APPLIED GEOPHYSICS
 
        首页  |  版权声明  |  期刊介绍  |  编 委 会  |  收录情况  |  期刊订阅  |  下载中心  |  联系我们  |  English
应用地球物理  2024, Vol. 21 Issue (2): 358-371    DOI: 10.1007/s11770-023-1034-y
论文 最新目录 | 下期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 Previous Articles  |  Next Articles  
基于自适应VMD算法的高速铁路地震信号分析
雷洋,刘璐,白文磊,冯海新,王之洋*
1. 北京化工大学信息科学与技术学院,北京 100029;2.沙特阿美北京研发中心,北京 100102;3.中国科学院地质与地球物理研究所,.中国科学院油气资源研究院重点实验室,北京 100029;4.中国电子科技集团第三研究所,北京 100015
Seismic Signal Analysis Based on Adaptive Variational Mode Decomposition for High-speed Rail Seismic Waves
Lei Yang, Liu Lu, Bai Wen-lei, Feng Hai-xin, Wang Zhi-yang*
1. College of Information Science and Technology, Beijing University of Chemical Technology, Beijing, 100029, PRC 2. Aramco Beijing Research Center, Aramco Asia, Beijing, 100102, PRC 3. Key Laboratory of Petroleum Resources Research, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100029, PRC 4. Third Research Institute of China Electronics Technology Group Company, 100015, PRC
 全文: PDF (0 KB)   HTML ( KB)   输出: BibTeX | EndNote (RIS)      背景资料
摘要 高速铁路以确定的长度和负载在固定线路上以几乎均匀的速度长时间运行,构成了一种新的稳定且可重复的人工地震源。研究表明高速铁路地震信号具有宽频带分立谱特征。挖掘大量高速铁路地震信号中所包含的丰富信息在高速铁路运行和路基的安全监测方面具有重要的应用价值。然而,由于铁路网络系统周围环境的复杂性,实际采集数据中除高铁地震信号外,还包含有地球背景噪声以及各种人类活动所产生的噪声。如何提取实际记录中的高铁地震信号是有效利用该类信号的基础和关键。在本文中,我们提出了一种基于自适应变分模态分解(Variational mode decomposition,VMD)的高速铁路地震信号分离算法,将优化算法引入到变分模态分解中,利用能量差参数和样本熵构建适应度函数,实现对模态数及惩罚因子优化调整。此外,利用同步挤压小波变换(Synchrosqueezed wavelet transform,SSWT)对提取的高速铁路信号和现场数据进行时频分析。通过对模拟信号的处理验证后,应用到实际采集到的高铁地震数据进行分析处理。结果表明,该方法可以有效提取高铁地震信号,剔除其它背景噪声,为后续开展高铁地震的成像和反演提供基础。
服务
把本文推荐给朋友
加入我的书架
加入引用管理器
E-mail Alert
RSS
作者相关文章
关键词高铁地震信号   变分模态分解   优化算法   时频分析     
Abstract: High-speed rails with determined length and load run for long periods at almost uniform speeds along fixed routes, constituting a new stable and repeatable artificial seismic source. Studies have demonstrated the wide bands and discrete spectra of high-speed rail seismic signals. Exploring the abundant information contained in massive high-speed rail seismic signals has great application value in the safety monitoring of high-speed rail operation and subgrade. However, given the complex environment around the rail network system, field data contain not only high-speed rail seismic waves but also ambient noise and the noise generated by various human activities. The foundation and key to effectively using high-speed rail seismic signals is to extract them from field data. In this paper, we propose an adaptive variational mode decomposition (VMD)-based separation algorithm for high-speed rail seismic signals. The optimization algorithm is introduced to VMD, and sample entropy and energy difference are used to construct the fitness function for the optimal adjustment of the mode number and penalty factor. Furthermore, time–frequency analysis is performed on the extracted high-speed rail signals and field data using the synchrosqueezed wavelet transform (SSWT). After verifying the processing of simulated signals, the proposed method is applied to field data. Results show that the algorithm can effectively extract high-speed rail seismic signals and eliminate other ambient noises, providing a basis for the imaging and inversion of high-speed rail seismic waves.
Key words:   
收稿日期: 2023-06-30;
基金资助:本研究项目得到了“HYXD”国家项目A2309002、XJZ2023050044和XJZ2023070052的支持。
通讯作者: Wang Zhi-yang E-mail: zhzxwzy@126.com.     E-mail: zhzxwzy@126.com.
作者简介: 雷洋,2021年于安徽理工大学获学士学位(毕业)。目前,在北京化工大学信息科学与技术学院攻读硕士学位。主要从事地震波数值分析相关研究。
引用本文:   
. 基于自适应VMD算法的高速铁路地震信号分析[J]. 应用地球物理, 2024, 21(2): 358-371.
. Seismic Signal Analysis Based on Adaptive Variational Mode Decomposition for High-speed Rail Seismic Waves[J]. APPLIED GEOPHYSICS, 2024, 21(2): 358-371.
 
没有本文参考文献
[1] 荆磊,姚长利,杨亚斌,徐梦龙,张光之,纪若野. 三维重力快速反演的优化算法*[J]. 应用地球物理, 2019, 16(4): 514-525.
[2] 张杏莉,贾瑞生,卢新明,彭延军,赵卫东. 爆破震动与煤岩破裂微震信号辨识研究[J]. 应用地球物理, 2018, 15(2): 280-289.
[3] 杜正聪,胥德平,张金明. 分数阶S变换,第二部分:在储层预测及流体识别中的应用[J]. 应用地球物理, 2016, 13(2): 343-352.
[4] 王雄文, 王华忠. 稀疏时频分解方法的研究与运用[J]. 应用地球物理, 2014, 11(4): 447-458.
[5] 陈双全, 李向阳, 王尚旭. 流体检测频变特征分析:以物理模型数据为例[J]. 应用地球物理, 2012, 9(2): 195-206.
[6] 胥德平, 郭科. 分数阶S变换:第一部分,理论[J]. 应用地球物理, 2012, 9(1): 73-79.
[7] 熊晓军, 贺锡雷, 蒲勇, 贺振华, 林凯. 高精度频率衰减分析技术及其应用[J]. 应用地球物理, 2011, 8(4): 337-343.
[8] 袁三一, 王尚旭, 田楠. 地球物理资料群体智能反演[J]. 应用地球物理, 2009, 6(2): 166-174.
版权所有 © 2011 应用地球物理
技术支持 北京玛格泰克科技发展有限公司