具體做法是：首先對(duì)需要去除噪聲的信號(hào)進(jìn)行一次分解，可以得到兩個(gè)部分，分別是低頻部分（即圖像的輪廓）和高頻部分（即圖像的細(xì)節(jié)）。通常圖像中的噪聲都屬于高頻部分。因此只需要保留低頻成份實(shí)現(xiàn)小波重構(gòu)就可以去除噪聲。

由于加入了噪聲，灰度圖已經(jīng)變得模糊，可以認(rèn)為此圖既是受到干擾源干擾的某時(shí)刻電子濃度圖。

綜上所述，小波變換可以很好地實(shí)現(xiàn)圖像去噪， 利用小波分解和小波重構(gòu)來(lái)去除高頻噪聲。但是這樣也有弊端，多次分解可以更好地實(shí)現(xiàn)去噪，同時(shí)會(huì)丟失很多圖片細(xì)節(jié)部分，所以，在進(jìn)行小波分解去噪時(shí)，應(yīng)該合理地考慮分解次數(shù)，既能保證去噪效果達(dá)到，又能盡可能地保留圖片的細(xì)節(jié)部分。

4　結(jié)論

本文主要討論的是地震發(fā)生前的電磁前兆，并且使用數(shù)據(jù)處理軟件Matlab處理電磁參量中電子濃度的數(shù)據(jù)，使其變化的數(shù)據(jù)可視化轉(zhuǎn)換成二維和三維的圖像，然后從圖像中找到地震發(fā)生前的電磁變化的規(guī)律，最后達(dá)到可以預(yù)測(cè)地震的目的。由于缺乏地震的電離層前兆真實(shí)的數(shù)據(jù)，所以采用模擬的方法來(lái)仿真地震前的電子濃度的變化情況，在二維圖像處理中將電子濃度變化超出了正常范圍的數(shù)據(jù)提取出來(lái)，同時(shí)顯示電子濃度變化超出了正常范圍的坐標(biāo)，可以快速簡(jiǎn)單的找到可能地震的可疑地區(qū)。并且模擬了地震的電離層前兆中的噪聲干擾，以及使用小波變換來(lái)去除圖像中的噪聲。在降噪處理中由于高頻分量的丟失使得圖像細(xì)節(jié)變 得模糊，還需要改進(jìn)。

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