本發(fā)明屬于地震預警，具體涉及一種基于初至地震波的異地地震動峰值速度預測方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、近年來，地震預警系統(tǒng)(earthquake?early?warning,eew)作為一種能夠顯著降低地震災害損失的先進防震減災技術，已在全球范圍內受到廣泛關注。地震動峰值速度(peakground?velocity,pgv)作為評價地震破壞性的重要地震動參數(shù)，在eew系統(tǒng)中被廣泛采用?，F(xiàn)有pgv預測方法主要分為兩類：現(xiàn)地預測方法和區(qū)域預測方法。現(xiàn)地預測方法通過單個監(jiān)測臺站的初至地震波預測本地(臺站所在位置)pgv。這種方法的顯著優(yōu)勢是無需依賴震級和震中距等地震參數(shù)，能夠提供高時效性的pgv預測，但缺點是只適用于臺站所在位置的預警，難以滿足區(qū)域性預警需求。區(qū)域預測方法利用震級和震源距，結合地震動預測方程預測異地(非臺站所在位置)pgv。這種方法的優(yōu)點在于能夠預測無臺站位置的pgv，并且可以利用多個監(jiān)測臺站的數(shù)據(jù)，提高預測的準確性。然而，該方法在地震預警中存在固有缺陷：震級和震中距的估算誤差會與地震動預測方程的不確定性疊加，顯著影響預測準確性。這些局限性顯著降低了eews預測pgv的效果，使其難以全面滿足實際預警需求。為克服這些局限，亟需發(fā)展一種面向地震預警，既可以預測本地pgv，也可以預測異地pgv的新型pgv預測方法。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有地震預警系統(tǒng)中pgv預測方法依賴震級參數(shù)、預測效率低下的技術問題，本發(fā)明提供了一種基于初至地震波的異地地震動峰值速度預測方法及系統(tǒng)，其中，異地為非監(jiān)測位置，無需震級信息，既能夠在單臺站場景下預測異地pgv，也可以利用多個臺站數(shù)據(jù)改善預測的準確性。對改善eew判別地震破壞性預警能力具有重要的理論意義和實際應用價值。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種基于初至地震波的異地地震動峰值速度預測方法，所述方法包括：

4、獲取歷史地震記錄并進行預處理；

5、基于預處理后的歷史地震記錄，確定單個地震臺站預測異地pgv的回歸系數(shù)；

6、基于單個地震臺站預測異地pgv的回歸系數(shù)，確定單個地震臺站預測異地pgv；

7、基于單個地震臺站預測異地pgv，利用反距離加權方法融合多個臺站預測的異地pgv，確定最終的異地pgv。

8、優(yōu)選的，獲取歷史地震記錄并進行預處理的方法包括：

9、獲取歷史地震的豎向加速度記錄；

10、對豎向加速度記錄進行積分得到速度記錄，并求出地震動峰值速度pgv；

11、對速度記錄積分得到位移記錄，并求出初始3s位移記錄的位移幅值pd。

12、優(yōu)選的，基于預處理后的歷史地震記錄，確定單個地震臺站預測異地pgv的回歸系數(shù)的方法包括：

13、對于同一地震事件的歷史地震記錄，將每條記錄的pgv依次作為pgvobj；

14、從pgvobj位置的30km范圍內，隨機選取一條記錄的pd作為初至3秒地震波的位移幅值pdst；

15、計算兩條記錄所在位置的震中距即監(jiān)測臺站的震中距rst和目標位置的震中距robj；

16、基于初至3秒地震波的位移幅值pdst與監(jiān)測臺站的震中距rst和目標位置的震中距robj，建立監(jiān)測臺站初至3秒地震波的位移幅值pdst與目標位置即異地的峰值速度pgvobj的對數(shù)線性經驗關系；

17、用最小二乘法回歸得到監(jiān)測臺站初至3秒地震波的位移幅值pdst與目標位置即異地的峰值速度pgvobj的對數(shù)線性經驗關系的回歸系數(shù)；

18、其中，監(jiān)測臺站初至3秒地震波的位移幅值pdst與目標位置即異地的峰值速度pgvobj的對數(shù)線性經驗關系的表達式為：

19、

20、式中，pgvobj是目標位置的峰值速度，robj為目標位置的震中距，pdst為初至3秒地震波的位移幅值，rst為監(jiān)測臺站的震中距，m,n,e是回歸系數(shù)。

21、優(yōu)選的，基于單個地震臺站預測異地pgv的回歸系數(shù)，確定單個地震臺站預測異地pgv的方法包括：

22、當?shù)卣鹋_站監(jiān)測到初至3秒初至地震波后，計算pdst；

23、計算地震臺站與目標位置的距離；

24、基于地震臺站與目標位置的距離，利用監(jiān)測臺站初至3秒地震波的位移幅值pdst與目標位置即異地的峰值速度pgvobj的對數(shù)線性經驗關系和已確定回歸系數(shù)m,n,e，計算目標位置峰值速度pgvobj。

25、優(yōu)選的，基于單個地震臺站預測異地pgv，利用反距離加權方法融合多個臺站預測的異地pgv的方法包括：

26、當有大于等于2個地震臺站監(jiān)測到初至3秒地震后，每個臺站預測得到pgvi,obj，采用反距離加權方法對所有pgvi,obj進行反距離加權得到目標位置峰值速度pgvavg；

27、其中，采用反距離加權方法的計算公式為：

28、

29、式中，wi是第i個臺站權重，δi,obj是第i個臺站與目標位置的間距，n為臺站的個數(shù)；

30、

31、式中，pgvavg為多個臺站共同預測的目標位置即異地峰值速度，wi是第i個臺站權重，pgvi,obj是第i個臺站預測的目標位置的峰值速度。

32、本發(fā)明還提供了一種基于初至地震波的異地地震動峰值速度預測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)用于實現(xiàn)任意一項所述的方法，所述系統(tǒng)包括：預處理模塊、回歸系數(shù)確定模塊、單個異地pgv確定模塊、加權融合模塊；

33、所述預處理模塊，用于獲取歷史地震記錄并進行預處理；

34、所述回歸系數(shù)確定模塊，用于基于預處理后的歷史地震記錄，確定單個地震臺站預測異地pgv的回歸系數(shù)；

35、所述單個異地pgv確定模塊，用于基于單個地震臺站預測異地pgv的回歸系數(shù)，確定單個地震臺站預測異地pgv；

36、所述加權融合模塊，用于基于單個地震臺站預測異地pgv，利用反距離加權方法融合多個臺站預測的異地pgv，確定最終的異地pgv。

37、優(yōu)選的，所述預處理模塊包括：獲取單元、第一積分單元和第二積分單元；

38、所述獲取單元，用于獲取歷史地震的豎向加速度記錄；

39、所述第一積分單元，用于對豎向加速度記錄進行積分得到速度記錄，并求出地震動峰值速度pgv；

40、所述第二積分單元，用于對速度記錄積分得到位移記錄，并求出初始3s位移記錄的位移幅值pd。

41、優(yōu)選的，所述回歸系數(shù)確定模塊包括：第一記錄單元、第二記錄單元、第一計算單元、構建單元、第二計算單元；

42、所述第一記錄單元，用于對于同一地震事件的歷史地震記錄，將每條記錄的pgv依次作為pgvobj；

43、所述第二記錄單元，用于從pgvobj位置的30km范圍內，隨機選取一條記錄的pd作為初至3秒地震波的位移幅值pdst；

44、所述第一計算單元，用于計算兩條記錄所在位置的震中距即監(jiān)測臺站的震中距rst和目標位置的震中距robj；

45、所述構建單元，用于基于初至3秒地震波的位移幅值pdst與監(jiān)測臺站的震中距rst和目標位置的震中距robj，建立監(jiān)測臺站初至3秒地震波的位移幅值pdst與目標位置即異地的峰值速度pgvobj的對數(shù)線性經驗關系；

46、所述第二計算單元，用于用最小二乘法回歸得到監(jiān)測臺站初至3秒地震波的位移幅值pdst與目標位置即異地的峰值速度pgvobj的對數(shù)線性經驗關系的回歸系數(shù)；

47、其中，監(jiān)測臺站初至3秒地震波的位移幅值pdst與目標位置即異地的峰值速度pgvobj的對數(shù)線性經驗關系的表達式為：

48、

49、式中，pgvobj是目標位置的峰值速度，robj為目標位置的震中距，pdst為初至3秒地震波的位移幅值，rst為監(jiān)測臺站的震中距，m,n,e是回歸系數(shù)。

50、優(yōu)選的，所述單個異地pgv確定模塊包括：pdst計算單元、距離計算單元、峰值速度計算單元；

51、所述pdst計算單元，用于當?shù)卣鹋_站監(jiān)測到初至3秒初至地震波后，計算pdst；

52、所述距離計算單元，用于計算地震臺站與目標位置的距離；

53、所述峰值速度計算單元，用于基于地震臺站與目標位置的距離，利用監(jiān)測臺站初至3秒地震波的位移幅值pdst與目標位置即異地的峰值速度pgvobj的對數(shù)線性經驗關系和已確定回歸系數(shù)m,n,e，計算目標位置峰值速度pgvobj。

54、優(yōu)選的，基于單個地震臺站預測異地pgv，利用反距離加權方法融合多個臺站預測的異地pgv的過程包括：

55、當有大于等于2個地震臺站監(jiān)測到初至3秒地震后，每個臺站預測得到pgvi,obj，采用反距離加權方法對所有pgvi,obj進行反距離加權得到目標位置峰值速度pgvavg；

56、其中，采用反距離加權方法的計算公式為：

57、

58、式中，wi是第i個臺站權重，δi,obj是第i個臺站與目標位置的間距，n為臺站的個數(shù)；

59、

60、式中，pgvavg為多個臺站共同預測的目標位置即異地峰值速度，wi是第i個臺站權重，pgvi,obj是第i個臺站預測的目標位置的峰值速度。

61、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：

62、本發(fā)明在理論層面，實現(xiàn)了現(xiàn)地預測方法與區(qū)域預測方法的統(tǒng)一，避免了震級對預測結果的影響，并在多臺站預測中引入反距離加權方法提升預測準確度。

63、本發(fā)明在應用層面，既可以用于單個地震臺站的地震預警也可以用于多個地震臺站的地震預警，無需估算震級，大幅簡化并提升了地震預警系統(tǒng)的效率與適用性。