一种基于主动震源矫正的被动震源定位方法、系统、终端及可读存储介质与流程

本发明属于震源定位技术领域，具体涉及一种基于主动震源矫正的被动震源定位方法、系统、终端及可读存储介质。

背景技术：

随着国家战略需求和生产技术水平的提高，大坝的种类(水坝、尾矿坝等)和数量逐年增加。在天然环境中，由于复杂的水文地质和工程地质，大坝在运行过程中不仅受到水压与其他静荷载的影响，还会受到动荷载的冲击；随着时间的推移，大坝会由于不同程度的老化、病变、裂缝等因素产生缺陷和安全隐患。因此，这些具有高势能且承担重要战略任务的大坝极有可能发生失稳垮塌事故，造成人民生命和国家经济的巨大损失。近年来，微震、声发射技术作为有效的无损检测手段，可以对坝体内部的潜在破裂失稳区域进行检测控制。目前，微震、声发射技术已广泛应用于高边坡大坝的稳定性和大体积坝体内部微破裂的安全检测中，成为了坝体安全管理的一个基本手段。除此之外，微震技术在其他方面也应用广泛，而微震震源定位是微震检测中最经典、最基本的问题之一，它的一个重要目的是通过定位震源，确定检测对象内部的潜在失稳或破坏的位置，因此，微震震源定位的精度是需要重点研究以及关注的。

震源震源定位包括主动震源定位和被动震源定位。主动震源定位即人为主动发射震源并可直接计算得到波速的定位方法。被动震源定位即由检测对象自身发出震源，并通过一定方法拟合确定出震源位置，即潜在失稳或破坏位置。目前，在坝体的安全检测中，多使用主动或被动单一震源定位检测方法。然而，在实际应用环境中，影响被动震源定位结果和精度的因素有很多，若仅仅使用单一震源进行定位，定位结果极有可能存在较大误差，尤其是应用于高边坡大坝的稳定性和大体积坝体内部微破裂的安全检测中，定位结果的不准确会导致对坝体维护不及时，造成事故发生，因此，有必要改善被动震源定位的精度，研究一种精度更高，更有指导意义的定位监测方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于主动震源矫正的被动震源定位方法、系统、终端及可读存储介质，本发明其将主动震源和被动震源相结合，利用主动震源的信息矫正被动震源的定位结果，充分利用了主动震源和被动震源的优势，提高了被动震源定位精度。

一方面，本发明提供一种基于主动震源矫正的被动震源定位方法，包括如下步骤：

步骤1：基于布置的微震传感器获取震源信号；

其中，在目标区域内和或周边布置微震传感器以及主动震源，所述主动震源依次被触发释放主动震源信号，所述震源信号包括主动震源信号和被动震源信号；

其中，微震传感器的检测范围覆盖所述目标区域，其中，当一个被动震源被矫正后，在一些实现方式中可以将其视为一个主动震源，参与下一个被动震源矫正过程，从而节省真实主动震源的数量，降低主动震源成本。。

步骤2：基于被动震源信号进行被动震源的初步定位，并利用主动震源信号对各个被动震源的初步定位进行矫正；

其中，对任一个被动震源初步定位的矫正过程为：基于两个微震传感器接收的被动震源信号的实际到时差，以及所述两个微震传感器接收的各个主动震源信号的实际到时差确定一个主动震源作为目标主动震源，再利用微震传感器接收目标主动震源信号时的波速作为所述微震传感器接收所述被动震源信号时的速度约束，再利用所述速度约束对被动震源的初步定位进行矫正。

进一步优选，利用所述速度约束对所述被动震源的初步定位进行矫正时，包括：

利用所述速度约束确定所述被动震源基于所述微震传感器位置的矫正方向，并基于矫正方向进行矫正；

其中，若为正，被动震源基于第r个微震传感器的矫正方向为：沿第r个微震传感器坐标(xbr,ybr,zbr)至被动震源初步定位坐标(xb,yb,zb)方向且远离第r个微震传感器，为基于矫正速度的矫正速度范围；

若为负，被动震源基于第r个微震传感器的矫正方向为：沿第r个微震传感器坐标(xbr,ybr,zbr)至被动震源初步定位坐标(xb,yb,zb)方向且靠近第r个微震传感器；

若为0，被动震源初始定位位置为最终确定的所述被动震源的位置。

进一步优选，利用所述速度约束对被动震源的初步定位进行矫正时，还包括：利用所述速度约束计算出所述被动震源基于所述微震传感器位置的矫正距离；

其中，被动震源基于第r个微震传感器的矫正距离为：

式中，为被动震源基于第r个微震传感器的矫正距离，c为反演被动震源初步定位时设定的被动震源信号在介质中的波速，lr为被动震源的初步定位与第r个微震传感器之间的距离。

进一步优选，利用所述速度约束对被动震源的初步定位进行矫正时，若所述被动震源是基于任意一个微震传感器的位置进行矫正时，被动震源的矫正位置位于所述被动震源的初步定位位置与所述微震传感器位置的连线上且位于两者位置之外；

若所述被动震源基于至少2个以上微震传感器位置进行矫正时，被动震源的矫正位置是被动震源基于各个微震传感器的各自矫正位置进行调节确定。

进一步优选，所述目标主动震源按照如下规则确定：

基于两个微震传感器接收被动震源信号的实际到时差寻找所述两个微震传感器接收各个主动震源的震源信号的实际到时差中最接近的主动震源信号；

其中，若是基于任意一组两个微震传感器确定目标主动震源，则所述两个微震传感器确定的最接近的主动震源为目标主动震源；

若是基于多组两两微震传感器确定目标主动震源，则从每组微震传感器确定的最接近的主动震源中选择出现频率最高的作为目标主动震源。

进一步优选，所述方法应用于坝体。

进一步优选，将坝体划分为若干个区域，并分别将各个区域作为目标区域分别进行定位，其中，每个目标区域划分为边长为l的方形网格。

第二方面，本发明还提供一种基于上述方法的定位系统，包括：

震源信号获取模块：用于获取震源信号；

初步定位模块：用于基于被动震源信号进行被动震源的初步定位；

矫正模块：用于利用主动震源信号对被动震源的初步定位进行矫正。

第三方面，本发明提供一种定位终端，包括处理器和存储器，所述存储器存储了计算机程序，所述计算机程序被所述处理器调用执行：所述方法的步骤。

第四方面，本发明提供一种可读存储介质，存储了计算机程序，所述计算机程序被处理器调用执行：所述方法的步骤。

有益效果

1.本发明提供的一种基于主动震源矫正的被动震源定位方法将主动震源和被动震源结合，利用主动震源的信息矫正被动震源的定位结果，克服了单一定位方法误差较大的缺点，较单一被动震源定位方法更准确、更及时。2.本发明所述方法可以应用于坝体上，目前中被动震源的定位多集中在需要预先测量速度的微震震源定位传统方法和无需预先测量速度的被动震源定位方法上，其中，无需预先测量速度的被动震源定位比传统方法更为准确，但该方法是在假设波在介质中的传播速度一定的条件下进行的，但由于坝体内部结构、颗粒紧实度不同，把波速完全看作一个常数定位出来的结果仍然有很大的偏差。本发明在坝体运行过程中，利用主动震源具有位置已知和能量强的优点，以主动震源来协助矫正被动震源的定位，提高被动震源的定位精度，能够及时并准确发现坝体内部的损伤情况，及时的对坝体采取维护措施，防止损伤区域进一步扩大贯穿，造成坝体失稳坍塌。应当理解，本发明所述方法还可以应用于其他具体领域。

3.当矫正一个被动震源后，其可以视为一个主动震源，参与下一个被动震源的矫正，进而主动震源的数量可以减少，降低成本，更具有优势。

附图说明

图1本发明实施例提供的技术路线图。

图2是本发明实施例提供的坝体示意图。

具体实施方式

本发明提供的所述定位方法是利用主动震源信息矫正被动震源定位的精度，其在目标区域内依次触发主动震源，记录相关数据；且在被动震源出现后，运用无需预先测速的方法对被动震源进行初步定位；再寻找与被动震源到时差最为接近的主动震源作为目标主动震源，即该目标主动震源与被动震源的距离接近；最后利用该目标主动震源的准确波速对被动震源的初步定位结果进行矫正。下述实施例中将以所述方法应用于坝体上为例进行说明，但是其他可行的实施例中，所述方法还可以应用于其他领域。

下面将结合实施例对本发明做进一步的说明。本实施例中，如图1所示，所述定位方法包括：

(1)划分区域与网格：

本实施例在实际应用中的坝体划分情况如图2所示。根据坝体的具体情况对其进行编号为ⅰ、ⅱ、ⅲ……的区域划分，并在每个区域中划分边长为l的方形网格。

(2)环境准备：

选定某一区域为目标区域，并在该区域划分的网格交点处各安装1个微震传感器，共安装m个微震传感器(m为大于或等于4的整数)，各个微震传感器的位置坐标均已知。在目标区域内依次触发n个主动震源，对于第c个主动震源，其位置坐标为(xac,yac,zac),，激发的初始时间为对于被动震源，其位置坐标未知，假设其位置坐标为(xb,yb,zb)，其发生时间为tb0。本实施例中，每个主动震源至少被触发一次。其他可行的实施例中，微震传感器的位置可以是其他位置，优选是微震传感器的网络覆盖目标区域，本发明对其具体的布置位置不做限定。

其中，应当理解，主动震源被触发时，被动震源也可能处于释放状态，利用现有的技术手段是可以鉴别出微震传感器接收的主动震源信号和被动震源信号。且本实施例中，主动震源是依次触发的，间隔一定时间，因此，微震传感器接收主动震源信号时根据接收时间是可以区分是否是同一个主动震源释放的。

(3)主动震源数据采集：

1)主动震源波速采集：

对于第c个主动震源，接收到主动震源信号的第r个微震传感器其坐标记为(xar,yar,zar)，其接收到主动震源信号的实际时间为表示第c个主动震源到第r个微震传感器的实际到时差，如下：

对于第c个主动震源，其震源位置坐标(xac,yac,zac)已知，将主动震源坐标与接收主动震源信号的微震传感器位置坐标之间的最短直线距离作为p波的传播距离如下：

进而，可以计算得到第c个主动震源的p波传播至第r个微震传感器处的速度

其中，θ为震源位置指向接收传感器位置与法向的夹角。通过上述公式可得到目标区域一定时间内所有微震传感器接收到的主动震源的p波波速。同理，针对依次被触发的各个主动震源，接收到对应微震信号的微震传感器接收到的p波波速均可以计算出。

2)主动震源信号在两微震传感器之间到时差采集：

第c个主动震源从发出到传递至第i和第j两个不同微震传感器之间的到时差为：

(4)被动震源初步定位：

在触发主动震源的同时，目标区域内可能出现被动震源(xb,yb,zb)，假设其在介质中传播速度未知，将其看作一个常数c，则计算第k个微震传感器处(xbk,ybk,zbk)对应的到时为：

被动震源从发出到传递至2个不同微震传感器(第i个微震传感器和第j个微震传感器)之间的实际到时差为：

在波速为c的情况下，其理论到时差为：

式中，li，lj为被动震源到第i个和第j个微震传感器之间的距离。理论到时差与实际到时差之差描述了实际与理论的偏离程度，若偏离程度越小，说拟合度越好，即偏差量q(xb,yb,zb,c)达到最小时，偏离程度越小，偏差量q(xb,yb,zb,c)表示为：

本实施例中，通过拟合筛选出q(xb,yb,zb,c)的最小值，求解出xb，yb，zb，c，得到被动震源的初步定位坐标(xb,yb,zb)与波速c。由于该坐标位置是在传播速度为c下得到的，而在实际中，把波速c看作一个常数，得到的定位结果偏差较大，因此需要矫正。

(5)定位矫正：

1)主动震源筛选：

前述分别得到了主动震源从发出到传递至第i个和第j个微震传感器之间的到时差和被动震源从发出到传递至第i个和第j个两个微震传感器之间的实际到时差以被动震源的实际到时差为依据，寻找与该到时差最为接近的主动震源的到时差(本实施例中，依据n个主动震源对应在第i个和第j个两个微震传感器的到时差，从中寻找最接近的主动震源)，则该到时差对应的主动震源为距离实际被动震源最接近的主动震源，记该主动震源(第f个主动震源)坐标为(xaf,yaf,zaf)作为目标主动震源。其采集到的第f个主动震源(xaf,yaf,zaf)的在任意第r个传感器处的波速记为

应当理解，本实施例中，是基于任意一组微震传感器(第i个和第j个微震传感器)选出目标主动震源，其他可行的实施例中，可以是基于多组进行选取，那么每一组微震传感器均对应一个最接近的主动震源，则从中可以选择出现频率最高的主动震源作为目标主动震源。

2)被动震源定位矫正：

把速度看作是被动震源传递至第r个微震传感器处的速度约束，本实施例中选取速度约束的浮动范围为±β，得到优选β取值范围为0-100m/s，该速度约束比被动震源初步定位的速度常数c更接近实际，进而对被动震源定位进行矫正：

其中，为被动震源传递至第r个微震传感器的矫正距离，lr为被动震源初步定位坐标与第r个微震传感器之间的距离。

若为正，被动震源的初步定位坐标(xb,yb,zb)应沿第r个传感器坐标(xbr,ybr,zbr)至初步定位的被动震源坐标(xb,yb,zb)方向，且远离第r个微震传感器，距离初步定位位置矫正距离远；若为负，被动震源的初步定位坐标(xb,yb,zb)应沿第r个微震传感器坐标(xbr,ybr,zbr)至初步定位的被动震源坐标(xb,yb,zb)方向，且靠近第r个微震传感器，距离初始定位位置矫正距离远。

应当理解，本实施例中，确定目标主动震源后，选择任意一个微震传感器均可以计算出矫正速度以及矫正距离，进而实现被动震源的定位矫正，本实施例中提供的是一种具体实现方式，其他可行的实施例中，可以是利用多个微震传感器分别计算出一个矫正距离，再基于各自的矫正方向以及矫正距离确定一个矫正范围，对被动震源的初步定位位置在矫正范围进行调节。且上述矫正距离是本发明计算出的最优方案，但本发明也不局限于最优方式，应当理解，不脱离本发明宗旨的情况下，基于矫正方向进行一定距离矫正也是能够解决现有计算中单一定位精度不高的问题。

在一些实施例中，本发明提供一种定位系统，其包括相互连接的震源信号获取模块，初步定位模块以及矫正模块，其中，震源信号获取模块：用于获取震源信号；初步定位模块：用于基于被动震源信号进行被动震源的初步定位；矫正模块：用于利用主动震源信号对被动震源的初步定位进行矫正。

具体各个模块的实现过程请参照方法部分的描述，本实施例对此不进行具体的说明。

应当理解，上述单元模块的具体实现过程参照方法内容，本发明在此不进行具体的赘述，且上述功能模块单元的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。同时，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

在一些实施例中，本发明还提供一种定位终端，其包括处理器和存储器，存储器内存储了计算机程序，处理器调用计算机程序执行上述一种基于主动震源矫正的被动震源定位方法的步骤。

在一些实施例中，本发明还提供一种可读存储介质，存储了计算机程序，计算机程序被处理器调用执行上述一种基于主动震源矫正的被动震源定位方法的步骤。

应当理解，在本发明实施例中，所称处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据。存储器的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。

所述可读存储介质为计算机可读存储介质，其可以是前述任一实施例所述的控制器的内部存储单元，例如控制器的硬盘或内存。所述可读存储介质也可以是所述控制器的外部存储设备，例如所述控制器上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)等。进一步地，所述可读存储介质还可以既包括所述控制器的内部存储单元也包括外部存储设备。所述可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述控制器所需的其他程序和数据。所述可读存储介质还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的可读存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要强调的是，本发明所述的实例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，不脱离本发明宗旨和范围的，不论是修改还是替换，同样属于本发明的保护范围。