分布式地下震源定位算法研究及测控平台设计

发布时间：2020-07-19 21:56

【摘要】：地下震源监测定位系统广泛应用于矿山开采、震源定位、震动检测中,使用分布式传感器节点代替人工进行在线监测、数据采集的技术已经日渐成熟。为了保障实验现场工作人员安全,节约实验成本,简便实验布设操作,同时随着无线传感器技术、无线网络技术的发展,基于分布式传感器节点的远程无线监测系统也越来越完善,因此要求其地下震源定位测控平台能够实现远程同步控制分布式测试节点、数据分类管理、在线进行数据分析等功能,配合分布式传感器阵列完成整个测试任务。通过分析课题应用背景,结合项目实际应用,基于LabWindows/CVI虚拟仪器开发平台设计完成了分布式地下震源定位测控平台,实现的功能包括:远程监测节点群同步控制、无线数据收发、数据库数据管理、震动信号分析、震源定位。在控制模块设计中:基于弱相关原则完成了分模块指令协议设计;通过控制流程规划、线程资源分配、TCP/UDP双模通信实现了64个传感器节点同步控制、无线数据交换、数据实时显示等功能。在数据管理模块设计中:根据接收数据种类分类设计数据库表,通过数据库表间连接实现数据在线交互、实验人员信息管理和权限划分功能。在震动信号处理模块设计中:通过计算北斗授时、谱分析、相关系数假设检验、小波变换和小波阈值去噪实现零点校准、信号特征分析、相关性分析和信噪比增强等功能;通过STA/LTA(Short-term to Long-term Average,特征函数长短时窗比)方法实现初至波拾取;在分析传统定位方法的基础上,通过Chan-Taylor联合算法实现地下炸点定位,并对结果进行分析。实验结果表明:设计的分布式地下震源定位测控平台能够实现测试节点群同步控制、数据管理等功能,在100m*100m场地范围,0-60m震源深度范围内,平均定位精度为2m-3m,能够满足工程需求。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212.9;P631.4
【图文】：

图 3.6 信号时间截取图软阈值去噪的波形如图 3.7 所示，分别为(a)原始信号波形，(b)，普通滤波用小波软阈值法虑得的波形。根据图中对比分析可以得出结论普通滤波器同样能够对噪声进行滤除，提高信噪比，但是因为声无法滤除，使得波形不够平滑；使用小波软阈值方法进行去的滤除，同时波形对比普通滤波器得出的波形更平滑，说明使够实现噪声去除，且性能优于普通滤波器。(a)

26(b) 初至时间提取图 3.10 初至波提取结果3.3 震源定位算法3.3.1 TDOA 定位模型前文中已经完成了对信号的去噪、有效信号提取、初至波提取等操作，为炸点定位做好了数据准备。本小节将通过使用 TDOA 时差定位算法进行定位。TDOA（Time Difference of Arrival，时差定位）定位算法[48,49]的基本原理是：通过测量震动信号到达传感器节点的时间，能够知道传感器节点与震源间的距离，经过同震动信号到达传感器阵列中各个节点的时间差，即可作出若干条以传感器节点为焦点，各节点到震源的距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点即为震源的位置。

也必须调用 CmtReleaseLock 函数来释放线程锁，释放锁资源。需要特别注意的是可以在同一线程中多次调用 CmtGetLock 函数，但每次调用都调用 CmtReleaseLock 函数来结束调用。在程序退出时，也必须调用 CmtDiscardL数来释放由 CmtNewLock 函数穿件的线程锁资源。如图 4.6 所示，为试验时使用线程操作，能够同时连接 16 个汇聚节点，因为每个节点连接4个传感器节点，其中右下方表格所显示内容为回收的关于节点的文件信余空间为汇聚节点所剩余的存储空间。因此满足系统至少同时对 64 个传感器节点控制的要求。

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本文编号：2763021