[发明专利]基于手机移动传感网络的矿震监测系统及群智定位方法

权利要求书

1.基于手机移动传感网络的群智定位方法，其特征在于，应用于矿震监测系统，其步骤为：

1)将中心机与移动手机终端通过蜂窝网络连接，建立数据库，初始化参与监测工作的移动手机终端和中心机的初始数据；

2)通过软件记录手机三轴加速度传感器数据，持续对附近振动信号进行监测；

3)对步骤2)中记录的手机三轴加速度传感器数据进行处理，在数据中提取出矿震信号段；

3.1)区分震动信号和人体日常活动；

3.1.1)给持续震动的信号进行加窗处理，窗口大小选取0.2-2秒，每次向前滑动窗口大小一半；

3.1.2)计算每个窗口内x,y,z三分量过零数之和，用于信号频率区分；计算加速度矢量和的四分位距，用于信号振幅区分；计算加速度的累计绝对速度，用于区分信号能量；

3.2)当信号特征参量满足高频低振幅低能量特征，确定为震动信号；

4)通过小波变换方法对震动信号进行降噪处理；

5)应用长短时窗法对获取到震动信号进行处理，判断震动信号初始到时；

6)将震动信号初始到时、移动手机终端GPS定位数据信号、手机编码信息通过蜂窝网络或wifi网络上传至中心机；

7)中心机对上传的同一时间段的震动信号数据进行统计，当判断为震动信号的手机数量除以周围移动手机终端总数达到设定值，网络触发，判断为矿震事件，根据震动信号初始到时、移动手机终端GPS定位数据信号，采用Geiger算法，得到震源位置、以及发震时间的结果，所述的Geiger算法采用下述公式：

绝对偏差目标函数

其中：s_m为微震发生时刻t的稳健估计，即s_i为移动智能终端计算的理论发震时间；t为未知的发震时间；x，y，z为震源三轴坐标，x_i，y_i，z_i，t_i分别为第i个移动手机终端的三轴坐标以及获取震动信号初始到时；

步骤7)中，基于手机移动传感网络的群智定位方法，应用于矿震监测系统，具体为：

(1)将接收到震动信号的移动手机终端均等分出n个分组,每个分组中移动手机终端的数量为M，设每一分组模拟的发震时间以及震源位置信息为A_i，i＝(1，2，3，4，...，n),A_i的取值方法为，

(2)将n份A_i按照f(A_i)的取值大小由小到大排列，f(A_i)即为目标函数，其中目标函数值越小，说明误差较小，即当前梯度下的全局最优解，X＝{A₁，A₂，A₃，...，A_n}；如果满足收敛条件即，

f(A_i)＜δ，i＝(1，2，3，...，n)

其中δ，ε，均为经验收敛条件数值，则停止运算输出最低点，A_i即为震源位置及发震时间，否则执行步骤(3)；

(3)如果X为空集则返回步骤(2)，否则将X中A_max取出，如果max＜p，p为大于零的整数则执行步骤(5)，否则将集合中剩余元素平均分成b等份，由前到后编号X₁，X₂，X₃，X_b，首先在X₁中获取随机数k位置对应的A_k并计算新的列变量向量A_new即，

A_new＝A_max+[A_k+A_max]/2

如果f(A_new)＜f(A_max)则，A_max＝A_new；f(A_max)＝f(A_new)，执行步骤(4)；否则在X₁中继续重复寻找w次A_k并进行比较，若依旧不存在较优解，那么跳入X₂重复进行X₁中的操作获取A_k，以此类推直到X_b中，若X_b中依旧没有较优解则A_max自己移动随机方向，

A_new＝wA_max+cr[rand(A)]

其中c为的随机变量，r为步长因子，如果f(A_new)＜f(A_max)则A_max＝A_new；否则，A_max重复随机操作至容忍最大迭代次数；重复执行步骤(3)；

(4)在已经获取较优值A_new的基础上进行e次扩展运算以增加系统随机性从而跳出局部较优，提高系统计算速度即，

A_ti＝A_t+cr[rand(A)]，i＝(1，2，3，e)

其中A_ti为A_new的变异量，A为单位列变量向量，如果存在f(A_min)＝min[f(A_ti)]且f(A_min)＜f(A_new)，则f(A_max)＝f(A_min)；A_max＝A_min；返回步骤(3)；

(5)X＝{A₁，A₂，A₃，...，A_p}，将集合中的元素A_i随机移动一步即，

A_n＝wA_i+cr[rand(A)]

如果f(A_n)＜f(A_i)则A_i＝A_n；否则A_i重复随机操作至容忍最大迭代次数，返回步骤(2)；

8)中心机将确定好的震点位置以及发震时间通过矿图显示并发送至数据库。