[发明专利]一种微震震源定位参数的优化求解方法

说明书

本发明公开了一种微震震源定位参数的优化求解方法,它是以两个拾震器拾取的到时之差与计算得到的到时之差的残差平方和最小为目标，应用粒子群算法计算出震源位置和等效波速，再根据震源位置及等效波速，直接计算出发震时刻。本发明结合工程实际给出了PSO求解算法中的惯性权重、加速常数、粒子最大飞行速度等参数的约束规则，避免由于这些参数的不当选取导致算法失效，提高了求解算法的鲁棒性，达到减少迭代次数、提高定位精度和算法速度的目的。

技术领域

本发明属于信息处理技术领域的微地震震源定位技术，尤其是微震震源定位参数的优化方法，具体的说，就是针对微震震源定位参数求解时易出现多个参数相互关联、收敛速度慢、解不唯一等问题，提出一种粒子群优化(PSO，particle swarm optimization)算法对震源进行定位，属于信息处理技术领域。

背景技术

有效监测岩石微破裂发生的位置，可提高冲击地压、煤与瓦斯突出等煤矿灾害的监测预警准确率，一直以来，对震源定位的准确性和精度的研究，是微震监测技术研究的一项重要内容。微震震源参数求解的实质是，已知各监测台站的空间坐标，根据各台站拾取的微震波初至到时，确定震源的空间坐标、发震时刻等属性，具体原理和分析如下：

设微震系统有n个拾震器(如图1所示)，若记震源位置为(x₀，y₀，z₀)，各拾震器坐标为(x_i，y_i，z_i)(i＝1，2，...，n)，P波在介质中的等效传播速度为V，P波到达各拾震器的时刻为t_i，发震时刻为t₀，则拾震器i和j接收到的微震波初至到时之差的计算值为：

其中，

对于一对拾震器i和j而言，拾取的微震波初至到时之差回归值为：

所有回归值与计算值Δt_ij之差的平方和反映了拾取值与计算值的偏离程度，因此辨识微震震源位置的函数模型可描述为：

其中，

当Q等于或趋向于0时，解得(x₀，y₀，z₀)、V即为微震震源位置及等效波速取值，根据到时之差定位原理，评价发震时刻t₀的函数可描述为：

当F等于或趋向于0时，发震时刻为：

其中，

确定震源定位及发震时刻时，先根据式(3)求解(x₀，y₀，z₀)及等效波速V，再将(x₀，y₀，z₀)及V值代入式(5)求解发震时刻t₀值。由于式(3)为(x₀，y₀，z₀)及V的二次非负函数，其最小值总是存在的，故求解震源位置、等效波速和发震时刻是一个非线性拟合问题，经典做法是求其最小二乘解，但在求解过程中震源位置及发震时刻等参数相互关联、算法收敛速度慢，且易产生解不唯一等问题。

为克服以上问题，本发明引入自适应PSO方法对定位参数过程进行优化。PSO是计算智能领域的一种种群智能算法，具有算法实现简单、精度高、收敛快等优点，近年来已在优化领域取得许多成功应用。