模拟地震监测波形记录矢量化关键算法研究与系统开发

Analog seismic records are very important information for earthquake monitoring and prediction. Analog seismic recording technology had been used more than thirty years in china when the destructive earthquakes is very active in the mainland of china, and that has always been the important history of earthquake monitoring and prediction. As is known, devastating earthquake does not often occur, but whose analog seismic records is not convenient to store and read, and cannot still been processed such as seismic data mining and extraction easily and quickly by computer without further vectorizing. By vectorizing analog seismograms precisely and speedily, which is conducive to save historical analog seismograms and helps analyze geophysical background and mining earthquake precursor information, and all of these has important actual significance and deep historical significance for the development of seismological science and technology. Our work mainly includes: researches on key algorithms in analogue seismograms vectorization, designs storage and distribution scheme for analog seismogram based on big data platform, develops a set of automatic vectorization with high precision and storage and distribution software system for analog seismograms.

模拟地震监测波形记录是研究和预报地震的基础数据，我国三十多年的模拟地震监测波形记录涵盖了大陆地区破坏性地震极其活跃的时期，是地震监测预报的一段重要历史。因为破坏性地震并不是经常发生，对于纸介的模拟地震监测波形记录，保存、利用十分困难，更无法利用现代计算机技术和数据挖掘方法对其进行深入有效的信息挖掘。精准矢量化模拟地震监测波形记录有助于完整、真实保存已有的模拟地震监测数据；有利于开展地球物理背景场分析研究，充分挖掘地震前兆信息；为地球科学研究提供可靠、完整的基础数据，对推进地震科技发展具有重要的现实意义和深远的历史意义。本项工作的主要内容包括：研究模拟地震监测波形记录矢量化的关键算法；基于大数据平台设计模拟地震监测波形记录的存储、分发方案；开发一套高精度的模拟地震监测波形记录自动矢量化与存储、分发软件系统。

人类历史上发生过多次破坏性地震，给人类的生命、生产、生活造成了巨大损失，同时这些地震信息也是人类认识、研究、预测、预报地震的宝贵历史资料。.模拟地震监测的过程持续了70多年，涵盖了我国大陆地区破坏性地震极其活跃的一段重要时期，是地震监测、预报的一段重要历史，其形成的模拟地震记录是地球物理背景场分析、研究和预报地震的基础性资料；基于这些历史地震资料，研发相应的数字图像矢量化及数据挖掘算法，深入开展有震数据的提取与分析，对地震监测、研究、预报具有重要的科学和实用价值。.采用单一的数字图像处理算法来矢量化模拟地震记录存在一定的局限性和片面性，需要基于大数据技术，整合多种数字图像处理及数据挖掘算法，研发一整套带有分布式特点、抗噪性和鲁棒性较强的矢量化算法和软件。纸质地震记录栅格后含有大量的噪声，结合多种数字图像处理算法能够有效去掉这些背景噪声，提取出有用的波形；采用人工智能算法能够快速、有效定位有震波形；基于大数据平台设计矢量化软件，单位时间内图纸吞吐量更大，处理速度更快。本文以1991年承德地震台产生的500余张模拟地震记录图纸为例，在充分研究国内外各种图纸矢量化技术的基础上，提出了基于视景场分析的有震波形提取算法；基于改进的K-Means算法设计了有震波形智能反演模型；设计了一整套模拟地震记录矢量化技术方案，并使用C#语言编写了相关的软件。.具体研究成果如下：.1、系统分析了国内外各种模拟地震记录矢量化与地震目录数据挖掘方法，比较了各种算法的优缺点，探讨了该研究领域的发展趋势。使用高精度工业扫描仪逐张扫描模拟地震记录图纸，对获得的栅格化图像采用人工、自动相结合的方式进行初步整理、分类、标注。.2、设计了包含文件格式转化、灰度化、二值化、人工擦除等可选算法的预处理模型，实现了栅格文件格式的统一（PNG格式）和初步去噪；设计了一套基于直线权值算法的平滑波形跟踪算法，用于平滑波形剔除，实现了深度去噪；第一次提出了基视景场分析的地震波形跟踪算法，实现地震记录复杂波的矢量化，准确性和鲁棒性大为提高。.3、基于线性数学设计了波形记录拼接模型，实现了波形曲线和时间的拼接；同时基于改进的线性拟合算法和K-Means算法设计了地震波形反演模型，实现了有震波形的自动定量提取和展示。.4、基于Mongo数据库搭建了模拟地震记录及其矢量化数据的存储、分发算法模型和软件平台。