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1 P P 第 40 卷 Vol.40 第 7 期 No.7 计 算 机 工 程 Computer Engineering 014 年 7 月 July 014 开 发 研 究 与 工 程 应 用 文 章 编 号 : (014) 文 献 标 识 码 :A 中 图 分 类 号 :TP 摘 基 于 图 像 识 别 的 震 象 云 地 震 预 测 方 法 谢 庭, 陈 忠, 李 志 平, 张 宁 新, 郭 莉 莉 P P (1. 华 中 科 技 大 学 a. 自 动 化 学 院 ;b. 多 谱 信 息 处 理 技 术 国 家 级 重 点 实 验 室 ;c. 图 像 信 息 处 理 与 智 能 控 制 教 育 部 重 点 实 验 室, 武 汉 ;. 大 港 油 田 集 团 通 信 公 司, 天 津 30080) 要 : 利 用 卫 星 热 红 外 异 常 判 别 技 术 进 行 地 震 预 测 的 方 法 都 是 纯 手 工 或 半 手 工 的, 在 分 析 处 理 海 量 遥 感 数 据 时 具 有 局 限 性, 并 且 传 统 方 法 对 地 震 三 要 素 的 预 测 准 确 率 不 高, 尤 其 是 震 中 位 置 的 预 测 针 对 上 述 问 题, 提 出 一 种 综 合 震 象 云 颜 色 纹 理 以 及 浮 现 频 率 等 特 征 来 自 动 预 测 地 震 的 方 法 利 用 灰 度 共 生 矩 阵 对 热 红 外 数 据 进 行 纹 理 特 征 提 取, 使 用 BP 神 经 网 络 模 型 训 练 目 标 神 经 网 络, 将 纹 理 特 征 输 入 目 标 神 经 网 络 进 行 识 别, 提 取 疑 似 目 标, 同 时 滤 掉 非 目 标 并 跟 踪, 将 疑 似 目 标 浮 现 频 率 超 过 5 次 的 区 域 精 确 定 位 为 目 标 出 现 的 位 置, 从 而 实 现 智 能 化 和 自 动 化 的 地 震 预 测 反 演 实 验 验 证 结 果 表 明, 该 方 法 是 一 种 震 中 位 置 预 测 较 为 准 确 的 中 短 期 地 震 预 测 方 法 关 键 词 : 图 像 识 别 ; 目 标 跟 踪 ; 地 震 预 测 ; 震 象 云 ; 灰 度 共 生 ; 神 经 网 络 Quake-trace Cloud Earthquake Prediction Method Based on Image Recognition XIE Ting, CHEN Zhong, LI Zhi-ping, ZHANG Ning-xin, GUO Li-li P P P P (1a. School of Automation; 1b. National Key Laboratory of Multi-spectral Information Processing Technology; 1c. Key Laboratory of Image Information Processing and Intelligence Control, Ministry of Education, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan , China;. Dagang Oilfileld Communication Company, Tianjin 30080, China) Abstract The earthquake prediction research based on interpretation technique of satellite thermal anomaly has a history of over 0 years. Previous studies are pure manual or semi-manual with many shortages in processing huge quantity remote data. Meanwhile, the traditional methods cannot give an accurate estimation on three elements of earthquakes, especially on epicenter location. In order to solve the above-mentioned problems, this paper puts forward a method based on image recognition with considering the color, texture and occurrence frequency of quake-trace cloud. An earthquake can be predicted intelligently and automatically by using automatic target detection in artificial intelligence. The entire procedure is as follows. It gets the texture features from thermal infrared data by using gray level co-occurrence, trains a target neural network by making use of BP neural network model, inputs texture features into target neural network and gets the suspected targets, filters suspected target which is undersized or oversize, tracks the remaining suspected targets, acquires the certain target by its occurrence frequency which is larger than 5, and predicts an earthquake. Experimental result shows that it is a short term earthquake prediction method with more accurate epicenter location prediction. Key words image recognition; target tracking; earthquake prediction; quake-trace cloud; gray level co-occurrence; neural network DOI: /j.issn 概 述 到 目 前 为 止, 地 震 预 报, 尤 其 是 短 临 地 震 预 报, 是 一 个 世 界 性 难 题 地 震 预 报 必 须 同 时 包 括 时 间 地 点 和 强 度 由 于 地 震 情 况 复 杂, 有 些 地 震 能 预 报, 有 些 则 无 法 预 报, 现 在 全 球 预 报 地 震 的 准 确 率 只 有 0% 多 然 而 地 震 是 极 具 破 坏 性 的 自 然 灾 害, 给 人 类 带 来 了 巨 大 的 物 质 和 精 神 损 失, 因 此 探 索 和 发 现 预 报 地 震 的 新 方 法 新 途 径, 在 防 震 减 灾 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 青 年 基 金 资 助 项 目 面 向 对 象 高 分 辨 率 遥 感 图 像 信 息 提 取 技 术 研 究 ( ); 中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 基 金 资 助 项 目 (HUST: 013TS133); 省 部 产 学 研 结 合 基 金 资 助 项 目 (011B ); 宇 航 智 能 控 制 技 术 国 家 级 重 点 实 验 室 开 放 基 金 资 助 项 目 作 者 简 介 : 谢 庭 (1988-), 女, 硕 士 研 究 生, 主 研 方 向 : 目 标 检 测 与 识 别 ; 陈 忠 ( 通 讯 作 者 ), 副 教 授 博 士 ; 李 志 平, 研 究 员 ; 张 宁 新 郭 莉 莉, 硕 士 研 究 生 收 稿 日 期 : 修 回 日 期 :

2 8 计 算 机 工 程 014 年 7 月 15 日 方 面 具 有 十 分 深 远 的 意 义 随 着 高 新 技 术 的 不 断 发 展, 卫 星 热 红 外 遥 感 为 地 震 预 测 预 报 提 供 了 新 的 方 法 和 手 段 早 在 1971 年, 我 国 著 名 地 震 学 家 傅 承 义 提 出 红 肿 学 说, 为 后 来 利 用 卫 星 遥 感 监 测 地 表 与 低 空 大 气 的 异 常 增 温 预 报 地 震 奠 定 了 理 论 基 础 [1] 1988 年, 前 苏 联 科 学 家 Gorny Salman 和 Tronin 在 研 究 中 亚 以 及 东 地 中 海 地 区 的 地 震 时 就 发 现 在 中 强 地 震 震 前, 震 区 及 其 周 边 区 域 对 应 的 卫 星 红 外 图 像 上 存 在 热 红 外 异 常 [] 意 识 到 这 一 发 现 的 重 要 性, 我 国 一 大 批 学 者 投 入 到 了 卫 星 热 红 外 异 常 预 测 地 震 的 研 究 中 例 如, 强 祖 基 赁 常 恭 等 利 用 卫 星 遥 感 热 红 外 图 像, 经 过 多 年 对 震 前 热 红 外 异 常 进 行 分 析 和 研 究, 取 得 了 显 著 的 地 震 预 报 成 果 [3-5] ; 徐 秀 登 徐 向 民 通 过 分 析 反 生 在 中 国 及 相 邻 地 区 的 40 多 次 地 震 的 热 红 外 图 像, 总 结 了 卫 星 红 外 临 震 异 常 的 基 本 特 征 [6-7] ; 刘 德 富 等 研 究 了 地 球 长 波 辐 射 时 空 变 化, 结 果 表 明 在 地 震 发 生 前 的 震 区 呈 现 出 比 周 围 区 域 更 显 著 的 辐 射 增 强 变 化 特 征 [8] 还 有 其 他 很 多 学 者 也 参 与 到 了 卫 星 热 红 外 异 常 预 测 地 震 的 研 究 中, 并 取 得 了 一 定 的 成 果 在 上 述 传 统 方 法 研 究 过 程 中, 红 外 异 常 均 由 人 眼 识 别 或 手 工 计 算 得 出, 而 当 今 时 代 人 工 智 能 发 展 日 趋 成 熟, 利 用 图 像 识 别 技 术 提 取 红 外 异 常 是 这 一 研 究 领 域 发 展 的 必 然 趋 势 本 文 提 出 一 种 基 于 图 像 识 别 热 红 外 遥 感 异 常 数 据 的 自 动 地 震 预 测 方 法 不 仅 为 基 于 热 红 外 遥 感 数 据 的 地 震 预 测 研 究 领 域 打 开 了 人 工 智 能 的 大 门, 而 且 实 现 国 产 风 云 号 气 象 卫 星 数 据 在 地 震 预 测 中 的 应 用 传 统 方 法 使 用 的 热 红 外 数 据 取 自 国 美 NOAA 卫 星 或 日 本 MTSAT 卫 星, 而 本 文 方 法 使 用 国 产 风 云 号 气 象 卫 星 (FY_ C)1 通 道 分 区 图 该 图 一 般 应 用 于 天 气 预 报, 也 是 首 次 将 其 应 用 于 地 震 预 测 预 报 中 征, 并 且 这 些 震 象 云 移 动 速 度 要 远 小 于 周 围 气 象 云 团 的 移 动 速 度, 且 接 近 发 震 时 间 时 出 现 较 为 频 繁 因 此, 可 以 综 合 震 象 云 的 颜 色 纹 理 以 及 浮 现 频 率 来 预 测 地 震. 图 像 识 别 方 法 描 述 从 红 外 云 图 中 观 察 到 增 温 型 震 象 云 浮 现 频 率 相 对 较 为 频 繁, 颜 色 纹 理 特 征 较 降 温 型 震 象 云 更 为 突 出, 因 此, 本 文 针 对 增 温 型 震 象 云 进 行 自 动 检 测 和 识 别 红 外 云 图 中 增 温 型 的 震 象 云 表 现 为 在 高 层 云 中 出 现 中 低 层 云, 灰 度 级 集 中 出 现 在 110~145 之 间, 云 团 大 小 在 一 定 的 范 围 变 化, 形 状 不 确 定, 有 一 定 模 式 的 纹 理 特 征, 而 且 震 象 云 是 在 地 震 地 点 上 空 附 近 浮 动, 可 以 根 据 以 上 特 征 对 其 进 行 目 标 识 别 和 跟 踪 针 对 震 象 云 的 以 上 特 点, 对 其 采 取 了 以 下 方 案 进 行 处 理 首 先 对 输 入 数 据 进 行 预 处 理, 拉 伸 震 象 云 所 在 目 标 灰 度 区 段 的 灰 度 级, 压 缩 非 目 标 灰 度 区 段 的 灰 度 级 ; 利 用 灰 度 共 生 矩 阵 对 热 红 外 数 据 进 行 纹 理 特 征 提 取, 使 用 BP 神 经 网 络 模 型 训 练 目 标 神 经 网 络, 将 纹 理 特 征 输 入 目 标 神 经 网 络 进 行 识 别, 提 取 疑 似 目 标 ; 根 据 目 标 的 大 小 范 围 滤 掉 非 目 标 ; 对 剩 下 的 疑 似 目 标 进 行 跟 踪, 依 据 其 浮 现 频 率 精 确 定 位 目 标, 提 取 得 到 震 象 云 主 要 分 为 4 个 阶 段 :(1) 预 处 理 阶 段 ;() 目 标 识 别 阶 段 ;(3) 目 标 过 滤 阶 段 ;(4) 目 标 跟 踪 阶 段 处 理 流 程 如 图 所 示 震 象 云 地 震 预 测 原 理 及 图 像 识 别 方 法 描 述.1 震 象 云 地 震 预 测 原 理 通 过 对 卫 星 云 图 的 观 察, 发 现 地 震 前 震 中 上 方 的 卫 星 红 外 云 图 会 出 现 增 温 型 特 殊 云 团 和 降 温 型 特 殊 云 团, 一 般 接 近 发 震 时 间 时 出 现 较 频 繁, 称 这 种 特 殊 云 团 为 震 象 云 震 象 云 是 地 震 前 震 区 上 空 出 现 增 温 和 降 温 异 常 的 特 殊 云 迹 图 1 所 示 是 在 汶 川 地 震 震 前 成 都 上 空 出 现 的 震 象 云 图 1 汶 川 地 震 震 前 汶 川 附 近 出 现 的 震 象 云 震 象 云 与 气 象 中 的 云 团 是 有 差 别 的, 震 象 云 一 般 位 于 对 流 层 顶, 与 周 围 气 象 云 团 有 温 度 差 异, 有 一 定 的 纹 理 特 图 震 象 云 提 取 整 体 流 程

3 第 40 卷 第 7 期 谢 庭, 陈 忠, 李 志 平, 等 : 基 于 图 像 识 别 的 震 象 云 地 震 预 测 方 法 预 处 理 根 据 观 测, 增 温 型 震 象 云 主 要 位 于 是 中 层 云 区 段, 在 红 外 云 图 中 灰 度 级 集 中 于 110~145 之 间 为 了 在 后 续 流 程 中 能 够 充 分 提 取 增 温 型 震 象 云 的 纹 理 特 征, 必 须 扩 大 中 层 云 灰 度 级 的 浮 动 范 围 因 此, 要 压 缩 低 层 云 和 高 层 云, 拉 伸 中 层 云 本 文 采 用 分 段 线 性 拉 伸 方 法 增 强 震 象 云 区 域 对 比 度, 采 用 的 公 式 如 下 所 示 : r 0 r s ( r 110) r ( r 145) r 55 其 中, r 是 输 入 灰 度 级 ; s 为 输 出 灰 度 级.. 目 标 识 别 由 于 BP 网 络 能 学 习 和 存 储 大 量 的 输 入 - 输 出 模 式 映 射 关 系, 而 无 需 事 前 揭 示 描 述 这 种 映 射 关 系 的 数 学 方 程, 并 且 具 有 相 当 长 的 研 究 历 史, 发 展 成 熟 因 此, 本 文 利 用 BP 神 经 网 络 模 型 训 练 目 标 网 络, 进 行 目 标 识 别 (1) 识 别 过 程 为 : 对 某 一 像 素 点 的 n n 邻 域 进 行 纹 理 特 征 提 取, 将 特 征 向 量 输 入 到 目 标 神 经 网 络 中 进 行 识 别, 输 出 该 像 素 点 的 特 性 判 别 值, 若 特 性 判 别 值 落 在 接 受 域 ( ac 1, ac ) 之 中, 则 断 定 为 疑 似 目 标 点 ( 由 于 震 象 云 的 纹 理 特 征 不 具 备 100% 的 识 别 力, 因 此 用 其 特 征 进 行 区 别 时, 会 将 一 些 非 震 象 云 区 域 的 像 素 点 也 包 含 进 来 ), 否 则 为 非 目 标 点 经 实 验 表 明, 邻 域 n n 中 取 n 51时 较 好, 因 为 取 样 时, 发 现 在 正 方 形 区 域 内 可 以 较 好 地 包 含 震 象 云, 这 样 可 以 尽 量 获 取 震 象 云 的 纹 理 特 征 此 过 程 的 算 法 流 程 如 下 : Step1 特 征 提 取 扫 描 以 某 一 像 素 点 为 中 心 邻 域, 统 计 目 标 灰 度 级 区 段 ( 拉 伸 前 是 110~145, 拉 伸 后 是 55~00) 等 4 个 方 向 上 的 灰 度 共 生 矩 阵, 然 后 分 别 计 算 每 个 矩 阵 的 对 比 度 相 关 性 能 量 和 同 质 性 这 4 个 特 性 的 值 这 样 将 获 得 16 个 纹 理 特 征 值 组 成 的 特 征 向 量 主 要 计 算 公 式 如 下 : 对 比 度 : Contrast ( i j) p( i, j / d, ) () 相 关 性 : Correlation ( i u )( j u ) p( i, j / d, ) / (3) 能 量 : x y x y Energy { p( i, j / d, )} (4) 同 质 性 : Homegemeity 1/[1 ( i j) ] p( i, j / d, ) (5) i, j 上 述 公 式 中 用 到 的 频 度 p( i, j / d, ) 期 望 ( u, u ) 方 差 (, ) 等 计 算 公 式 及 各 元 素 含 义 可 参 考 文 献 [9-10] x y Step 获 取 目 标 神 经 网 络 : 应 用 BP 神 经 网 络 学 习 模 型 x y 训 练 目 标 网 络 输 入 为 震 象 云 和 非 震 象 云 的 特 征 向 量, 特 征 向 量 按 照 Step1 进 行 计 算 期 望 输 出 为 特 性 判 别 值, 震 象 云 的 为 1.0, 非 震 象 云 的 为 1.0 按 照 BP 神 经 网 络 模 型 理 论 [11-1], 设 置 训 练 模 型 的 相 关 参 数, 进 行 训 练, 最 终 输 出 目 标 神 经 网 络 Step3 利 用 目 标 神 经 网 络 对 输 入 图 像 进 行 目 标 识 别 和 分 类 扫 描 图 片, 对 于 灰 度 级 落 在 目 标 灰 度 区 域 内 的 像 素 点 统 计 其 邻 域 纹 理 特 征, 输 入 到 目 标 神 经 网 络 进 行 识 别, 并 且 将 特 性 判 别 值 落 在 接 受 域 内 的 标 记 为 疑 似 目 标 点, 否 则 标 记 为 非 目 标 点 ; 对 于 落 在 目 标 灰 度 区 域 之 外 的 像 素 点, 直 接 标 记 为 非 目 标 点, 不 需 要 进 行 识 别 同 一 片 震 象 云 中 的 像 素 点 虽 然 纹 理 是 相 似 的, 但 并 非 一 模 一 样, 因 此, 计 算 出 的 特 征 向 量 会 有 差 异, 通 过 神 经 网 络 映 射 后 的 特 性 判 别 值 不 一 定 会 与 正 样 本 的 特 性 判 别 值 相 等, 而 是 会 在 其 值 附 近 波 动 上 文 实 验 规 定 震 象 云 样 本 的 特 性 判 别 值 为 1.0, 实 验 验 证 目 标 神 经 网 络 输 出 值 接 受 域 为 ( ac1, ac) (0.5,1.) 较 好, 这 样 可 以 完 整 包 含 震 象 云 区 域 的 像 素 点..3 目 标 过 滤 对 整 张 图 片 的 每 个 像 素 点 进 行 处 理 之 后, 疑 似 目 标 点 会 聚 积 形 成 疑 似 目 标 区 域 目 标 过 滤 就 是 过 滤 掉 疑 似 目 标 区 域 中 过 大 或 过 小 的 区 域, 其 中 过 大 的 区 域 是 背 景 的 云 层 图 像, 过 小 的 区 域 是 图 像 中 的 噪 声 或 云 团 运 动 过 程 中 拉 伸 出 来 的 小 空 洞 具 体 实 现 为 : 统 计 每 个 8 连 通 疑 似 目 标 区 域 的 像 素 点 个 数 Area( 即 面 积 ), 若 Area 的 取 值 落 在 接 受 域 ( ac3, ac 4) 之 外, 则 标 记 为 非 目 标 块, 过 滤 掉 ; 否 则 保 留 疑 似 目 标 实 验 证 明, 疑 似 目 标 块 面 积 Area 接 受 域 取 值 为 ( ac3, ac4) (50,1 50) 较 为 理 想, 既 可 以 滤 掉 大 的 背 景 云 团, 又 可 滤 掉 小 的 噪 声 或 空 洞..4 目 标 跟 踪 目 标 跟 踪 是 对 多 张 图 片 的 疑 似 目 标 块 进 行 处 理 的 操 作, 分 为 目 标 标 准 化 和 跟 踪 统 计 个 步 骤 : (1) 目 标 标 准 化 : 扫 描 每 一 个 目 标 过 滤 剩 下 的 疑 似 目 标 块, 计 算 其 几 何 中 心 ( 即 点 集 在 水 平 和 竖 直 方 向 上 的 平 均 值 ) 和 半 径 radious( 公 式 为 radious ( Area / π) ), 即 用 圆 形 拟 合 跟 踪 区 域 ) () 跟 踪 统 计 : 这 个 步 骤 需 要 建 立 疑 似 目 标 集, 对 每 个 出 现 出 新 的 疑 似 目 标 进 行 判 断 是 否 属 于 已 经 存 在 的 目 标 集 判 断 依 据 : 如 果 疑 似 目 标 中 心 点 和 集 合 中 心 点 的 距 离 不 超 过 前 集 合 半 径 和 疑 似 目 标 半 径 中 的 最 大 值, 则 该 疑 似 目 标 属 于 该 集 合 如 果 属 于 某 一 个 目 标 集, 则 将 该 疑 似 目 标 作 为 新 元 素 加 入 到 该 集 合 中, 调 整 这 个 疑 似 目 标 集 的 中 心 ( 即 计 算 集 合 中 所 有 元 素 中 心 的 平 均 值 ) 和 半 径 ( 取 当 前 集 合 半 径 和 加 入 元 素 半 径 中 的 最 大 值 ); 如 果 不 属 于 任 何 一 个 已 存 在 的 集 合, 则 新 建 一 个 集 合, 将 该 疑 似 目 标 加 入 进 去,

4 84 计 算 机 工 程 014 年 7 月 15 日 将 集 合 的 中 心 和 半 径 初 始 化 为 疑 似 目 标 的 中 心 和 半 径 当 集 合 中 的 元 素 ( 疑 似 目 标 ) 个 数 超 过 一 定 的 阈 值 5 时, 可 以 报 告 这 个 范 围 出 现 的 疑 似 目 标 为 目 标, 根 据 目 标 出 现 的 周 期 长 短, 预 测 地 震 的 发 生 ; 否 则, 继 续 跟 踪, 若 出 现 次 数 太 少 ( 如 只 有 一 两 次 ) 且 长 期 未 出 现, 则 可 以 删 除 这 个 集 合 这 是 因 为 目 标 ( 增 温 型 震 象 云 ) 区 域 所 对 应 的 地 面 断 断 续 续 释 放 能 量, 为 其 加 热, 故 其 位 置 可 以 保 留 ; 而 非 目 标 区 域 为 高 层 云 运 动 时 云 团 内 部 速 度 不 一 致, 导 致 撕 裂 偶 然 形 成 的, 没 有 能 源 支 撑, 故 其 不 能 保 留 目 标 跟 踪 : 为 了 简 化 跟 踪, 先 将 目 标 标 准 化, 再 在 标 准 化 的 目 标 区 域 进 行 跟 踪, 统 计 同 一 区 域 疑 似 目 标 出 现 的 次 数, 最 后 输 出 结 果 图 7 为 图 6 目 标 标 准 化 后 的 目 标 分 布 图, 图 8 为 从 007 年 10 月 到 008 年 4 月 底 跟 踪 一 系 列 晚 间 云 图 所 得 到 的 疑 似 云 目 标 分 布 3 实 验 及 结 果 分 析 3.1 实 验 本 文 以 汶 川 地 震 为 例 进 行 实 验 实 验 对 象 为 风 云 C 卫 星 的 长 波 红 外 1 通 道 云 图, 云 图 格 式 为.AWX, 波 长 范 围 为 10.3~11.3 以 FYC_ANI_IR1_R01_ _0800 为 例 说 明 单 张 图 片 处 理 过 程, 该 图 像 大 小 为 首 先 根 据 云 图 格 式 [13] 读 入 图 像 数 据, 进 行 预 处 理, 提 取 特 征 输 入 到 目 标 神 经 网 络 进 行 识 别 图 3 为 长 波 红 外 云 图 的 原 始 数 据 所 呈 现 的 图 像 图 4 为 灰 度 经 过 式 (1) 分 段 线 性 拉 伸 处 理 之 后 的 图 像, 从 这 幅 图 像 中 可 以 明 显 地 看 到 在 图 像 中 央 的 白 色 云 团 中 有 一 个 长 条 形 的 孤 立 灰 黑 色 的 云 斑, 这 个 云 斑 就 是 震 象 云, 即 图 1 中 所 标 识 区 域 图 5 为 经 过 目 标 神 经 网 络 识 别 后 留 下 的 疑 似 目 标 所 形 成 的 图 像, 从 图 像 中 可 以 看 出 图 4 中 的 震 象 云 区 域 得 到 完 整 的 保 留, 其 中 白 色 点 集 表 示 疑 似 目 标 图 6 是 对 图 5 进 行 目 标 过 滤 之 后 剩 下 的 疑 似 目 标 所 形 成 的 图 像 从 这 一 系 列 图 中 看 出, 经 过 一 系 列 处 理 之 后, 疑 似 目 标 区 域 只 剩 下 少 数 几 个, 为 后 续 的 跟 踪 奠 定 了 基 础 图 7 单 张 图 片 的 标 准 化 目 标 图 8 多 张 图 片 的 标 准 化 目 标 跟 踪 晚 间 云 图 的 原 因 是 晚 间 没 有 阳 光 辐 射 且 人 类 活 动 也 相 对 白 天 较 少, 能 够 较 好 地 反 映 地 壳 释 放 能 量 对 大 气 增 温 的 影 响, 有 利 于 震 象 云 跟 踪 的 准 确 性 图 9(a) 是 进 行 疑 似 目 标 跟 踪 后, 同 一 区 域 出 现 疑 似 目 标 的 次 数 和 分 布 的 示 意 图, 同 一 矩 形 区 域 内 的 点 表 示 该 区 域 出 现 过 的 疑 似 目 标 当 目 标 出 现 次 数 达 到 一 定 的 值 时, 这 些 疑 似 目 标 就 很 有 可 能 是 同 一 个 地 震 带 活 动 释 放 能 量 所 产 生 的 震 象 云 图 9(b) 为 出 现 次 或 次 以 上 疑 似 目 标 区 域 的 分 布 示 意 图, 图 9(c) 为 出 现 3 次 或 3 次 以 上 疑 似 目 标 区 域 的 分 布 示 意 图, 图 9(d) 为 出 现 8 次 或 8 次 以 上 疑 似 目 标 区 域 的 分 布 示 意 图 (a) 多 张 图 片 跟 踪 结 果 (b) 出 现 次 以 上 疑 似 目 标 区 域 图 3 长 波 红 外 原 始 图 像 图 4 灰 度 分 段 线 性 拉 伸 (c) 出 现 3 次 以 上 疑 似 目 标 区 域 (d) 出 现 8 次 以 上 疑 似 目 标 区 域 图 9 跟 踪 结 果 图 5 目 标 神 经 网 络 识 别 图 6 目 标 过 滤 输 出 在 实 验 中 进 行 目 标 跟 踪 后, 得 到 同 一 区 域 疑 似 目 标 出 现 次 数 与 区 域 个 数 的 关 系 如 下 : 只 出 现 疑 似 目 标 1 次 的 区 域 有 84 个, 出 现 疑 似 目 标 次 的 区 域 有 9 个, 出 现 疑 似 目 标 8 次 的 区 域 只 有 1 个, 没 有 区 域 出 现 3 次 ~7 次 疑 似 目 标 本 实 验 最 终 结 果 是 将 出 现 8 次 的 疑 似 目 标 断 定 为 目 标, 即 将 在

5 第 40 卷 第 7 期 谢 庭, 陈 忠, 李 志 平, 等 : 基 于 图 像 识 别 的 震 象 云 地 震 预 测 方 法 85 同 一 区 域 出 现 的 8 次 疑 似 目 标 确 定 为 震 象 云 这 些 震 象 云 的 几 何 中 心 均 包 含 在 图 片 中 以 (688, 690) 为 中 心, 半 径 是 19 单 位 像 素 的 圆 形 区 域 内 图 10 为 本 实 验 最 终 跟 踪 到 的 目 标, 按 照 时 间 序 列 由 远 及 近 8 次 出 现 时 的 区 域 形 态 图, 即 汶 川 地 震 震 前 的 震 象 云 所 在 区 域 图 8 次 的 增 温 型 震 象 云, 第 一 次 检 测 到 该 区 域 的 震 象 云 是 007 年 10 月 14 号 ( 云 图 名 为 FYC_ANI_IR1_R01_ _ 0800), 最 后 一 次 是 008 年 4 月 13 日 ( 云 图 名 为 FYC_ANI_ IR_R01_ _1000), 距 离 地 震 发 生 时 间 5 月 1 日 是 9 天, 属 于 短 期 地 震 预 测 (a) 第 1 次 (b) 第 次 4 结 束 语 本 文 利 用 图 像 识 别 技 术 提 取 震 象 云, 实 现 了 地 震 预 测 的 自 动 化, 因 为 基 于 震 象 云 的 地 震 预 测 本 身 具 有 震 中 位 置 预 测 较 准 确 的 特 点, 这 就 弥 补 了 传 统 热 红 外 地 震 预 测 方 法 中 的 主 要 缺 陷 由 于 震 象 云 形 成 过 程 非 常 复 杂 : 图 像 上 的 震 象 云 云 团 体 现 的 是 对 应 位 置 对 流 层 云 顶 的 温 度 分 布 ; 这 个 温 度 分 布 不 仅 与 地 壳 活 动 强 烈 和 释 放 的 各 物 质 成 分 有 关, 还 和 当 时 周 围 的 大 气 坏 境 有 关 下 一 步 的 研 究 方 向 是 单 纯 从 震 象 云 的 形 态 上 准 确 预 测 地 震 震 级 参 考 文 献 [1] 傅 承 义. 地 球 十 讲 [M]. 北 京 : 科 学 出 版 社, [] Gorny V I, Salman A G, Tronin A A, et al. The Earth Outgoing IR Radiation as an Indicator of Seismic Activity[J]. (c) 第 3 次 (e) 第 5 次 (g) 第 7 次 图 10 (d) 第 4 次 (f) 第 6 次 (h) 第 8 次 汶 川 地 震 震 前 震 象 云 出 现 区 域 3. 结 果 分 析 根 据 各 图 震 象 云 出 现 的 位 置, 结 合 当 时 风 级 风 向 对 震 象 云 带 来 的 偏 移 效 果, 将 图 像 坐 标 转 化 成 地 理 坐 标, 预 测 震 中 坐 标 是 北 纬 , 东 经 , 而 汶 川 地 震 震 中 是 北 纬 , 东 经 , 虽 没 有 精 准 地 与 实 际 震 中 重 合, 但 偏 移 范 围 较 小 从 实 验 结 果 看, 汶 川 地 震 发 生 前, 其 上 空 至 少 出 现 了 Proceedings of the USSR Academy of Sciences, 1988, 30(1): [3] 强 祖 基, 孔 令 昌, 王 戈 平, 等. 地 球 放 气, 热 红 外 异 常 与 地 震 活 动 [J]. 科 学 通 报, 199, 37(4): [4] 强 祖 基, 孔 令 昌, 郭 满 红, 等. 卫 星 热 红 外 增 温 机 制 的 实 验 研 究 [J]. 地 震 学 报, 1997, 19(): [5] 强 祖 基, 赁 常 恭, 李 玲 芝, 等. 卫 星 热 红 外 图 像 亮 温 异 常 - 短 临 震 兆 [J]. 中 国 科 学 : D 辑, 1998, 8(6): [6] 徐 秀 登, 张 行 才, 李 贵 达. 张 北 地 震 与 大 气 增 温 异 常 [J]. 西 北 地 震 学 报, 000, (1): [7] 徐 秀 登, 徐 向 民. 地 震 前 红 外 异 常 的 基 本 特 征 与 成 因 机 制 [J]. 西 北 地 震 学 报, 001, 3(3): [8] 刘 德 富, 康 春 丽. 地 球 长 波 辐 射 (OLR) 遥 感 与 重 大 自 然 灾 害 预 测 [J]. 地 学 前 缘, 003, 10(): [9] 侯 海 苗, 冀 小 平. 基 于 灰 度 共 生 矩 阵 的 纹 理 特 征 [J]. 长 治 学 院 学 报, 008, 5(5): [10] 宁 顺 刚, 白 万 民, 喻 钧. 基 于 灰 度 共 生 矩 阵 的 图 像 分 割 方 法 研 究 [J]. 电 子 科 技, 009, (11): [11] 樊 振 宇. BP 神 经 网 络 模 型 与 学 习 算 法 [J]. 软 件 导 刊, 011, 10(7): [1] 李 秀 珍, 孔 纪 名, 李 朝 凤. 基 于 Matlab 的 BP 神 经 网 络 在 泥 石 流 危 险 性 评 价 中 的 应 用 [J]. 工 程 勘 察, 010, 38(1): [13] 许 健 明, 张 文 建, 杨 军, 等. 风 云 二 号 卫 星 业 务 产 品 与 卫 星 数 据 格 式 实 用 手 册 [M]. 北 京 : 气 象 出 版 社, 008: 9-3. 编 辑 顾 逸 斐

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