岩石破裂微震高精度监测方法研究与软件开发
发布时间：2021-01-31 03:26
近年来,交通、水电等领域的隧道建设迅猛发展。由于地质条件极其复杂,在施工过程中突水塌方等灾害频繁发生,造成了巨大的经济损失,严重威胁着人民的生命财产安全,亟待破解隧道等地下工程的安全监测技术瓶颈。微震监测技术能够利用隧道内岩石破裂过程中产生的微震信号推测岩体的稳定性,对保证施工安全具有十分重大的意义。微震源定位是微震监测技术的核心,开展微震源精确定位技术研究具有重要的安全意义和经济意义。本文以实现微震源高精度定位技术为目标,采用了一种基于震源扫描法和单纯形法相结合的联合定位方法。结合该定位方法开发了功能完备的微震定位软件系统,并对上述方法和系统进行了有效的验证。主要研究成果概括如下:1.本文采用了一种基于震源扫描法和单纯形法相结合的联合定位方法,该方法是将震源扫描法（SSA）输出的结果作为单纯形法的初始迭代输入,通过二者结合提高定位精度。与传统的单纯形算法相比,该联合定位方法减小了初始值对定位结果的影响,提高了全局搜索能力。与传统的震源扫描算法相比,该联合定位方法减小了震源能量（能级）大小对定位结果的影响,提高了抗噪声干扰的能力。本文还结合微震原始信号的时频分析与去噪、微震有效信号的到...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１提高定位精度的实现流程图??２．２
??图２－１提高定位精度的实现流程图??２．２微震信号预处理及降噪??由于微震信号极其微弱，易淹没在环境噪声中。一些常见的干扰噪声有：监??测区域的人为活动噪声、交通噪声、机械噪声、电磁干扰噪声等。必须通过有效??的信号分析和处理才能将其滤除，以便获得有效信号，这对提高微震定位精度至??关重要。本节主要内容是选取一种合适的时频分析方法对微震信号进行分析和预??处理，随后选取一种去噪效果好的滤波方法对信号进行降噪，获得信噪比较高的??微震信号。??２．２．１希尔伯特－黄变换??微震信号是非平稳非线性的一类信号，传统的傅里叶变换时频分析方法只能??处理频率不随时间变化的平稳信号，无法适用于微震信号的分析和处理。所以使??用傅里叶变换方法对微震信号进行时频分析不太合适。??希尔伯特－黄变换（ＨＨＴ变换），是近几年在微震信号处理领域中得到广泛认??可的信号分析方法｜３６］。ＨＨＴ变换分为两部分，一部分是经验模态分解即ＥＭＤ分??解
一是先进行模拟微震信号分析；二是利用实际的微震敲击试验数据进行信号分析??与预处理。??模拟微震信号的波形如图２－３所示。其中信号总时长为ｔ?＝?０．１４ｓ，采样间隔??Ａｔ?＝?０．０００２?ｓ，采样频率?３０ｋＨｚ。??模拟微籐数据??藝。—卜?—??－４?■??０．０２?０．０４?０．０６?０．０８?０．?１?０．?１２??时陳（Ｓ．５??图２－３模拟微震信号的波形图??下面对模拟微震信号做ＨＨＴ变换，共分两步。首先做ＥＭＤ分解，分解而??来的一组ＩＭＦ信号和余项信号的时域波形如图２－４所示。从图中可以看出模拟??信号被分解为ＩＭＦＵ?ＩＭＦ２、．．．、ＩＭＦ７即７个标准ＩＭＦ信号，再加上一个余项??ｒ７．ＥＭＤ分解得到的一组ＩＭＦ信号和剩余信号的傅里叶频谱曲线如图２－５所示。??由频谱图可以看出模拟信号的优势信号集中在ＩＭＦ２分量。ＩＭＦ２信号的主频集??中在１ｋＨｚ左右。从１ＭＦ１到ＩＭＦ７每一个分解信号的主频依次减小，幅值也依??次减小。对每一个ＩＭＦ信号做Ｈｉｌｂｅｒｔ变换，得到模拟信号的ＨＨＴ变换谱阵如??图２－６所示，图中纵坐标表示频率，横坐标表示采样点（采样时间）。??＾４｜?＾?４｜???？４??１?１?■????４????？???????０?０Ｍ２?０Ｊ４?０．０６?ＱＭ?０Ｊ?０?０１）２?０．０４?
【参考文献】：
期刊论文
[1]“一带一路”的基础设施建设前景[J]. 白云,陈伟,徐迪璐. 隧道建设(中英文). 2018(02)
[2]基于FBG应变传感器的隧道安全实时监测算法研究[J]. 马洒洒,王彬,李川,熊新,刘辉. 仪器仪表学报. 2017(02)
[3]改进的震源扫描定位方法[J]. 何勇,张建中,李同宇. 中国科技论文. 2016(21)
[4]中国锦屏地下实验室二期工程安全原位综合监测与分析[J]. 冯夏庭,吴世勇,李邵军,邱士利,肖亚勋,丰光亮,申满斌,曾雄辉. 岩石力学与工程学报. 2016(04)
[5]肯尼亚蒙内铁路中国铁路工程承包与装备走出去的典范[J]. 本刊编辑部. 建设机械技术与管理. 2015(09)
[6]金山店铁矿微震实时监测系统的实现[J]. 陶慧畅,吴建星,曾建雄,鲍巍. 矿业工程. 2013(05)
[7]基于稳健模拟退火-单纯形混合算法的微震定位研究[J]. 吕进国,姜耀东,赵毅鑫,祝捷,王欣,陶磊. 岩土力学. 2013(08)
[8]白云隧道突水、突泥段施工技术[J]. 周军伟. 隧道建设. 2011(04)
[9]浅埋隧道施工围岩变形及衬砌内力监测分析[J]. 李晓东,陈晓斌,李志勇. 科学之友. 2011(05)
[10]KZ1型矿震监测系统在三河尖煤矿的应用[J]. 苏前波. 煤炭科技. 2010(04)
博士论文
[1]EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D]. 王婷.哈尔滨工程大学 2010
硕士论文
[1]本征模态函数分解中的边界问题及信号的预测方法研究[D]. 刘鑫.中国海洋大学 2012
[2]管桩缺陷反射波法检测的有限元数值模拟研究[D]. 袁大器.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3010129
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１提高定位精度的实现流程图??２．２
??图２－１提高定位精度的实现流程图??２．２微震信号预处理及降噪??由于微震信号极其微弱，易淹没在环境噪声中。一些常见的干扰噪声有：监??测区域的人为活动噪声、交通噪声、机械噪声、电磁干扰噪声等。必须通过有效??的信号分析和处理才能将其滤除，以便获得有效信号，这对提高微震定位精度至??关重要。本节主要内容是选取一种合适的时频分析方法对微震信号进行分析和预??处理，随后选取一种去噪效果好的滤波方法对信号进行降噪，获得信噪比较高的??微震信号。??２．２．１希尔伯特－黄变换??微震信号是非平稳非线性的一类信号，传统的傅里叶变换时频分析方法只能??处理频率不随时间变化的平稳信号，无法适用于微震信号的分析和处理。所以使??用傅里叶变换方法对微震信号进行时频分析不太合适。??希尔伯特－黄变换（ＨＨＴ变换），是近几年在微震信号处理领域中得到广泛认??可的信号分析方法｜３６］。ＨＨＴ变换分为两部分，一部分是经验模态分解即ＥＭＤ分??解
一是先进行模拟微震信号分析；二是利用实际的微震敲击试验数据进行信号分析??与预处理。??模拟微震信号的波形如图２－３所示。其中信号总时长为ｔ?＝?０．１４ｓ，采样间隔??Ａｔ?＝?０．０００２?ｓ，采样频率?３０ｋＨｚ。??模拟微籐数据??藝。—卜?—??－４?■??０．０２?０．０４?０．０６?０．０８?０．?１?０．?１２??时陳（Ｓ．５??图２－３模拟微震信号的波形图??下面对模拟微震信号做ＨＨＴ变换，共分两步。首先做ＥＭＤ分解，分解而??来的一组ＩＭＦ信号和余项信号的时域波形如图２－４所示。从图中可以看出模拟??信号被分解为ＩＭＦＵ?ＩＭＦ２、．．．、ＩＭＦ７即７个标准ＩＭＦ信号，再加上一个余项??ｒ７．ＥＭＤ分解得到的一组ＩＭＦ信号和剩余信号的傅里叶频谱曲线如图２－５所示。??由频谱图可以看出模拟信号的优势信号集中在ＩＭＦ２分量。ＩＭＦ２信号的主频集??中在１ｋＨｚ左右。从１ＭＦ１到ＩＭＦ７每一个分解信号的主频依次减小，幅值也依??次减小。对每一个ＩＭＦ信号做Ｈｉｌｂｅｒｔ变换，得到模拟信号的ＨＨＴ变换谱阵如??图２－６所示，图中纵坐标表示频率，横坐标表示采样点（采样时间）。??＾４｜?＾?４｜???？４??１?１?■????４????？???????０?０Ｍ２?０Ｊ４?０．０６?ＱＭ?０Ｊ?０?０１）２?０．０４?
【参考文献】：
期刊论文
[1]“一带一路”的基础设施建设前景[J]. 白云,陈伟,徐迪璐. 隧道建设(中英文). 2018(02)
[2]基于FBG应变传感器的隧道安全实时监测算法研究[J]. 马洒洒,王彬,李川,熊新,刘辉. 仪器仪表学报. 2017(02)
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[4]中国锦屏地下实验室二期工程安全原位综合监测与分析[J]. 冯夏庭,吴世勇,李邵军,邱士利,肖亚勋,丰光亮,申满斌,曾雄辉. 岩石力学与工程学报. 2016(04)
[5]肯尼亚蒙内铁路中国铁路工程承包与装备走出去的典范[J]. 本刊编辑部. 建设机械技术与管理. 2015(09)
[6]金山店铁矿微震实时监测系统的实现[J]. 陶慧畅,吴建星,曾建雄,鲍巍. 矿业工程. 2013(05)
[7]基于稳健模拟退火-单纯形混合算法的微震定位研究[J]. 吕进国,姜耀东,赵毅鑫,祝捷,王欣,陶磊. 岩土力学. 2013(08)
[8]白云隧道突水、突泥段施工技术[J]. 周军伟. 隧道建设. 2011(04)
[9]浅埋隧道施工围岩变形及衬砌内力监测分析[J]. 李晓东,陈晓斌,李志勇. 科学之友. 2011(05)
[10]KZ1型矿震监测系统在三河尖煤矿的应用[J]. 苏前波. 煤炭科技. 2010(04)
博士论文
[1]EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D]. 王婷.哈尔滨工程大学 2010
硕士论文
[1]本征模态函数分解中的边界问题及信号的预测方法研究[D]. 刘鑫.中国海洋大学 2012
[2]管桩缺陷反射波法检测的有限元数值模拟研究[D]. 袁大器.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3010129
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