一種基于共享密度的地震事件時空聚集模式提取方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于共享密度的地震事件時空聚集模式提取方法。本發(fā)明根據(jù)時空窗口k鄰近關(guān)系，識別時空共享鄰近地震事件，進而依據(jù)時空共享鄰近關(guān)系，估計時空共享密度，最后依據(jù)時空共享鄰近關(guān)系將高密度地震事件聚集成簇。優(yōu)點如下：不需要用戶設(shè)定地震事件時空聚集模式的數(shù)目與形態(tài)，同時可以提取不同密度的地震事件時空聚集模式，可以從空間和時間耦合的視角發(fā)現(xiàn)地震事件的動態(tài)演變規(guī)律，將地震事件的時空聚集模式可視化表達。
【專利說明】一種基于共享密度的地震事件時空聚集模式提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于時空數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域，涉及一種基于共享密度的地震事件時空聚集模式提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]地震事件是影響人類社會經(jīng)濟發(fā)展與生命財產(chǎn)安全地一種主要自然災(zāi)害。依據(jù)地震事件地觀測資料對地震爆發(fā)的規(guī)律與機理進行分析與監(jiān)測是降低地震災(zāi)害影響的一種重要途徑。目前，隨著觀測手段的提升，已經(jīng)積累了大量的地震事件監(jiān)測數(shù)據(jù)，地震事件觀測的精度與時效性大大提高。地震事件時空聚集模式提取是地震事件分析中一個重要內(nèi)容，已經(jīng)成為研究地震事件發(fā)展、演化規(guī)律的一個重要手段。
[0003]現(xiàn)有的地震事件聚集模式提取方法大致可以分為三類:(1)基于時空距離的方法；(2)時空掃描統(tǒng)計方法；以及(3)基于時空密度的方法?；跁r空距離的方法首先定義時空實體間的時空距離表達(如臨界距離、k階最鄰近距離及時空耦合距離)，進而采用假設(shè)檢驗或傳統(tǒng)的聚類方法挖掘時空聚集模式。時空耦合距離法常用于地震爆發(fā)聚集性探測，難以推廣到其它領(lǐng)域。根據(jù)臨界距離與k階最鄰近距離定義的時空距離常用于檢驗時空實體的聚集性，而難以獲得準確的時空簇。時空掃描統(tǒng)計法首先需要假設(shè)數(shù)據(jù)的概率分布，進而采用一定的掃描窗口(即由空間距離定義半徑、時間間隔定義高度的圓柱體)，以每個時空實體為中心進行統(tǒng)計檢驗，確定時空聚集模式。時空掃描統(tǒng)計的方法在疾病爆發(fā)熱點分析領(lǐng)域進行了成功的應(yīng)用。然而，時空掃描統(tǒng)計的方法同樣無法準確地描述時空聚集模式的范圍、大小和位置信息，且掃描窗口的大小難以自動適應(yīng)時空實體分布密度的變化。基于時空密度的方法是在DBSCAN算法基礎(chǔ)上進行的擴展，其核心在于時空鄰近域的定義。主要方法包括:在空間鄰近的基礎(chǔ)上，引入時間半徑的概念，定義了圓柱形的時空鄰近域；借助Delaunay三角網(wǎng)與時空統(tǒng)計方法定義不規(guī)則的時空鄰近域。此外，若假定數(shù)據(jù)的先驗分布(如均勻泊松分布)，可以將時空事件數(shù)據(jù)分解為特征與噪聲兩部分，進而借助密度相連的思想聚集成簇。基于密度的方法可以詳細描述時空簇的位置、形狀及尺寸信息。然而，基于時空密度的方法不可避免地繼承了傳統(tǒng)的基于密度方法的局限，即全局性的閾值設(shè)置難以識別不同密度的簇，且對于鄰近的簇很難區(qū)分。綜上分析，目前尚缺乏一種能夠有效識別不同密度、不同形態(tài)地震事件時空聚集模式提取的高效方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于共享密度的地震事件時空聚集模式提取方法，主要解決目前缺乏一種能夠有效識別不同密度、不同形態(tài)地震事件時空聚集模式提取的高效方法。
[0005]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是包括以下步驟:
[0006]步驟1:針對每個時空實體搜索其時空k鄰居；
[0007]步驟2:通過時空k鄰居，針對每個實體搜索時空共享近鄰，并計算其時空共享近鄰密度；
[0008]步驟3:選取一個未標記的時空核，搜索所有時空可達與時空相連實體標記為同一個時空簇；
[0009]步驟4:將所有能夠標記的時空核標記，將所有未加入任何時空簇的時空實體標記為噪聲。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)特點還在于步驟I具首先確定地震時空事件的時空窗口 k鄰居，針對每個時空實體搜索其時空k鄰居:STi (Li, ti)表示一個地震時空事件，其中Li表示空間位置，\表示時間點，對于給定的時間窗口 AT，任一地震時空事件STi (Lpti)的時空k鄰居為一系列滿足下列兩個條件的地震時空事件集合(STi+1(Li+1，ti+1),STi+2(Li+2, ti+2)，…，STi+k(Li+k，ti+k))，記為 STNk(STi),
[0011]①I ti+k-ti I ≤ ΔΤ；
[0012]②Dwd (STi, STi+1) ≤ Dwd (STi, STi+2≤ U Dwd≤STi, STi+k)，其中 Dwd 表示歐氏空間距離。
[0013]步驟2中時空共享近鄰密度的計算方法為時空共享密度計算的具體方法為，首先定義時空直接可達:給定任一地震時空事件STi, STj e STN(STi),若Nsnn (STi, STj) >KT (Κτ為一個大于O的整數(shù))，則稱時空直接可達，記為5η O 5Τ,,時空共享近鄰密度:一個地震時空事件STi的時空共享近鄰密度定義為STN(STi)中所有滿足與STi時空直接可達關(guān)系的地震時空事件數(shù)目，記為STD (STi)，時空共享密度計算的具體實現(xiàn)是在Matlab軟件中編程實現(xiàn)。
[0014]步驟3中首先定義共享時空鄰居:給定任一時空事件STi,所有與其滿足時空直接可達的時空實體構(gòu)成STi的共享時 空鄰居，記為RSTN(STi)，定義時空核:對于任一時空事件STi,若其滿足STD(STi)≤MinPts (MinPts為一個大于O的正整數(shù)，STD(STi)表示時空共享近鄰密度，則稱STi為一個時空核，定義時空可達:對于一組時空實體ST1, ST2,…，STi,…，STn,且STn為一個時空核，若滿足S7;? ^sri，則稱ST1與STn時空可達，記為STn — ST1,定義時空相連:若時空實體STi與STj對于另一時空實體STk，同時滿足STi — STk, STj — STk,則稱STi與SI^時空相連，記為STi~SIr定義邊界時空實體:對于一個非時空核實體STi,若其共享時空鄰居內(nèi)存在至少一個時空核，則稱之為邊界時空實體，最好計算時空簇:對于時空數(shù)據(jù)集STD，時空簇STC可以描述為滿足如下兩個條件的非空時空實體集合:
【權(quán)利要求】
1.一種基于共享密度的地震事件時空聚集模式提取方法，其特征在于，包括: 步驟1:針對每個時空實體搜索其時空k鄰居； 步驟2:通過時空k鄰居，針對每個實體搜索時空共享近鄰，并計算其時空共享近鄰密度； 步驟3:選取一個未標記的時空核，搜索所有時空可達與時空相連實體標記為同一個時空簇； 步驟4:將所有能夠標記的時空核標記，將所有未加入任何時空簇的時空實體標記為噪聲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于共享密度地地震事件時空聚集模式提取方法，其特征是:所述步驟I具首先確定地震時空事件的時空窗口 k鄰居，針對每個時空實體搜索其時空k鄰居-STi(Lpti)表示一個地震時空事件,其中Li表示空間位置表示時間點,對于給定的時間窗口 AT，任一地震時空事件STi (Lpti)的時空k鄰居為一系列滿足下列兩個條件的地震時空事件集合(STi+1 (Li+1, ti+1),STi+2(Li+2, ti+2)，…，STi+k(Li+k，ti+k))，記為 STNk(STi)，
① I ti+k-ti I ≤ΔΤ;
(I)Dwd(STi, STi+1) ( Dwd(STi, STi+2) U Dwd(STi, STi+k)，其中 Dwd表示歐氏空間距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于共享密度地地震事件時空聚集模式提取方法，其特征是:所述步驟2中時空共享近鄰密度的計算方法為時空共享密度計算的具體方法為，首先定義時空直接可達:給定任一地震時空事件STi, STj e STN(STi),若Nsnn (STi, STj) >KT (Κτ為一個大于O的整數(shù)),則稱時空直接可達,記為ST； ^ 時空共享近鄰密度:一個地震時空事件STi的時空共享近鄰密度定義為STN(STi)中所有滿足與STi時空直接可達關(guān)系的地震時空事件數(shù)目，記為STD (STi)，時空共享密度計算的具體實現(xiàn)是在Matlab軟件中編程實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于共享密度地地震事件時空聚集模式提取方法，其特征是:所述步驟3中首先定義共享時空鄰居:給定任一時空事件STi,所有與其滿足時空直接可達的時空實體構(gòu)成STi的共享時空鄰居，記為RSTN(STi)，定義時空核:對于任一時空事件STi,若其滿足STD (STi)≤MinPtsCMinPts為一個大于O的正整數(shù)，STD (STi)表示時空共享近鄰密度，則稱STi為一個時空核，定義時空可達:對于一組時空實體ST1, ST2,…，STi,…，STn,且STn為一個時空核,若滿足57: ^ST1,則稱ST1與STn時空可達，記為STn — ST1,定義時空相連:若時空實體STi與STj對于另一時空實體STk，同時滿足STi — STk, STj — STk,則稱STi與SI^時空相連，記為STi~SIr定義邊界時空實體:對于一個非時空核實體STi,若其共享時空鄰居內(nèi)存在至少一個時空核，則稱之為邊界時空實體，最好計算時空簇:對于時空數(shù)據(jù)集STD，時空簇STC可以描述為滿足如下兩個條件的非空時空實體集合: O^STiESTD, STi^STD: STrSTj ι 2)ySTi^STD, STi^STD: ST「STh
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于共享密度地地震事件時空聚集模式提取方法，其特征是:所述步驟4中，首先給定聚類參數(shù)AT、k、KT與MinPts,選取一個未標記的時空核,搜索所有時空可達與時空相連實體標記為同一個時空簇，并給予簇內(nèi)時空核相同標記，直到所有時空核都被掃描且標記后，聚類過程結(jié)束，未加入任何時空簇的時空事件標記為噪聲，最后，生成的時空簇(或時空聚集模式)將在Matlab軟件中可視化展示給用戶，并輸出最終聚類結(jié)果文件。
6.根據(jù)權(quán) 利要求5所述的一種基于共享密度地地震事件時空聚集模式提取方法，其特征是:所述聚類參數(shù)k值為12~30 ；MinPts取值為0.45k~0.55k ；kT取值為0.5k。
【文檔編號】G01V1/30GK103869367SQ201410113795
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】鄧敏, 劉啟亮, 楊文濤, 唐建波, 劉慧敏, 石巖 申請人:中南大學(xué)