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研究成果

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基于UNet++的地震P波拾取方法及其在中国地震科学实验场的应用

2023-04-22

准确的检测P波到时在地震监测和地震预警等实时数据处理中有重要应用。中国地震科学实验场所在的川滇地区,强震和微小地震频发,地震灾害严重。2021年以来,中国地震局开始在川滇地区建设中国地震科学实验场,覆盖面积78万平方公里,计划新建宽频带地震台站700多个,短周期地震台站300多个。届时,实验场区内的地震台站将达到近5000个。由此可见,无论是地震预警,还是实验场区域大量地震台站的数据实时处理,都迫切需要发展新的自动处理算法。

中国地震局地球物理研究所房立华研究员团队使用川滇地区2013-2019年的49万条事件波形数据和7.8万条噪声数据,选用UNet++作为主干网络,根据地震波形特点对网络结构进行改进(图1),训练得到了地震检测模型CSESnet。该模型的召回率、准确率和F1值分别为94.6%, 85.4%和89.7%。使用首都圈地区的地震测试表明,CSESnet具有较好的泛化性(图2)。对四川泸县M6.0级地震的测试结果表明,CSESnet也可以较好的处理加速度计观测数据。CSESnet显示了较高的召回率和泛化性,在检测小地震和中强地震,以及处理加速度计和简易烈度计的观测数据方面,也具有较好的泛化能力(图3)。CSESnet为提升实验场区域的地震检测能力,降低地震预警误触发提供了新的检测模型。

 

D:\source\PYTHON\Eew\nn\test\test_model_unet_pp3.png

图1 CSESnet地震检测网络结构

 

图2 CSESnet与PhaseNet在首都圈的预测结果对比

 

C:\Users\china\Desktop\luxian6_eqs_pick_EI.png

图3 CSESnet模型检测简易加速度计(MEMS)波形

 

研究成果详见:Li B, Fan L, Jiang C, Liao S and Fang L (2023), CSESnet: A deep learning Pwave detection model based on UNet++ designed for China Seismic Experimental Site. Front. Earth Sci. 10, doi: 10.3389/feart.2022.1032839(链接:https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/feart.2022.1032839/full)。

 

【作者简介】

第一作者:李珀任,助理研究员,主要从事基于人工智能的地震学方法研究工作。

Email:borenli@cea-igp.ac.cn;

通讯作者:房立华,研究员,主要从事人工智能地震学、地震精确定位和深部结构成像研究工作。

Email:flh@cea-igp.ac.cn

地址:北京市海淀区民族大学南路5号 邮编:100081 邮箱地址:esdc@cea-igp.ac.cn 联系电话:010-68729440
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