Research on Seismic Wave First Arrival Picking Based on Improved U-Net3+

波形 计算机科学 稳健性(进化) 特征提取 残余物 噪音(视频) 信号处理 实时计算 语音识别 数据挖掘 模式识别(心理学) 人工智能 算法 电信 生物化学 雷达 化学 图像(数学) 基因
作者
Xuan Jiang,Tong Shen,Mingjie Tan,Jianlin Wang
标识
DOI:10.1109/raiic59453.2023.10280928
摘要

Seismic P-wave first arrival picking is a fundamental and vital component of seismic monitoring, with its accuracy playing a critical role in subsequent data processing. In order to address the problems of low signal-to-noise ratio data pickup accuracy and poor robustness of the traditional seismic wave first arrivals, this paper proposes an improved U-Net3+ seismic P-wave first arrivals picking method. Compared with the traditional method, the model does not require manual setting of thresholds and pre-processing operations such as filtering of data, and only requires input of normalized three-component seismic waveform data to intelligently identify seismic P-wave first arrivals. To minimize information loss during seismic waveform extraction and enhance the utilization of effective feature information at the P-wave first arrival time, the residual unit is incorporated solely in the encoder and decoder part of U-Net3+. The model exhibits a lightweight structure and excels in feature extraction, enabling effective identification of low signal-to-noise ratio data. The results demonstrate hit rates of 81.4%, 86.5%, and 87.5% for data with signal-to-noise ratios below 5dB, 10dB, and 20dB, respectively. The average pickup error is 0.054s, outperforming mainstream deep learning methods like U-Net and U-Net3+. These findings present a novel approach for automated P-wave first arrival picking.

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