地球每年約發(fā)生500多萬次地震,其直接導(dǎo)致及引發(fā)的次生災(zāi)害對全世界帶來了極大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。強(qiáng)震前兆識別始終是一個(gè)全球性的技術(shù)難題。強(qiáng)震前后電離層等離子體(含離子和電子)產(chǎn)生不同程度的異常。研究空間電離擾動數(shù)據(jù)的異常檢測可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)震規(guī)律的識別,甚至可以在強(qiáng)震前夕預(yù)測震中的大致方位。諸多電離數(shù)據(jù)集中,使用最為廣泛的是涵蓋全球2004年6月至2010年12月間法國衛(wèi)星DEMETER電離數(shù)據(jù)集。從第四范式的視角分析研究全球強(qiáng)震規(guī)律,提出了衛(wèi)星半軌電離參數(shù)非對稱性α_3和穩(wěn)定性α_4的定量描述,確定了更易獲得強(qiáng)震規(guī)律的最佳分析域,并提出一種震中鄰近軌道識別方法。大部分強(qiáng)震識別研究將特定監(jiān)測點(diǎn)或監(jiān)測區(qū)域作為研究對象。然而,考慮到強(qiáng)震發(fā)生的偶然性,監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的異常數(shù)據(jù)量僅占總數(shù)據(jù)量極小的一部分。數(shù)據(jù)量間的不平衡容易造成模型訓(xùn)練時(shí)的欠擬合。論文提出了震中鄰近軌道和非震軌道的概念,以衛(wèi)星半軌作為研究對象,有效降低了數(shù)據(jù)量間的不平衡性。另外,大量統(tǒng)計(jì)分析表明,衛(wèi)星半軌電離參數(shù)的軌跡與震級強(qiáng)度和震中所在緯度有關(guān)�；谄群头宥鹊亩x,提出了衛(wèi)星半軌電離參數(shù)非對稱性α_3和穩(wěn)定性α_4的定量描述。使用t location-scale分布擬合各衛(wèi)星半軌的定量指標(biāo)3α和4α,針對8類電離參數(shù)擬合過程中出現(xiàn)的兩類異常,結(jié)合實(shí)際案例分析解釋了其產(chǎn)生的原因。根據(jù)Gutenberg-Richter定理發(fā)現(xiàn)強(qiáng)震導(dǎo)致的異常指標(biāo)位于概率密度函數(shù)的雙側(cè)尾部,使用動態(tài)時(shí)間規(guī)整(DTW)距離確定一系列閾值劃分尾部,以確定不同震級強(qiáng)震對應(yīng)3α和4α在概率密度函數(shù)中的位置。通過3組實(shí)驗(yàn)確定了強(qiáng)震下的最佳分析域(震級大小、電離參數(shù)選擇和區(qū)域劃分邊界確定)。在此最佳分析域內(nèi)的電離參數(shù)對全球強(qiáng)震具有最大的表達(dá)效果,從中較容易分析得到強(qiáng)震規(guī)律。基于實(shí)驗(yàn)得到的強(qiáng)震最佳分析域,提出了一種面向強(qiáng)震分類的震中鄰近軌道識別方法。由于震中區(qū)域的邊界部分很難被歸類為異常或普通數(shù)據(jù),草率的劃分很可能降低分類識別的準(zhǔn)確率。論文將這部分邊界數(shù)據(jù)作為非標(biāo)簽樣本,引入使用核結(jié)合的安全半監(jiān)督支持向量機(jī)(S4VMs),提高了震中鄰近軌道的識別準(zhǔn)確率。此外,利用糾錯(cuò)輸出編碼(ECOC)策略將原始多分類問題轉(zhuǎn)化為一系列二分類問題,進(jìn)一步降低了分類成本。三組實(shí)驗(yàn)表明,本方法在震中鄰近軌道的識別時(shí)可以達(dá)到接近80%的真陽率(TPR)和1.5%的假陽率(FPR)。值得一提的是,當(dāng)未標(biāo)簽半軌訓(xùn)練數(shù)量為已標(biāo)簽半軌數(shù)量的兩倍時(shí),模型可達(dá)到最高識別率,約為80%。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P315.728
【部分圖文】：

1.3.3 研究技術(shù)路線論文站在數(shù)據(jù)分析的視角，將計(jì)算機(jī)算法理論同數(shù)理統(tǒng)計(jì)相結(jié)合，針對全球強(qiáng)震和空間電離遙測數(shù)據(jù)特點(diǎn)展開探索研究。下圖1.1給出了論文的研究技術(shù)路線示意圖。圖 1.1 研究技術(shù)路線示意圖如圖1.1中虛線框所示，論文主要研究內(nèi)容根據(jù)強(qiáng)震規(guī)律研究和強(qiáng)震識別研究兩部分展開。實(shí)驗(yàn)研究使用的數(shù)據(jù)主要來源于法國DEMETER衛(wèi)星和美國地質(zhì)勘測局（United StatesGeological Survey ， USGS ）全球地震目錄[40]。其中SDA為逐步判別分析法（StepwiseDiscriminantAnalysis）縮寫。具體研究內(nèi)容將在下文第二、三、四章詳細(xì)介紹和說明，此處不再贅述。1.3.4 研究可行性分析從研究領(lǐng)域背景角度分析：僅從2010年至今（2016年11月），以地震地磁學(xué)、地震預(yù)測和DEMETER衛(wèi)星作為檢索關(guān)鍵詞的SCI文獻(xiàn)就超過150篇，其中2014年后的文獻(xiàn)就占據(jù)了65篇，可見該領(lǐng)域發(fā)展之快，關(guān)注學(xué)者之多，受到重視程度之高，具有較高的研究價(jià)值和探索意義。這些文獻(xiàn)也為本課題積累了堅(jiān)實(shí)了研究基礎(chǔ)和技術(shù)支持

GEOM_LAT 地磁緯度（geomagnetic latitude） /GEOM_LONG 地磁經(jīng)度（geomagnetic） /H_DENSITY H+密度 IAPHE_DENSITY He+密度 IAPO_DENSITY O+密度 IAPTi 離子溫度（ions temperature） IAPNe 電子密度（electron density） ISLNi 離子密度（ions density） ISLTe 電子溫度（electron temperature） ISLPLASMA_POTENTIAL 等離子體電位 ISLDEMETER 衛(wèi)星繞地公轉(zhuǎn)一周形成的完整圓形軌跡稱為一整條軌道（如軌道 NO.2001）。其中衛(wèi)星自南向北運(yùn)動的部分稱為升軌部分，即表 2.1 中 SORB=1（如 NO.2001_1，下文將以此形式表示升軌軌道），此時(shí)衛(wèi)星所處當(dāng)?shù)貢r(shí)間（Local Time，LT）的黑夜；衛(wèi)星自北向南運(yùn)動的部分稱為降軌部分，即表 2.1 中 SORB=0，此時(shí)衛(wèi)星所處當(dāng)?shù)貢r(shí)間的白天。圖 2.1 給出了一條完整軌道的示意圖。

南京航空航天大學(xué)全日制專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文2.5 半軌電離參數(shù)的非對稱性和穩(wěn)定性確定論文基本研究對象——衛(wèi)星軌道后，本節(jié)將引入兩個(gè)新的概念：半軌電離參數(shù)的非對稱性和穩(wěn)定性，用以描述不同半軌，尤其是震中鄰近軌道和非震軌道間的共性和差異。2.5.1 半軌電離參數(shù)的非對稱性定義 2.3（半軌電離參數(shù)的非對稱性）對于指定半軌，沿衛(wèi)星移動方向可以得到一系列有序的電離參數(shù)。此數(shù)列數(shù)值關(guān)于地磁南北半球的不對稱程度，稱為電離參數(shù)的非對稱性（asymmetry of ionospheric data）。為幫助理解定義 2.3，圖 2.2 結(jié)合 DEMETER 衛(wèi)星半軌 NO.20639_1 和 NO.21019_1，給出了半軌電離參數(shù)非對稱性的示意圖和其圖像描述。

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本文編號：2823567