【摘 要】
：
闪电哨声波是一种重要的电磁波动,了解其传播特征及传播过程有助于揭开圈层电磁耦合机理.从卫星观测资料识别闪电哨声波通常需要将原始电磁波形进行滤波处理再转化为时频图像,最后采用目视方法识别图像中的色散状形态,整个过程消耗大量人机时间和内存资源,不能满足张衡一号(ZH-1)卫星观测的海量电磁场数据处理的需求.针对该问题,鉴于闪电哨声波原始波形数据能够通过播放器产生降调的声音,本文打破以视觉分析为主的闪电哨声波研究惯例,首次采用语音智能技术研究其自动识别算法.首先,以张衡一号卫星感应磁力仪(SCM)的VLF波段的
【机 构】
：
防灾科技学院,河北三河065201;应急管理部国家自然灾害防治研究院,北京100085;清华大学,北京100084;湖州师范学院体育学院,浙江湖州 313000
论文部分内容阅读
闪电哨声波是一种重要的电磁波动,了解其传播特征及传播过程有助于揭开圈层电磁耦合机理.从卫星观测资料识别闪电哨声波通常需要将原始电磁波形进行滤波处理再转化为时频图像,最后采用目视方法识别图像中的色散状形态,整个过程消耗大量人机时间和内存资源,不能满足张衡一号(ZH-1)卫星观测的海量电磁场数据处理的需求.针对该问题,鉴于闪电哨声波原始波形数据能够通过播放器产生降调的声音,本文打破以视觉分析为主的闪电哨声波研究惯例,首次采用语音智能技术研究其自动识别算法.首先,以张衡一号卫星感应磁力仪(SCM)的VLF波段的波形数据为研究对象,截取时间窗口为0.16s的波形数据作为音频片段;然后对该片段进行去趋势处理;基于梅尔频率倒谱系数(MFCCs)能够刻画人耳的听觉机理,提取闪电哨声波的MFCCs特征;其次,构建长短期记忆(LSTM)神经网络并输入波形数据的MFCCs特征训练分类模型;最后利用MFCCs特征和训练得到的LSTM分类模型实现闪电哨声波自动识别.通过对10200数据集(5100段包含闪电哨声波,5100段无闪电哨声波)上开展实验发现:该方法的准确率为96.7％,召回率为84.2％,调和平均得分(F1-score)为90.0％,AUC(Area under Curve)评分为90.1％,而且消耗的时间成本是2.28 s,消耗内存资源是82.89MB;当前最优的基于时频图的闪电哨声波识别算法在本数据集上的准确率为97.3％,内存消耗为233MB,在CPU上处理0.16s的片段数据所消耗的时间是6.71s,内存消耗和时间消耗比较严重.相比而言,基于智能语音的闪电哨声波识别算法准确率略低0.6％,但能够节约66％的时间成本以及65％的内存资源.这表明该算法不仅仅适合从卫星观测的海量数据中快速准确识别出闪电哨声波,且更适合应用于星载识别.
其他文献
In recent years, the large Low Earth Orbit (LEO) constellations have become a hot topic due to their great potential to improve the Global Navigation Satellite Systems (GNSS) positioning performance. One of the important focus is how to obtain the accurat
利用ZH-1卫星2019、2020年的原位电子密度观测数据,对卫星观测范围,即地理纬度南北65°之间午夜后顶部电离层的不规则结构进行研究,得到如下结果.(1)午夜后顶部电离层不规则结构集中区主要分布在地磁赤道、中纬度以及较高纬度区,白天赤道异常峰值区为不规则结构的谷值区.(2)不同纬度区不规则结构随地理经度分布呈现出明显的空间演化规律,由南北半球较高纬度区不规则结构集中在各自地磁极所在经度区的2波结构分布,到南北2个半球中纬区相位和数量相反变化的2波结构分布,逐渐过渡到赤道区的4波结构分布.(3)不同纬度
在红树林覆盖区域和光滩沉积物中存在着丰富的微生物群落,这些微生物在驱动红树林湿地的生物地球化学过程中起着至关重要的作用.深入了解东寨港红树林湿地沉积物中微生物的多样性分布特征,对探究东寨港红树林湿地中的生物地球化学过程和湿地的生态保护具有重要意义.本研究采用Illumina Miseq高通量测序技术,在东寨港的演丰西河和三江河采集108个沉积物样品,分析其地球化学和微生物群落特征,探讨不同环境因子对两岸红树林覆盖区域和光滩微生物群落的影响.结果显示:Proteobacteria是东寨港红树林沉积物中的优势
受不同物理过程影响,辐射带电子呈现多种投掷角分布类型,其中蝴蝶状分布尤为引人关注,其特征为通量在90°投掷角附近有极小值、在较低投掷角处达到峰值.现有研究普遍通过对几个特定投掷角间的通量比值进行限定来识别蝴蝶状分布,然而,该方法所挑选的电子分布并不一定符合蝴蝶状分布特征,这为准确研究电子蝴蝶状分布的现象学规律及其背后物理机制带来了一定困难.针对该问题,本文建立了一个基于卡方分布函数的判别模型,通过比较电子观测通量剖面与模型模拟的理想蝴蝶状分布剖面的相似性来判别电子蝴蝶状分布.使用范艾伦卫星上REPT仪器提
准确快速地检测极光亚暴具有重要的意义.现有利用机器学习技术自动检测亚暴起始时刻的方法无法同时兼顾检测精度和效率.本文基于深度学习技术提出了一个端到端的亚暴起始检测模型,该模型利用双流卷积网络提取亚暴的时-空特征,并用三个一维时序卷积层获得亚暴起始的概率序列.该模型在Polar卫星1996-1998年极光观测上获得了87.5％的准确率和393帧/s的检测速度,且定位的亚暴发生位置与现有物理结论高度一致,可用于大规模亚暴事件时-空自动检测.
由于观测手段有限,目前对月球内部结构的认识还存在很大的不确定性,至今仍没有一个被广泛认可的内部结构模型,且现有对月球内部结构模型的研究几乎很少关注观测值对观测精度的影响.本研究采用混合密度神经网络方法得到了月球内部结构模型的后验概率密度分布,获得了平均月球内部结构模型(Mean模型)、最大后验概率对应的月球内部结构模型(MAP模型)以及满足1-σ准则的月球内部结构模型(1-σ模型),其中MAP模型即为本文给出的最优化月球内部结构模型.此外,研究结果表明月球低速区S波波速低于月幔S波波速,因此本文结果支持月
两极冰盖消融及其质量变化作为全球气候变化的重要指标之一,一直是联合国政府间专门气候委员会IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)报告的重点关注内容.GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment,2002年4月-2017年6月)和GRACE-FO(GRACE Follow-on,2018年5月至今)重力卫星,作为监测两极冰盖质量变化最直接和有效的手段,存在近一年的观测间断期.因此本文提出联合Swarm三颗低轨
安宁河断层历史上发生过多次强震,现存的地震空区反映了其断层中部近30年来的断层闭锁和应变积累情况,是潜在的大地震危险区.本研究采用断层带内的新鲜花岗岩断层泥样品,在水热条件下开展了摩擦滑动实验,以研究安宁河断层摩擦特性和地震成核条件.实验有效正应力200MPa,孔隙水压30 MPa,温度25～600℃,剪切滑移速率在1 μm·s-1,0.2 μm·s-1,0.04 μm·s-1之间切换.实验结果显示,在100～400℃,摩擦系数随着温度的增加而增大(约0.663～0.704),温度高于400℃时略有降低.
诸多卫星观测结果表明,地震前后电离层会出现宽频带电场扰动,而背景场时频段的合理选取是电离层电场扰动提取的基础.本研究遴选了地磁活动平静期(Dst＞-30 nT,Kp＜3)飞越中国中东部地区(29°N—39°N,107°E-117°E)长达6年共计1527轨DEMETER卫星数据,在电离层低频电场随频率和时间的变化特征分析基础上,对低频背景电场的频段和时段选取开展了研究.研究结果表明:频段选取方面,利用夜侧数据分析地震电离层异常时,可将200～2200 Hz划分为253～566 Hz、566～605 Hz和
2021年5月22日,中国青海玛多县发生了Mw7.5地震.针对此次地震,国内外多家机构发布的震源机制解和有限断层滑动模型结果大都是基于半无限空间地球模型的位错理论反演得到的,未考虑地球曲率和层状效应的影响.该影响的量级以及其是否可以忽略目前仍是一个未知问题,值得研究.为此,本文利用美国地质调查局(USGS)、中国科学院青藏高原研究所以及中国地震局地球物理研究所提供的三个断层模型,基于弹性半无限空间、均质球、PREM三种地球模型的位错理论,分别计算了地表同震位移场和应变场,并对比分析了这些结果的差异.我们发