[发明专利]一种工程尺度下微震信号及p波初至自动识别算法

说明书

技术领域

本发明涉及微震监测技术领域。具体涉及一种工程尺度下微震信号及p 波初至自动识别算法，该方法可广泛用于矿业工程、水利水电工程、石油工 程、岩土工程以及地下工程。

背景技术

微震源定位是微震监测与灾害预警的重要组成部分，而微震信号的识别 及P波初至拾取是微震源定位的关键。现有的微震信号识别方法大部分来源 于地震领域，方法很多，主要有：根据在时间域能量和能量变化构建特征函 数时间域的STA/LTA算法；根据地震信号到达前后地震波形数据统计性质的 差别，如AIC算法；此外还有神经网络法、高阶统计法、以及基于小波理论 的小波变换法等。STA/LTA及其改进算法，由于算法简单、计算效率高、适 于实时处理，在地震领域被广泛用。这些方法用于地震信号的处理具有较好 的适用性，但工程尺度下产生的岩石破裂信号与天然地震信号不同：

1)地震信号频率一般为几十赫兹以下，而微震信号的频率一般为几十到 几百赫兹，有的高达几千赫兹；2)地震信号持续时间较长，一般大于1秒， 微震信号持续时间较短，一般不超过0.1秒；3)微震与天然地震相比，一般 震级小，较小的微震事件不易被拾取；4)工程环境下由于机械施工、电气干 扰、车辆行驶等因素造成背景噪音复杂，使得监测到的大多数微震信号信噪 比较低。

因此，将地震领域的信号识别及P波到时拾取方法用于工程尺度微震信 号是不合适的，主要表现为：1)难以识别低信噪比的微弱信号；2)P波初至 自动拾取误差较大。

为此，针对上述不足，发明一种可以有效识别工程尺度下微震信号及其p 波初至的自动识别的方法，提高工程尺度下微震信号及其P波初至的拾取准 确率，进而提高岩爆、矿震、塌方等地质灾害预警的及时性与准确性，是非 常必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供了一种工程尺度下微 震信号及p波初至自动识别算法，，提高工程尺度下微震信号及其P波初至的 拾取准确率，进而提高岩爆、矿震、塌方等地质灾害预警的及时性与准确性。

一种工程尺度下微震信号及p波初至自动识别算法，包括以下步骤：

步骤1、读取振动传感器实时监测到的设定时窗内波形的采样点数据，建 立平面直角坐标系，其中X轴对应波形的采样点编号，Y轴对应波形的幅值， 在平面直角坐标系中对时窗内波形的采样点进行对称校准；

步骤2、计算采样点个数N，设置零交叉点个数上限M1，零交叉点个数 下限M2；设置微震信号时间判断阀值T；

步骤3、设定第A个采样点的加权因子K_(A)和特征函数CF_(A)；

设定第A个采样点短时平均值STA_(A)和长时平均值LTA_(A)；

设定第A个采样点的动态阈值r(A)；

其中A为采样点个数的编号；

步骤4、以平面直角坐标系中编号最小的采样点为当前采样点，当前采样 点的编号为i；

步骤5、设置算法参数变量M、S、L、t，M、S、L、t的初值均设置 为0，其中M为零交叉点个数；S为计数器；L的计算公式为L＝3+M/3；t为 拾取出的微震信号的持续时间；

步骤6、比较当前采样点的短时平均值STA_(i)和动态阈值r(i)的大小；

步骤7、若当前采样点的短时平均值STA_(i)小于当前采样点的动态阀值 r(i)，则当前采样点不是P波初至点，此时将当前采样点的下一个采样点作为 当前采样点，返回到步骤(6)；若当前采样点的短时平均值STA_(i)大于等于当前 点的动态阀值r(i)，则将当前采样点的编号i赋值给k，计算当前采样点的幅 值P1，将当前采样点的幅值大小P1赋值给缓存最大幅值P0，然后进行步骤 (8)；

步骤8、计算编号为k的采样点的下一个采样点k+1的幅值P2；

步骤9、如果采样点的编号为k的采样点的下一个采样点k+1不是零交叉 点，将缓存最大幅值P0和采样点k+1的幅值P2中较大值赋值给缓存最大幅 值P0，将k+1赋值给k，当k的值小于波形采样点个数N时，返回步骤8； 当k的值大于等于波形采样点个数N时，则将当前采样点的下一个采样点作 为当前采样点，返回步骤5；