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基于时频聚类与噪声估计的地震信号自适应去噪算法(Python)

hfteth 2025-07-23 14:13:58 技术文章 2 ℃

完整的算法流程图

算法流程步骤

信号输入与预处理

读取多通道地震信号(含空间位置信息)

添加模拟噪声(高斯噪声+50Hz工频干扰)

设置采样时间间隔dt(秒)

时频变换

选择时频基函数(STFT或CWT)

配置窗口参数(类型、长度、重叠率)

执行短时傅里叶变换或连续小波变换

生成复值系数矩阵

噪声估计

将信号分段为平稳时间段

使用B-E-DATE方法估计噪声标准差

计算频率分组内的噪声特性

考虑频率相关性(线性/对数分组)

信噪比计算

计算时频谱的信噪比(SNR)

SNR = |时频系数| / 噪声标准差

应用最小SNR阈值过滤噪声

谱图修剪

去除低于minSNR阈值的时频点

保留显著信号成分

生成修剪后的信噪比谱图

时频聚类

定义时频邻域参数(时间尺度、频率带宽)

执行DBSCAN类密度聚类

识别信号主导的时空区域

多通道联合聚类(利用空间相干性)

信号重构

提取聚类区域对应的时频系数

执行逆时频变换

重构时域去噪信号

结果输出

保存去噪信号和中间结果

生成信号簇统计信息

提供可视化分析工具

算法的应用领域

应用领域

具体场景

地震监测

天然/人工地震信号提取

资源勘探

地下构造成像信号增强

工程物探

隧道/桥梁基础检测

火山监测

火山震颤信号分离

核爆监测

微弱爆炸信号识别

地质灾害预警

滑坡/塌陷微震信号提取


与机器学习/深度学习的结合

结合方式

实现方案

应用价值

特征提取

将去噪信号作为CNN输入

提升事件检测精度

聚类优化

深度嵌入特征替代原始时频点

增强复杂噪声下的聚类鲁棒性

端到端去噪

用UNet学习CATS的去噪映射

避免参数调节,实时应用

异常检测

自编码器识别未去噪的异常点

发现微弱前兆信号

迁移学习

预训练去噪特征提取器

跨区域快速部署

强化学习

RL优化聚类参数组合

自适应不同地质环境

知乎学术咨询:

https://www.zhihu.com/consult/people/792359672131756032?isMe=1

擅长领域:信号滤波/降噪,机器学习/深度学习,时间序列预分析/预测,设备故障诊断/缺陷检测/异常检测。

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