一種基于隨機(jī)漫步的地震數(shù)據(jù)異常檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種基于隨機(jī)漫步的地震數(shù)據(jù)異常檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，地震監(jiān)測產(chǎn)生越來越多的地面監(jiān)測數(shù)據(jù)和衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)， 衛(wèi)星紅外遙感技術(shù)作為新興的對地觀測手段已經(jīng)應(yīng)用到地震科學(xué)的各個領(lǐng)域中，然而對震 前各種監(jiān)測數(shù)據(jù)異常的研究一直都缺乏大量的震例及多種遙感數(shù)據(jù)綜合分析.為了更好的 分析和提取這些數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的與地震相關(guān)的異常信息。本發(fā)明專利提出一種基于隨機(jī)漫步 的地震數(shù)據(jù)異常檢測方法。該發(fā)明能夠分析時間序列格式的各類地震監(jiān)測數(shù)據(jù)，供地震研 究人員研究這些異常跟地震之間的關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于隨機(jī)漫步的地震數(shù)據(jù)異常檢測方法，能有效的識 別當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的異常變化特征，可以用來研究異常特征跟地震發(fā)生之前的關(guān)系。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于隨機(jī)漫步的地震數(shù)據(jù)異常檢測 方法，首先對時間序列數(shù)據(jù)根據(jù)窗口來提取隨機(jī)漫步概率分布，然后根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后 的2個窗口的概率變化比值來分析當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的數(shù)據(jù)變化情況，以有效的識別當(dāng)前數(shù) 據(jù)點前后的異常變化特征，用來研究異常特征與地震發(fā)生之前的關(guān)系。
[0005] 在本發(fā)明一實施例中，所述當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的2個窗口的概率變化比值定義為 CRRW值，CRRW值越大，表示當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的變化越大。
[0006] 在本發(fā)明一實施例中，該方法適用于時間序列地震數(shù)據(jù)的異常檢測。
[0007] 在本發(fā)明一實施例中，該方法具體實現(xiàn)步驟如下： S1:根據(jù)等概率分布，選擇一個窗口大小ws，判斷當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)點的值是否大于或等于 前一個數(shù)據(jù)點的值，若是，則當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)點的值定義為隨機(jī)漫步的向右走，否則，當(dāng)前監(jiān) 測數(shù)據(jù)點的值定義為隨機(jī)漫步的向左走； S2:選擇當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)點前ws數(shù)據(jù)點及后ws數(shù)據(jù)點，并定義前ws數(shù)據(jù)點所在的第一窗 口定義為wdl，后ws數(shù)據(jù)點所在的第二窗口定義為wd2，則通過下述隨機(jī)游走概率分布公式， 可分別計算獲得wdl及wd2的當(dāng)前數(shù)據(jù)點根據(jù)隨機(jī)游走的概率分布：
其中，雙的范圍是
丨是組合運(yùn)算，參數(shù)ja:= |; S3:定義當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的2個窗口 wdl、wd2的概率變化比值CRRW:
其中，胃1和_m?2分別為參數(shù)碑即窗口大小WS的取值范圍的下限和上限，表示對窗 口大小從1到14?2分別計算概率分布情況，然后求和得到CRRW值;CRRW代表當(dāng)前數(shù)據(jù) 點前后的概率變化率;CRRW值越大，則表明當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的異常變化越大。
[0008] 在本發(fā)明一實施例中，所述ml和祕52的取值分別為30和45。
[0009] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明方法能有效的識別當(dāng)前數(shù)據(jù) 點前后的異常變化特征，可以用來研究異常特征跟地震發(fā)生之前的關(guān)系。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明方法的流程圖。
[0011] 圖2(a)及2(b)為本發(fā)明汶川地震分析結(jié)果圖，其中，圖2(a)為表明無法發(fā)現(xiàn)異常， 圖2(b)表明震前出現(xiàn)大的異常值。
【具體實施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說明。
[0013] 本發(fā)明的一種基于隨機(jī)漫步的地震數(shù)據(jù)異常檢測方法，首先對時間序列數(shù)據(jù)根據(jù) 窗口來提取隨機(jī)漫步概率分布，然后根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的2個窗口的概率變化比值來分 析當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的數(shù)據(jù)變化情況，以有效的識別當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的異常變化特征，用來 研究異常特征與地震發(fā)生之前的關(guān)系。
[0014] 在本發(fā)明中，所述當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的2個窗口的概率變化比值定義為CRRW值，CRRW 值越大，表示當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的變化越大。
[0015] 在本發(fā)明中，該方法適用于時間序列地震數(shù)據(jù)的異常檢測。
[0016] 在本發(fā)明中，該方法具體實現(xiàn)步驟如下： S1:根據(jù)等概率分布，選擇一個窗口大小ws，判斷當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)點的值是否大于或等于 前一個數(shù)據(jù)點的值，若是，則當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)點的值定義為隨機(jī)漫步的向右走，否則，當(dāng)前監(jiān) 測數(shù)據(jù)點的值定義為隨機(jī)漫步的向左走； S2:選擇當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)點前ws數(shù)據(jù)點及后ws數(shù)據(jù)點，并定義前ws數(shù)據(jù)點所在的第一窗 口定義為wdl，后ws數(shù)據(jù)點所在的第二窗口定義為wd2，則通過下述隨機(jī)游走概率分布公式， 可分別計算獲得wdl及wd2的當(dāng)前數(shù)據(jù)點根據(jù)隨機(jī)游走的概率分布： ....
'￡ 其中，Η =柳:，?的范圍是到
I組合運(yùn)算，參數(shù)f ; S3:定義當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的2個窗口 wdl、wd2的概率變化比值CRRW:
其中，福1和祕P2分別為參數(shù)K即窗口大小的取值范圍的下限和上限，表示對窗口 大小從篇1到_2分別計算概率分布情況，然后求和得到CRRW值；CRRW代表當(dāng)前數(shù)據(jù) 點前后的概率變化率;CRRW值越大，則表明當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的異常變化越大。
[0017] 在本發(fā)明中，所述鮞1_和徹2的值分別為30和45。
[0018] 以下為本發(fā)明的具體實施例。
[0019] 利用汶川地震的長波輻射數(shù)據(jù)與2.5°X 2.5°分辨率為例，具體的算法步驟如下。
[0020] 根據(jù)等概率分布(步行走左到右），我們選擇一個窗口大小WS= 30。如果當(dāng)前的監(jiān) 測數(shù)據(jù)值大于或等于以前的數(shù)據(jù)點，我們認(rèn)為它是位于右。否則，該值位于左側(cè)。窗口 1 (WD1)為當(dāng)前數(shù)據(jù)點之前的WS個數(shù)據(jù)點和窗口 2(當(dāng)前數(shù)據(jù)點之后的WS個數(shù)據(jù)點）。我們可以 確定rw(WDl)和rw(WD2)為當(dāng)前數(shù)據(jù)點根據(jù)隨機(jī)游走的概率分布。然后，我們可以計算每個 數(shù)據(jù)點的值：
其中，和分別為參數(shù)Μ即窗口大小的取值范圍的下限和上限，表示對窗口 大小從繼1到分別計算概率分布情況，然后求和得到CRRW值。CRRW代表當(dāng)前數(shù)據(jù) 點前后的概率變化率;CRRW值越大，則表明當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的異常變化越大。
[0021 ] "rw"的計算方法見下式：
其中，?的范圍是一政到〃，是組合運(yùn)算，參數(shù);公式中的n為窗口的 .2... :2. 大小WS。如何設(shè)置窗口大小WS，我們選擇WS為從30-45的每一個值，即胃1和的值為 30和45，對他們分別計算CRRW值，然后求他們的均值。具體分析結(jié)果見附圖2所示。豎線表 示汶川地震事件時間點，圖2(a)無法發(fā)現(xiàn)異常，圖2(b)在震前出現(xiàn)大的異常值。
[0022]以上是本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作 用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于隨機(jī)漫步的地震數(shù)據(jù)異常檢測方法，其特征在于：首先對時間序列數(shù)據(jù)根 據(jù)窗口來提取隨機(jī)漫步概率分布，然后根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的2個窗口的概率變化比值來 分析當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的數(shù)據(jù)變化情況，W有效的識別當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的異常變化特征，用 來研究異常特征與地震發(fā)生之前的關(guān)系。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于隨機(jī)漫步的地震數(shù)據(jù)異常檢測方法，其特征在于:所 述當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的2個窗口的概率變化比值定義為CRRW值，CRRW值越大，表示當(dāng)前數(shù)據(jù)點 前后的變化越大。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于隨機(jī)漫步的地震數(shù)據(jù)異常檢測方法，其特征在 于:該方法適用于時間序列地震數(shù)據(jù)的異常檢測。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于隨機(jī)漫步的地震數(shù)據(jù)異常檢測方法，其特征在于:該 方法具體實現(xiàn)步驟如下： Sl:根據(jù)等概率分布，選擇一個窗口大小WS，判斷當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)點的值是否大于或等于 前一個數(shù)據(jù)點的值，若是，則當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)點的值定義為隨機(jī)漫步的向右走，否則，當(dāng)前監(jiān) 測數(shù)據(jù)點的值定義為隨機(jī)漫步的向左走； S2:選擇當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)點前WS數(shù)據(jù)點及后WS數(shù)據(jù)點，并定義前WS數(shù)據(jù)點所在的第一窗 口定義為Wdl，后WS數(shù)據(jù)點所在的第二窗口定義為wd2，則通過下述隨機(jī)游走概率分布公式， 可分別計算獲得Wdl及wd2的當(dāng)前數(shù)據(jù)點根據(jù)隨機(jī)游走的概率分布：其:串:疑二被咬，I朗雜圍是州潮巧，f是組替運(yùn)算:，:參戳S3:定義當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的2個窗口 Wdl、wd2的概率變化比值CRRW:其中，端1巧破垃分別為參數(shù)?！即窗口大小WS的取值范圍的下限和上限，表示對窗口 大小從HSl到城S2分別計算概率分布情況，然后求和得到CRRW值;CRRW代表當(dāng)前數(shù)據(jù)點 前后的概率變化率;CRRW值越大，則表明當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的異常變化越大。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于隨機(jī)漫步的地震數(shù)據(jù)異常檢測方法，其特征在于:所 芽口 14放2的審1{1女^另〇為30芽口45。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于隨機(jī)漫步的地震數(shù)據(jù)異常檢測方法。首先對時間序列數(shù)據(jù)根據(jù)窗口來提取隨機(jī)漫步概率分布，然后根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的2個窗口的概率變化比值來分析當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的數(shù)據(jù)變化情況，以有效的識別當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的異常變化特征，用來研究異常特征與地震發(fā)生之前的關(guān)系。本發(fā)明方法能有效的識別當(dāng)前數(shù)據(jù)點前后的異常變化特征，可以用來研究異常特征跟地震發(fā)生之前的關(guān)系。
【IPC分類】G01V1/30
【公開號】CN105510971
【申請?zhí)枴緾N201610089255
【發(fā)明人】孔祥增, 林崧, 陳麗萍, 林新棋, 詹曉珊, 鄭之
【申請人】福建師范大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年2月18日