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科研工作
HybridNet：地震預(yù)警現(xiàn)地PGV預(yù)測(cè)的混合深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)
發(fā)布時(shí)間： 2022-12-26 點(diǎn)擊數(shù)量：4753研究背景：P波初期信息直接預(yù)測(cè)臺(tái)站端的峰值，隨著地震監(jiān)測(cè)預(yù)警臺(tái)網(wǎng)建設(shè)的越來(lái)越密集，所有現(xiàn)地臺(tái)站峰值預(yù)測(cè)即可以近似為地震動(dòng)場(chǎng)，同時(shí)，地震的潛在破壞預(yù)測(cè)也依賴于準(zhǔn)確的現(xiàn)地Kanamori（
傳統(tǒng)的現(xiàn)地P波初期中提取的單個(gè)參數(shù)（如：峰值位移IV2）建立CNN、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)SVM）建立地震動(dòng)峰值預(yù)測(cè)模型。然而，使用單個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)模型提取的特征在一定程度上存在單一性和有限性。PGV快速預(yù)測(cè)，同時(shí)也探索了基于現(xiàn)地
研究方法及結(jié)果： 1）我們提出了一個(gè)由RNN特征提取塊組成的混合深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)（PGV。模型采用單個(gè)臺(tái)站的多個(gè)物理特征時(shí)間序列、地震原始波形和場(chǎng)地特征PGV相關(guān)的信息。本研究利用日本2007-2019年記錄到的地震動(dòng)記錄建立訓(xùn)練集和測(cè)試集對(duì)1展示了HybridNet模型預(yù)測(cè)的現(xiàn)地PGV與地震潛在破壞（儀器烈度）之間的關(guān)系，通過(guò)對(duì)預(yù)測(cè)的
P波到達(dá)后1給出了Pd方法、SVM模型、RNN模型）的MAE）、標(biāo)準(zhǔn)差（R2）。表MAE、R2與MAE、R2之間的差值；括號(hào)里的第二個(gè)數(shù)字是MAE和HybridNet模型的1中可以發(fā)現(xiàn)：和基線模型相比，2展示了場(chǎng)地特征HybridNet模型結(jié)果影響，這表明場(chǎng)地特征HybridNet模型輸入可以提高模型的性能。 3）對(duì)于獨(dú)立于訓(xùn)練集和測(cè)試集的M≥6.5），該工作分析了PGV對(duì)潛在破壞區(qū)域估計(jì)的可行性。圖P波到達(dá)后2中可以看到，基于PGV獲得的潛在破壞區(qū)域與ShakeMap有很好的一致性，且成功報(bào)警的準(zhǔn)確性達(dá)到了
5次地震事件，在潛在破壞場(chǎng)地中，圖P波到達(dá)后時(shí)間窗的關(guān)系。從圖a）中可以看到：隨著P波到達(dá)后60%。此外，在10秒時(shí)，成功報(bào)警率超過(guò)2%。從圖b）中可以看到：當(dāng)在4秒內(nèi)，平均觀測(cè)預(yù)警時(shí)間超過(guò)P波到達(dá)之后時(shí)間的增加而逐漸減小。在10秒時(shí)，平均觀測(cè)預(yù)警時(shí)間仍超過(guò)
K-NET強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)記錄的地震動(dòng)記錄，本文構(gòu)建了用于HybridNet）模型，這不同單個(gè)深度學(xué)習(xí)模型（如RNN模型），也不同于使用單個(gè)基于物理的特征（如IV2）建立HybridNet模型優(yōu)于IV2方法、CNN模型和P波到達(dá)后幾秒內(nèi)，基于PGV可以獲魯棒的潛在破壞區(qū)域估計(jì)；該方法在現(xiàn)地地震預(yù)警中有一定的應(yīng)用潛力。
該成果發(fā)表在地球物理領(lǐng)域頂刊《Zhu Jingbao, Li Shanyou, Song Jindong. Hybrid
Deep-Learning Network for Rapid On-Site Peak Ground Velocity Prediction. IF：JCR：ResearchGate:https://www.researchgate.net/publication/366422949_Hybrid_Deep-Learning_Network_for
_Rapid
_On-Site_Peak_Ground_Velocity_Prediction
圖1 HybridNet模型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
圖2 P波到達(dá)后3秒時(shí)的潛在破壞區(qū)域估計(jì)和警報(bào)性能
圖3 報(bào)警性能和平均觀測(cè)預(yù)警時(shí)間與P波到達(dá)后時(shí)間窗的關(guān)系
