[发明专利]鲁棒性微震/声发射源定位方法及系统

说明书

本发明提供了一种鲁棒性微震/声发射源定位方法及系统。该定位方法首先，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；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；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。

技术领域

本发明涉及微震/声发射源定位技术领域，尤其涉及一种鲁棒性微震/声发射源定位方法及系统。

背景技术

随着浅层矿产资源的不断枯竭，矿产资源的开采逐渐向深部发展。地下岩体工程面临更高的地应力和开采扰动，更易诱发岩爆灾害，造成重大人员伤亡和财产损失。微震/声发射源定位手段则可以有效地监测和预警岩爆，为深部岩石破裂失稳机制研究提供必要的支持。学者们也提出了各种基于最小二乘估计及其变体的微震/声发射源定位方法，并在给定准确的波速以及到时测量情况下可以实现较好的定位结果。

然而在现实的工程实践中，波速测量误差是不可避免的。介质波速往往随着工程推进而动态变化，因此真实波速与预先测定的波速往往存在较大的偏差，并进一步导致严重的定位误差。此外，由于异常信号干扰、信道串扰、信号微弱和初至模糊、传播延迟以及传感器故障等，均会产生异常到时。并且由于最小二乘估计对误差的平方放大效应，定位精度在异常到时的影响下将产生严重的误差。

因此，在现实工程实际中，异常到时与波速测量误差往往共同影响着定位结果的精度。由此，提出一种同时消除异常到时和波速测量误差影响的定位方法，对于实际工程中的微震/声发射源定位和监测具有重要意义。

申请号为CN201910787751.5的发明专利公开了一种未知波速体系下声发射源线性定位方法和系统。该定位方法为在一个三维监测系统中放置n个声发射传感器，其中n≥6；记录各声发射传感器的坐标和接收到声发射信号的时间；基于声发射传感器坐标以及到时数据，通过声发射源坐标计算公式确定声发射源的位置。在得到声发射源坐标的同时，得到最优的附加变量值。在得到最优的附加变量值后，便可计算出介质波速和触发时刻。但是，该定位方法仅在小到时误差下能够取得较好的定位结果，如果到时数据中存在异常误差，则将导致定位结果存在严重的误差。

有鉴于此，有必要设计一种改进的鲁棒性微震/声发射源定位方法及系统，以解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明提出了一种基于无监督学习DBSCAN算法的鲁棒性微震/声发射源定位方法及系统，具有良好的定位性能。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种鲁棒性微震/声发射源定位方法，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，并采用线性近似的方法迭代计算各个方程的解；

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传感器的频次，根据传感器的使用频次筛选出正常到时数据，由此筛选得到正常传感器组合；

最后，根据筛选出的正常传感器组合，重新计算微震/声发射源坐标，得到最优的定位结果。

作为本发明的进一步改进，包括如下步骤：