一种用于高速铁路地震预警中列车振动噪声识别方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于高速铁路地震预警中列车振动噪声识别方法，利用位移源谱求出的零频平台幅值，即：检测到信号后三秒的波形数据求出相对应的零频平台幅值，利用该值的大小判断该波形属于地震波还是列车振动波。本发明利用位移源谱求出的零频平台幅值适用于地震预警系统，可避免地震波信号的误报和漏报，具有准确性、快速性及实时性。本发明方法具有实时性及准确性，检测到信号后三秒即能判断出该振动类型，能有效应用于地震预警系统。
【专利说明】
一种用于高速铁路地震预警中列车振动噪声识别方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种新型的用于高速铁路地震预警中列车振动噪声识别方法，计算实 时零频平台幅值的谱反演方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，世界各地大地震日益频繁，甚至会引发海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾 害。在我国，历史上也发生过很多破坏性很大的地震，以08年的四川大地震为甚，由此可见， 地震灾害对人们生命财产安全造成了极大的威胁。
[0003] 地震预警系统，是指在地震发生后，利用地震波传播速度小于电波传播速度的特 点，提前对地震波尚未到达的地方进行预警。如果能够利用地震测站获取的地震信息，对地 震震源距进行快速评估进而确定震中，就可以在地震波到达之前发出预警。
[0004] 要进行地震预警，需要利用振动信号，而一般地将非地震事件所造成的振动信号 统称为"噪声"，在高速铁路地震预警监测地震的过程中，列车振动噪声是频繁发生的，带来 的干扰是相对较大的，容易将其信号误报为地震信号。因此，针对高速铁路，排除列车振动 噪声带来的干扰，提高速铁路地震预警系统的可靠性和准确性，是很有必要的。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于可以快速且更为精确地 判断振动类型，应用于地震预警系统的方法。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种用于高速铁路地震预警中 列车振动噪声识别方法，利用位移源谱求出的零频平台幅值，即：检测到信号后三秒的波形 数据求出相对应的零频平台幅值，利用该值的大小判断该波形属于地震波还是列车振动 波，当某振动在A点发生后，附近的B测站的操作包括以下步骤：
[0007] 步骤1:当振动在A点发生后，附近的B测站将连续接收到地震动信号，该信号为加 速度信号；
[0008] 步骤2:捡拾到步骤1所得P波地震动信号后3秒，对该3秒内数据进行分析，经过滤 波和去零漂处理后作出时间-加速度曲线；
[0009] 步骤3:对时间-加速度曲线进行两次积分处理得出该信号的时间-位移曲线；
[0010] 步骤4:对时间-位移曲线进行快速傅里叶变换得出在频域下的频率-位移幅值(f-Q )曲线；
[0011 ]步骤5:拟合频率-位移幅值(f- Q )曲线，并求出零频平台幅值参数Q 〇;
[0012] 步骤6:采用特征判据判断该振动属于地震动还是列车振动，若判断为地震波则马 上向相关机构发出地震预警信号。
[0013] 进一步地，步骤4快速傅里叶变换所得频域下的频率-位移幅值(f-Q)曲线，该曲 线在对数坐标系下有如下关系： 「00141
[0015]式中，〇为地震谱零频时的振幅;f。为拐角频率;1!和Y均为衰减常数;Q为独立频 率因子;t为地震波传播时间。
[0016]进一步地，步骤6所述特征判据为：
[0017]
[0018] 式中Q Q为地震谱零频时的振幅(微米）；以此判断该振动波属于地震波还是列车 振动。
[0019] 本发明的有益效果在于：
[0020] 本发明利用位移源谱从而求出的零频平台幅值没有范围限制和震级规模大小限 制，适用于不同震源距的振动事件判断，而且在位移源谱方程（1)式中，具有明确的物理意 义，有效地揭示了零频平台幅值与振动事件的关系。而且其误判率较小，具有更高的判断精 确度，能有效应用于地震预警系统。
【附图说明】
[0021 ]图1是本发明具体实施方法的操作流程示意图；
[0022]图2是地震预警系统示意图；
[0023] 图3是高速铁路地震预警中噪声分类；
[0024] 图4是滤波及去零漂后检测到P波信号后的地震加速度数据。
[0025] 图5是加速度经过两次积分得出的地震位移数据。
[0026] 图6是频率-位移幅值(f-Q )曲线；
[0027] 图7是研究列车振动和地震动振动波求得的零频平台幅值参数列表。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本发明作进一步具体描述。
[0029] 本发明是一种新型的用于高速铁路地震预警中快速列车振动噪声识别方法的位 移谱反演方法，具体操作流程如图1所示。
[0030] 实施例1: 一种新型的用于高速铁路地震预警中快速列车振动噪声识别方法，以 2011年东日本大地震为例，包括以下步骤：
[0031 ]步骤1:当地震在A点发生后，附近的B测站将连续接收到地震动信号，该信号为加 速度信号。
[0032] 步骤2:在B测站，捡拾到P波地震动信号后3秒，对该3秒内数据进行分析，经过滤波 和去零漂处理后作出时间-加速度曲线，如图4。
[0033] 步骤3:对时间-加速度曲线进行两次积分处理即可得出该信号的时间-位移曲线， 如图5。
[0034] 步骤4:对时间-位移曲线进行快速傅里叶变换得出在频域下的频率-位移幅值(f-Q )曲线，如图6。
[0035] 步骤5:频率-位移曲线在双对数坐标系下有公式（1)的关系，利用公式（1)，在该曲 线中，拐角频率fc前的低频部分近乎为一直线平台，延长并与y轴相交可求出对应零频平台 幅值，如图6为5个不同测站的频率-位移幅值(f-Q)曲线，即位移源谱。
[0036] 步骤6:利用公式(2)进一步判断该振动事件类型，如图7。
[0037]本发明的有益效果在于：
[0038]本发明利用位移源谱从而求出的零频平台幅值没有范围限制和震级规模大小限 制，适用于不同震源距的振动事件判断，而且在位移源谱方程（1)式中，具有明确的物理意 义，有效地揭示了零频平台幅值与振动事件的关系。而且其误判率较小，具有更高的判断精 确度，能有效应用于地震预警系统。
【主权项】
1. 一种用于高速铁路地震预警中列车振动噪声识别方法，利用位移源谱求出的零频平 台幅值，即：检测到信号后三秒的波形数据求出相对应的零频平台幅值，利用该值的大小判 断该波形属于地震波还是列车振动波，当某振动在A点发生后，附近的B测站的操作包括以 下步骤： 步骤1:当振动在A点发生后，附近的B测站将连续接收到地震动信号，该信号为加速度 信号； 步骤2:捡拾到步骤1所得P波地震动信号后3秒，对该3秒内数据进行分析，经过滤波和 去零漂处理后作出时间-加速度曲线； 步骤3:对时间-加速度曲线进行两次积分处理得出该信号的时间-位移曲线； 步骤4:对时间-位移曲线进行快速傅里叶变换得出在频域下的频率-位移幅值(f-Q) 曲线； 步骤5:拟合频率-位移幅值(f- Q )曲线，并求出零频平台幅值参数Q 〇; 步骤6:采用特征判据判断该振动属于地震动还是列车振动，若判断为地震波则马上向 相关机构发出地震预警信号。2. 根据权利要求1所述的用于高速铁路地震预警中列车振动噪声识别方法，其特征在 于，步骤4快速傅里叶变换所得频域下的频率-位移幅值(f-Q)曲线，该曲线在对数坐标系 下有如下关系：式中，Q 〇为地震谱零频时的振幅;f。为拐角频率;n和y均为衰减常数;Q为独立频率因 子;t为地震波传播时间。3. 根据权利要求1所述的用于高速铁路地震预警中列车振动噪声识别方法，其特征在 于，步骤6所述特征判据为： ^Q0 <!0///?--列车振动 d Q0 > 10pm 地震动波 式中Q 0为地震谱零频时的振幅(微米）；以此判断该振动波属于地震波还是列车振动。
【文档编号】G01H1/14GK106052837SQ201610353130
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】张建经, 李鸿杰
【申请人】西南交通大学