强震数据处理中的关键技术研究

Strong motion observation is one of the four pillars for earthquake engineering research, and strong motion data is the key achievement of the strong motion observation and the first-hand material for earthquake engineering research. Rational analysis helps to reveal the real vibration behavior of ground and structures under seismic action, and avoid false alarm or leakage alarm in earthquake early warning, and offer real quantitative information for Earthquake Engineering Research. On the contrary, you will get adversely affected or even catastrophic consequences. In strong motion data processing, there are four key issues still not resolved: namely the abnormal waveform analysis, the grading of the data quality, the determination of the mechanism of baseline drift and noise models. Therefore, the project for the study of strong ground motion records, aims at grading of the data quality, revealing the mechanism of baseline drift and determining reasonably the noise model for strong motion records, giving a reasonable approach, so as to lay the theoretical and technical basis for the deepening research of earthquake engineering. Specific content includes: abnormal waveform analysis, quality grading, determining the noise model based on the different fields and epicenter distances, studying the baseline drift mechanism by numerical simulation and experiment, and giving objective processing methods according to different research purposes.

强震观测是地震工程研究得以发展的四大支柱之一，而强震数据是强震观测的核心成果，是地震工程研究的第一手资料，合理的分析有助于正确地揭示场地或结构在地震作用下的真实振动行为，避免地震预警中的误报或漏报，为地震工程的研究提供真实的量化资料，反之，则会给研究造成不利影响甚至是灾难性的后果。在强震数据处理的过程中，有四个关键问题还没有解决：即异常波形的分析、记录质量的等级划分、基线漂移的机理研究和噪声模型的确定。因此，本项目以强震记录为研究对象，旨在对其进行质量等级划分，揭示强震记录基线漂移的机理，合理确定强震记录的噪声模型，同时给出合理的处理方法，为地震工程的深化研究奠定理论和技术基础。具体内容包括：记录的异常波形分析，质量等级划分，通过数值模拟和试验研究基线漂移的机理，根据不同场地和震中距给出确定噪声模型的合理方法，并针对不同的研究目的给出客观的处理方法。

强震动观测是地震工程研究得以发展的四大支柱之一，而强震动记录是强震动观测的核心成果，是地震工程研究的第一手资料，合理的分析有助于正确地揭示场地或结构在地震作用下的真实振动行为，为地震工程的研究提供真实的量化资料。在强震动记录处理的过程中，有四个关键问题还没有解决：即异常波形的分析、基线漂移的机理及校正研究、强震动记录截止频率的确定及实时处理。因此，本项目旨在研究强震动记录中的奇异波形并进行质量等级划分，揭示强震记录基线漂移的机理，合理确定强震记录的噪声模型，同时给出适合的处理方法，为地震工程的深入研究奠定理论和技术基础。通过研究得到如下重要结论：.（1）可采用低通滤波的方法对于“非对称波形”进行处理。加速度记录各时间点数据的累加可用于确定时程中出现明显基线平移的时刻。通过比值法、滤波和三分量加速度PGA所在时刻的一致性可以确定记录中的“尖刺”。 通过寻找连续重复数据点的方法拼接两个分离的加速度记录。加速度记录质量大致可分为六类。.（2）速度时程基线漂移的多样性表明了加速度时程基线漂移机理的复杂性，背景噪声、强震仪本身的不完美性和技术人员的操作失误等都会造成基线的漂移。基于Hermit插值和平坦度结合的基线校正法合理地识别了日本、集集和汶川强震记录中永久位移的信息，证明了其通用性。.（3）尽管国际上给出了很多高通截止频率的确定方法，但是很难找到通用的噪声模型。研究给出了数字强震记录滤波的通带范围的确定原则。ESMD方法主要在算法上对EMD方法进行了优化，二者都可用于强震动记录的基线调整和去噪。.（4）综合利用方位角、到时差、断层位置和地震活动信息，使用综合权重的方法提高了地震定位准确性和时效性。DEMO算法进行震中位置搜索收敛速度最快，通过C语言编程运算速度已经满足了地震预警系统的需求。