波形自動辨識系統(Tremor Automatic Identification, TAI)

(Tremor Automatic Identification, TAI)

為避免長微震的持續時間決定過於主觀，我們設計一套自動化定義持續時間

36

以上 A~E 五個判定依據分別由分析長微震周圍地震目錄、連續資料與以目 視之長微震連所有測站資料所決定，在下方圖3.1.5 中，以黃色虛線區域標示地 震訊號特徵(第二階段門檻A 和 B)，以灰色虛線區域標示雜訊特徵(第二階段門 檻C、D 和 E)，以下以不同種類的事件舉例說明。圖 3.1.5a 為中規模地震的表 現: 資料為中央氣象局地震目錄中長微震附近區域(120˚~122˚E, 22˚~24˚N) M>3 之地震; 這類波形在極簡化後出現分段數低(<5 段)、訊號區比例低(<20%) 的分布。圖 3.1.5b 為而研究區域內 2008 與 2009 年所有地震(最低至 M~0.23) 之表現: 與3.1.5a 雷同，呈現分段數低(<5 段)、訊號區比例低(<20%)的分布。

這表示不同規模地震的持續時間不同，在分段數與訊號比例這兩個門檻值的表現 是非常相似的。圖3.1.5c 為隨機選取 15 天連續資料的表現，經目視檢視後絕大 多數為雜訊。圖3.1.5d 為甲仙地震發生後 10 天內之連續資料表現:這個時間內 包含大量餘震、較活躍的長微震活動與其餘雜訊，在圖中數目最多的(紅色)，發 生在高分段數 (>15)和高訊號比例(>40%)處，與圖 3.1.5c 極為相似，亦為雜訊 特徵明顯較多的波形。圖3.1.4e 為目視確認為長微震的訊號表現，其峰值(網格 內最高數目)發生在黃色虛線和灰色虛線區間外，說明利用這兩個門檻，可以大 致排除近距地震訊號與雜訊。

37

圖3.1.4 波形簡化流程與數個波形範例判定之範例。黑線為原始波形濾波 2~8Hz 後之波型，綠線為包絡化處理後之波形，藍線標示為包絡資料平均值，紅線為最 後極簡化後之波形。

38

圖 3.1.5 不同種事件波形在 TAI 系統中之表現比較。X 軸為訊號分段數，Y 軸 為訊號區域總時間在200 秒分析視窗的比例。圖中色階代表區間內波形數，黃色 虛線框表示符合判斷條件A、B 的地震訊號區域灰色虛線框符合判斷條件 C、D、

E 的雜訊區域，而在黃框、黑框間的其他區域，即為長微震訊號區。(a) 2008~2011 年規模3 以上，發生於 120˚~122˚E, 22˚~24˚N 之地震事件。(b)2008~2009 年發 生於 120˚~122˚E, 22˚~24˚N 之所有地震事件 (c)隨機抽樣 15 天之連續資料。

(d)甲仙地震後十天內之連續資料。(e)目視確認過之 1200 個長微震事件資料，

因長短不一而切割成符合程式需求之9683 個 200 秒之時間段。。

a. b.

c. d.

e.

39

第三階段：訊號時間點吻合度與持續時間之定義 (圖3.1.6)

在第三階段，疊加所有被保留之波形。由於每個波形都被極簡化至0 與 1，

相加後波形的值，將會介於0 至波形總數之間，當訊號在時間上集中時，相加波 形在該時間就會出現峰值。當相加波形之最大值大於「0.6*保留波形數」時，定 義為長微震，並以視窗中第一個超過1/2 保留波形數的時間點，為此長微震的起 始時間；最後一個超過1/2 保留波形數的時間點，為此長微震的結束時間。當結 束時間位於此視窗的後30%(即 140 秒以後)時，將合理懷疑長微震在下一時間窗 口持續發生，故移動100 秒視窗再判定其後之長微震是否存在，因此本研究所定 義的長微震事件之間的間隔必為60 秒以上。最後統整各視窗偵測結果，決定最 終開始、結束時間與總長度，考慮到長微震訊號的發生，是在門檻值設計窗口的 前後數秒，持續時間的最終累積將額外增加10 秒。

由於此辨識程式仍屬於測試階段，其輸出仍須經人工目視確認是否為長微震 事件。經過TAI 流程，我們有效地去除 Hypoecc 輸出結果中 80%的地震與雜訊事 件，即原先每年一萬筆的地動事件，僅剩2000 筆左右事件可能為長微震事件，

大量減輕人工辨識的需求。

40

圖3.1.6 辨識流程示意圖。(a)所有測站波形(黑線)與經第一階段極簡化之波形 (紅線)，在此僅列出東西方向之分量。(b)經過第二階段篩選後，保留可能訊號 波形，僅列出東西方向之分量。(c)第三階段將保留之極簡化波形相加，以判定 持續時間。紅線標示出判定門檻值，藍色箭頭標示出程式所定義之起始與結束時 間。