基于多源地震动时空一致性判别的报警方法及系统

本发明涉及地震监测与灾害预警领域，尤其涉及基于多源地震动时空一致性判别的报警方法及系统。

背景技术：

1、地震动监测网络通常由分布于不同位置的振动监测节点构成，各节点持续采集振动信号并根据振幅、能量或频带特征触发事件检测。现有报警方式中，部分方案仍以单一节点的振动幅值或预设阈值作为主要判断依据，车辆通行、机械施工、爆破和设备碰撞等局部振动因具有突发能量而可能触发报警，难以仅依靠单节点幅值与真实地震传播事件区分。

2、另一方面，不同监测节点可能存在采样时钟偏差、同步记录老化、通信丢帧、数据缺失和安装传递特性差异，使同一地震波在各节点上的到达时刻、波形形态和频带能量难以直接比较。若将离线节点、数据缺失节点或自检异常节点一概作为未检测到事件的反证，还可能错误否定真实事件；若少量节点对融合结果产生支配作用，又可能形成不稳定报警。

3、因此，需要一种能够解决上述现有技术不足的基于多源地震动时空一致性判别的报警方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出基于多源地震动时空一致性判别的报警方法及系统，针对现有技术依赖单节点阈值、不同节点的时间和安装条件难以直接比较、节点缺失状态被误作反证以及单节点可能支配融合结果的问题，提出基于校正到时区间、理论与观测传播时差区间相交门控、传播一致性证据图、候选震源可行域、期望节点四态证据以及逐节点剔除稳定性检验的技术方案，使局部高能振动与具有空间传播连续性的事件在统一时空约束下得到区分，并在部分节点离线、丢包或异常时形成可解释的三态报警结果。

2、本发明提供了基于多源地震动时空一致性判别的报警方法，包括：

3、s1、获取多个地震动监测节点的振动序列、节点坐标及采样时标，对所述振动序列进行节点间可比化处理，提取候选初至和振动特征，根据节点的时间同步信息及时钟漂移信息确定残余钟差区间，并将候选初至的拾取不确定区间与所述残余钟差区间合成节点校正到时区间；

4、s2、针对节点对和候选震源位置，根据节点坐标和传播速度范围确定理论传播时差区间，根据节点对的节点校正到时区间确定观测时差区间，并在所述理论传播时差区间与所述观测时差区间相交时，基于相交范围内的振动特征生成关联有兼容候选震源位置约束的传播证据边；

5、s3、根据各地震动监测节点和所述传播证据边构建传播一致性证据图，从所述传播一致性证据图中确定由同一候选震源可行域解释且覆盖多个空间邻域的连通一致子图，并根据不能并入所述连通一致子图的传播证据边确定局部干扰簇；

6、s4、根据所述连通一致子图的空间覆盖、所述候选震源可行域及传播证据边的一致性确定事件可信度，并依据所述事件可信度和所述局部干扰簇输出地震报警、局部干扰或证据不足结果。

7、可选的，s1包括：获取各地震动监测节点的同步记录、同步龄期、时钟漂移上界、丢帧记录和安装参数；

8、根据最近一次同步记录的同步偏差、同步龄期与所述时钟漂移上界的乘积以及丢帧对应的时标缺口确定所述残余钟差区间；

9、根据无事件时段的噪声功率谱确定频带划分和归一化基准，根据安装参数对应的安装传递基线对振动序列进行响应校正，在各频带内提取包络突变位置作为候选初至，根据候选初至邻域内的信噪比分布确定拾取不确定区间，并提取以候选初至为基准的归一化波形片段、频带能量序列和包络演化序列作为所述振动特征。

10、可选的，s2包括：对预设监测区域进行离散化得到候选震源位置集合；

11、针对所述候选震源位置集合中的每一候选震源位置，根据该候选震源位置至节点对中两个节点的路径长度、区域传播速度的下界和上界以及各节点的场地走时修正量确定所述理论传播时差区间；

12、将节点对中两个节点的节点校正到时区间作区间减法，得到所述观测时差区间；

13、当两个时差区间相交时，将使两个时差区间相交的候选震源位置约束与对应传播证据边关联，并仅在相交范围对应的时移内计算归一化波形相关系数、频带能量比一致度和包络演化一致度，根据三者与各自判别阈值的比较结果确定边权值和冲突标记，根据观测到达次序确定传播方向；

14、当两个时差区间不相交时，不在对应节点对之间生成兼容的传播证据边。

15、可选的，s3包括：将地震动监测节点作为顶点，将传播证据边作为有向边；

16、根据传播证据边关联的兼容候选震源位置约束求交得到子图的候选震源可行域，并以候选震源可行域非空、节点到达次序与有向边方向一致且具有冲突标记的传播证据边的权值总量不超过冲突门限作为子图扩展条件；

17、按照节点所属空间邻域数量和节点间几何分散度筛选所述连通一致子图；

18、将具有振动能量但不满足所述子图扩展条件且覆盖的空间邻域数量少于空间覆盖门限的传播证据边集合确定为所述局部干扰簇。

19、可选的，s4包括：根据连通一致子图的空间覆盖率、节点几何分散度、候选震源可行域体积、观测时差区间与理论传播时差区间的区间残差、归一化波形相关系数、频带能量比一致度和包络演化一致度的加权组合确定基础事件可信度；

20、当所述基础事件可信度达到可信度报警门限时输出地震报警；

21、当所述基础事件可信度未达到可信度报警门限，且所述局部干扰簇存在并且其传播证据边的权值总量达到干扰判别门限时，输出局部干扰；

22、其余情形输出证据不足结果；

23、进一步的，根据候选震源可行域中的候选震源位置、由参与节点频带能量确定的事件能量尺度、区域衰减包络、各节点的场地响应基线和噪声底，确定各节点的预计信号幅值和预计到时区间，将预计信号幅值达到对应节点可检出门限的节点纳入期望节点集合；

24、获取期望节点的通信状态、自检状态和数据完整率，将离线或自检异常的期望节点确定为不可用证据节点，将其余期望节点中数据完整率未达到完整率门限的节点确定为未知证据节点，并将其余期望节点中形成兼容传播证据边的节点确定为正证据节点、未形成兼容传播证据边的节点确定为负证据节点；

25、利用负证据节点的预计到时区间和可检出门限排除与其无响应相矛盾的候选震源位置，根据更新后的候选震源可行域和各类证据节点对所述基础事件可信度进行更新，得到更新事件可信度，并将所述更新事件可信度作为步骤s4进行结果判别的事件可信度；

26、将正证据节点和负证据节点的数量之和与期望节点总数之比确定为可用节点覆盖率，未知证据节点和不可用证据节点不作为负证据节点，且不计入所述可用节点覆盖率的分子；

27、进一步的，对候选震源可行域中的每一候选震源位置分别生成所述期望节点集合，并根据各负证据节点对该候选震源位置的预计信号幅值超过可检出门限的幅度、预计到时区间内的数据完整率以及对应节点的噪声底确定负证据权值；

28、删除负证据权值达到排除门限的候选震源位置，对其余候选震源位置按照负证据权值进行可信度折减，并在候选震源可行域为空时将事件结果更新为证据不足；

29、进一步的，在输出地震报警前，依次临时剔除连通一致子图中的参与节点，针对每次剔除重新确定兼容传播证据边和各类证据节点，并重建连通一致子图和候选震源可行域，根据重建结果对所述更新事件可信度进行重算，得到重建事件可信度；

30、将各次重建事件可信度按升序排列得到可信度序列，将各次重建前后候选震源可行域的体积变化率按降序排列得到变化率序列，根据所述可信度序列的排序首项和所述变化率序列的排序首项确定最不利稳定性指标，根据单个参与节点剔除前后的传播证据边权值总量变化率、更新事件可信度变化量和候选震源可行域体积变化率确定节点支配指标；

31、进一步的，当所述更新事件可信度达到可信度报警门限、所述最不利稳定性指标对应的可信度序列排序首项达到稳定性报警门限且变化率序列排序首项不超过变化门限、并且所述节点支配指标小于支配门限时输出地震报警；

32、否则禁止输出地震报警，并根据局部干扰簇是否存在以及所述可用节点覆盖率输出局部干扰或证据不足结果；

33、将节点支配指标达到支配门限的参与节点确定为支配节点，将具有冲突标记的传播证据边的端点节点确定为冲突节点，随输出结果输出候选震源区域、传播方向、参与节点、冲突节点、支配节点以及导致降级的重建结果。

34、另一方面，本发明还提供基于多源地震动时空一致性判别的报警系统，包括：

35、多节点校正与特征生成模块，用于获取多个地震动监测节点的数据，进行节点间可比化处理并生成节点校正到时区间和振动特征；传播证据生成模块，用于确定理论传播时差区间和观测时差区间，并生成关联有兼容候选震源位置约束的传播证据边；一致性图分析模块，用于构建传播一致性证据图，确定连通一致子图、候选震源可行域和局部干扰簇；基础可信度与报警模块，用于确定基础事件可信度，并输出地震报警、局部干扰或证据不足结果；状态可信度融合模块，用于生成期望节点集合，划分各类证据节点，并利用负证据节点约束候选震源可行域和更新基础事件可信度；稳定性校验模块，用于逐一临时剔除参与节点，重建连通一致子图、候选震源可行域和事件可信度，确定最不利稳定性指标和节点支配指标，并据此限制报警输出。

36、本发明的有益效果是：

37、1、通过将候选初至的拾取不确定区间与残余钟差区间合成为节点校正到时区间，并仅在理论传播时差区间与观测时差区间相交时计算传播证据，能够在存在时钟漂移和通信缺口的情况下保持多节点到时比较的可判定性。

38、2、通过构建关联候选震源位置约束的传播一致性证据图，并提取由同一候选震源可行域解释且跨越多个空间邻域的连通一致子图，能够将不能形成连续空间传播关系的局部高能边集识别为局部干扰簇。

39、3、通过将期望节点划分为正、负、未知和不可用证据节点，并仅利用满足在线、自检和数据完整条件的负证据约束候选震源可行域，结合逐节点临时剔除得到的最不利稳定性指标和节点支配指标，能够减少数据缺失或节点异常造成的误否定并抑制单节点支配误报。