震动波CT反演的主动源参数优化理论与实验研究
发布时间：2022-01-26 01:05
针对主动源震动波CT反演存在的成本高和生产影响大以及被动源震动波CT反演存在的反演周期和目标区域反演准确性不可控等问题,通过将主动源和被动源相结合,构建了主动源-被动源震动波一体化反演技术,从而实现了低成本、低生产干扰、反演周期和准确性可控的震动波CT反演。在构建主动源-被动源震动波一体化反演技术时,需要在已有被动源基础上增加主动源,实现震动波射线对目标区域的有效覆盖。理论上,震动波射线对目标区域的有效覆盖受主动源数量和位置两个参数的控制。所以,需要提出一种优化方法,确定一体化反演时最优的主动源数量和位置参数。本文根据震动波CT反演理论,提出了一种主动源数量和位置参数优化方法。该方法包括两个评价指标:准确性指标和稳定性指标。其中,准确性指标越低,反演结果准确性越高;稳定性指标越小,反演结果越稳定。由于准确性指标和稳定性指标不能同时取得最小值,所以构建了一种多目标数学模型来求解二者的最优解。在求解过程中,通过采用遗传算法降低求解复杂度的方式解决了解空间巨大的问题,使求解快速收敛。采用Matlab编写了模块化的优化程序,并进行了不同方案的数值模拟验证。验证得到:（1）射线覆盖密度与反演的准...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2-1支配关系
硕士学位论文12图2-2Pareto最优边界Figure2-2Paretooptimalboundary2.3.2NSGA-Ⅱ算法中的基本概念多目标的优化的计算过程中存在大量的解集查找工作，该工作大部分可视为无效工作极大的浪费计算时间，为了尽可能减少无效计算时间需要一个合理的算法。目前Pareto存档进化策略(PAES)、小生境Pareto遗传算法(NPGA)、改进非劣分类遗传算法(NSGA-Ⅱ)、改进多目标杂乱遗传算法(MOMGA-Ⅱ)等算法广泛应用，以上算法中NSGA-Ⅱ算法计算复杂度最小，计算用时最小；同时，NSGA-Ⅱ改进了传统遗传算法，提升了其运算速度并增强了种群的多样性，最终降低了其输入参数的依赖程度，排除了人为因素的干扰，实现全局快速收敛得到最优解。综上，NSGA-II算法能够快速的解决多目标优化问题，能够得到较好的非劣前端最优解。因此，本文选择了基于NSGA-Ⅱ多目标算法来解决主动源参数多目标优化的算法问题。2.3.2.1算法的基本思想Deb等学者在遗传算法的基础上提出出了改进型非劣分类遗传算法(NSGA-II)[69]，该算法增加快速非支配排序算法、精英保留策略、采用拥挤度和拥挤度比较算子，不仅降低了其计算复杂度，还扩大了采样空间保证了种群的多样性。NSGA-II算法的基本思想[70]为：1）首先通过随机方法产生包含N个体的初始种群Pt，对种群Pt进行非劣分层处理，选择适应度强的个体进行交叉、变异操作产生子代种群Qt，并将种群Pt和子代种群Qt合并形成规模为2N的第一代种群Rt。2）将种群Rt中每个个体进行快速非支配排序，计算非支配层中的个体的拥挤度，然后基于精英选择策略（个体之间的非支配关系和拥挤度）选取N个体形成新的父代种群Pt+1。3）新的父代种群通过遗传算法的交叉与变异程序产生新的子代种群Qt+1，
硕士学位论文20（a）模型网格（b）理论速度分布图3-1理论速度模型Figure3-1Theoreticalvelocitymodel煤矿开采工艺主要以长壁垮落式为主，工作面易安装监测设备的区域仅有工作面运输巷道和回风巷道。工作面进行微震监测及主动震动波CT反演时，检波器一般等间距布置布置在顺槽两侧。考虑这种空间限制，激发点和接收点以5m间距均匀布置在模型两侧，同时将激发点侧所有单元格的中点处设置为激发点的候选点（剔除已为激发点的位置），共设置6个激发点、6个接收点、24个候选点详细位置及坐标见图3-1、表3-1、表3-2、表3-3。表3-1激发点坐标单位mTable3-1Excitationpointcoordinates编号X坐标Y坐标B102.5B207.5B3012.5B4017.5B5022.5B6027.5表3-2接收点坐标单位mTable3-2Receivercoordinates编号X坐标Y坐标R1202.5R2207.5R32012.5R42017.5R52022.5R62027.5
【参考文献】：
期刊论文
[1]微震监测技术及其在煤矿的应用现状与展望[J]. 李楠,王恩元,GE Mao-chen. 煤炭学报. 2017(S1)
[2]我国冲击地压理论、技术与标准体系研究[J]. 齐庆新,李宏艳,邓志刚,赵善坤,张宁博,毕忠伟. 煤矿开采. 2017(01)
[3]煤矿冲击地压监测预警技术新进展[J]. 刘金海. 煤炭科学技术. 2016(06)
[4]我国煤矿冲击地压的研究现状:机制、预警与控制[J]. 姜耀东,赵毅鑫. 岩石力学与工程学报. 2015(11)
[5]不同冲击启动类型的地音前兆信息识别[J]. 夏永学. 中国煤炭. 2015(03)
[6]采场回采前冲击危险性动态评估方法研究[J]. 姜福兴,冯宇,刘晔. 岩石力学与工程学报. 2014(10)
[7]煤岩冲击动力灾害连续监测预警理论与技术[J]. 何学秋,窦林名,牟宗龙,巩思园,曹安业,何江. 煤炭学报. 2014(08)
[8]一种冲击地压多参量前兆信息辨识模型及方法[J]. 贾瑞生,孙红梅,樊建聪,吴春芳,邱涛. 岩石力学与工程学报. 2014(08)
[9]京西煤田冲击地压的地质动力环境[J]. 韩军,张宏伟,兰天伟,李胜. 煤炭学报. 2014(06)
[10]冲击危险性动态预测的震动波CT技术研究[J]. 窦林名,蔡武,巩思园,韩荣军,刘军. 煤炭学报. 2014(02)
博士论文
[1]矿震震动波波速层析成像原理及其预测煤矿冲击危险应用实践[D]. 巩思园.中国矿业大学 2010
[2]采动煤岩冲击破裂的震动效应及其应用研究[D]. 曹安业.中国矿业大学 2009
硕士论文
[1]冲击危险性评价模型的建立及应用研究[D]. 雷毅.煤炭科学研究总院 2005
本文编号：3609502
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2-1支配关系
硕士学位论文12图2-2Pareto最优边界Figure2-2Paretooptimalboundary2.3.2NSGA-Ⅱ算法中的基本概念多目标的优化的计算过程中存在大量的解集查找工作，该工作大部分可视为无效工作极大的浪费计算时间，为了尽可能减少无效计算时间需要一个合理的算法。目前Pareto存档进化策略(PAES)、小生境Pareto遗传算法(NPGA)、改进非劣分类遗传算法(NSGA-Ⅱ)、改进多目标杂乱遗传算法(MOMGA-Ⅱ)等算法广泛应用，以上算法中NSGA-Ⅱ算法计算复杂度最小，计算用时最小；同时，NSGA-Ⅱ改进了传统遗传算法，提升了其运算速度并增强了种群的多样性，最终降低了其输入参数的依赖程度，排除了人为因素的干扰，实现全局快速收敛得到最优解。综上，NSGA-II算法能够快速的解决多目标优化问题，能够得到较好的非劣前端最优解。因此，本文选择了基于NSGA-Ⅱ多目标算法来解决主动源参数多目标优化的算法问题。2.3.2.1算法的基本思想Deb等学者在遗传算法的基础上提出出了改进型非劣分类遗传算法(NSGA-II)[69]，该算法增加快速非支配排序算法、精英保留策略、采用拥挤度和拥挤度比较算子，不仅降低了其计算复杂度，还扩大了采样空间保证了种群的多样性。NSGA-II算法的基本思想[70]为：1）首先通过随机方法产生包含N个体的初始种群Pt，对种群Pt进行非劣分层处理，选择适应度强的个体进行交叉、变异操作产生子代种群Qt，并将种群Pt和子代种群Qt合并形成规模为2N的第一代种群Rt。2）将种群Rt中每个个体进行快速非支配排序，计算非支配层中的个体的拥挤度，然后基于精英选择策略（个体之间的非支配关系和拥挤度）选取N个体形成新的父代种群Pt+1。3）新的父代种群通过遗传算法的交叉与变异程序产生新的子代种群Qt+1，
硕士学位论文20（a）模型网格（b）理论速度分布图3-1理论速度模型Figure3-1Theoreticalvelocitymodel煤矿开采工艺主要以长壁垮落式为主，工作面易安装监测设备的区域仅有工作面运输巷道和回风巷道。工作面进行微震监测及主动震动波CT反演时，检波器一般等间距布置布置在顺槽两侧。考虑这种空间限制，激发点和接收点以5m间距均匀布置在模型两侧，同时将激发点侧所有单元格的中点处设置为激发点的候选点（剔除已为激发点的位置），共设置6个激发点、6个接收点、24个候选点详细位置及坐标见图3-1、表3-1、表3-2、表3-3。表3-1激发点坐标单位mTable3-1Excitationpointcoordinates编号X坐标Y坐标B102.5B207.5B3012.5B4017.5B5022.5B6027.5表3-2接收点坐标单位mTable3-2Receivercoordinates编号X坐标Y坐标R1202.5R2207.5R32012.5R42017.5R52022.5R62027.5
【参考文献】：
期刊论文
[1]微震监测技术及其在煤矿的应用现状与展望[J]. 李楠,王恩元,GE Mao-chen. 煤炭学报. 2017(S1)
[2]我国冲击地压理论、技术与标准体系研究[J]. 齐庆新,李宏艳,邓志刚,赵善坤,张宁博,毕忠伟. 煤矿开采. 2017(01)
[3]煤矿冲击地压监测预警技术新进展[J]. 刘金海. 煤炭科学技术. 2016(06)
[4]我国煤矿冲击地压的研究现状:机制、预警与控制[J]. 姜耀东,赵毅鑫. 岩石力学与工程学报. 2015(11)
[5]不同冲击启动类型的地音前兆信息识别[J]. 夏永学. 中国煤炭. 2015(03)
[6]采场回采前冲击危险性动态评估方法研究[J]. 姜福兴,冯宇,刘晔. 岩石力学与工程学报. 2014(10)
[7]煤岩冲击动力灾害连续监测预警理论与技术[J]. 何学秋,窦林名,牟宗龙,巩思园,曹安业,何江. 煤炭学报. 2014(08)
[8]一种冲击地压多参量前兆信息辨识模型及方法[J]. 贾瑞生,孙红梅,樊建聪,吴春芳,邱涛. 岩石力学与工程学报. 2014(08)
[9]京西煤田冲击地压的地质动力环境[J]. 韩军,张宏伟,兰天伟,李胜. 煤炭学报. 2014(06)
[10]冲击危险性动态预测的震动波CT技术研究[J]. 窦林名,蔡武,巩思园,韩荣军,刘军. 煤炭学报. 2014(02)
博士论文
[1]矿震震动波波速层析成像原理及其预测煤矿冲击危险应用实践[D]. 巩思园.中国矿业大学 2010
[2]采动煤岩冲击破裂的震动效应及其应用研究[D]. 曹安业.中国矿业大学 2009
硕士论文
[1]冲击危险性评价模型的建立及应用研究[D]. 雷毅.煤炭科学研究总院 2005
本文编号：3609502
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