基于到时时空分布的微震震源定位算法

为了提高微震震源定位精度和算法鲁棒性,研究了基于到时的定位算法的目标函数构建和时空区域信息使用。仿真实验基于Numpy,采用理想到时+随机扰动来模拟生产情况。结果表明:到时定位算法中常用的L₁和L₂目标函数对实际震源存在偏离且偏离现象非常普遍。为了减轻伪震源问题,使用到时偏差的似然函数作为基础函数,聚合时空邻域的单点基础函数作为目标函数;新构建的4维区域分布算法(Distribution of 4-Dimention Area Algorithm,D4DA)在2次标定炮定位中将定位误差分别降低了14%和26%。     

基于MOPSO-SA混合算法的矿山微震震源定位方法

冲击矿压是一种典型的煤矿动力灾害,通过监测煤矿微震来进行冲击矿压的预防预警是一种有效的手段,其中震源位置是微震监测中需要确定的最关键和最基本的参数之一。在微震震源定位过程中,参与定位的通道个数对定位精度具有显著影响。当震动激发的检波探测器个数足够多时,不断增加通道个数并不能有效提高震源的定位精度。基于此,选取合适的震动信号参与定位对提升震源定位精度至关重要。为解决该问题,在设定均勾介质的条件下,基于走时拟合法的震源定位模型,提出一种既考虑定位通道个数、又考虑模型定位精度的微震震源多目标优化定位模型。为求解该模型,结合多目标粒子群优化算法(Multi-Objective Particle Swarm Optimization,MOPSO)和模拟退火算法(Simulated Annealing,SA)的互补优势,提出一种基于多目标粒子群-模拟退火(MOPSO-SA)的矿山微震震源混合定位方法。该方法利用多目标粒子群优化算法的全局探索性能,为实现局部搜索的模拟退火算法提供更优的初始解,同时也有效避免寻优过程陷入局部极值。试验结果表明所提算法能够有效地求解多目标震源定位模型,且具有较高的定位精度。     

一种改进的震源扫描算法微震定位

震源定位是矿山微震安全监测技术十分重要的基础环节。基于一种新型的地震定位方法———震源扫描算法(Source-Scanning A lgorithm,SSA),对算法公式提出了改进,并研究了改进SSA算法用于微震震源定位的一些基本问题。通过人工爆炸实验得到的数字地震波形资料计算,进行了2种算法的对比,结果表明,改进SSA法计算结果更稳定,计算精度更高。     

基于单纯形-最短路径射线追踪的微震震源混合定位算法

震源定位精度是评价微震监测效果的最重要指标。最短路径射线追踪法是一种求解复杂速度模型下地震波走时场及检源路径的算法,是一种重要的地震波走时正演方法。本文将该方法引入到矿山微震监测领域,与基于平均速度模型的常规单纯形定位方法相结合,建立了单纯形-最短路径射线追踪混合定位算法。首先采用最短路径射线追踪方法,计算观测系统中每个检波点到潜在震源点的反向射线路径及走时;然后基于均匀速度模型,采用单纯形算法计算得到一个初始解;最后在初始解的一个小区间内,计算各节点"走时-到时"差之和,取求和值最小值对应的节点作为震源点。层状速度模型和空区速度模型正演模拟实验表明,最短路径射线追踪方法计算得到的检源路径符合地震波传播基本规律。基于神东某矿31101工作面坚硬顶板压裂案例,以标定炮为参考,新方法定位误差4.35m,常规单纯形方法定位误差为19.63m;该方法可为层状及含空区等复杂地层微震监测等提供重要的理论支撑和技术支撑。     

基于TFA-DC到时拾取的双震相微震震源定位方法

针对双震相定位中S波初至到时拾取困难的问题,提出了同时使用由基于时频分析的下山比较法(TFA-DC方法)所得P波精确到时与S波峰值到时的双震相定位方法(TD-DL方法).引入计算发震时刻估计值的双震相目标函数,将其中双震相波速整合为震相传播速度,并与震源坐标一同作为未知量代入粒子群算法中进行计算,以此同TFA-DC方法...     

微震震源定位可靠性综合评价模型

微震震源定位受定位方法、微震台网布置、波速模型和到时等因素的影响,单一指标很难对震源定位结果进行全面评价,因此提出了一种包含事件残差指标、敏感度指标和触发序列指标的震源定位可靠性综合评价方法。采用改进的L1范数统计准则计算微震事件残差,并根据事件残差的取值范围确定了可评价震源定位精度的事件残差指标;根据给定波速误差后震源定位结果之间差值的大小,提出了敏感度指标,主要对定位稳定性进行评价;基于观测触发序列和计算触发序列匹配度,并结合微震台网布置和有效传感器数量,提出了触发序列指标,该指标能够同时反映定位精度和稳定性;综合以上3种评价指标,建立了微震震源定位可靠性综合评价模型。通过现场试验验证,表明该模型能够对定位精度和稳定性进行全面有效评价,评价结果可以作为衡量微震监测系统定位可靠性的实用依据。     

基于L1范数统计的单纯形微震震源定位方法

针对经典定位方法中存在的求解系统发散、定位精度低和定位受微震台网影响大等问题,采用L1范数统计对微震震源定位进行残差分析,推导得到了基于L1范数统计的事件残差计算公式;提出了微震震源定位的误差空间概念,它的实质是微震监测区域中事件残差对震源定位误差的反映;将震源的时间维数从误差空间中分离出去,建立了基于L1范数统计的单纯形微震震源定位方法,该方法不仅对到时和波速等输入数据中误差较大的离群点具有较高的抗干扰性,而且在震源求解时不会发生发散问题,具有很好的稳定性和强健性;通过现场爆破实验对算法的优越性进行了验证。研究结果表明:基于L1范数统计的单纯形算法震源定位结果稳定,定位精度高;而且算法受震源和微震台网相对位置影响较小,能够有效抵抗微震台网扩散效应对震源定位的影响,保证了台网边缘或外部震源定位的稳定性和精度;另外它还能够降低微震台网在方向控制上对定位精度的影响,提高了垂直方向上的震源定位精度。     

用牛顿迭代法求齿轮啮合角α的VB语言实现

针对渐开线函数,即齿轮啮合角α的计算,介绍了用牛顿迭代法及Visual Basic编程进行计算的方法。解决了传统查表及插值法的繁琐工作,可以迅速、准确地计算出结果,大大减少了手工劳动,提高了工作效率。     

基于聚类分析的微震定位二次优化研究

为了提高微震定位的精度,利用MATLAB软件及其工具箱编制相关分析、处理程序,进行了关于微震定位结果的二次优化研究。利用传统数学方法,将微震定位问题简化为求解线性方程组,建立基于多传感器的四四组合定位模型,四四一组求解其定位结果;并采用k-means聚类方法对组合定位结果进行优化处理,减小定位结果的奇异性。设定核心簇和外围簇2类,引入聚心曲线拐点及噪声偏移距离概念,建立聚类继续与否的判定准则。通过某矿现场验证表明,优化后的结果与真实震源误差为(1.8,2.83,11.6),空间距离约为12.08 m。该方法算法简单,操作方便,且精度较之单一定位方法有所提高,基本满足现场需求。     

矿井SOS微震监测网络优化设计及震源定位误差数值分析

提出了微震监测网络优化设计的5条一般性原则和运用Powell算法求解定位误差的方法。以平顶山十一矿SOS微震台网的优化布置方案为例,进行了定位误差数值计算,结果表明,定位误差保持在小于50m的水平,能够较准确地提供震源的基本信息和确定冲击危险的局部重点监测区域,表明对该矿微震监测台网的设计能够满足当前开采布局的要求,为下一步矿震活动规律监测和冲击危险的预测预报奠定了基础。     

基于变分模态分解及能量熵的微震信号降噪方法

为了从含噪微震监测数据中提取有效的微震信号,提出了一种基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和能量熵的自适应微震信号降噪方法。采用变分模态分解法对含噪微震信号进行自适应分解,得到一系列按频率从高到低的变分模态分量;计算每个变分模态分量的能量熵,搜索并辨识出噪声与信号的分界;剔除高频噪声,将剩余分量进行重构,得到降噪后的微震信号。通过与基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的微震信号降噪方法对比,从信噪比、降噪后信号占原信号的能量百分比和原信号与降噪后信号的均方根误差3个评价指标上定量说明该方法在微震信号降噪中表现出更好的降噪效果。     

基于距离约束的井下目标定位方法

煤矿井下巷道为狭长的条状结构,信号衰减较大,地面已有的目标定位方法和技术难以直接应用于井下,现有的矿井目标定位主要采取基于时间和信号强度的测距方法,而这些方法并没有考虑到井下巷道的条状结构特点,定位误差较大,依据矿井巷道的条状结构特点,提出一种基于距离约束的井下目标定位方法。在巷道内每4个锚节点构成1个矩形区域,将固定的两锚节点之间的距离作为约束条件,结合垂直向量乘积为零的原理,矩形对角线的长度已知,通过基于RSSI的测距原理获得移动节点到矩形区域两对角线上锚节点的距离之比公式,进而通过合理的近似运算和向量乘法定理得到向量方程组,通过求解向量方程组可以得到移动节点的坐标,仿真实验表明该方法可以有效地降低定位误差。     

基于精密时钟同步技术的微震监测分站

研发了基于精密时钟(PTP)同步技术的KJ768-F微震监测分站。介绍了分站的软、硬件设计及精密时钟同步协议原理与实现;对分站的等效输入噪声及时间同步精度进行测试:结论表明分站的最大等效输入噪声为10.04μV;分站与授时服务器的同步精度为320 ns;分站与分站间的同步精度为120 ns。基于该分站的KJ768微震监测系统井下定点爆破试验定位误差小于10 m,定位精度满足对冲击地压矿井监测的需要。     

基于层状波速模型的矿山微震定位方法

针对矿山微震定位精度不高的问题,提出采用层状波速模型来代替传统均匀波速模型。采用试射法射线追踪技术来计算微震波在介质中的传播路径,在此基础上,研究了层状波速模型中Geiger定位方法,提出了层状波速模型中Geiger法精确定位的算法流程。通过MATLAB编程,实现了该定位算法,并且数值测试了该定位算法的准确性。数值测试结果表明:不考虑噪声影响到时拾取精度的情况下,新算法的定位精度在1m以内;考虑噪声影响的情况下,新算法的定位误差为9.3m,而采用传统均匀波速模型的定位误差达到28.71m,远远大于新算法的误差。最后,将新算法应用在冬瓜山铜矿,通过对16个微震事件的定位分析,新算法的定位效果优于传统的定位方法,事件位置更加集中。     

Solution and simulation algorithm of microseismic events location to three-dimensional model by comprehensive location method based on Matlab

The essential for microseismic monitoring is fast and accurate calculation of seismic wave source location. The precision of most traditional microseismic monitoring processes of mines, using TDOA location method in two-dimensional space to position the microseismic events, as well as the accuracy of positioning microseismic events, may be reduced by the two-dimensional model and simple method, and ill-conditioned equations produced by TDOA location method will increase the positioning error. This article, based on inversion theory, studies the mathematical model of TDOA location method, polarization analysis location method, and comprehensive difference location method of adding angle factor in the traditional TDOA location method. The feasibility of three methods is verified by numerical simulation and analysis of the positioning error of them. The results show that the comprehensive location method of adding angle difference has strong positioning stability and high positioning accuracy, and it may reduce the impact effectively about ill-conditioned equations to positioning results. Comprehensive location method with the data of actual measure may get better positioning results.     

微震波自动拾取与多通道联合定位优化

依托河北某煤矿的科研项目,进行了以微震波初始到时自动拾取和高精度定位为目的的研究。在采用经验模态分解（EMD）法消噪、滤波的前提下,通过改进传统滑动时窗能量法,加入边界检测因子和稳定因子约束,实现对“起跳模糊、起跳不干脆以及背景干扰过大”波形到时的准确拾取。建立多通道内微震波的联合识别体系,提出利用“到时-振幅”与“时-距差速度”判断法剔除异常波形,拾取有效微震事件。现场监测数据验证表明,以改进滑动时窗能量法拾取初始到时,可有效拾取到时不清晰波形的到时,减少因人工拾取带来的误差;通过多通道内波形的联合识别、定位,削弱“远波先至”、“到时紊乱”等异常事件的干扰,实现了对震源的高精度定位。     

基于GIS平台的地下矿山事故的微地震应急救援技术

立足于微地震技术与GIS软件研究矿山事故救援,以微地震定位原理与GIS电子地图软件开发相结合,达到现场第一时间最优路径救援的目的,实现矿山救援的可视化。该技术注重实时性,科学性,有强大的分析功能,为事故应急救援提供了新的有效途径。     

提高深部开采微震事件定位精度的研究

分析了影响微震事件定位精度的因素,认为在给定速度模型的条件下,定位精度则主要依赖于事件波形到时读数的准确性和震源与拾震器之间的几何形状.结合现场的实际工程条件,进行了拾震器的优化布置,通过对事件波形的降噪处理,提高了P波、S波初至标定的准确性,进而提高了矿山微震事件定位的精度.     

智慧型电力应急预案模式在故障线路快速定位方法中的应用研究

现有电力应急预案在响应突发事故导致的输电线路故障情况时,体现出准确性和时效性的明显不足问题,归其根本是因为在响应初期无法做到准确及时地定位出故障线路位置,从而使得应急响应存在滞后性。而智慧型电力应急预案以事故的推理机制为基础,在考虑系统的状态运行条件下,实现无脚本的动态应急响应。在智慧型应急预案下,动态应急响应的关键在于准确及时地定位出发生故障的输电线路位置。通过将电力网络的APTS简化模型和改进遗传算法相结合,构建出一种在智慧应急预案下的故障线路快速定位方法。该方法具有定位速度快和定位精度高的优点,具有很强的实用性。最后,以广州市某小型配电网为例验证了其合理性和可行性。