簡(jiǎn)述地震預(yù)測(cè)模型

張翔 李哲

(遼寧省撫順地震臺(tái),遼寧撫順 113006)

簡(jiǎn)述地震預(yù)測(cè)模型

張翔 李哲

(遼寧省撫順地震臺(tái),遼寧撫順 113006)

我國是一個(gè)地震多發(fā)的國家,地震給人們生命財(cái)產(chǎn)帶來的傷害是無法估量的。盡管地震什么時(shí)候發(fā)生,強(qiáng)度多大等至今還無法精確的預(yù)測(cè)出來。但是通過建立有效的地震預(yù)測(cè)儀,可以在一定程度上估測(cè)某個(gè)地方是否會(huì)發(fā)生地震,從而在一定程度上可以減少突發(fā)地震對(duì)人們帶來的傷害。本文將簡(jiǎn)述地震預(yù)測(cè)模型建立的過程,希望通過該模型的建立,可以讓人們更多的了解地震相關(guān)的知識(shí),同時(shí)也給研究和設(shè)計(jì)地震預(yù)測(cè)儀的專家等帶來啟發(fā)性的幫助。

地震 預(yù)測(cè) 模型 算法

1 預(yù)測(cè)對(duì)象的建立

作為自然災(zāi)害之首，地震是一種破壞性相當(dāng)強(qiáng)的災(zāi)害，其主要是由于應(yīng)力作用的影響下，地下巖層運(yùn)動(dòng)形成破裂等造成了地面的劇烈震動(dòng)。由于地震的破壞性極強(qiáng)，其可以在短時(shí)間內(nèi)將一座完好的城市弄到的支離破碎，是無數(shù)人驟然間失去鮮活的生命。因此，地震的預(yù)測(cè)對(duì)減少地震引起的巨大損失和傷害是非常重要的。要研究地震的發(fā)生規(guī)律，需要從曾經(jīng)發(fā)生的過的地震的相關(guān)數(shù)據(jù)中總結(jié)其中的規(guī)律，特別是發(fā)生時(shí)間上的規(guī)律，這對(duì)于有效的地震預(yù)測(cè)十分重要。本文主要采取我國16個(gè)地震活動(dòng)較強(qiáng)的區(qū)域和其前后兩年內(nèi)地震發(fā)生次數(shù)的關(guān)系，來具體介紹地震預(yù)測(cè)模型的建立。根據(jù)在2007年至2009年內(nèi)，這16個(gè)強(qiáng)地震活動(dòng)區(qū)采集到的12對(duì)個(gè)相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)，以及這些區(qū)域的地震震源深度，震級(jí)，經(jīng)緯度和時(shí)刻等的數(shù)據(jù)，進(jìn)行科學(xué)的截取和預(yù)處理，為下一步數(shù)據(jù)模型的建立做準(zhǔn)備。

2 模型的建設(shè)和符號(hào)說明

在地震預(yù)測(cè)模型中，一般進(jìn)行如下假設(shè)：(1)收集整理的數(shù)據(jù)都很準(zhǔn)確，沒有錯(cuò)誤；(2)在收集整理的12個(gè)數(shù)據(jù)指標(biāo)中，沒有記錄的到指標(biāo)都為0；(3)除了這整理到的12個(gè)數(shù)據(jù)指標(biāo)，其他數(shù)據(jù)指標(biāo)都模型的建立都沒有影響，無需考慮。

在地震預(yù)測(cè)模型中，其各符合的具體含義一般如下：(1)Xi為整理得到的12個(gè)數(shù)據(jù)指標(biāo)，其中i=1，2，3……12；(2)Y表示地震是否發(fā)生，0為不發(fā)生，而1為發(fā)生。(3)Mi為預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)模型中矩陣B中每行元素的乘積；(4)Wi為數(shù)據(jù)模型中評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

3 數(shù)據(jù)模型的建立

3.1 建立地震預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)模型

在地震預(yù)測(cè)模型中，其數(shù)據(jù)指標(biāo)一般需要包括如下的電壓，地溫，水位，氣壓等。具體收集整理得到的12個(gè)數(shù)據(jù)指標(biāo)如下：(表1)

在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程中，一般采用回歸模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。一般假設(shè)地震發(fā)生的變量y由布爾值來表示，其中0表示沒有發(fā)生，而1表示發(fā)生。那么得到的線性回歸模型如下：

因?yàn)閅只能取0或1，而E(Y)的取值是連續(xù)的，又E(Y)=P(Y=1)=p，所以可以利用E(Y)來預(yù)測(cè)Y=1的概率，即：

圖1

這是P的概率就是可以預(yù)測(cè)到的地震發(fā)送的概率了，一般當(dāng)?shù)玫絇值大于0.4時(shí)，就需要對(duì)地震進(jìn)行重點(diǎn)防范了，如果P值大于0.6，則很有可能會(huì)發(fā)生地震，需要對(duì)該預(yù)測(cè)地區(qū)加強(qiáng)地震預(yù)防措施了。

然后通過對(duì)這12個(gè)數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，其結(jié)果如下：(表2)

從上面的相關(guān)分析可以看出，各指標(biāo)對(duì)地震的敏感程度的順序如下：電壓＞水溫＞電磁波輻射EW＞傾斜儀EW＞水位＞地溫＞電磁波輻射NS ＞雨量氣氡＞氣溫＞傾斜儀NS＞氣壓。因此，可以看出，電壓的值對(duì)地震是否發(fā)生的敏感度最強(qiáng)，當(dāng)某地區(qū)電壓值出現(xiàn)異常情況時(shí)，可以考慮是否是有地震發(fā)生。

表1

3.2 地震預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)指標(biāo)評(píng)估

通過上述方法建立了相關(guān)的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模型后，還要對(duì)這些數(shù)據(jù)的可信度等進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)數(shù)學(xué)方法中權(quán)重對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析有著重要的加權(quán)評(píng)估能力，因此在地震預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)指標(biāo)的評(píng)估時(shí)，一般采取APH權(quán)重法來進(jìn)行評(píng)估。

(1)建立層次結(jié)構(gòu)。根據(jù)上述得到的數(shù)據(jù)指標(biāo)對(duì)地震敏感度到的順序，將每個(gè)指標(biāo)因素根據(jù)根據(jù)預(yù)測(cè)最終目標(biāo)、措施層和準(zhǔn)則層和措施層這三層進(jìn)行分組。而每一組數(shù)據(jù)又作為一個(gè)層次，各層次之間的指標(biāo)因素用直線進(jìn)行連接，從而構(gòu)成了一個(gè)至上而下的遞階關(guān)系的層次結(jié)構(gòu)，其包括預(yù)測(cè)最終目標(biāo)層(A層)，措施層(B層)和準(zhǔn)則層

(C層)這三層。

(2)建立判斷矩陣。由得到的層次結(jié)構(gòu)，可以對(duì)各指標(biāo)因素進(jìn)行兩兩比較判斷各個(gè)層次中其相關(guān)指標(biāo)的重要程度，構(gòu)建相應(yīng)的判斷矩陣，判斷該數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。例如，建設(shè)氣壓值對(duì)地震預(yù)測(cè)的影響最小，其通過預(yù)測(cè)模型得到的數(shù)據(jù)為0.6，屬于一個(gè)比較高的值，這是就可以通過判斷矩陣進(jìn)一步判斷該值的大小是否可以準(zhǔn)確，即是否對(duì)地震預(yù)測(cè)有所貢獻(xiàn)。在構(gòu)造矩陣時(shí)，一般利用已經(jīng)得到的相關(guān)地震數(shù)據(jù)方面的資料，自己對(duì)地震知識(shí)的認(rèn)識(shí)程度以及專家的意見等，進(jìn)行判斷矩陣的構(gòu)建。

4 地震預(yù)測(cè)模型的評(píng)價(jià)

由上述方法分析建立的地震模型，其優(yōu)點(diǎn)主要有：可以判別指標(biāo)是否會(huì)影響地震，可以處理大量的數(shù)據(jù)，只要給出具體的數(shù)據(jù)就可以很精確的求出各指標(biāo)的敏感系數(shù)，該模型還建立了較完善的地震數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，應(yīng)用范圍比較廣，可以供地震局參考使用。而且相應(yīng)的缺點(diǎn)主要是：因?yàn)樵撃Ｐ托枰幚泶罅渴占臄?shù)據(jù)，所以輸入數(shù)據(jù)是一個(gè)非常耗時(shí)的過程，該模型對(duì)一個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定是在假設(shè)其他指標(biāo)對(duì)該指標(biāo)沒有影響的前提下進(jìn)行的，如果其它指標(biāo)對(duì)該指標(biāo)有很大影響的情況下，該模型可能會(huì)出現(xiàn)一定的誤差。

5 結(jié)語

上述從地震預(yù)測(cè)對(duì)象的建立，預(yù)測(cè)模型中的符號(hào)表示，建立數(shù)據(jù)模型等，簡(jiǎn)單介紹了地震預(yù)測(cè)模型建立的過程，希望通過該模型的建立可以給研究和設(shè)計(jì)地震預(yù)測(cè)儀的專家等帶來一定的幫助。

[1]姜啟源.《地震預(yù)測(cè)模型》.北京：清華大學(xué)出版社,2005.

[2]李金星,謝毅.《優(yōu)化建模與LINDO/LI NGO軟件》.北京：北京高等教育出版社,2008.