ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2016, том 17, № 1, с.37-45.

Аннотация  Литература  Полный текст  Полный текст (англ.)

УДК 550.334

ЭНТРОПИЙНАЯ МЕРА ВЫБРОСОВ ВО ВРЕМЕННЫХ РЯДАХ СИГНАЛОВ GPS

©2016 г. П.В. Яковлев 

Российский государственный геологоразведочный университет им. С. Орджоникидзе, г. Москва, Россия

Предлагается метод выделения значимых выбросов во временных рядах сигналов GPS. Подход заключается в измерении отклонения в каждый момент времени относительно левой и правой частей анализируемого временного ряда такой статистики, как стандартное отклонение. Стандартное отклонение выбрано потому, что оно является чувствительным к малым изменениям значений временного ряда. В качестве определения меры вклада, привносимого выбросами в сигнал, используется нормализованная энтропия.

Приводятся примеры анализа рядов сигналов GPS с 30-минутным шагом дискретизации, зарегистрированных в Японии до и после мегаземлетрясения Тохоку (11.03.2011 г., МW=9.0); представлены карты нормализованной энтропии, построенные для выявления аномальных зон. Показано, что эпицентральная область характеризуется пониженной энтропией выбросов как до, так и после сейсмической катастрофы. Если пониженная энтропия выбросов после события легко объясняется постсейсмическими эффектами и последствиями афтершоков, то выявление аномалии пониженной энтропии, возникшей до сейсмической катастрофы, представляется наиболее важным результатом проведенного анализа. 

Ключевые слова: сигналы GPS, анализ временных рядов, прогноз землетрясений, выделение выбросов.

Литература

Любушин А.А. Анализ данных систем геофизического и экологического мониторинга. М.: Наука, 2007. 228 с.

Любушин А.А. Тренды и ритмы синхронизации мультифрактальных параметров поля низкочастотных микросейсм // Физика Земли. 2009. № 5. С.15–28.

Любушин А.А. Прогностические свойства случайных флуктуаций геофизических характеристик // Биосфера. 2014. № 4. С.319–338.

Любушин А.А., Яковлев П.В., Родионов Е.А. Многомерный анализ параметров флуктуаций GPS сигналов до и после мегаземлетрясения 11 марта 2011 г. в Японии // Геофизические исследования. 2015. Т. 16, № 1. С.14–23.

Любушин А.А., Копылова Г.Н., Касимова В.А., Таранова Л.Н. О свойствах поля низкочастотных шумов, зарегистрированных на Камчатской сети широкополосных сейсмических станций // Вестник Камчатской региональной ассоциации “Учебно-научный центр” (КРАУНЦ). Сер. Науки о Земле. 2015. № 2, вып. 26. С.20–36.

Любушин А.А., Яковлев П.В. Энтропийная мера скачкообразной составляющей временных рядов GPS // Физика Земли. 2016. Т. 52, № 1. С.98–107.

Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1991. 304 с.

Соболев Г.А., Любушин А.А. Микросейсмические импульсы как предвестники землетрясений // Физика Земли. 2006. № 9. С.5–17.

Соболев Г.А., Любушин А.А., Закржевская Н.А. Асимметричные импульсы, периодичности и синхронизация низкочастотных микросейсм // Вулканология и сейсмология. 2008. № 2. С.135–152.

Соловьев А.А., Агаян С.М., Гвишиани А.Д., Богоутдинов Ш.Р., Шулья А. Распознавание возмущений с заданной морфологией на временных рядах. II. Выбросы на секундных магнитограммах // Физика Земли. 2012. № 5. С.37–52.

Чернецкий В.И. Математическое моделирование стохастических систем. Петрозаводск: Изд-во Петрозаводского государственного университета, 1994. 488 с.

Aggarwal C.C., Yu P.S. Outlier detection for high dimensional data // In Proceedings of the 2000 ACM SIGMOD International Conference on Management of Data, Santa Barbara, California, USA, 2001. P.37–46.

Bay S.D., Schwabacher M. Mining distance-based outliers in near linear time with randomization and a simple pruning rule // In Proceedings of the ninth ACMSIGKDD Conference on Knowledge Discovery and Data Mining, Washington, DC, USA, 2003. P.29–38.

Leung C., Thulasiram R., Bondarenko D. An Efficient System for Detecting Outliers from Financial Time Series // Lecture Notes in Computer Science. 2006. V. 4042. P.190–198. doi: 10.1007/ 11788911_16.

Lyubushin A. Prognostic properties of low-frequency seismic noise // Natural Science. 2012. V. 4,  N 8A. P.659–666. doi: 10.4236/ns.2012.428087.

Lyubushin A., Yakovlev P. Properties of GPS noise at Japan islands before and after Tohoku mega-earthquake // Springer Plus. 2014. V. 3, N 364. doi: 10.1186/2193-1801-3-364, www. springerplus.com/content/3/1/364.

Osorio I., Lyubushin A., Sornette D. Automated seizure detection: Unrecognized challenges, unexpected insights. Epilepsy & Behavior, Volume 22, Supplement 1, December 2011. P.S7–S17. The Future of Automated Seizure Detection and Prediction. doi: 10.1016/j.yebeh.2011.09.011.

Sun P., Chawla S., Arunasalam B. Outlier detection in sequential databases // In Proceedings of SIAM International Conference on Data Mining, 2006. P.94–105.