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基于L1范数统计的单纯形微震震源定位方法

煤炭学报 2014年第12期39卷 2431-2438页

作者：李楠王恩元孙珍玉李保林中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室江苏徐州221116

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... 详细信息

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。

关键词：微震震源定位单纯形算法 L1范数统计误差空间爆破实验

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微震震源定位计算新方法的探讨

工业安全与环保 2013年第5期39卷 85-88页

作者：陶慧畅吴建星武汉科技大学资源与环境工程学院冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室武汉430081

微震监测技术作为目前地下矿山安全监测和预警的主要监测手段,如何能够快速准确地震源定位,对于提高地下矿山的防灾、减灾和救灾工作效率具有重要意义。介绍了一种微震震源定位计算新方法,能够避免传统方法的一些不足,更好地利用微震记... 详细信息

微震监测技术作为目前地下矿山安全监测和预警的主要监测手段,如何能够快速准确地震源定位,对于提高地下矿山的防灾、减灾和救灾工作效率具有重要意义。介绍了一种微震震源定位计算新方法,能够避免传统方法的一些不足,更好地利用微震记录数据,更快速准确地对微震震源进行定位计算。通过实验验证了该方法的可行性。

关键词：地下矿山矿山安全微震震源定位波形畸变监测点

基于多目标蚁狮优化算法的微震震源定位数学模型组合

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大地测量与地球动力学 2023年第10期43卷 1074-1079页

作者：陈国庆庞聪向涯周正松陈健赵天文成都锦城学院数学建模研究中心成都市611731 成都锦城学院通识教育学院成都市611731 中国地震局地震研究所武汉市430071 引力与固体潮国家野外科学观测研究站武汉市430071 武汉理工大学计算机与人工智能学院武汉市430070

通过多目标智能优化算法研究微震震源定位存在的模型组合合理性未阐明、易陷入局部最优解、定位结果波动性较大等问题。为解决这些问题,首先在到时差模型与到时差商模型基础上设计4个不同的微震震源定位数学模型,两两组合构建6个多目标... 详细信息

通过多目标智能优化算法研究微震震源定位存在的模型组合合理性未阐明、易陷入局部最优解、定位结果波动性较大等问题。为解决这些问题,首先在到时差模型与到时差商模型基础上设计4个不同的微震震源定位数学模型,两两组合构建6个多目标优化定位模型;再设计3组基于不同台网形状(三维多面体、二维长方形、一维直线型)的微震震源正演仿真实验和1组工程数据验证实验,并引入多目标蚁狮优化(multi-objective ant lion optimization,MOALO)算法求解这些模型;最后采用多个统计指标评判各个模型组合定位效果的优劣。结果表明,数学模型组合(TDA-P1,TDQA)结合MOALO算法的多目标优化定位策略能够得到较高的微震震源定位精度,且模型稳健性较好,优于其他模型组合和传统多目标定位方法,在微震监测领域具有一定的应用价值。

关键词：微震震源定位多目标优化数学模型组合到时差商模型到时差模型蚁狮优化算法

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利用新型群体智能优化算法研究微震震源定位

大地测量与地球动力学 2023年第7期43卷 708-714页

作者：庞聪马武刚李查玮江勇廖成旺陈国庆中国地震局地震研究所武汉市430071 武汉引力与固体潮国家野外科学观测研究站武汉市430071 成都锦城学院数学建模研究中心成都市611731

引入并介绍6种新型群体智能优化算法(灰狼算法、鲸鱼优化算法、蝗虫优化算法、麻雀搜索算法、蚁狮算法、蜻蜓算法)的仿生原理、核心计算公式及优化特性,在经典到时差模型基础上设计一种新型微震震源反演数学模型,利用仿真的矿山微震震... 详细信息

引入并介绍6种新型群体智能优化算法(灰狼算法、鲸鱼优化算法、蝗虫优化算法、麻雀搜索算法、蚁狮算法、蜻蜓算法)的仿生原理、核心计算公式及优化特性,在经典到时差模型基础上设计一种新型微震震源反演数学模型,利用仿真的矿山微震震源正反演数据对比分析6种方法的性能差异。结合实际矿山人工爆破数据,通过6个统计指标从精度、收敛速度、稳定性等多个角度测试这6种新型群体智能优化算法在微震震源定位中的有效性和可靠程度。

关键词：微震震源定位到时差模型灰狼算法鲸鱼优化算法蝗虫优化算法麻雀搜索算法蚁狮算法蜻蜓算法

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基于时差估计的微震震源定位方法

基于时差估计的微震震源定位方法

作者：宋培培山东科技大学

学位级别：硕士

微震监测技术作为一种实时的、先进的、高效的监测冲击地压的手段,广泛应用在煤矿开采、岩土工程等领域。微震监测的首要任务就是对微震震源的具体位置进行及时准确的定位。提高微震震源定位的速度与精度是当前亟需解决的问题。在微震... 详细信息

微震监测技术作为一种实时的、先进的、高效的监测冲击地压的手段,广泛应用在煤矿开采、岩土工程等领域。微震监测的首要任务就是对微震震源的具体位置进行及时准确的定位。提高微震震源定位的速度与精度是当前亟需解决的问题。在微震定位过程中有两个困难,一个是微震信号的拾取误差,由于外界环境噪声的干扰,传感器拾取到的微震信号的到时存在误差;另一个是波速模型不易求解,在微震震源反演过程中,需要用到信号的传播速度,但是由于岩体内部环境未知,导致信号波在岩层内部传播时速度是复杂多变的,进而导致震源反演过程中出现误差。针对以上两个问题,本文提出了基于时差估计的微震震源定位方法,先对微震信号降噪,再对信号进行时差估计最后利用单纯形算法精确定位,具体内容如下:(1)由于实际工程中微震监测系统采集到的微震信号含有大量的外部干扰,本文通过改进EMD算法,对微震信号进行了降噪。对含噪微震信号进行EMD分解,得到一系列按频率从高到低排列的本征模态函数(IMF),引入皮尔逊相关系数用来识别噪声分量与信号分量之间的界限,将信号分量进行重构,从而实现微震信号的降噪。(2)为了获取信号的精确到时,本文采用广义加权互相关时差估计算法来计算两路信号间的时差,取代了传统的信号到时拾取,获得了信号间精确的时差值。信号经过EMD降噪后,滤除了大部分的随机非平稳噪声,用经过EMD降噪后的信号进行广义互相关时差估计能够进一步减弱剩余噪声的干扰,提高了时差估计的精度。通过仿真实验对比分析了常用的加权函数,选择了估计精度高、抗噪效果好的PHAT函数作为时差估计的权值。(3)针对微震震源定位精度不足问题,提出基于时差估计与单纯形法相结合的微震源定位算法,首先利用线性定位法计算出大致的微震震源位置,然后将该震源位置的空间坐标作为单纯形的一个顶点,以该顶点到第一个被触发的传感器之间的距离作为单纯形的边长构造单纯形。用时差估计值和各传感器的空间坐标构造目标函数并用单纯形法寻优,求解精确的微震震源位置,实现了微震震源的精准定位。仿真和实验结果表明,本文提出的算法在低信噪比下情况下能够有效地滤除微震信号的噪声,提升了时差估计的精度,提高了微震震源的定位准确程度。

关键词： EMD降噪时差估计皮尔逊相关系数单纯形算法微震震源定位

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基于高维搜索算法的微震震源定位方法研究

基于高维搜索算法的微震震源定位方法研究

作者：金安石家庄铁道大学

学位级别：硕士

微震监测技术指的是当岩体发生破裂时,利用其产生的微震信号来研究岩体破裂的情况,评价岩体工程安全稳定性的一种实时监测技术。该技术在各类岩土工程中得到了广泛应用。其中对微震震源的定位是整个微震监测技术的核心与基础。本文针对... 详细信息

微震监测技术指的是当岩体发生破裂时,利用其产生的微震信号来研究岩体破裂的情况,评价岩体工程安全稳定性的一种实时监测技术。该技术在各类岩土工程中得到了广泛应用。其中对微震震源的定位是整个微震监测技术的核心与基础。本文针对微震信号的处理以及微震震源定位进行了研究,通过COMSOL Multiphysics软件建立了微震发生环境的三维模型,并进行了仿真,分析了激励条件和传感器布设对定位的影响,将k近邻高维搜索算法用于微震事件定位中。具体研究如下:（1）对微震的发生原理,特点,基本参数进行了描述。根据微震信号的特点讨论了对微震信号的处理,通过长短时平均值比法STA/LTA进行到时拾取,基于变分模态分解和独立成分分析进行降噪滤波以及在研究高维的微震数据时t通过主元分析法对数据进行特征提取以及降维的方法。（2）通过有限元软件COMSOL Multiphysics建立了微震环境的三维模型,施加激励信号模拟微震的发生,用探针检测加速度信号来模拟波形信号接收,分析了激励变化和传感器布局对微震定位的影响。结果表明,传感器接收到的波形与激励大小成正比关系,激励幅值增大会引起波形的幅值增大,但不会影响波形的形状。而传感器的布局对微震定位的精度有很大影响,越靠近传感器网中心的微震事件定位会更加准确,通过对比发现,牛顿迭代法比高维度搜索算法更易受传感器布局的影响。（3）讨论了目前在微震研究领域运用最为广泛的经典的定位方法,牛顿迭代定位方法和单纯形定位方法,这两种方法在微震定位中定位精度高,但是都存在依赖波速精度的问题。由此,使用一种高维搜索算法,通过建立数据库,在数据库中进行搜索得到定位结果的方法,避免由于波速模型复杂而引起的定位不准的问题。（4）搭建了实验平台,以水泥块作为试样,通过敲击的方式,采集微震波形,通过实验数据进行定位,验证了高维搜索算法的可行性和优越性。（5）采用高维搜索算法对内蒙古某煤矿的实测数据进行了定位验证,结果表明,该方法具有较高的定位精度,在精度和效率上都可以满足微震定位的需求。

关键词：微震震源定位高维搜索算法有限元仿真

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矿山微震震源定位研究进展与展望

Engineering 2018年第5期4卷 159-174页

作者：程久龙宋广东孙晓云温来福李飞 State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining China University of Mining and Technology Laser Institute Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences) School of Electrical and Electronic Engineering Shijiazhuang Tiedao University

震源定位是微震监测技术的核心要素,微震震源定位的准确性关系到微震技术的应用效果。针对矿山微震波场特征,分析了矿山微震定位的特点,指出了基于到时的经典定位方法用于矿山微震定位存在的不足。介绍了近几年来在矿山微震定位方面的... 详细信息

震源定位是微震监测技术的核心要素,微震震源定位的准确性关系到微震技术的应用效果。针对矿山微震波场特征,分析了矿山微震定位的特点,指出了基于到时的经典定位方法用于矿山微震定位存在的不足。介绍了近几年来在矿山微震定位方面的研究进展,主要包括Geiger方法与线性方法联合定位、联合微震事件定位、相对定位法优化、无需预先测速的定位方法、无需拾取初至到时的定位方法,分析各方法的优缺点和可行条件。分析了检波器布置、初至到时拾取、波速模型对微震震源定位的影响,提出了应对措施。解决上述问题的方法包括采用新型融合、组合优化已有的方法、创建新方法以实现高精度微震震源定位。提出了矿山微震精确定位的发展方向,即速度模型优化、逆时成像、被动时间反转镜法、相对干涉成像法等新方法的应用,有望大大提高矿山微震震源定位精度。同时,探讨了多方法多参数信息融合和深度学习在矿山微震定位中的应用前景。这些创新性的微震震源定位方法具有广阔的发展前景。

关键词：微震震源定位影响因素逆时成像研究进展发展前景