地震预测的电磁探测仿真与分析

詹艳艳1李宏达21.沈阳理工大学信息科学与工程学院　2.沈阳理工大学　装备工程学院



地震预测的电磁探测仿真与分析

詹艳艳1李宏达2
1.沈阳理工大学信息科学与工程学院2.沈阳理工大学装备工程学院

摘要：地震是自然灾害之一，对人类产生了严重的危害。各国都在致力于研究如何对地震进行有效预测，将其所带来的损失降到最小。本课题的研究工作是结合国内外地震预测的电磁探测研究现状，根据电磁层的变化规律，利用数据处理软件Matlab模拟电磁异常数据，并将数据可视化，转变成二维和三维的图像，再对图像实现小波去噪后，找到电磁异常的规律，以便得到电磁异常与地震发生的关系，形成对地震预测有所帮助的实验结果。

关键字：地震预测 电离层 电磁卫星 数据处理

1　引言

世界上最早关于地震前空间电磁异常现象观测的报道在20世纪80年代，很多研究表明强地震前存在着地震电磁异常的现象，因此把对电磁监测作为地震预测的一种有效方式。通过电磁监测试验卫星获得空间电离层数据，由于空间电离层本身就有一定的特征和规律性，所以电磁监测卫星不仅要具有对电离层特性、规律的研究和探索的能力，还要提取地震前空间异常现象和总结异常规律的作用。本文模拟电磁卫星数据，利用Matlab软件，提取地震前空间异常信息，滤掉非震干扰数据，找出异常信息与地震孕育发生的相关性和可靠性。

2　基于Matlab电磁数据的仿真

在仿真过程中，我们采用Matlab中原本就存在的函数peaks来代替电磁探测数据所构成的函数，通过数据可视化算法contourf来产生二维电磁参量变化的图形。

首先，以坐标原点（0，0）为中心，然后向四个方向发展，分别取经度和纬度为相同的度数。假设在同一个地区，同一地理位置，在一百分钟内，每隔十分钟取一次电子浓度变化的静态图，观察这一百分钟内电子浓度的变化，寻找其变化规律。

分析可知：

1）地理位置不同，电子浓度不同，而且变化无规律可寻的；

2）图中颜色不同代表电子浓度的大小不同，其中红色最深处代表电子浓度最大，蓝色最深处代表电子浓度最小。

3）地理位置相近的地方一般电子浓度的分布特征相同。在静态图中我们可以得到电子浓度最高的区域，这片区域就是最有可能会发生地震的区域。

由于现实中输入量是随时间时刻变化的，为了可以更加真实的模拟实际情况，用三维图像来显示电子浓度随外界条件的变化时所表现出来的变化。三维图像比二维图像更形象地说明了电子浓度随着经度、纬度变化所产生的变化。通过view算法可以改变观察角度。

3　仿真图形的去噪处理

对地震的预测需要得到仅仅由地震引起的电离层变化的图像，因此需要与电离层的一般特性进行对比，找到地震预测与电离层变化之间的关系。由于噪声的存在会对分析结果产生偏差，本文利用小波变换对图像进行去噪分析。 利用小波变换进行图像去噪的过程就是实现小波分解和小波重构的过程。具体做法是：首先对需要去除噪声的信号进行一次分解，可以得到两个部分，分别是低频部分（即图像的轮廓）和高频部分（即图像的细节）。通常图像中的噪声都属于高频部分。因此只需要保留低频成份实现小波重构就可以去除噪声。

由于加入了噪声，灰度图已经变得模糊，可以认为此图既是受到干扰源干扰的某时刻电子浓度图。

综上所述，小波变换可以很好地实现图像去噪， 利用小波分解和小波重构来去除高频噪声。但是这样也有弊端，多次分解可以更好地实现去噪，同时会丢失很多图片细节部分，所以，在进行小波分解去噪时，应该合理地考虑分解次数，既能保证去噪效果达到，又能尽可能地保留图片的细节部分。

4　结论

本文主要讨论的是地震发生前的电磁前兆，并且使用数据处理软件Matlab处理电磁参量中电子浓度的数据，使其变化的数据可视化转换成二维和三维的图像，然后从图像中找到地震发生前的电磁变化的规律，最后达到可以预测地震的目的。由于缺乏地震的电离层前兆真实的数据，所以采用模拟的方法来仿真地震前的电子浓度的变化情况，在二维图像处理中将电子浓度变化超出了正常范围的数据提取出来，同时显示电子浓度变化超出了正常范围的坐标，可以快速简单的找到可能地震的可疑地区。并且模拟了地震的电离层前兆中的噪声干扰，以及使用小波变换来去除图像中的噪声。在降噪处理中由于高频分量的丢失使得图像细节变 得模糊，还需要改进。

参考文献

［1］张轶鹏.地震电磁疑似异常特征提取与地震相关性分析［D］.哈尔滨工业大学工学硕士.2010

［2］丁鉴海，申旭辉.地震电磁前兆研究进展［J］.电波科学学报.2006，21（5）

［3］张瑞红，林大超，乔兰.最优小波包变换在地震信号去噪中的应用［J］.地震研究.2011.34（3）

［4］吴良峰，叶宇煌，陈盈.基于小波变换的地震信号去噪方法研究［J］.宁德师专学报（自然科学版）. 2009.21（4）

［5］吴良峰，叶宇煌，陈盈.基于小波变换的地震信号去噪方法研究［J］.宁德师专学报（自然科学版）. 2009.21（4）