留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于声谱图和卷积神经网络的磁暴图像识别

李鸿宇 孙君嵩 王丽 杨杰 赵雨馨

李鸿宇, 孙君嵩, 王丽, 杨杰, 赵雨馨. 基于声谱图和卷积神经网络的磁暴图像识别[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0066
引用本文: 李鸿宇, 孙君嵩, 王丽, 杨杰, 赵雨馨. 基于声谱图和卷积神经网络的磁暴图像识别[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0066
LI Hongyu, SUN Junsong, WANG Li, YANG Jie, ZHAO Yuxin. Geomagnetic Storm Image Recognition Based on Spectrogram and Convolutional Neural Network (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2025, 45(4): 1-7 doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0066
Citation: LI Hongyu, SUN Junsong, WANG Li, YANG Jie, ZHAO Yuxin. Geomagnetic Storm Image Recognition Based on Spectrogram and Convolutional Neural Network (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2025, 45(4): 1-7 doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0066

基于声谱图和卷积神经网络的磁暴图像识别

doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0066 cstr: 32142.14.cjss.2024-0066
基金项目: 中国地震局地震科技星火计划(XH23016YB), 江苏省地震局青年科学基金(202408), 江苏省地震局局长科研基金项目(202201)共同资助
详细信息
    作者简介:
    • 李鸿宇 男, 1982年4月出生于吉林省梅河口市, 现为江苏省地震局电磁研究中心预测研究室主任, 高级工程师, 主要研究方向为地震电磁分析预报方法和电磁大数据分析. E-mail: 27587295@qq.com
  • 中图分类号: P315

Geomagnetic Storm Image Recognition Based on Spectrogram and Convolutional Neural Network

  • 摘要: 磁暴是一种重要的地磁场扰动中类型, 影响着通信、电力和航空航天等领域, 因此对磁暴识别技术进行研究与创新有助于磁暴信息的应用. 本文基于2010-2023年12个定点地磁观测水平分量分钟值数据, 采用声谱图成像技术, 运用VGG19卷积神经网络模型开展磁暴日和磁静日人工智能图像分类研究. 实验结果显示, 模型的准确率为97.41%, 精确率为98.00%, 召回率为96.80%, 模型的预测能力较好, 这表明声谱图成像技术在图像识别分类问题中具有较高的实用性, 且VGG19卷积神经网络模型用于 磁暴日和磁静日地磁分类的可行性较高, 研究结果为磁暴预警与监测提供了新的思路.

     

  • 图  1  磁暴日声谱图

    Figure  1.  Spectrogram of geomagnetic storm day

    图  2  磁静日声谱图

    Figure  2.  Spectrogram of geomagnetic quiet days

    图  3  VGG19模型结构

    Figure  3.  Structure of VGG19 model

    图  4  分类错误样图

    Figure  4.  Sample diagram of classification errors

    表  1  测试集实验结果的混淆矩阵

    Table  1.   Confusion matrix of test set experimental results

    预测情况
    正例
    (磁暴日)
    反例
    (磁静日)



    正例
    (磁暴日)
    393(TP)13(FN)
    反例
    (磁静日)
    8(FP)398(TN)
    下载: 导出CSV

    表  2  10组测试集实验结果

    Table  2.   Ten sets of test set experimental results

    1组 2组 3组 4组 5组 6组 7组 8组 9组 10组
    磁暴日 正(TP) 393 392 393 393 394 395 393 392 392 393
    反(FN) 13 14 13 13 12 11 13 14 14 13
    磁静日 正(TN) 399 388 398 394 377 354 378 405 374 387
    反(FP) 7 18 8 12 29 52 28 1 32 19
    下载: 导出CSV
  • [1] XU Wenyao. Geomagnetism[M]. Beijing: Seismological Press, 2003 (徐文耀. 地磁学[M]. 北京: 地震出版社, 2003) (已确认, 无误)
    [2] BARTELS J, HECK N H, JOHNSTON H F. The three-hour-range index measuring geomagnetic activity[J]. Terrestrial Magnetism and Atmospheric Electricity, 1939, 44(4): 411-454. doi: 10.1029/TE044i004p00411
    [3] 王建军, 李琪, 杨冬梅, 等. 地磁活动K指数自动计算FMI方法的改进[J]. 地球物理学报, 2017, 60(7): 2534-2544 doi: 10.6038/cjg20170703

    WANG Jianjun, LI Qi, YANG Dongmei, et al. An improved FMI method of deriving K indices[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2017, 60(7): 2534-2544 doi: 10.6038/cjg20170703
    [4] 高永国, 尹欣欣, 李少华. 基于深度学习的地震与爆破事件自动识别研究[J]. 大地测量与地球动力学, 2022, 42(4): 426-430

    GAO Yongguo, YIN Xinxin, LI Shaohua. Automatic recognition of earthquake and blasting events based on deep learning[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2022, 42(4): 426-430
    [5] 赵明, 陈石, YUEN D. 基于深度学习卷积神经网络的地震波形自动分类与识别[J]. 地球物理学报, 2019, 62(1): 374-382 doi: 10.6038/cjg2019M0151

    ZHAO Ming, CHEN Shi, YUEN D. Waveform classification and seismic recognition by convolution neural network[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2019, 62(1): 374-382 doi: 10.6038/cjg2019M0151
    [6] 杜晓冬, 滕光辉, TOMAS N, 等. 基于声谱图纹理特征的蛋鸡发声分类识别[J]. 农业机械学报, 2019, 50(9): 215-220 doi: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.09.025

    DU Xiaodong, TENG Guanghui, TOMAS N, et al. Classification and recognition of laying hens’ vocalization based on texture features of spectrogram[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2019, 50(9): 215-220 doi: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.09.025
    [7] SIMONYAN K, ZISSERMAN A. Very deep convolutional networks for large-scale image recognition[J]. Computer Science, 2014. 1409. 1556.
    [8] 朱明哲, 姬红兵, 金艳. 基于自适应抽取STFT的混合DS/FH扩频信号参数估计[J]. 系统工程与电子技术, 2010, 32(3): 454-457,462

    ZHU Mingzhe, JI Hongbing, JIN Yan. Parameter estimation of hybrid DS/FH spread spectrum signals based on adaptive decimating STFT[J]. Systems Engineering and Electronics, 2010, 32(3): 454-457,462
    [9] 刘建伯. 基于卷积神经网络图像分类方法研究及应用[D]. 大庆: 东北石油大学, 2018

    LIU Jianbo. Research and Application of Image Classification Method Based on Convolutional Neural Network[D]. Daqing: Northeast Petroleum University, 2018
  • 加载中
图(4) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  110
  • HTML全文浏览量:  24
  • PDF下载量:  10
  • 被引次数: 

    0(来源:Crossref)

    0(来源:其他)

出版历程
  • 收稿日期:  2024-05-07
  • 录用日期:  2025-07-10
  • 修回日期:  2025-02-05
  • 网络出版日期:  2025-03-11

目录

    /

    返回文章
    返回