FHD質子矢量磁力儀資料預處理分析

彭洪軍

FHD質子矢量磁力儀資料預處理分析

彭洪軍

（臨沂市地震監測中心臺馬陵山地震臺，山東 臨沂 276600）

中國的許多城市位于地震多發地帶，長期遭受地震災害的影響。地震不僅給國家造成嚴重經濟損失，還會造成人民的大量傷亡，影響極其惡劣。為了做好地震防范工作，對即將到來的地震進行預測并做好防范措施，需要建立地震臺站，獲取多種學科觀測的數據。地震臺站獲取的數據質量與連續性是減輕地震災害的關鍵，FHD質子矢量磁力儀是具有IP網絡接口，接入千兆服務器，對相關數據進行采集的觀測數據系統，為地震研究與勘測工作提供了很多科學依據。但是在FHD質子磁力儀觀測數據的過程中存在較多的影響因素，車輛干擾、高壓直流輸電、交直流電切換等都會對地磁觀測造成干擾，影響數據的準確性。通過對FHD質子矢量磁力儀使用過程中的干擾因素進行研究，分析國家地震臺的FHD質子矢量磁力儀的動態變化曲線，制訂合理的預處理措施，提高中國地磁FHD質子矢量磁力儀的觀測質量。

地震臺；FHD質子矢量磁力儀；預處理；日期數據

地震臺的主要工作是對相關數據進行收集和分析，在“中國地震臺網前兆數據管理系統”中查看“觀測數據統計”中的前一天數據，會顯示數據已經采集。但是在數據系統中調入數據預處理時，發現所有或比較重要的數據顯示為空值。通過研究實驗發現，需要到儀器端進入原始數據的目錄，刪除相關的日期數據，然后再回傳數據，這樣才能采集到前一天的數據。另外，在采集數據的過程中還會受到很多外界因素的影響，降低了采集數據的準確性。觀測臺的工作人員在數據采集過程中要對干擾因素進行預處理，在日志中備注好干擾原因和處理措施，確保后續工作的正常進行，提高勘測數據的準確性。

1 當前FHD質子矢量磁力儀觀測狀況

很多城市的FHD質子矢量磁力儀自安裝到運行已經有多年時間，每個省區的地震臺站FHD質子矢量磁力儀觀測人員都非常努力，擁有基本的干擾識別判斷能力，能夠在數據采集的過程中快速發現干擾源，進一步提高了數據觀測的質量。但在當前的FHD質子矢量磁力儀觀測工作中仍然存在著一些沒有解決的問題。地磁FHD質子矢量磁力儀主要分布在城市中有人值守的地點，國家地震臺規程研制開發的架設臺點使用的FHD-1質子矢量磁力儀，儀器測量范圍為20 000～70 000 nT、分辨率為0.1 nT[1]。

2 資料預處理分析

2.1 干擾源

觀測臺在使用FHD質子矢量磁力儀對數據進行采集與傳遞時會受到很多因素的干擾，主要干擾源是車輛干擾、基建工程干擾、交直流電切換干擾等，如表1所示。

表1 觀測數據受干擾的內容以及預處理措施

數據異常分類存在的干擾情況預處理措施 尖峰脈沖干擾用前后2 min的數據線性插值代替2 min內的突跳數據 臺階跳動交直流供電切換；儀器附近存在鐵磁性物體；受到直流電影響，儀器接地不良使用NULL代替臺階不明顯的數據段，對臺階明顯的數據段進行臺階改正 成片錯誤數據儀器發生故障；施工環境對儀器運轉造成干擾可以全部用NULL代替

2.2 干擾情況與處理措施

2.2.1 尖峰

當地磁觀測中的數據顯示出尖峰時工作人員對其進行的處理大多是針對單點突跳的數據，2 min之內采集的突跳數據不能使用，最好選擇突跳前后2 min的數據線性插值代替2 min之內的數據。另外，在對尖峰進行處理時需要注意選定1 min的數據，不然可能會導致數據刪除[2]。

2.2.2 臺階跳動

臺階跳動產生的原因如表1所示，交直流電切換、FHD質子矢量磁力儀附近存在鐵磁性的物體以及儀器放置不當、接地不良等是造成數據出現臺階跳動的主要原因，當出現臺階跳動時最常用、最簡單、直接的方法就是去除臺階，利用預處理系統中的“預處理多臺”功能對比變幅較小、不容易分辨出臺階突跳階段的數據曲線，對比出數據的跳動時段，然后采用預處理措施進行解決。對原始數據的受干擾部分進行刪除處理，刪除處理之后的數據會與之前的存在較大偏差。研究人員判斷和預處理各個時間段內受干擾的數據，經過研究實踐發現經過處理后的數據與正常的數據曲線是一

樣的，說明該預處理措施是正確、有效的。在數據預處理時不要對標定或接地不良的儀器進行預處理，因為預處理的數據不是天然磁場的真實變化。在處理因儀器接地不良和交直流電切換出現的臺階時需按照地磁臺網中心的相關規定要求進行，處理臺階產生當天00：00時間的數據[3]。

2.2.3 錯誤數據處理

FHD質子矢量磁力儀資料的預處理工作中會遇到各種各樣的問題，處理方式掌握不當也會造成數據的失真或丟失。在數據處理的過程中要盡可能地挽救有價值的數據，處理掉沒有價值的數據。受到干擾產生錯誤數據時，必須用NULL代替，不能抱著僥幸心理。有很多研究數據已經受到干擾，但研究人員認為數據的完整率較高，可能還能用，所以就留了下來，但是到了后面的地磁臺網中心評議時依然通過不了，所以一些無用的信息盡早處理干凈。當數據受到施工環境或其他因素的干擾后，地磁臺網中心這些天收集的數據全部作廢，對不可用的數據要刪除干凈。

2.2.4 磁干擾

在FHD質子矢量磁力儀資料預處理的過程中，研究人員會對磁干擾進行臺階處理，通常磁暴起始階段會出現尖峰，研究人員在處理這類干擾因素時可以將尖峰處理掉。有些研究人員將磁暴作為干擾因素，對數據曲線進行預處理，導致出現過度預處理問題[4]。將磁暴作為干擾對數據曲線進行錯誤處理就是對磁干擾進行過度處理。為了避免日后研究工作中再次出現這種情況，工作人員可以使用預處理軟件內的“預處理多臺”功能對比多臺預處理的曲線，對數據進行正確處理。

3 日志填寫

填寫日志時可以填完一項后點擊旁邊的“自動復制”小方框，但在工作過程中會出現各種復雜的問題，工作人員在對應項目選項填寫相關工作內容，每天檢查日志的填寫情況，防止出現遺漏。記錄好沒有處理的數據，為后續工作做好準備。查看事件產生的原因、事件類型與跟進人員，當事件類型一欄出現“原因不明”等詞匯時需要及時核實情況，在日志中備注好相關信息，說明具體原因。工作人員處理干擾數據時，需要按照日志的不同記錄項目填寫相應的內容，填寫完成后認真檢查填寫的內容，確保沒有遺漏的項目[5]。日志處理人員匿名填寫或者填寫的不規范，臺網中心會在評議中扣除相應的分數。

4 自檢

自檢過程如下：①逐項檢查日志的各項內容，避免存在漏項問題；②對比相鄰地磁臺站的數據曲線，檢查曲線的重合性與日變趨勢是否一致；③國家地磁臺網中心對日變曲線趨勢不一致的地方進行評議；④由國家地磁臺網中心檢查評議是否通過，如果一審沒有通過，就在二審時重新處理上報，二審不過就在月審繼續上報，審核不通過會繼續扣分[6]。在實際FHD質子矢量磁力儀的正常運行中常常出現地磁臺數據缺數的問題，工作人員需要在采集前一天數據的同時收取當天8 h的數據，避免缺數的問題再次發生[7]。

在此次研究中對國家地磁臺網中心“地磁數據預處理質量標注系統”評議結果進行對比分析，對FHD質子矢量磁力儀采取數據過程中造成干擾的因素進行研究，采取正確的預處理措施。有效的預處理措施能夠減少干擾因素對FHD質子矢量磁力儀觀測數據的影響，保證各臺站觀測數據的精準度，有利于后續觀察工作的開展。研究人員需要根據國家地磁臺網中心的相關規定并結合當地的實際情況，結合實例對FHD質子矢量磁力儀資料采集中的干擾原因進行預處理。只有通過不斷學習與研究，才能提高中國的地震臺FHD質子矢量磁力儀資料預處理水平。重點解決FHD質子矢量磁力儀預處理過程中的幾點常見問題，比如日志填寫不規范、原始數據出現尖峰信號、人為干擾信號處理不當、無法對錯誤數據進行有效預處理、無故缺數等。相關工作人員需要重視以上問題，盡可能地避免人為失誤導致資料處理不當，有效地提高地磁觀測的資料質量。

［1］陳永花.FHD質子矢量磁力儀資料預處理分析［J］.高原地震，2015，24（2）：45-49.

［2］邢偉偉，孫其貴，陳傳華，等.FHD-1質子矢量磁力儀觀測資料失真原因分析［J］.華北地震科學，2018，26（2）：60-64.

［3］賈華，高登平，王利兵，等.紅山地震臺地磁GM4儀與FHD-2B儀觀測資料對比分析［J］.地震地磁觀測與研究，2015（3）：98-104.

［4］陳傳華，邢偉偉，林秀娜.FHD-1矢量質子磁力儀與溫度相關性分析［J］.華北地震科學，2015，26（1）：30-34.

［5］中國地震局地震預測研究所，江蘇省地震局，中國地震局應急搜救中心，等.DB/T 30.2—2014 地震觀測儀器進網技術要求地磁觀測儀第二部分：質子矢量磁力儀［S］.出版社不詳，2008.

［6］張秀霞，蔣延林，趙衛紅，等.高郵地震臺質子矢量磁力儀觀測與氣溫變化分析［J］.山西地震，2017（4）：16-19.

［7］李美，譚捍東.利用電磁臺站觀測數據推算汶川s8.0地震等效電偶矩［G］//第十一屆中國國際地球電磁學術討論會論文集.北京：中國地球物理學會，2013：1-7.

P318.6

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.18.062

2095－6835（2019）18－0145－02

彭洪軍（1987—），男，山東臨沂人，主要從事地震觀測工作與研究。

〔編輯：張思楠〕