CN115146678B - 一种爆破振动信号的p波振相初至识别方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种爆破振动信号的P波振相初至识别方法，包括：根据不同爆心距处岩体质点实测爆破振动信号获取振动监测参数，构建反映P波振幅与频率变化的特征函数CF，根据振动监测参数和特征函数CF构建P波初至识别函数，构造反映短时窗变化速率的权重系数，根据权重系数和P波初至识别函数构造P波震相初至时刻拾取特征特征函数，根据P波震相初至时刻拾取特征特征函数采用STA/LTA方法计算不同爆心距处实测爆破振动信号的P波振相初至时刻。该方法实现了P波初至振相拾取结果不受触发阈值设定的影响，保证了拾取结果的精度，确保了P波振相的准确、快速获取。

Description

一种爆破振动信号的P波振相初至识别方法和系统
技术领域
本发明涉及工程爆破技术领域，更具体的涉及一种爆破振动信号的P波振相初至识别方法和系统。
背景技术
爆破施工过程中，炸药释放的能量除了用于岩体破碎外，部分能量会以波的形式传播出去形成爆破地震波，根据偏振特性的不同，主要分为体波(P波、S波)和面波(R波)两类。同时研究表明，地震波在岩体介质传播过程中伴随着衰减的发生，且不同类型波的衰减速率各不相同，随着传播距离的增加，不同类型波的作用影响区域也就存在较大的差异。因此，为了使爆破振动信号分析更具科学性，震相识别也就成了爆破工程领域内的重要研究内容之一。
虽然国内外学者在天然地震领域内震相拾取取得了丰富的研究成果，但是与天然地震信号相比，工程尺度下爆破开挖产生的振动信号持续时间较短、背景噪声复杂、信噪比高、分布范围较小，受结构面等地质的不均匀性影响很大，导致P波信号与环境噪声等信号分离不明显，致使适用于地震领域的震相识别方法在工程尺度下识别效果不明显。
发明内容
本发明实施例提供一种爆破振动信号的P波振相初至识别方法，包括：
根据不同爆心距处岩体质点实测爆破振动信号获取振动监测参数；
构建反映P波振幅与频率变化的特征函数CF；
根据振动监测参数和特征函数CF构建P波初至识别函数
Figure GDA0004146164480000011
其中，CFS和CFL分别表示短时窗记录数据序列和长时记录窗数据系列，S和L分别表示短时窗数据序列长度和长时窗数据序列长度；
构造反映短时窗变化速率的权重系数w＝STA'(i)；
根据权重系数和P波初至识别函数构造P波震相初至时刻拾取特征函数
Figure GDA0004146164480000021
采用STA/LTA方法计算P波震相初至时刻拾取特征特征函数最大值时刻对应的不同爆心距处实测爆破振动信号的P波振相初至时刻。
优选地，在获取振动监测参数前，还包括以下步骤；
根据爆破周围环境，按照爆心距近密远疏的原则布置智能爆破测振仪；
爆区按照爆破设计孔网参数进行爆破；
通过振动传感器对爆破诱发质点振动进行监测，获取不同爆心距处岩体质点爆破振动信号。
优选地，反映P波振幅与频率变化的特征函数CF，包括：
CF＝X(i)2+[X(i)-X(i-1)]2，其中，X(i)为i时刻振动监测参数记录值。
优选地，构造反映短时窗变化速率的权重系数w，包括：
对短时窗信号STA在时间上进行求导构建权重系数
Figure GDA0004146164480000022
优选地，P波震相初至时刻拾取特征特征函数，具体包括：
Figure GDA0004146164480000023
特征函数最大值对应时刻即为P波初至时刻。
本发明还提供一种爆破振动信号的P波振相初至识别系统，包括：
振动监测模块，用于根据不同爆心距处岩体质点实测爆破振动信号获取振动监测参数；
第一处理模块，用于构建反映P波振幅与频率变化的特征函数CF；
第二处理模块，用于根据振动监测参数和特征函数CF构建P波初至识别函数
Figure GDA0004146164480000031
其中，CFS和CFL分别表示短时窗记录数据序列和长时记录窗数据系列，S和L分别表示短时窗数据序列长度和长时窗数据序列长度；
对短时窗信号STA在时间上进行求导构建权重系数
Figure GDA0004146164480000032
P波震相初至时刻拾取特征函数；
Figure GDA0004146164480000033
P波振相初至时刻识别模块，采用STA/LTA方法计算P波震相初至时刻拾取特征特征函数最大值时刻对应的不同爆心距处实测爆破振动信号的P波振相初至时刻。
本发明实施例提供一种爆破振动信号的P波振相初至识别方法，与现有技术相比，其有益效果如下：
1、本发明工艺简单，操作方便，可直接应用于现场爆破施工诱发质点震动波形的P波振相初至识别。
2、本发明相较于地震领域已有的识别方法而言，可根据现场需要实时对爆破测点进行调整，且更好的适用于低信噪比信号的振相识别。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种爆破振动信号的P波振相初至识别方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种爆破振动信号的P波振相初至识别方法流程图爆破孔网参数设计示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本具体实施中，以某水电站工程地质探洞爆破开挖为例，通过不同爆心距处振动传感器开展爆破诱发质点振动监测，基于实测振动信号开展P波振相初至识别。本实施例提供的基于改进STA/LTA的实测爆破振动信号的P波振相初至识别方法依次按以下步骤进行：
步骤1、根据爆破区域附近环境，按照爆心距近密远疏的原则布置智能爆破测振仪；
步骤2、爆区按照爆破设计孔网参数进行爆破；其中孔距a＝1.6m，b＝1.85m，炮孔装药参数见表1。
表1爆破装药参数一览表表
Figure DA00041461644852120187
步骤3、设置爆破监测仪采样频率为8000Sps，采集时长5s，通过振动传感器对爆破诱发质点振动进行监测，获取不同爆心距处岩体质点爆破振动信号；
步骤4、构建权重系数ω，建立基于实测爆破振动信号P波初至时刻拾取的特征函数CFω；
步骤4.1、综合考虑振幅与频率特点，构建特征函数CF＝X(i)2+[X(i)-X(i-1)]2。式中，X(i)为i时刻参数记录值。
步骤4.2、根据振动监测参数建立初至识别计算函数
Figure GDA0004146164480000043
为提高识别函数计算精度，采用的长时窗固定为20个采样点，短时窗固定为5个采样点。
步骤4.3、现有P波振相识别方法，阈值选取对初至时刻拾取具有较大影响，引入权重系数w＝STA'(i)降低人为拾取误差，提高P波振相拾取效率与精度；
步骤4.4、构建P波震相初至时刻拾取特征函数为
Figure GDA0004146164480000051
识别结果见表2。
表2典型测点实测爆破信号P波震相初至识别结果
Figure GDA0004146164480000052
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种爆破振动信号的P波振相初至识别方法，其特征在于，包括：
根据不同爆心距处岩体质点的实测爆破振动信号，获取振动监测参数；
构建反映P波振幅与频率变化的特征函数CF；所述反映P波振幅与频率变化的特征函数CF，包括：
CF＝X(i)2+[X(i)-X(i-1)]2，其中，X(i)为i时刻振动监测参数记录值；
根据振动监测参数和特征函数CF，构建P波初至识别函数
Figure FDA0004172378550000011
其中，CFS和CFP分别表示短时窗记录数据序列和长时记录窗数据系列，S和L分别表示短时窗数据序列长度和长时窗数据序列长度；
构造反映短时窗变化速率的权重系数w＝STA'(i)；所述构造反映短时窗变化速率的权重系数w，包括：
对短时窗信号STA在时间上进行求导构建权重系数
Figure FDA0004172378550000012
根据权重系数和P波初至识别函数，构造P波震相初至时刻拾取特征函数
Figure FDA0004172378550000013
所述P波震相初至时刻拾取特征函数，具体包括：
Figure FDA0004172378550000014
特征函数最大值对应时刻即为P波初至时刻；
采用STA/LTA短长时平均比法方法，计算P波震相初至时刻拾取特征函数最大值时刻对应的不同爆心距处实测爆破振动信号的P波振相初至时刻。
2.如权利要求1所述的一种爆破振动信号的P波振相初至识别方法，其特征在于，在获取振动监测参数前，还包括以下步骤；
根据爆破周围环境，按照爆心距近密远疏的原则布置智能爆破测振仪；
爆区按照爆破设计孔网参数进行爆破；
通过振动传感器对爆破诱发质点振动进行监测，获取不同爆心距处岩体质点爆破振动信号。
3.一种爆破振动信号的P波振相初至识别系统，其特征在于，包括：
振动监测模块，用于根据不同爆心距处岩体质点实测爆破振动信号获取振动监测参数；
第一处理模块，用于构建反映P波振幅与频率变化的特征函数CF，CF＝X(i)2+[X(i)-X(i-1)]2，其中，X(i)为i时刻振动监测参数记录值；
第二处理模块，用于根据振动监测参数和特征函数CF构建P波初至识别函数
Figure FDA0004172378550000021
其中，CFS和CFP分别表示短时窗记录数据序列和长时记录窗数据系列，S和L分别表示短时窗数据序列长度和长时窗数据序列长度；
构造反映短时窗变化速率的权重系数w＝STA'(i)；所述构造反映短时窗变化速率的权重系数w，包括：
对短时窗信号STA在时间上进行求导构建权重系数
Figure FDA0004172378550000022
根据权重系数和P波初至识别函数构造P波震相初至时刻拾取特征函数
Figure FDA0004172378550000023
所述P波震相初至时刻拾取特征函数，具体包括：
Figure FDA0004172378550000024
特征函数最大值对应时刻即为P波初至时刻；
P波振相初至时刻识别模块，用于采用STA/LTA方法计算P波震相初至时刻拾取特征函数最大值时刻对应的不同爆心距处实测爆破振动信号的P波振相初至时刻。
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