CN103984017A - 一种微震震源自动定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微震震源自动定位方法。包括：根据获取的条有效通道的信息构建出个四元一次方程组；为有效通道数，；对所述个四元一次方程组中每一个四元一次方程组求解，得到组解；把所述组解分别带入震源定位目标方程中，得到个对应每条有效通道的偏差值；判断所述个偏差值是否均满足误差范围，如果是，输出所述震源定位目标方程中的偏差目标函数值，否则，改变个偏差值中不满足误差范围的偏差值对应的有效通道信息，然后执行根据所述个有效通道的信息构建个四元一次方程组的步骤。本发明的定位方法通过计算机来实现，省时省力。

Description

一种微震震源自动定位方法
技术领域
本发明涉及微震检测领域，尤其涉及一种微震震源自动定位方法。 
背景技术
在煤矿开采活动中有裂缝等岩层破坏事件时，岩体的瞬间破裂会激发弹性波。这些弹性波携带着震源的信息，依赖岩体弹性介质向四周传播。矿山微震监测就是利用震动传感器在远处测量这些弹性波信号，并根据所监测的微震信号特征来确定破裂的发生时间、空间位置、尺度、强度及性质，做出有效合理的预警，具有远程、三维和实时的特点，因此在矿山、岩土、水利水电等工程中具有广阔的应用前景，日益受到人们的重视。而矿山微震检测技术的核心是真元定位，能否进行快速、准确的确定为是微震检测系统能否发挥作用的关键。 
传统的震源定位计算会将震源定位的目标方程转换成对四元一次方程求解的问题，理论上当给出已知的检波器坐标和标尺位置，就能求出方程组的解，实际上，虽然构造的多个方程组能求出多个解，但是未必有满足目标函数的解，这就要求检波器的坐标和我们对标尺位置的标注尽量准确，这样，当标出位置后，发现某一条通道目标函数较大时，就要重新对该条通道进行标注。对于多条通道，每一条通道都要标出准确位置，既费时又费力。 
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种微震震源自动定位方法，通过计算机来实现定位计算，达到省时省力的目的。 
本发明的一种微震震源自动定位方法，包括： 
根据获取的 条有效通道的信息构建出个四元一次方程组；为有效通道数，；
对所述个四元一次方程组中每一个四元一次方程组求解，得到组解；
把所述组解分别带入震源定位目标方程中，得到个对应每条有效通道的偏差值；
判断所述个偏差值是否均满足误差范围,如果是，输出所述震源定位目标方程中的偏差目标函数值，否则，改变所述个偏差值中不满足误差范围的偏差值对应的有效通道信息，然后执行根据所述个有效通道的信息构建个四元一次方程组的步骤。
其中，有效通道信息包括：标尺相对位置、标尺相对时间和检波器坐标。 
进一步地，得到个对应每条有效通道的偏差值之后，输出所述震源定位目标方程中的偏差目标函数值之前，还包括： 
根据每一条有效通道偏差值计算个对应每条有效通道的均方值；
判断所述个均方值中最小均方值是否小于预设阈值，如果是，则执行判断所述个偏差值是否均满足误差范围的步骤，否则，所述震源定位目标方程无解。
具体地，根据获取的条有效通道的信息构建出个四元一次方程组，包括： 
根据获取的条有效通道的信息构建出个定位计算公式；
分别对所述个定位计算公式两边平方，得到个平方后的定位计算公式；
将所述个平方后的定位计算公式两两相减，得到个四元一次方程；
构建出个四元一次方程组。
其中定位计算公式为，为震源坐标，为第个测点的坐标，为震源震动时间，为P波到达第个测点的时间，为P波的传播速度。 
其中，震源定位目标方程为 
，其中，为偏差目标函数，为有效通道数，为震源坐标，为震源震动时间，为P波到达第个测点的时间，为第个测点的坐标，为P波的传播速度。
具体地，改变个偏差值中不满足误差范围的偏差值对应的有效通道信息，包括： 
判断个偏差值中不满足误差范围的偏差值是否大于0，如果是，则减小不满足误差范围的偏差值对应的有效通道标尺位置，否则，增大不满足误差范围的偏差值对应的有效通道标尺位置。
具体地，对个四元一次方程组中每一个四元一次方程组采用全选主元高斯－约当消去法求解。 
借由上述方案，本发明至少具有以下优点： 
本发明实施例只须动标注有效通道信息一次，然后就可以通过计算机代替手工方法寻找最优解，在某条有效通道信息偏差值不满足误差范围时，计算机也自动修改有效通道信息，重新寻找最优解，即偏差目标函数值也就是震源坐标实际和理论的差值，相对于现有技术的手工寻找最优解省时省力。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。 
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种微震震源自动定位方法示意图。 
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 
参见图1，一种微震震源自动定位方法，包括如下步骤： 
1、根据获取的条有效通道信息构建出个四元一次方程组；为有效通道数，；
有效通道信息可以是通过自动标注获取的信息，每条有效通道信息包括：标尺相对位置、标尺相对时间和检波器坐标。
标尺是指发生震动事件的那一刻所在的时间段（本发明实施例中定位5秒钟）中，标尺标注的位置就是这5秒中微震动起震的那一刻。假如事件发生在2014.1.2.15：20：30，该时间段即为15：20：28~15：20：32这5秒数据，标尺就应该标在微震动起震位置15：20：30这一刻。 
获取上述条有效通道信息后，构建个定位计算公式： 
具体地，定位基本公式为：
                                 （1）
其中，为震源坐标，为第个测点的坐标，为震源震动时间，为P波到达第个测点的时间，为P波均匀的传播速度。有条有效通道，则有个定位计算公式（1）。
分别对上述个定位计算公式(1)两边平方,得到个平方后的定位计算公式； 
定位基本公式为公式（1）时，公式（1）两边平方后则变为
                                  (2)
有个定位计算公式（1），则对应有个公式（2）。
将上述个公式（2）两两相减，得到个四元一次方程的标准形式，于是，可以构建出（表示平面定位）个四元一次方程组。其中，C是求组合个数。 
本发明实施例以为例进行说明，根据4条有效通道信息构建4个定位计算公式（1）,则对应得到4个公式（2）。将4个公式（2）两两相减，得到个四元一次方程，因此，构建出个四元一次方程组。 
2、对上述构建的个方程组中每一个方程组进行求解，得到组解。 
具体地,可以采用全选主元高斯－约当消去法、复系数方程组的全选主元高斯消去法、复系数方程组的全选主元高斯－约当消去法、对角线方程组的追赶法、大型稀疏方程组的全选主元高斯－约去消去法、求解托伯利兹方程组的列文逊方法等。本发明实施例以采用全选主元高斯－约当消去法进行求解。 
3、把步骤2中得到的组解分别带入震源定位目标方程中，得到个对应每条有效通道的偏差值； 
4、判断上述个偏差值是否均满足误差范围,如果是，则执行步骤5；否则，执行步骤6；
5、输出震源定位目标方程中的偏差目标函数值，偏差目标函数值也就是震源坐标实际和理论的差值。
6、改变个偏差值中不满足误差范围的偏差值对应的有效通道信息，然重新执行步骤1。 
其中，震源定位目标方程为 
                    （3）
公式（3）的约束条件为。
公式（3）中为偏差目标函数，为有效通道数，为震源坐标，为震源震动时间，为P波到达第个测点的时间，为第个测点的坐标，为P波的传播速度。 
根据公式（3）可得到每一条有效通道的偏差值，即。 
进一步地，在步骤3之后，步骤4之前，还包括： 
根据每一条有效通道偏差值计算个对应每条有效通道的均方值；
判断上述个均方值中最小均方值是否小于预设阈值，如果是，则执行步骤4，否则，震源定位目标方程无解。
若每一条有效通道的偏差值分别为，则每条有效通道的均方值为。 
通过判断上述个均方值中最小均方值是否小于预设阈值，可以确定公式（3）是否存在最优解，如果是，则公式（3）存在最优解；如果否，则公式（3）不存在满足条件的解，直接结束算法，这样可节省计算时间。 
进一步地，步骤4中改变个偏差值中不满足误差范围的偏差值对应的有效通道信息包括： 
判断个偏差值中不满足误差范围的偏差值是否大于0，如果是，则减小不满足误差范围的偏差值对应的有效通道标尺位置，否则，增大该不满足误差范围的偏差值对应的有效通道标尺位置。
本发明实施例采用该震源自动定位方法进行了10次测试，并计算每一次算法的循环次数和耗时，结果如下表所示： 
从上表可以看出，自动求解算法的循环耗时一般都在1S之内，而且保证误差值均在10ms以内，达到求最优解的要求。
本发明实施例只须动标注有效通道信息一次，然后就可以通过计算机代替手工方法寻找最优解，在某条有效通道信息偏差值不满足误差范围时，计算机自动修改不满足误差范围的偏差值对应的有效通道信息，重新寻找最优解，即偏差目标函数值也就是震源坐标实际和理论的差值，相对于现有技术的手工寻找最优解省时省力。 
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。 

Claims (8)

1.一种微震震源自动定位方法，其特征在于：
根据获取的 条有效通道的信息构建出个四元一次方程组；为有效通道数，；
对所述个四元一次方程组中每一个四元一次方程组求解，得到组解；
把所述组解分别带入震源定位目标方程中，得到个对应每条有效通道的偏差值；
判断所述个偏差值是否均满足误差范围,如果是，输出所述震源定位目标方程中的偏差目标函数值，否则，改变所述个偏差值中不满足误差范围的偏差值对应的有效通道信息，然后执行根据所述个有效通道的信息构建个四元一次方程组的步骤。
2.根据权利要求1所述的微震震源自动定位方法，其特征在于，所述有效通道信息包括：标尺相对位置、标尺相对时间和检波器坐标。
3.根据权利要求1所述的微震震源自动定位方法，其特征在于，得到个对应每条有效通道的偏差值之后，输出所述震源定位目标方程中的偏差目标函数值之前，还包括：
根据每一条有效通道偏差值计算个对应每条有效通道的均方值；
判断所述个均方值中最小均方值是否小于预设阈值，如果是，则执行判断所述个偏差值是否均满足误差范围的步骤，否则，所述震源定位目标方程无解。
4.根据权利要求1所述的微震震源自动定位方法，其特征在于，根据获取的条有效通道的信息构建出个四元一次方程组，包括：
根据获取的条有效通道的信息构建出个定位计算公式；
分别对所述个定位计算公式两边平方，得到个平方后的定位计算公式；
将所述个平方后的定位计算公式两两相减，得到个四元一次方程；
构建出个四元一次方程组。
5.根据权利要求4所述的微震震源自动定位方法，其特征在于，所述定位计算公式为，其中，为震源坐标，为第个测点的坐标，为震源震动时间，为P波到达第个测点的时间，为P波的传播速度。
6.根据权利要求1所述的微震震源自动定位方法，其特征在于，所述震源定位目标方程为，其中，为偏差目标函数，为有效通道数，为震源坐标，为震源震动时间，为P波到达第个测点的时间，为第个测点的坐标，为P波的传播速度。
7.根据权利要求1所述的微震震源自动定位方法，其特征在于，所述改变个偏差值中不满足误差范围的偏差值对应的有效通道信息，包括：
判断所述个偏差值中不满足误差范围的偏差值是否大于0，如果是，则减小不满足误差范围的偏差值对应的有效通道标尺位置，否则，增大不满足误差范围的偏差值对应的有效通道标尺位置。
8.根据权利要求1所述的微震震源自动定位方法，其特征在于，对所述个四元一次方程组中每一个四元一次方程组采用全选主元高斯－约当消去法求解。
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