3.11地震基于主成分分析法的震中方位角估算

1、基于主成分分析法的震中方位角估算分析基于主成分分析法的震中方位角估算分析馬亮盧建旗李山有馬強(qiáng)(中國地震局工程力學(xué)研究所，中國地震局強(qiáng)震動(dòng)觀測研究室，哈爾濱150080)摘要：地震定位的實(shí)現(xiàn)可以有多種方法，主要分為單臺(tái)定位法、雙臺(tái)定位法、三臺(tái)定位法和臺(tái)網(wǎng)定位。單臺(tái)定位法用于快速定位，優(yōu)點(diǎn)是快速及時(shí)，能實(shí)現(xiàn)地震預(yù)警；缺點(diǎn)是精度小誤差較大。本文使用主成分分析法對日本311地震多個(gè)臺(tái)站測得的數(shù)據(jù)計(jì)算得出的方位角與實(shí)際方位角做比較誤差分析，希望對

2、實(shí)現(xiàn)快速定位有所裨益。關(guān)鍵詞:地震預(yù)警，震中方位角，主成分分析法，地震定位中圖分類號(hào)：中圖分類號(hào)：P315.61文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào):引言:1988年日本鐵路技術(shù)研究所學(xué)者Nakamura在第九屆世界地震工程大會(huì)上提出了UrEDAS單臺(tái)地震預(yù)警系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)最初是為了讓新干線列車遭遇地震時(shí)緊急制動(dòng)不至于出軌。其中包含了地震的震中方位角確定方法，其原理是使用單個(gè)臺(tái)站接收的最先到達(dá)的P波“EW分量到NS分量的振幅比值”

3、導(dǎo)出的估計(jì)方位角。這個(gè)方法認(rèn)為，在震源釋放的能量的驅(qū)使下，地面上的質(zhì)點(diǎn)M累積的運(yùn)動(dòng)軌跡和從震源→質(zhì)點(diǎn)M的向量所在線段概率性重合，而且質(zhì)點(diǎn)的累積位移向量與震源→質(zhì)點(diǎn)向量一致，其的缺陷是它們的方向有可能相反，而且累計(jì)計(jì)算法得到的震中方位角離散型較大。1992年，吳兆熊、劉希強(qiáng)等的論文里提出了與“基于協(xié)方差矩陣的主成分分析法估算震中方位角”的方法有關(guān)的數(shù)學(xué)依據(jù)，但并未計(jì)算。2006年，劉建華、劉福田、婿頤在其論文里提出了“三分量地震記錄的偏振

4、分析”，其中的方法可以用于震中方位角估算。2008年，工程力學(xué)研究所學(xué)者馬強(qiáng)在其博士論文里使用以上方法進(jìn)行了大量的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，顯示了偏振分析法的良好價(jià)值。0507年，李偉，李峰，唐子波等人的主持下完成了《兗州礦區(qū)數(shù)字遙測礦震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)及技術(shù)研究》的報(bào)告，其中應(yīng)用了協(xié)方差主成分分析法。其主要目的是減輕地震造成的礦難引起的人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)損失，并做了編程。2010年，山東省地震局學(xué)者周彥文、劉希強(qiáng)等再次在論文《基于單臺(tái)P波記錄的快速地震定位方法

5、研究》中明確了協(xié)方差矩陣主成分分析法，具有很好的價(jià)值。學(xué)者發(fā)布的論文為震中方位角的估算提供了價(jià)值可觀的論文與資料，在此基礎(chǔ)上，本文對基于強(qiáng)震加速度三分量相關(guān)系數(shù)矩陣的主成分分析法做以下分析。相關(guān)系數(shù)矩陣的主成分分析：當(dāng)e110和e130，e120和e130時(shí)，方位角azi=πarctan(|e13||e12|)當(dāng)e110，e120時(shí)，方位角azi=2πarctan(|e13||e12|)當(dāng)e110，e120，e120和e130時(shí)，方位角

6、azi=πarctan(|e13||e12|)震中方位角是經(jīng)過臺(tái)站的本初子午線與臺(tái)站到震中連線之間的夾角，規(guī)定順時(shí)針方向?yàn)檎?。算例：本文使?011年日本東北青森、巖手、宮城、福島等縣的臺(tái)站記錄的3.11地震及其余震的加速度數(shù)據(jù)。由于主震和余震皆位于海岸線以東，所以實(shí)際方位角az＜180。圖1.本文使用數(shù)據(jù)對應(yīng)的K強(qiáng)震臺(tái)站和震中在地圖中的位置K臺(tái)站使用的強(qiáng)震儀頻率為100Hz，在1s時(shí)窗內(nèi)有100個(gè)采樣點(diǎn)。程序采用的窗口長度是震中方位角