資源描述：
《pca-主成分分析法》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、EEW系統(tǒng)估算地震參數(shù)的PCA法野田俊太,研究員山本俊六,博士.工程師,實驗室掌門人佐藤新二,高級研究員地震防災(zāi)研究室/實驗室，防災(zāi)科技司/部門摘要:新干線EEW系統(tǒng)從單站數(shù)據(jù)快速估計地震參數(shù)。這個系統(tǒng)中估計震中位臵，是利用主成分分析法和B-Δ方法。本文提出了新的方法以提高估算震央的性能--通過引入可變的時間窗口，替代傳統(tǒng)的固定時窗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，新的方法對提高?back-azimuth（后方位角）?估算的精度和速度分別達(dá)到了28％和0.25秒。與以往的方法相比，震中距的估計速度提高了約1.32秒，相對于傳統(tǒng)方法。關(guān)鍵詞：EEW，早期地震偵測，單臺方法，P
2、波，主要成分分析，B-Δ方法1.介紹.EEW系統(tǒng)是一個減少地震災(zāi)害的非常有效的方法。一般情況下，EEW系統(tǒng)能夠提供地震參數(shù)，例如，在第一個臺站偵測到P波之后的幾秒鐘之內(nèi)，它可以算出震級和震中位臵。中村豐開發(fā)的UrEDAS，是為了在地震期間，安全地終止新干線的運行---這在大約20年以前就投入了實際應(yīng)用。RTRI為新干線開發(fā)了一個新的EEW系統(tǒng)，而且UrEDAS被2004-2005年的新系統(tǒng)所取代。當(dāng)新系統(tǒng)中的臺站偵測到地震時，震中位臵的確定通過組合以下兩種方法（稱為單站方法）：1.主成分分析（PCA）（圖1）：通過對初始P波的微弱運動的第一主成分的?后
3、-方位角?的估算；2.B-Δ法（圖2）：通過擬合函數(shù)Bt*exp（-At）的系數(shù)B來估算震中距Δ。在此過程中，第一次震中位臵的確定，此時震級的估算來自于?已被確定?的震中距和?通過使用預(yù)定的地震動烈度的衰減關(guān)系?得出的振幅。在單站方法中,改進(jìn)精確度和速度,去估算震中位臵是必要的,為了使newEEW系統(tǒng)更加穩(wěn)定、有效。圖1.使用PCA法對“后-方位角”的估算.圖2.使用B-Δ法對震中距的估算.這項研究首先提出了一個新的方法，通過引入一個可變的時間窗口來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的固定時窗，去提高PCA的精度和速度。第二，另一個新方法被提議去提高B-Δ法的速度，通過使用系數(shù)
4、A和B的時間序列特征。2.改善后方位角的估算.本章陳述了一個新的方法，都提高了通過PCA法估算的后方位角的精度和速度。首先，通過使用CPA，估算后方位角的傳統(tǒng)程序被描述；它的精確性被評估，通過分析“強震動臺站”、K-net觀測到的波形紀(jì)錄，它由國家地球科學(xué)研究所和NIED運營。傳統(tǒng)方法估算后方位角通過以下步驟：1.P波到時的估算通過使用STA/LTA（短時平均對長時平均）法。2.位移數(shù)據(jù)的計算來自于觀測到的加速度記錄，通過使用IIR（無限持久脈沖響應(yīng)）濾波器。3.位移數(shù)據(jù)，使用IIR濾波器，被帶通濾波于1-2赫茲。4.使用PCA（圖1），從初始P波的微
5、弱運動的第一主成分確定后方位角。第一主成分等于方向(數(shù)據(jù))和位移數(shù)據(jù)的采樣點的最小方差。第四步中的時間窗口長度被設(shè)臵為1.1秒（開始時間是第一步中計算出的P波到達(dá)時間點）。此處的重要因素是時間窗口的長度被固定,對所有數(shù)據(jù)。后方位角與傳統(tǒng)方法估算的精度后來被評估，1991波形記錄被挑選是根據(jù)以下要求：在1995年至2010年，震級大于5.5，震中距小于300km；（還有）JMA地震烈度，大于3.5。圖3顯示了由常規(guī)方法獲得的?后方位角計算的誤差?頻率。在這種情況下，誤差就是?估算的后方位角和‘JMA數(shù)據(jù)中已經(jīng)發(fā)布的值’之間的差異的絕對值?。結(jié)果，(后方位
6、角的)誤差的RMS(均方根)，是67.9度。下一階段是去評估誤差的精度，以0.1秒為步長的固定時窗在0.1?2.0秒之間變化。在這一評價中獲得的誤差的均方根（RMS）顯示于圖4中。當(dāng)固定時間窗口的長度被設(shè)臵為0.6秒時，均方根被發(fā)現(xiàn)達(dá)到了最小值（57.3度）。結(jié)果表明，固定于0.6秒的時間窗口，與常規(guī)的時間窗口（1.1秒）相比，提高的精度大約為16％。誤差的均方根（RMS）隨著時間窗口長度而增加，（但是）除過極短的時間窗口(從0.1到0.3秒)(圖4)的情況。這被認(rèn)為是因為:較長的時間窗更容易接觸到污染--通過追蹤散射波，超過更短的時窗，主要由純粹的直
7、達(dá)P波組成。圖3.估算的后方位角,與使用固定1.1s時窗的傳統(tǒng)方法之間的誤差頻率。圖4.誤差的均方根,假設(shè)“以0.1秒為間隔”的固定時窗長度在0.1~2.0秒之間變化。圖5顯示了以固定的0.6秒的時窗估算的后方位角誤差頻率，對照于圖5(固定的0.6秒的時間窗口)和圖3(固定1.1秒的時間窗口),顯示的數(shù)據(jù)其誤差在60度以內(nèi)增加，然而對其他數(shù)據(jù)那卻是減少的。圖5.固定的0.6秒的時窗下估算的后方位角誤差頻率圖6.傳統(tǒng)固定時窗、擬議中的可變時窗之間的比較上述結(jié)果表明?減少尾隨的散射波影響?的重要性,為了使?由PCA估計的?后方位角更準(zhǔn)確。因此，一個可變的時
8、間窗口方法(圖6)被采用，其中純P波被提取出來，作為PCA的輸入數(shù)據(jù)。可變的時窗在本例中是指?
