工程安全导向的爆炸诱导地震波信号处理:基于多尺度特征的EMD终点抑制方法
Miao Sun1,2, Jing Wu1,2, Yani Lu1
1School of Civil Engineering & Research Center of Hubei Small Town Development, Hubei Engineering University, Xiaogan 432000, China.
Sensors (Basel, Switzerland)
|July 12, 2025
概括
这项研究引入了一种新的算法,用于在经验模式分解 (EMD) 中抑制终点效应,用于爆炸地震波. 改进的方法增强了时间频率分析,使得对爆炸现场附近的结构进行更准确的危险评估.
科学领域:
- 地质物理学 地质物理学
- 信号处理 信号处理
- 地震学 地震学
背景情况:
- 爆炸引起的地震波是复杂的非线性和非静止信号.
- 经验模式分解 (EMD) 与希尔伯特变换相结合用于地震波的时间频率分析.
- 地震波的EMD处理受到终点效应的影响,导致内在模式函数 (IMF) 的分歧和不准确的时间频率结果.
研究的目的:
- 为爆炸诱导的地震波提出一个改进的EMD终点效应抑制算法.
- 为了提高对地震信号的时间频率分析的准确性.
- 改善爆炸影响地区结构的安全评估.
主要方法:
- 开发了一个EMD终点效应抑制算法,考虑了本地终点趋势,全球时间分布,能量和波形匹配.
- 算法识别和替换终点信号片段,使用来自细分信号部分的匹配标准.
- 使用模拟信号验证了该方法,并将其与镜像扩展,多项式拟合和极端值扩展进行了比较.
主要成果:
- 拟议的算法有效地抑制了EMD终点效应,减少了IMF的分歧.
- 对比研究显示,在减少误差标准偏差和改善相关系数方面,性能优越.
- 该方法应用于实际爆炸的地震信号,改进了时间频率特征提取.
结论:
- 改进的EMD算法为地震波分析提供了具有物理意义的IMF组件.
- 对地震波的精确时间频率分析对于结构安全评估至关重要.
- 这种方法对评估地震活跃爆破区的风险具有重大实际意义.
