[发明专利]鲁棒性微震/声发射源定位方法及系统

权利要求书

1.一种鲁棒性微震/声发射源定位方法，其特征在于：步骤如下：

首先，从未知波速v系统下的n个到时数据中随机选择m个，得到组到时数据；根据不同的到时组合构建到时差方程，并采用线性迭代方法计算各个方程的解；

接着，筛除包含虚根以及波速v为0的解，得到微震/声发射源坐标的样本集；

然后，利用DBSCAN算法将样本集进行聚类，得到多个簇；

再找到包含微震/声发射源坐标最多的簇，并统计该簇中源坐标计算所使用的各到时的频次，根据传感器的使用频次筛选出正常到时数据，由此筛选得到正常到时组合；

最后，根据筛选出的正常到时组合，重新采用线性迭代方法计算微震/声发射源坐标，得到最优的定位结果。

2.根据权利要求1所述的鲁棒性微震/声发射源定位方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

S1、假设一个包含n个传感器S_i(i＝1，2，…，n)且波速v未知的三维定位系统，各传感器接收的到时数据表示为t_i(i＝1，2，…，n)，从n个到时数据中随机选择m个，可产生个到时组合；其中5≤m＜n-ω，ω为异常到时个数，ω≥0；当m＝6时，以其中一组随机选择的到时组合t_i(i＝1，2，3，4，5，6)为例，可构建微震/声发射源的到时差方程，如下所示：

其中，t_i，1为传感器S_i与S₁之间的到时差，t_i，1＝t_i-t₁；D_i，1为传感器S_i与S₁之间的距离之差，D_i，1＝D_i-D₁，x，y和z为微震/声发射源的坐标；x_i，y_i和z_i为微震/声发射传感器S_i的坐标；

S2、观测到时差与计算到时差之间的偏差称为方程残差，其残差方程表示为：

S3、将上述残差方程进行一阶线性展开，并表示为矢量形式，如下所示：

ε≈gΔθ；

其中，

其中，Δx，Δy，Δz，Δv代表微震/声发射源坐标和波速的修正项；

S4、通过最小化加权方程残差，得到：

其中，W为方程权重，通过θ＝θ+Δθ更新初始值，反复迭代获得最终的声发射源坐标；其中θ为微震/声发射源坐标x，y，z以及波速v的向量形式，上标T代表矩阵或向量的转置；

S5、通过上述步骤可以获得组微震/声发射源坐标，排除存在虚根或波速为0的坐标，得到微震/声发射源坐标的样本集Ω＝{θ₁，θ₂，...，θ_m}；

S6、利用无监督学习的DBSCAN算法将所示样本集Ω进行聚类，得到多个簇，用参数(∈，minpts)来设置约束条件，其中，参数∈代表邻域搜索半径，被设置为监测尺寸的1％～2％；minpts代表∈-邻域内的最小源坐标个数，被设置为未知量个数加1的值；

S7、根据所述DBSCAN算法的聚类结果找到包含源坐标最多的簇，然后统计该簇中微震/声发射源坐标计算所使用的各到时的频次Count_i，i＝1，2，…，n，当某个到时的使用频次Count_i大于某一设定数值时，认为t_i为正常到时，由此筛选出正常到时集合；

S8、根据筛选出的正常到时集合计算最终的微震/声发射源坐标；如果具有最大源坐标数目的簇不止一个，这些簇都将被选择并进行上述计算，但最终使得到时差残差平方和最小的坐标为最终的微震/声发射源坐标。