[發明專利]一種工程尺度下微震信號及p波初至自動識別算法

在審

• 申請號: 201610090278.1
• 申請日: 2016-02-17
• 公開（公告）號: CN105527650A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: 陳炳瑞;李賢;王文杰;符啟卿
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所;武漢科技大學;武漢海震科技有限公司
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

技術領域

本發明涉及微震監測技術領域。具體涉及一種工程尺度下微震信號及p 波初至自動識別算法，該方法可廣泛用于礦業工程、水利水電工程、石油工 程、巖土工程以及地下工程。

背景技術

微震源定位是微震監測與災害預警的重要組成部分，而微震信號的識別 及P波初至拾取是微震源定位的關鍵。現有的微震信號識別方法大部分來源 于地震領域，方法很多，主要有：根據在時間域能量和能量變化構建特征函 數時間域的STA/LTA算法；根據地震信號到達前后地震波形數據統計性質的 差別，如AIC算法；此外還有神經網絡法、高階統計法、以及基于小波理論 的小波變換法等。STA/LTA及其改進算法，由于算法簡單、計算效率高、適 于實時處理，在地震領域被廣泛用。這些方法用于地震信號的處理具有較好 的適用性，但工程尺度下產生的巖石破裂信號與天然地震信號不同：

1)地震信號頻率一般為幾十赫茲以下，而微震信號的頻率一般為幾十到 幾百赫茲，有的高達幾千赫茲；2)地震信號持續時間較長，一般大于1秒， 微震信號持續時間較短，一般不超過0.1秒；3)微震與天然地震相比，一般 震級小，較小的微震事件不易被拾取；4)工程環境下由于機械施工、電氣干 擾、車輛行駛等因素造成背景噪音復雜，使得監測到的大多數微震信號信噪 比較低。

因此，將地震領域的信號識別及P波到時拾取方法用于工程尺度微震信 號是不合適的，主要表現為：1)難以識別低信噪比的微弱信號；2)P波初至 自動拾取誤差較大。

為此，針對上述不足，發明一種可以有效識別工程尺度下微震信號及其p 波初至的自動識別的方法，提高工程尺度下微震信號及其P波初至的拾取準 確率，進而提高巖爆、礦震、塌方等地質災害預警的及時性與準確性，是非 常必要的。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的問題，提供了一種工程尺度下微 震信號及p波初至自動識別算法，，提高工程尺度下微震信號及其P波初至的 拾取準確率，進而提高巖爆、礦震、塌方等地質災害預警的及時性與準確性。

一種工程尺度下微震信號及p波初至自動識別算法，包括以下步驟：

步驟1、讀取振動傳感器實時監測到的設定時窗內波形的采樣點數據，建 立平面直角坐標系，其中X軸對應波形的采樣點編號，Y軸對應波形的幅值， 在平面直角坐標系中對時窗內波形的采樣點進行對稱校準；

步驟2、計算采樣點個數N，設置零交叉點個數上限M1，零交叉點個數 下限M2；設置微震信號時間判斷閥值T；

步驟3、設定第A個采樣點的加權因子K_(A)和特征函數CF_(A)；

設定第A個采樣點短時平均值STA_(A)和長時平均值LTA_(A)；

設定第A個采樣點的動態閾值r(A)；

其中A為采樣點個數的編號；

步驟4、以平面直角坐標系中編號最小的采樣點為當前采樣點，當前采樣 點的編號為i；

步驟5、設置算法參數變量M、S、L、t，M、S、L、t的初值均設置 為0，其中M為零交叉點個數；S為計數器；L的計算公式為L＝3+M/3；t為 拾取出的微震信號的持續時間；

步驟6、比較當前采樣點的短時平均值STA_(i)和動態閾值r(i)的大小；

步驟7、若當前采樣點的短時平均值STA_(i)小于當前采樣點的動態閥值 r(i)，則當前采樣點不是P波初至點，此時將當前采樣點的下一個采樣點作為 當前采樣點，返回到步驟(6)；若當前采樣點的短時平均值STA_(i)大于等于當前 點的動態閥值r(i)，則將當前采樣點的編號i賦值給k，計算當前采樣點的幅 值P1，將當前采樣點的幅值大小P1賦值給緩存最大幅值P0，然后進行步驟 (8)；

步驟8、計算編號為k的采樣點的下一個采樣點k+1的幅值P2；

步驟9、如果采樣點的編號為k的采樣點的下一個采樣點k+1不是零交叉 點，將緩存最大幅值P0和采樣點k+1的幅值P2中較大值賦值給緩存最大幅 值P0，將k+1賦值給k，當k的值小于波形采樣點個數N時，返回步驟8； 當k的值大于等于波形采樣點個數N時，則將當前采樣點的下一個采樣點作 為當前采樣點，返回步驟5；