專(zhuān)利名稱(chēng)：：利用地震參量進(jìn)行短期地震預(yù)測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是一種利用地震參量信息，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行短期地震預(yù)測(cè)的方法，屬于"地震"學(xué)科中的"防災(zāi)減災(zāi)"
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：從時(shí)間上來(lái)看，地震預(yù)測(cè)分為長(zhǎng)期預(yù)測(cè)(10年以上)、中期預(yù)測(cè)(l年-10年)、短期預(yù)測(cè)(1年以?xún)?nèi))、短臨預(yù)測(cè)(1月之內(nèi)，甚至幾天之內(nèi))4類(lèi)。地震預(yù)測(cè)是否準(zhǔn)確，從嚴(yán)格意義上講，是指時(shí)、空、強(qiáng)(時(shí)間、空間和強(qiáng)度)三要素的預(yù)測(cè)值均要在誤差范圍之內(nèi)。目前，中長(zhǎng)期地震預(yù)測(cè)取得了一定的進(jìn)步，但是，短期地震預(yù)測(cè)水平還很低。地震的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)是當(dāng)今人類(lèi)面臨的科學(xué)難題，更是一個(gè)關(guān)系國(guó)計(jì)民生的問(wèn)題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球每年發(fā)生的地震約為500萬(wàn)次，對(duì)整個(gè)社會(huì)有著巨大影響。2008年5月12日，中國(guó)四川汶川發(fā)生里氏8.0級(jí)特大地震，給整個(gè)中國(guó)帶來(lái)了巨大災(zāi)難，損失無(wú)法估計(jì)，世界為之震驚。地震預(yù)測(cè)受到各國(guó)政府與人民的廣泛關(guān)注，盡管經(jīng)過(guò)幾十年的探索，至今仍是一個(gè)未突破的科學(xué)難題。從全球來(lái)看，目前地震預(yù)測(cè)的方法總體上可以分為三類(lèi)方法(A)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)方法。統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)包括地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)地震學(xué)，以及統(tǒng)計(jì)物理在地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。(B)經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)方法。從觀測(cè)出發(fā)經(jīng)驗(yàn)性地建立觀測(cè)到的"異常信息"與地震之間的聯(lián)系。經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)包括搜索可能的前兆異常的嘗試、建立將可能的前兆異?，F(xiàn)象與地震孕育過(guò)程聯(lián)系起來(lái)的簡(jiǎn)單模型、發(fā)現(xiàn)對(duì)地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究具有重要意義的新現(xiàn)象等。(C)物理預(yù)測(cè)方法。物理預(yù)測(cè)包括地震孕育和發(fā)生的物理模型、地震斷層帶性質(zhì)的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)研究，以及對(duì)震源的直接探測(cè)和鉆探。物理預(yù)測(cè)試圖在對(duì)地震的成因機(jī)制做出深入理解的基礎(chǔ)上，提出地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的方法，這也是地震學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)的一個(gè)重要的工作目標(biāo)。各種預(yù)測(cè)方法均有其優(yōu)缺點(diǎn)，近來(lái)還有不少學(xué)者將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于地震學(xué)科的相關(guān)研究。但總體來(lái)說(shuō)，地震預(yù)測(cè)水平較低，這是因?yàn)榈卣鹪杏^(guò)程和前兆機(jī)理遠(yuǎn)比人們預(yù)想得要復(fù)雜。概括起來(lái)，這些地震預(yù)測(cè)方法存在以下不足1)目前大部分地震預(yù)測(cè)方法，是針對(duì)一個(gè)較大區(qū)域，在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，對(duì)其地震危險(xiǎn)度進(jìn)行估計(jì)，對(duì)地震震級(jí)不進(jìn)行量化預(yù)測(cè)，只是預(yù)測(cè)地震趨勢(shì)。2)有一部分地震預(yù)測(cè)方法，可對(duì)地震震級(jí)進(jìn)行量化預(yù)測(cè)，但預(yù)測(cè)精度很低。3)有一些基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的地震預(yù)測(cè)方法，但計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，計(jì)算結(jié)果不穩(wěn)定，且預(yù)測(cè)精度較低。4)目前，大多數(shù)地震預(yù)測(cè)方法的可操作性不強(qiáng)，實(shí)用性較差。針對(duì)這些方法存在的以上不足，本發(fā)明通過(guò)研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域短期地震預(yù)測(cè)，并對(duì)地震震級(jí)量化預(yù)測(cè)，具有可操作性，計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定，預(yù)測(cè)精度較高，實(shí)用性較強(qiáng)。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是，根據(jù)區(qū)域地震目錄，求取區(qū)域部分地震參量，利用回歸分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的融合技術(shù)，確定區(qū)域未來(lái)一段時(shí)間之內(nèi)發(fā)生的地震最大震級(jí)與區(qū)域當(dāng)前地震參量之間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)地震量化預(yù)測(cè)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的區(qū)域短期地震預(yù)測(cè)，對(duì)"防災(zāi)減災(zāi)"具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種利用地震參量進(jìn)行短期地震預(yù)測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，選定一定區(qū)域范圍(區(qū)域面積一般為4萬(wàn)-16萬(wàn)平方公里)，利用當(dāng)前6個(gè)月的部分地震參量，采用回歸分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的融合技術(shù)，對(duì)該區(qū)域在未來(lái)6個(gè)月之內(nèi)可能發(fā)生的最大地震震級(jí)進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而為"防災(zāi)減災(zāi)"服務(wù)。技術(shù)方案本發(fā)明利用地震參量進(jìn)行短期地震預(yù)測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法為a.確定研究區(qū)域，確定區(qū)域的經(jīng)度范圍和緯度范圍。b.地震目錄的收集及其預(yù)處理，(bl)收集該區(qū)域的地震目錄(要求時(shí)間為15年及15年以上)，(b2)按照規(guī)定的數(shù)據(jù)格式要求整理地震目錄，數(shù)據(jù)保存格式為.WKF或者.EQT(詳(b3)地震主余震的篩選(刪除余震)，(b4)保存主震目錄，刪除余震之后，將主震目錄保存，數(shù)據(jù)保存格式不變(見(jiàn)圖見(jiàn)圖2)2)。c.利用地震目錄求取地震參量和時(shí)變參量，用《基于GIS的地震分析預(yù)報(bào)系統(tǒng)》軟件(由中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司主持研制，版本號(hào)2.7.12)對(duì)區(qū)域地震主震目錄進(jìn)行處理，從而獲得相應(yīng)的地震參量。軟件使用的參數(shù)選擇參考圖3和圖4(注"時(shí)間步長(zhǎng)"和"時(shí)間窗長(zhǎng)"=6個(gè)月)。需要計(jì)算的地震參量有6個(gè)，分別為b值，C值，D值，Mf值，YH值，N值。(b值反映大小地震的比例關(guān)系，C值為地震空間集中度，D值為地震危險(xiǎn)度，Mf值為地震強(qiáng)度因子，YH值為地震活動(dòng)演化指數(shù)，N值為地震的頻度)。(注如果不用軟件，可根據(jù)各地震參量的具體計(jì)算公式直接求取。)另外，再根據(jù)地震目錄的時(shí)間序列構(gòu)造6個(gè)附加參數(shù)因子(稱(chēng)為"時(shí)變參量")，分別是sin(，)，cos(，)，sin(l)，cos(l)，sin(，)，cos(，)，其中t為"計(jì)算時(shí)間簡(jiǎn)1095,、365、36518251825h井jij段的最終時(shí)刻"至"整個(gè)地震目錄的起始時(shí)刻"的累計(jì)天數(shù)。d.信息整理，將計(jì)算得到的地震參量和其他信息一起整理，整理格式參看表2。每行信息包括15個(gè)數(shù)據(jù)，分別為序號(hào)，時(shí)間，當(dāng)前6個(gè)月的地震參量(共6個(gè)參量)b值，C值，D值，Mf值，YH值，N值，當(dāng)前6個(gè)月的時(shí)變參量(共6個(gè)參量)sin(，)，cos(，)，sin(^)'cos(!)，sin(，)，cos(，)，未來(lái)6個(gè)月內(nèi)最里乂1095'、10957、365、3651825乂、182，不不。i"n取大震級(jí)。e.回歸分析，用多元線性回歸方法建立地震震級(jí)與地震參量之間的關(guān)系，建立方案如下取當(dāng)前6個(gè)月的地震參量(6個(gè))b，C，D，Mf，YH，N值和當(dāng)前6個(gè)月的時(shí)變參量(6個(gè))sin(，)，cos(，)，sin(!)，cos(^)，sin(，)，cos(，)，作為線性回歸的110951095、365、3651825、825!f刀a比u"口j自變量(依次記為xl、x2.....x12)，取未來(lái)6個(gè)月的最大震級(jí)Ms作為因變量(記為y)，具體回歸模型公式如下y=a。+a丄x!+a2x2+a3x3+......+a12x12式中aj為回歸模型待定系數(shù)。表2中的每行數(shù)據(jù)為一個(gè)子樣，將所有子樣(設(shè)為S個(gè))逐個(gè)代入上式，可以建立S個(gè)誤差方程式，誤差方程式通式為Vi=a。+aiXli+a2x2i+......+a12x12「yi(i=1，2，…，S)寫(xiě)成矩陣形式為=^，照下式計(jì)算待定參數(shù)X的估計(jì)值^",^(a。ai….J'丄f.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬，在回歸模型的系數(shù)求出之后，先根據(jù)下式計(jì)算各子樣的回歸分析值y'禾卩回歸偏差值△y:y'i=a。+aiXli+a2x2i+a3x3i++a12*x12i，Ayi=yi-y'i，然后，再將計(jì)算結(jié)果按照規(guī)定格式整理(參看表4)。每行信息包括16個(gè)數(shù)據(jù)，分別為序號(hào)，時(shí)間，當(dāng)前6個(gè)月的地震參量(6個(gè))，b值(Xl)，C值(x2)，D值(x3)，Mf值(x4)，YH值(x5)，N值(x6)，當(dāng)前6個(gè)月的時(shí)變參量(6個(gè))，sin(:)值(x7)，cos(:)值(x8)，sin(^)值(x9)，邸(^)值(Xl0)，Sill(^)值(X")，COS(二)值("2)，未來(lái)6個(gè)月內(nèi)最大震級(jí)回歸值Ms(y')，回歸偏差值A(chǔ)y。然后，將所有子樣的相關(guān)信息構(gòu)成學(xué)習(xí)樣本，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP算法，按13XPX1的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(參看圖1)對(duì)學(xué)習(xí)樣本進(jìn)行訓(xùn)練，(fl)BP網(wǎng)絡(luò)的輸入層元素個(gè)數(shù)為13個(gè)，分別為Xl、x2.....x12、y'，(f2)BP網(wǎng)絡(luò)的隱含層元素個(gè)數(shù)為P個(gè)，P值計(jì)算公式為P=20+INT(S/10)，S為子樣個(gè)數(shù)，(f3)BP網(wǎng)絡(luò)的輸出層元素個(gè)數(shù)為l個(gè)，為Ay，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束后，實(shí)質(zhì)上就得到了該區(qū)域Ay的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型，該區(qū)域內(nèi)地震震級(jí)回歸偏差值A(chǔ)/均可根據(jù)該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算得到。g.計(jì)算地震預(yù)測(cè)的震級(jí)，地震震級(jí)預(yù)測(cè)的計(jì)算公式為y*=y'+八/，式中，7'為回歸分析值(根據(jù)回歸方程計(jì)算得到)；A/為回歸偏差值(由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬計(jì)算得到)；y*為未來(lái)6個(gè)月內(nèi)地震最大震級(jí)預(yù)測(cè)的計(jì)算結(jié)果。有益效果本發(fā)明的區(qū)域短期地震預(yù)測(cè)的實(shí)現(xiàn)方法具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)通過(guò)回歸分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的融合技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)區(qū)域短期地震預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)時(shí)間在6個(gè)月之內(nèi)；可實(shí)現(xiàn)區(qū)域地震震級(jí)量化預(yù)測(cè)，計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定，預(yù)測(cè)精度較高；(2)本地震預(yù)測(cè)方法具有可操作性，實(shí)用性較強(qiáng)；(3)區(qū)域短期地震預(yù)測(cè)時(shí)間較短，預(yù)測(cè)結(jié)果精度較高，可為"防災(zāi)減災(zāi)"提供服務(wù)。圖1是地震預(yù)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，圖2是地震目錄的數(shù)據(jù)格式，圖3是地震分析系統(tǒng)軟件的參數(shù)設(shè)置，圖4是地震參量的選取設(shè)置。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)例，對(duì)本發(fā)明方法的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例為江蘇地區(qū)。1)確定區(qū)域范圍確定區(qū)域經(jīng)度范圍和緯度范圍。如，實(shí)施例為江蘇地區(qū)，經(jīng)度范圍116°18'E-121°57'E;諱度范圍30。45'N_30°20'N。2)地震目錄收集及其預(yù)處理(1)收集該區(qū)域的地震目錄(要求時(shí)間為15年及15年以上)。如研究江蘇地區(qū)，可以直接收集"江蘇省地震目錄";本實(shí)施例，從網(wǎng)站上下載"華東地區(qū)地震目錄"，再?gòu)娜A東地震目錄中，按照江蘇地區(qū)的經(jīng)緯度范圍，選出江蘇地區(qū)的地震目錄。地震目錄的時(shí)間從1970年到2000年，時(shí)間跨度為31年。(2)按照規(guī)定的數(shù)據(jù)格式要求整理地震目錄。數(shù)據(jù)保存格式為.WKF或者.EQT。圖2是地震目錄(.WKF)的格式要求，數(shù)據(jù)按行記錄，每行信息有9個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)之間用逗號(hào)隔開(kāi)，具體順序?yàn)?年，月日(mmdd)，時(shí)，分，緯度(ddmm)，經(jīng)度(dddmm)，震級(jí)，震源深度，地震序列編號(hào)"，其中，如果"震源深度"和"地震序列編號(hào)"不詳，可以用000做標(biāo)識(shí)(詳見(jiàn)圖2)。(3)地震主余震的篩選(刪除余震)。采用K-K刪除余震方法(即Keilis-Borok和Knopoff方法)對(duì)江蘇地震目錄進(jìn)行主余震分離，保留江蘇地震主震目錄。該方法的基本思想是采用與主震震級(jí)相關(guān)的余震空間、時(shí)間窗，即當(dāng)AR、At以及兩個(gè)地震震級(jí)n^、m2同時(shí)滿(mǎn)足如下三個(gè)關(guān)系時(shí)①AR<R(m》，②At<T(m》，③m2<iv則認(rèn)為后一地震(m2)是前一地震(m》的余震。式中AR，At分別為兩個(gè)地震發(fā)生的空間距離(公里)和時(shí)間間隔(天)。R和T是與n^有關(guān)的定值，詳見(jiàn)表l。為了提高效率，根據(jù)以上篩選主余震的方法和表1的規(guī)定編制軟件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)刪除余震。表lK-K法的余震空間、時(shí)間窗<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>(4)保存主震目錄。刪除余震之后，將主震目錄保存，數(shù)據(jù)保存格式不變(見(jiàn)圖2)。3)利用地震目錄求取地震參量和時(shí)變參量用《基于GIS的地震分析預(yù)報(bào)系統(tǒng)》軟件(由中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司主持研制，版本號(hào)2.7.12)對(duì)地震主震目錄進(jìn)行處理，從而獲得相應(yīng)的地震參量。軟件使用的參數(shù)選擇如圖3所示。圖3中，"起始時(shí)間"和"終止時(shí)間"是指所選區(qū)域地震目錄的起止時(shí)間；"時(shí)間窗長(zhǎng)"是指計(jì)算的參數(shù)屬于哪個(gè)時(shí)間段；"時(shí)間步長(zhǎng)"是指計(jì)算相鄰兩個(gè)參數(shù)的時(shí)間跨度。"時(shí)間步長(zhǎng)"和"時(shí)間窗長(zhǎng)"可以根據(jù)地震預(yù)測(cè)的長(zhǎng)度來(lái)選取，本例，取"時(shí)間步長(zhǎng)"為6個(gè)月，取"時(shí)間窗長(zhǎng)"為6個(gè)月。"最小經(jīng)度"，"最大經(jīng)度"，"最小緯度"，"最大緯度"是指所選區(qū)域的經(jīng)緯度范圍(注意以度為單位)，"最小震級(jí)"，"最大震級(jí)"根據(jù)該地區(qū)地震目錄的最小震級(jí)和最大震級(jí)來(lái)設(shè)置。然后點(diǎn)擊"下一步"，再選取需要計(jì)算的地震參量(如圖4所示)。在本例中，需要計(jì)算的地震參量有6個(gè)，分別為b值，C值，D值，Mf值，YH值，N值(b值反映大小地震的比例關(guān)系，C值為地震空間集中度，D值為地震危險(xiǎn)度，Mf值為地震強(qiáng)度因子，YH值為地震活動(dòng)演化指數(shù)，N值為地震的頻度)。前5個(gè)地震參量可由軟件計(jì)算得到(參看圖4)，第6個(gè)參數(shù)(N值)，可通過(guò)人工統(tǒng)計(jì)規(guī)定時(shí)間內(nèi)(本例為6個(gè)月)的地震目錄條數(shù)來(lái)獲得(注如果不用軟件，可根據(jù)各地震的具體計(jì)算公式直接求取)另外，還需要計(jì)算6個(gè)時(shí)變參:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>cos(^)，其中t為"計(jì)算時(shí)間段的最終時(shí)10953653651825亥lj"至"整個(gè)地震目錄的起始時(shí)刻"的累計(jì)天數(shù)。本例中"整個(gè)地震目錄的起始時(shí)刻"為1970年l月1日，故t為"計(jì)算時(shí)間段的最終時(shí)刻"到"1970年l月1日"的累積天數(shù)。4)信息整理將計(jì)算得到的地震參量和其他信息一起整理，格式見(jiàn)表2。每行信息包括15個(gè)數(shù)據(jù)，分別為序號(hào)，時(shí)間，當(dāng)前6個(gè)月的6個(gè)地震參量b值，C值，D值，Mf值，YH值，N值，當(dāng)前6水月的6個(gè)時(shí)變參j<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>未來(lái)6個(gè)月內(nèi)最大震級(jí)。表2用于地震預(yù)測(cè)回歸模型的參數(shù)表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>續(xù)表2用于地震預(yù)測(cè)回歸模型的參數(shù)表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>解釋第1行數(shù)據(jù)"時(shí)間"=197006，表示1970年1月1日-1970年6月30日；"b值，C值，D值，Mf值，YH值"為該時(shí)間段(6個(gè)月)的軟件計(jì)算的地震參量值；"N值"=12，是人工統(tǒng)計(jì)的該時(shí)間段內(nèi)地震目錄的條數(shù)；sin(:)，cos(:)，181時(shí)的計(jì)算值，t為"1970年6月30.,;zt、,；rt、.,4丌r、,4;zt、^sm(t77)，cos(^t^)，sin(____)，cos(-二^J為t365'365'1825'1825'日"到"1970年1月1日"的累積天數(shù)(181天)，"未來(lái)6個(gè)月內(nèi)最大震級(jí)Ms"二4.7，表示在1970年7月1日-1970年12月31日期間，該地區(qū)發(fā)生地震的最大震級(jí)是4.7級(jí)。下同。5)回歸分析用多元線性回歸方法建立地震震級(jí)與地震參量之間的關(guān)系，建立方案如下取當(dāng)前6個(gè)月的6個(gè)地震參量"b，C，D，Mf，YH，N值"和當(dāng)前6個(gè)月的6個(gè)時(shí)變參量作為線性回歸的自變量(分別記為xp^.....xJ，取"未來(lái)6個(gè)月的最大震級(jí)Ms"作為因變量(記為y)，數(shù)據(jù)格式見(jiàn)表2，具體回歸模型公式如下M5=a。+<3'.6+of2C+<33'Z)+<34,M,+<a5'+<36-jV+<37.sin(-)+"8cos(^+a9.sin(^^)+。10cos(^^)+a,,'sin(-)+"12.cos(10954;zt1095(1)1825)或記為365365''簡(jiǎn)y=a。+a丄x丄+a2x2+a3x3+......+a12x12(2)式中aj為回歸模型待定系數(shù)。表2中的數(shù)據(jù)，一行即為一個(gè)子樣，將所有子樣(設(shè)為S個(gè))逐個(gè)代入公式(2)，可以建立S個(gè)誤差方程式，誤差方程式通式為a。+a丄xu+a2x2i+a3x3i+......+a12x12i_yi(i=l，2，…，S)(3)寫(xiě)成矩陣形式為5x1313x1Sxl(4)其中，F(xiàn)=、、「1x21，爿=1義22，Z=a，丄=13x1、1X1.S、X2A'、"12」、x"，然后，按照下式計(jì)算待定參數(shù)X的估計(jì)值、\13x1a12.(5)本例共有61個(gè)子樣，取表2中前51個(gè)樣本作為學(xué)習(xí)樣本，求取回歸模型的系數(shù)，后IO個(gè)樣本作為檢驗(yàn)樣本，檢驗(yàn)回歸模型的效果。說(shuō)明實(shí)際操作時(shí)，可取全部樣本的80%作為學(xué)習(xí)樣本，20%作為檢驗(yàn)樣本，用來(lái)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膽?yīng)用效果。實(shí)例計(jì)算結(jié)果如下(見(jiàn)表3):表3地震預(yù)測(cè)回歸模型計(jì)算結(jié)果表待定系數(shù)值待定系數(shù)值+53.163348-0.275123-5.028506as+1.827723a2-0.048088a9-4.462443-3.010750*o-45.324622a4-2.174030ai-O.489136-O.008303&12-1.486451+0.029591學(xué)習(xí)中誤差M(51個(gè)樣本)Mt二士0.852級(jí)檢驗(yàn)中誤差M(IO個(gè)樣本)M2=±0.781級(jí)6)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬在回歸模型的系數(shù)求出之后，先根據(jù)下式計(jì)算各子樣的回歸分析值y'和回歸偏差值A(chǔ)y:y,i=a。+a丄xu+a2x2i+a3x3i+......+a12x12i(6)Ayi=yi-y'i(7)然后，再將計(jì)算結(jié)果按照規(guī)定格式整理(參看表4)。每行信息包括16個(gè)數(shù)據(jù)，分別為序號(hào)，時(shí)間，當(dāng)前6個(gè)月的6個(gè)地震參量b值(Xl)，C值(x2)，D值(x3)，4"丌/4"7zYMf值(x4)，YH值(x5)，N值(x6)，6個(gè)時(shí)變參量sin(^)值(X7)，cos(^)值(X8)，sin(^)值(X9)，cos(^)值(x")，sin(^)值(x")，cos(二)值()d2)，未來(lái)636536518251825個(gè)月內(nèi)最大震級(jí)回歸值y'，回歸偏差值A(chǔ)y。表4用于建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的數(shù)據(jù)序號(hào)時(shí)間b(Xl)C(x2)D(x3)Mf(x4)YH(x5)N(x6)(續(xù))11970060.26860.0250.0010.838236.66091221970120.30920.00390.07660.569940.66951131971060.30280.02970.25080.959560.89521941971120.37890.05040.20310.7373117.63862851972060.33410.00450.18690.737798.99164061972120.3410.00270.01610.862446.90151971973060.33190.00540.19150.801369.059624<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>權(quán)利要求一種利用地震參量進(jìn)行短期地震預(yù)測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a.確定研究區(qū)域確定區(qū)域的經(jīng)度范圍和緯度范圍，b.地震目錄的收集及其預(yù)處理1)收集該區(qū)域的地震目錄要求時(shí)間為15年及15年以上，2)按照規(guī)定的數(shù)據(jù)格式要求整理地震目錄，3)地震主余震的篩選刪除余震，4)刪除余震之后，將主震目錄保存；c.利用地震目錄求取地震參量和時(shí)變參量首先，利用中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司研制的《基于GIS的地震分析預(yù)報(bào)系統(tǒng)》軟件對(duì)區(qū)域地震主震目錄進(jìn)行處理，從而獲得相應(yīng)的地震參量，其中，系統(tǒng)參數(shù)“時(shí)間步長(zhǎng)”和“時(shí)間窗長(zhǎng)”取值為“6個(gè)月”，計(jì)算6個(gè)地震參量，分別為b值，C值，D值，Mf值，YH值，N值；地震參量說(shuō)明如下b值反映大小地震的比例關(guān)系，C值為地震空間集中度，D值為地震危險(xiǎn)度，Mf值為地震強(qiáng)度因子，YH值為地震活動(dòng)演化指數(shù)，N值為地震的頻度；補(bǔ)充說(shuō)明如下如果不用軟件，可根據(jù)各地震參量的具體計(jì)算公式直接求取，然后，再計(jì)算6個(gè)時(shí)變參量，分別為其中t為“計(jì)算時(shí)間段的最終時(shí)刻”至“整個(gè)地震目錄的起始時(shí)刻”的累計(jì)天數(shù)；d.信息整理將計(jì)算得到的地震參量和其他信息一起，按照規(guī)定格式整理，每行信息包括15個(gè)數(shù)據(jù)，分別為序號(hào)，時(shí)間，當(dāng)前6個(gè)月的6個(gè)地震參量b值，C值，D值，Mf值，YH值，N值，當(dāng)前6個(gè)月的6個(gè)時(shí)變參量未來(lái)6個(gè)月內(nèi)最大震級(jí)，e.回歸分析用多元線性回歸方法建立地震震級(jí)與地震參量之間的關(guān)系，建立方案如下取當(dāng)前6個(gè)月的6個(gè)地震參量b，C，D，Mf，YH，N值，6個(gè)時(shí)變參量作為線性回歸的自變量，將以上12個(gè)自變量依次記為x1、x2、...、x12；取未來(lái)6個(gè)月的最大震級(jí)Ms作為因變量，將因變量記為y，具體回歸模型公式如下<mrow><msub><mi>M</mi><mi>S</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>a</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub><mo>&CenterDot;</mo><mi>b</mi><mo>+</mo><msub><mi>a</mi><mn>2</mn></msub><mo>&CenterDot;</mo><mi>C</mi><mo>+</mo><msub><mi>a</mi><mn>3</mn></msub><mo>&CenterDot;</mo><mi>D</mi><mo>+</mo><msub><mi>a</mi><mn>4</mn></msub><mo>&CenterDot;</mo><msub><mi>M</mi><mi>f</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>a</mi><mn>5</mn></msub><mo>&CenterDot;</mo><msub><mi>Y</mi><mi>H</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>a</mi><mn>6</mn></msub><mo>&CenterDot;</mo><mi>N</mi><mo>+</mo><msub><mi>a</mi><mn>7</mn></msub><mo>&CenterDot;</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>&pi;t</mi></mrow><mn>1095</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>a</mi><mn>8</mn></msub><mo>&CenterDot;</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>&pi;t</mi></mrow><mn>1095</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mo>+</mo><msub><mi>a</mi><mn>9</mn></msub><mo>&CenterDot;</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mfrac><mi>&pi;t</mi><mn>365</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>a</mi><mn>10</mn></msub><mo>&CenterDot;</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mfrac><mi>&pi;t</mi><mn>365</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>a</mi><mn>11</mn></msub><mo>&CenterDot;</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>&pi;t</mi></mrow><mn>1825</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>a</mi><mn>12</mn></msub><mo>&CenterDot;</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>&pi;t</mi></mrow><mn>1825</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow>或?qū)憺閥＝a0+a1·x1+a2·x2+a3·x3+……+a12·x12將子樣逐個(gè)代入上式，可以建立誤差方程式，根據(jù)最小二乘原理，計(jì)算上式中13個(gè)待定系數(shù)，f.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬在回歸模型的系數(shù)求出之后，先根據(jù)下式計(jì)算各子樣的回歸分析值y′和回歸偏差值Δyy′i＝a0+a1·x1i+a2·x2i+a3·x3i+……+a12·x12i，Δyi＝y(tǒng)i-y′i，式中下標(biāo)i表示子樣序號(hào)，yi為子樣值；然后，再將計(jì)算結(jié)果按照規(guī)定格式整理；每行信息包括16個(gè)數(shù)據(jù)，分別為序號(hào)，時(shí)間，當(dāng)前6個(gè)月的6個(gè)地震參量b值(x1)，C值(x2)，D值(x3)，Mf值(x4)，YH值(x5)，N值(x6)，當(dāng)前6個(gè)月的6個(gè)時(shí)變參量值(x7)，值(x8)，值(x9)，值(x10)，值(x11)，值(x12)，未來(lái)6個(gè)月內(nèi)最大震級(jí)回歸值y′，回歸偏差值Δy，然后，將所有子樣的相關(guān)信息按13×P×1的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成學(xué)習(xí)樣本，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP算法進(jìn)行訓(xùn)練，f1)BP網(wǎng)絡(luò)的輸入層元素個(gè)數(shù)為13個(gè)，分別為x1、x2、...、x12、y′，f2)BP網(wǎng)絡(luò)的隱含層元素個(gè)數(shù)為P個(gè)，P值計(jì)算公式為P＝20+INT(S/10)，S為子樣個(gè)數(shù)，f3)BP網(wǎng)絡(luò)的輸出層元素個(gè)數(shù)為1個(gè)，為Δy，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束后，實(shí)質(zhì)上就得到了該區(qū)域Δy的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型，該區(qū)域內(nèi)地震震級(jí)回歸偏差值Δy*均可根據(jù)該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算得到，g.計(jì)算地震預(yù)測(cè)的震級(jí)，地震震級(jí)預(yù)測(cè)的計(jì)算公式為y*＝y(tǒng)′+Δy*，式中，y′為回歸分析值，根據(jù)回歸模型公式計(jì)算；Δy*為回歸偏差值，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬計(jì)算；y*為未來(lái)6個(gè)月內(nèi)地震最大震級(jí)預(yù)測(cè)的計(jì)算結(jié)果。F200910185422XC0000011.tif,F200910185422XC0000012.tif,F200910185422XC0000013.tif,F200910185422XC0000014.tif,F200910185422XC0000015.tif,F200910185422XC0000016.tif,F200910185422XC0000017.tif,F200910185422XC0000018.tif,F200910185422XC0000019.tif,F200910185422XC00000110.tif,F200910185422XC00000111.tif,F200910185422XC00000112.tif,F200910185422XC00000113.tif,F200910185422XC00000114.tif,F200910185422XC00000115.tif,F200910185422XC00000116.tif,F200910185422XC00000117.tif,F200910185422XC00000118.tif,F200910185422XC0000023.tif,F200910185422XC0000024.tif,F200910185422XC0000025.tif,F200910185422XC0000026.tif,F200910185422XC0000027.tif,F200910185422XC0000028.tif全文摘要利用地震參量進(jìn)行短期地震預(yù)測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法是一種利用回歸分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)進(jìn)行地震預(yù)測(cè)的方法，具體為1)確定研究區(qū)域、2)地震目錄的收集及其預(yù)處理、3)利用地震目錄求取地震參量和時(shí)變參量、4)信息整理、5)回歸分析、6)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬、7)計(jì)算地震預(yù)測(cè)的震級(jí)。使用該方法可實(shí)現(xiàn)區(qū)域短期地震預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)時(shí)間在6個(gè)月之內(nèi)；可實(shí)現(xiàn)地震震級(jí)量化預(yù)測(cè)，計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定，預(yù)測(cè)精度較高；本地震預(yù)測(cè)方法具有可操作性，實(shí)用性較強(qiáng)；區(qū)域短期地震預(yù)測(cè)結(jié)果，可為“防災(zāi)減災(zāi)”提供服務(wù)，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益明顯。文檔編號(hào)G01V1/00GK101699317SQ20091018542公開(kāi)日2010年4月28日申請(qǐng)日期2009年11月9日優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日發(fā)明者張金華,王浩,胡伍生申請(qǐng)人:東南大學(xué)