小波变换在高速铁路牵引供电地震防灾系统中的应用研究

摘要

我国地域辽阔，地质环境多变，属于世界上地震高发的国家之一。在当代高速铁路发展迅猛之时，安全成为高铁的首要问题。一旦地震发生，造成的安全危害是不可估量的，尤其是对高速运行的列车。由于目前的科技水平还无法预测地震的发生，因此为减少地震对高铁的危害，研究与应用地震预警技术是非常必要的。
　　参照日本、法国已有的高铁地震预警系统并且结合中国的实际情况，文章将对我国高铁的地震预警系统的构建展开研究。地震预警系统是一种基于P波地震监测的预报警系统。利用监测到的P波信号估算地震中有关参数，进而计算高铁沿线的地震动加速度，判断是否需要对列车进行管制。本文围绕高铁预警系统框架内容，报警输入值，监测点的选取范围以及列车应急操作方案等主要目标问题进行了整理与研究。
　　高速铁路地震预警系统是通过在铁路沿线和潜在震源区安装地震仪，实时监测地震信息。由于采集到的地震信息包含了大量的噪声，如不进行去噪处理，会大大提升误报的可能，因此选择一种合适的去噪手段是至关重要的。由于高铁防震监测数据在频率域内，有效信号的频域会和噪音的频域有部分重合，因此仅仅通过频率域滤波并不能较好的去除噪声。小波变换作为信号时间-频率的分析方法，其能够任意改变空间分辨率以及多尺度细化分析，使其能够更好的应用于目标信号分析。本文主要研究小波变换技术在高铁防震中的运用，并构建新的阈值函数对目标信号进行去噪。通过理论分析和MATLAB仿真，对雷克子波、EL-CENTRO地震波以及日本阪神地震波分别进行阈值去噪对比处理分析，实验结果表明:引进的阈值函数对于压制噪声有着明显的优势;通过信号去噪，P波和S波明显区分开来，为系统利用P波的检测提供良好的前提;并能大幅度减小误报几率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 高铁地震预警系统国内外研究现状

1．2．1 法国高速铁路地震预警系统

1．2．2 日本高速铁路地震预警系统

1．2．3 国内铁路地震预警系统

1．3 小波变换在压制地震信号噪声方面的研究现状

1．4 本文研究主要内容

第2章 高速铁路防震预警系统构建研究

2．1 高铁地震预警系统的建立

2．1．1 地震预警原理

2．1．2 高速铁路预警系统

2．1．3 高速铁路地震波的监测

2．2 高速铁路地震预警系统算法的研究

2．2．1 地震动圆衰减模型

2．2．2 高速铁路地震预警阈值的确定

2．2．3 高铁地震报警判定方式

2．2．4 应急操作方案

2．3 本章小结

第3章 地震信号噪声及抑制方法

3．1 地震波的特点

3．2 地震噪声的类型及其特征

3．3 地震噪声去除的方法

3．4 本章小结

第4章 小波变换的基本理论

4．1 引言

4．2 傅立叶变换与短时傅立叶变换

4．2．1 傅立叶变换

4．2．2 短时傅立叶变换

4．3 小波变换

4．3．1 小波分析的概述

4．3．2 小波变换及小波基函数

4．3．3 小波变换的时频局部性分析

4．4 连续小波变换

4．5 离散小波变换

4．6 二进小波变换与离散二进小波变换

4．7 多分辨分析和Mallat算法

4．7．1 多分辨分析

4．7．2 Mallat算法

4．8 本章小结

第5章 基于小波变换在防震技术上的应用研究

5．1 基于小波变换的模极大值去噪方法

5．1．1 信号在小波变换各尺度上的传播特点

5．1．2 小波变换模极大值去噪的算法

5．1．3 模极大值去噪MATLAB平台仿真实验

5．2 基于小波变换的阈值去噪方法

5．2．1 信号去噪的准则

5．2．2 小波阈值去噪原理

5．2．3 阈值函数的选取

5．2．4 阈值的选取

5．2．5 小波函数的选取和分解层数的确定

5．2．6 阈值函数的引进方法研究

5．2．7 小波阈值去噪MATLAB平台仿真实验

5．3 地震波MATLAB仿真实验分析

5．3．1 Ricker子波小波阈值去噪分析

5．3．2 EL-CENTRO地震波小波阈值去噪分析

5．3．2 日本阪神地震波小波阈值去噪分析

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献