基于局部敏感哈希的微震震源定位算法研究

发布时间：2021-03-23 00:29

　　矿山微震是因为人类的采矿行为而导致的矿山煤岩体迅速破裂的动力学现象,对于矿井的安全生产造成了巨大的威胁,因此如何快速找到震源位置并采取相应措施是非常重要的。本文将搜索引擎技术引入到微震震源定位中,这种方法完全不同于传统的微震定位方法,运用了一种新的方法来快速确定微震的位置和震源机制。在波形数据库中检索到与新输入的波形非常相似的波形,则新输入波形的震源位置即为波形库中与其非常相似波形的微震事件发生的位置。最为经典的最近邻搜索算法是局部敏感哈希算法（Location Sensitive Hash,简称为LSH）。LSH有着严格的理论证明,从而可以实现更加快速准确的震源定位。本文利用基于P稳定分布的局部敏感哈希搜索引擎模型对实验数据和实测数据进行震源定位,为了提高LSH的召回率和定位结果,采用了优化哈希函数的方法-数据导向型LSH和multi-probe LSH相结合的方法对数据库进行检索。主要研究内容如下:（1）阐述了煤矿岩层微震信号产生的原理以及煤岩体发生微震事件的原因。介绍了煤岩层微震信号的传播特性,并讲述了识别P波和S波的方法,阐述了传统的微震定位算法的原理及单纯形法。（2）进行微震... 

【文章来源】：石家庄铁道大学河北省

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

微震信号传播示意图

第二章微震震源定位的基本原理-10-煤岩介质的振动方向。S波的传播速度一般可以表示为：21sEV(2-15)其中，为传播介质的密度，为泊松比，E为杨氏模量。S波经过煤岩体时，煤岩体的振动与P波在传播过程中有很大的不同。由于S波涉及到的是剪切并不是挤压和拉张，煤岩体介质的运动方向垂直于位移方向。在煤岩体介质中，P波传播速度要快于S波，P波首先到达拾震器，拾取P波到时相对比较直观，因此在微震定位中，准确拾取P波尤为重要。2.1.3微震信号的P波和S波识别方法微震信号中由于P波和S波的波速不同，所以到达同一个拾震器的时间是有前后顺序的，这样为我们区别P波和S波找到了途径。如图2-2所示微震波P波初至点的幅值和频率会发生明显的变化，我们可以观察到一个明显的向上或者向下的振动，由此可以判断为P波初至点。S波到达的时候,震波的周期会变长，幅值会明显跳跃变大，会伴随着大量的能量，多数情况下震动引起的破坏，都是在S波到达后才会发生。图2-2P波和S波示意图2.2微震监测定位的原理以及方法

第二章微震震源定位的基本原理-11-如图2-3所示，设定0000Xx,y,z,t表示微震震源，其中0,00xy,z为震源的空间位置，0t为震源发震时刻，,,,iiiiiTxyzt表示第i个传感器，其中,,iiixyz为传感器的空间位置，it表示第i个传感器波初至观测到时。图2-3震源与传感器分布图与其他波相比，P波到时拾取相对容易，所以选取P波到时进行计算。基于到时不同的震源定位方程可用下式进行描述222i0i0i0i0xxyyzzvtt(2-16)其中，0000x,y,z,t是需要求解的未知数，其他的是已知量。单纯形法作为微震定位的方法，其基本思路是在一个三维空间区域中，设置一个迭代的初始四面体，以四面体的四个顶点为初始震源坐标点，四面体图如图2-4所示。图2-4单纯形法迭代四面体图单纯形法目标函数表达式为00001niiiiixxyyzzwttv(2-17)


本文编号：3094774