矿山微震事件定位及聚类分析系统研究与实现
发布时间：2021-07-09 18:59
作为煤炭开采大国,我国每年开采着全球35%的煤炭资源,但因为煤矿动力灾害造成的伤亡人数却高达全球伤亡人数的50%以上。为了煤矿安全生产需要,实时监测矿区内能量变化,微震监测系统得到越来越广泛的应用。随着研究的深入和应用的普及,安全生产形势正在逐年向好发展。利用微震监测系统自动拾取的实时微震数据,可以进行诸如反演微震源参数、研判地质结构、判别形成机理等研究,其中微震事件定位是微震监测系统的核心部分和研究重点,由于监测环境复杂,制约因素多且具有相关性,现有的定位算法精度仍有待提高;同时,由于微震事件形成机理不同,监测系统接收的微震信号也会呈现不同的特征,可以采用聚类分析算法对系统自动识别的微震信号进行类别划分,为下一步的灾害预警、复工复产提供理论依据。经分析,本文研究并实现了矿山微震事件定位及聚类分析系统,采用B/S架构,实现四大功能模块,即数据预处理模块、微震事件定位模块、微震事件聚类模块和结果可视化模块,并在辽宁和山西部分矿区得以实际应用。数据预处理模块实现数据读取、能量比法到时拾取和微震事件截取并存储功能。微震事件定位模块包括传统定位模块和定位修正模块。传统定位模块中实现了三台定位和...
【文章来源】：辽宁大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统分叉图
第4章系统关键技术36果的差值。由图可知，迭代初始时系统结果并没有太大差值，随着进程的加深，差值逐渐变大，呈不规则状态，体现了其敏感性。图4-3系统差值图粒子群算法对初始种群的分布状态较为敏感，由于收敛速度快，如果初始种群分布不均或者过于集中，算法很容易陷入局部陷阱，在不进行其他操作的情况下，粒子群很难跳出局部最优，所以本算法在初始化阶段，利用Logistic混沌映射的遍历性，将初始粒子群均匀地映射在解空间内，一定程度上解决了种群初始化的分布不均问题。因混沌映射的结果分布在[0,1]之间，所以必须实现从混沌变量到解空间的映射。由公式(4.4)、(4.5)可实现混沌变量cx∈[0,1]和优化变量ox∈[minX,maxX]之间的转换。minmaxminxXXXxoc(4.4)minminmaxxXXXxco(4.5)4.1.2动态惯性权重粒子群粒子群算法初始状态为一群代表随机解的粒子组成，根据实际应用环境选择合适的适应度函数，算法通过跟踪各粒子的适应度值，完成pbest、gbest、粒子速度和位置的更新，最终在解空间内找到最优解，即适应度值最优的位置。目前应用较为广泛的是标准粒子群算法，相对于基本粒子群算法，标准算法引入惯性权重，使算法的性能更加稳定。其速度更新公式如（4.6）所示：
第5章系统实现与测试56图5-1数据预处理模块测试效果图图5-2为网站首页。含有两个按钮，即微震事件定位和微震事件聚类，代表两大功能模块。图5-2系统网站首页5.2.2三台定位功能实现及测试到时拾取成功后，判断触发传感器数量，数量小于3时，忽略该震动信号；数量等于3时，只能采用三台定位算法；当数量大于3时，可根据实际情况采用三台定位或者主事件定位算法，并将定位结果存储在数据库中，方便可视化模块调用。系统采用震动信号测试的结果和可视化网页如图5-3和5-4所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于层状波速模型的矿山微震定位方法[J]. 蒋元建,王李管,彭平安,涂思羽,何正祥. 有色金属工程. 2019(12)
[2]基于波形相似特征的微地震事件初至拾取及全局校正[J]. 喻志超,谭玉阳,翟尚,冯方方,何川,侯贵廷. 地球物理学报. 2019(12)
[3]一种基于相对熵的随机游走相似性度量模型[J]. 郑文萍,刘韶倩,穆俊芳. 南京大学学报(自然科学). 2019(06)
[4]微震监测技术在矿山中的研究与应用[J]. 王创业,谷雷,高照. 煤炭技术. 2019(10)
[5]基于LOF的K-means聚类方法及其在微震监测中的应用[J]. 刘德彪,李夕兵,李响,尚雪义. 中国安全生产科学技术. 2019(06)
[6]基于波动特征的时间序列相似性度量及聚类分析[J]. 陈海兰,高学东. 统计与决策. 2019(11)
[7]基于引力搜索法的隧道围岩微震定位研究[J]. 王剑锋,李天斌,马春驰,张航,韩瑀萱,周雄华,姜宇鹏. 岩土力学. 2019(11)
[8]基于核函数动态分配聚类中心的DGK-Kmeans算法[J]. 张晋逢,孙忠林. 软件导刊. 2019(02)
[9]微震监测系统在煤矿冲击地压预警中的应用[J]. 周俊文. 科技与创新. 2018(17)
[10]基于密度峰和划分的快速聚类算法[J]. 琚书存,程文杰,徐建鹏,徐祥,徐阳. 计算机与现代化. 2018(08)
博士论文
[1]煤矿微震震源参数反演及震源破裂机理研究[D]. 陈栋.中国矿业大学 2019
[2]双波定位原理及其效果分析[D]. 王志刚.中国矿业大学(北京) 2018
[3]微震震源定位的关键因素作用机制及可靠性研究[D]. 李楠.中国矿业大学 2014
[4]矿震监测的理论与应用研究[D]. 贾宝新.辽宁工程技术大学 2013
硕士论文
[1]基于网格点密度估计的聚类算法研究[D]. 王磊.兰州大学 2019
本文编号：3274309
【文章来源】：辽宁大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统分叉图
第4章系统关键技术36果的差值。由图可知，迭代初始时系统结果并没有太大差值，随着进程的加深，差值逐渐变大，呈不规则状态，体现了其敏感性。图4-3系统差值图粒子群算法对初始种群的分布状态较为敏感，由于收敛速度快，如果初始种群分布不均或者过于集中，算法很容易陷入局部陷阱，在不进行其他操作的情况下，粒子群很难跳出局部最优，所以本算法在初始化阶段，利用Logistic混沌映射的遍历性，将初始粒子群均匀地映射在解空间内，一定程度上解决了种群初始化的分布不均问题。因混沌映射的结果分布在[0,1]之间，所以必须实现从混沌变量到解空间的映射。由公式(4.4)、(4.5)可实现混沌变量cx∈[0,1]和优化变量ox∈[minX,maxX]之间的转换。minmaxminxXXXxoc(4.4)minminmaxxXXXxco(4.5)4.1.2动态惯性权重粒子群粒子群算法初始状态为一群代表随机解的粒子组成，根据实际应用环境选择合适的适应度函数，算法通过跟踪各粒子的适应度值，完成pbest、gbest、粒子速度和位置的更新，最终在解空间内找到最优解，即适应度值最优的位置。目前应用较为广泛的是标准粒子群算法，相对于基本粒子群算法，标准算法引入惯性权重，使算法的性能更加稳定。其速度更新公式如（4.6）所示：
第5章系统实现与测试56图5-1数据预处理模块测试效果图图5-2为网站首页。含有两个按钮，即微震事件定位和微震事件聚类，代表两大功能模块。图5-2系统网站首页5.2.2三台定位功能实现及测试到时拾取成功后，判断触发传感器数量，数量小于3时，忽略该震动信号；数量等于3时，只能采用三台定位算法；当数量大于3时，可根据实际情况采用三台定位或者主事件定位算法，并将定位结果存储在数据库中，方便可视化模块调用。系统采用震动信号测试的结果和可视化网页如图5-3和5-4所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于层状波速模型的矿山微震定位方法[J]. 蒋元建,王李管,彭平安,涂思羽,何正祥. 有色金属工程. 2019(12)
[2]基于波形相似特征的微地震事件初至拾取及全局校正[J]. 喻志超,谭玉阳,翟尚,冯方方,何川,侯贵廷. 地球物理学报. 2019(12)
[3]一种基于相对熵的随机游走相似性度量模型[J]. 郑文萍,刘韶倩,穆俊芳. 南京大学学报(自然科学). 2019(06)
[4]微震监测技术在矿山中的研究与应用[J]. 王创业,谷雷,高照. 煤炭技术. 2019(10)
[5]基于LOF的K-means聚类方法及其在微震监测中的应用[J]. 刘德彪,李夕兵,李响,尚雪义. 中国安全生产科学技术. 2019(06)
[6]基于波动特征的时间序列相似性度量及聚类分析[J]. 陈海兰,高学东. 统计与决策. 2019(11)
[7]基于引力搜索法的隧道围岩微震定位研究[J]. 王剑锋,李天斌,马春驰,张航,韩瑀萱,周雄华,姜宇鹏. 岩土力学. 2019(11)
[8]基于核函数动态分配聚类中心的DGK-Kmeans算法[J]. 张晋逢,孙忠林. 软件导刊. 2019(02)
[9]微震监测系统在煤矿冲击地压预警中的应用[J]. 周俊文. 科技与创新. 2018(17)
[10]基于密度峰和划分的快速聚类算法[J]. 琚书存,程文杰,徐建鹏,徐祥,徐阳. 计算机与现代化. 2018(08)
博士论文
[1]煤矿微震震源参数反演及震源破裂机理研究[D]. 陈栋.中国矿业大学 2019
[2]双波定位原理及其效果分析[D]. 王志刚.中国矿业大学(北京) 2018
[3]微震震源定位的关键因素作用机制及可靠性研究[D]. 李楠.中国矿业大学 2014
[4]矿震监测的理论与应用研究[D]. 贾宝新.辽宁工程技术大学 2013
硕士论文
[1]基于网格点密度估计的聚类算法研究[D]. 王磊.兰州大学 2019
本文编号：3274309
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