[發(fā)明專(zhuān)利]基于手機(jī)移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)的礦震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及群智定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010210821.3
• 申請(qǐng)日: 2020-03-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111405469B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅浩;潘一山;于靖康;宋寶燕;張利;王俊陸
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 遼寧大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W4/02
• 分類(lèi)號(hào): H04W4/02;H04W4/38;H04W4/90;H04L29/08
• 代理公司: 沈陽(yáng)杰克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21207
• 代理人: 王洋

1.基于手機(jī)移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)的群智定位方法，其特征在于，應(yīng)用于礦震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其步驟為：

1)將中心機(jī)與移動(dòng)手機(jī)終端通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，初始化參與監(jiān)測(cè)工作的移動(dòng)手機(jī)終端和中心機(jī)的初始數(shù)據(jù)；

2)通過(guò)軟件記錄手機(jī)三軸加速度傳感器數(shù)據(jù)，持續(xù)對(duì)附近振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

3)對(duì)步驟2)中記錄的手機(jī)三軸加速度傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在數(shù)據(jù)中提取出礦震信號(hào)段；

3.1)區(qū)分震動(dòng)信號(hào)和人體日常活動(dòng)；

3.1.1)給持續(xù)震動(dòng)的信號(hào)進(jìn)行加窗處理，窗口大小選取0.2-2秒，每次向前滑動(dòng)窗口大小一半；

3.1.2)計(jì)算每個(gè)窗口內(nèi)x,y,z三分量過(guò)零數(shù)之和，用于信號(hào)頻率區(qū)分；計(jì)算加速度矢量和的四分位距，用于信號(hào)振幅區(qū)分；計(jì)算加速度的累計(jì)絕對(duì)速度，用于區(qū)分信號(hào)能量；

3.2)當(dāng)信號(hào)特征參量滿足高頻低振幅低能量特征，確定為震動(dòng)信號(hào)；

4)通過(guò)小波變換方法對(duì)震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行降噪處理；

5)應(yīng)用長(zhǎng)短時(shí)窗法對(duì)獲取到震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，判斷震動(dòng)信號(hào)初始到時(shí)；

6)將震動(dòng)信號(hào)初始到時(shí)、移動(dòng)手機(jī)終端GPS定位數(shù)據(jù)信號(hào)、手機(jī)編碼信息通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)或wifi網(wǎng)絡(luò)上傳至中心機(jī)；

7)中心機(jī)對(duì)上傳的同一時(shí)間段的震動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，當(dāng)判斷為震動(dòng)信號(hào)的手機(jī)數(shù)量除以周?chē)苿?dòng)手機(jī)終端總數(shù)達(dá)到設(shè)定值，網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)，判斷為礦震事件，根據(jù)震動(dòng)信號(hào)初始到時(shí)、移動(dòng)手機(jī)終端GPS定位數(shù)據(jù)信號(hào)，采用Geiger算法，得到震源位置、以及發(fā)震時(shí)間的結(jié)果，所述的Geiger算法采用下述公式：

絕對(duì)偏差目標(biāo)函數(shù)

其中：s_m為微震發(fā)生時(shí)刻t的穩(wěn)健估計(jì)，即s_i為移動(dòng)智能終端計(jì)算的理論發(fā)震時(shí)間；t為未知的發(fā)震時(shí)間；x，y，z為震源三軸坐標(biāo)，x_i，y_i，z_i，t_i分別為第i個(gè)移動(dòng)手機(jī)終端的三軸坐標(biāo)以及獲取震動(dòng)信號(hào)初始到時(shí)；

步驟7)中，基于手機(jī)移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)的群智定位方法，應(yīng)用于礦震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體為：

(1)將接收到震動(dòng)信號(hào)的移動(dòng)手機(jī)終端均等分出n個(gè)分組,每個(gè)分組中移動(dòng)手機(jī)終端的數(shù)量為M，設(shè)每一分組模擬的發(fā)震時(shí)間以及震源位置信息為A_i，i＝(1，2，3，4，...，n),A_i的取值方法為，

(2)將n份A_i按照f(shuō)(A_i)的取值大小由小到大排列，f(A_i)即為目標(biāo)函數(shù)，其中目標(biāo)函數(shù)值越小，說(shuō)明誤差較小，即當(dāng)前梯度下的全局最優(yōu)解，X＝{A₁，A₂，A₃，...，A_n}；如果滿足收斂條件即，

f(A_i)＜δ，i＝(1，2，3，...，n)

其中δ，ε，均為經(jīng)驗(yàn)收斂條件數(shù)值，則停止運(yùn)算輸出最低點(diǎn)，A_i即為震源位置及發(fā)震時(shí)間，否則執(zhí)行步驟(3)；

(3)如果X為空集則返回步驟(2)，否則將X中A_max取出，如果max＜p，p為大于零的整數(shù)則執(zhí)行步驟(5)，否則將集合中剩余元素平均分成b等份，由前到后編號(hào)X₁，X₂，X₃，X_b，首先在X₁中獲取隨機(jī)數(shù)k位置對(duì)應(yīng)的A_k并計(jì)算新的列變量向量A_new即，

A_new＝A_max+[A_k+A_max]/2

如果f(A_new)＜f(A_max)則，A_max＝A_new；f(A_max)＝f(A_new)，執(zhí)行步驟(4)；否則在X₁中繼續(xù)重復(fù)尋找w次A_k并進(jìn)行比較，若依舊不存在較優(yōu)解，那么跳入X₂重復(fù)進(jìn)行X₁中的操作獲取A_k，以此類(lèi)推直到X_b中，若X_b中依舊沒(méi)有較優(yōu)解則A_max自己移動(dòng)隨機(jī)方向，

A_new＝wA_max+cr[rand(A)]

其中c為的隨機(jī)變量，r為步長(zhǎng)因子，如果f(A_new)＜f(A_max)則A_max＝A_new；否則，A_max重復(fù)隨機(jī)操作至容忍最大迭代次數(shù)；重復(fù)執(zhí)行步驟(3)；

(4)在已經(jīng)獲取較優(yōu)值A(chǔ)_new的基礎(chǔ)上進(jìn)行e次擴(kuò)展運(yùn)算以增加系統(tǒng)隨機(jī)性從而跳出局部較優(yōu)，提高系統(tǒng)計(jì)算速度即，

A_ti＝A_t+cr[rand(A)]，i＝(1，2，3，e)

其中A_ti為A_new的變異量，A為單位列變量向量，如果存在f(A_min)＝min[f(A_ti)]且f(A_min)＜f(A_new)，則f(A_max)＝f(A_min)；A_max＝A_min；返回步驟(3)；

(5)X＝{A₁，A₂，A₃，...，A_p}，將集合中的元素A_i隨機(jī)移動(dòng)一步即，

A_n＝wA_i+cr[rand(A)]

如果f(A_n)＜f(A_i)則A_i＝A_n；否則A_i重復(fù)隨機(jī)操作至容忍最大迭代次數(shù)，返回步驟(2)；

8)中心機(jī)將確定好的震點(diǎn)位置以及發(fā)震時(shí)間通過(guò)礦圖顯示并發(fā)送至數(shù)據(jù)庫(kù)。