一种基于微震震级和事件发生率阈值自动化预警方法、装置和存储介质与流程

本发明涉及矿山微震监测和预警领域，尤其涉及一种基于微震震级和事件发生率阈值的矿山地震自动化预警方法、装置及存储介质。

背景技术：

1、矿山微震活动是由于矿山开采活动引起的围岩体和矿体内应力重新分布而产生的岩石振动现象。矿山微震预警系统对于矿山安全生产具有重要意义，在实际应用过程中往往需要结合人工经验判断和监测数据的分析才能准确的进行地压灾害预警。中国发明专利公开号cn109507728a公开了一种基于微震监测的地压灾害预警方法，提出了首先从大量原始微震监测数据筛选出有效微震事件，建立微震事件库，其包含微震事件的发震时间、三维坐标、震级大小、震中能量；其次计算或判定微震数据库中的活跃期、时序集中度q时、活跃区域、震中集中度q空、b值、βn值、η值、cufit模型，从而计算时间因子f1、空间因子f2、定量地震学因子f3，最后计算预警判定目标函数f，根据f确定是否需要对现场进行地压灾害预警以及级别的方法。衡献伟,付金磊,李青松,左金芳.突出煤层微震动态响应与多参量指标预警方法[j].湖南科技大学学报(自然科学版),2022,37(04):1-8.也提出了基于微震事件的多参量指标预警方法。

2、上述技术方案均提出了基于微震监测数据多指标多维度的综合预警方法，其预警方法的思路是对的，但都是以人工的方式对已经监测过的数据进行量化统计分析然后得到相关的结论，这种方法不是基于一种自动化的思路进行预警。中国发明专利公开号cn115421188a公开了基于人工智能的微地震事件实时识别系统及方法，提出了通过深度神经网络分类器模型的方法实现微震监测信号的自动化分类技术，但是没有进一步提出自动化预警的方法。现有的矿山微震监测和预警系统存在一定的局限性，采用人工判断、实时性较差、误报率较高等问题，需要研究更加智能、准确和自动化的预警方法。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提出一种基于微震震级和事件发生率阈值自动化预警方法、装置和存储介质，实现矿山微震监测系统自动化预警提供灾害预警的时效性。

2、本发明的技术方案是：一种基于微震震级和事件发生率阈值自动化预警方法，包括以下步骤：(1)、微震监测信号自动化分类：先进行数据采集和预处理，再进行特征提取，对提取的特征信号进行数据标注和分类器训练，最后进行信号分类；(2)、微震监测事件自动定位与震源参数计算：对于自动识别的微震监测信号进行定位计算和震源参数计算，所述定位计算包括p波到时拾取、定位算法和定位不合理位置控制，所述震源参数计算包括震级、能量、视应力和视体积参数；(3)、微震监测预警阈值设定与自动化预警：对目标区域的微震信号参数进行统计分析，根据现场情况设置某个时段内监测区域内微震事件震级大小阈值以及该时段内发生的微震事件信号数量的阈值，当超过阈值时触发预警。

3、上述方案中所述步骤(1)的数据采集和预处理包括去噪和滤波。

4、上述方案中所述步骤(1)的特征提取是通过傅里叶变换从预处理后的信号中提取有意义的特征。

5、上述方案中所述步骤(1)的数据标注和分类器训练是对提取出的特征信号进行标注，标注的数据应该包括各种类型的信号，然后通过神经网络算法来训练软件的自动分类功能，所述bp神经网络法的训练步骤包括：1)根据不同的振动信号在时频上的差异性，采用小波变换的方法对系统检测信号进行小波包分解，每个信号分解成多个不同尺度的小波包，每个小波包对应一个特定的时间尺度，计算公式如下：2)、所述bp神经网络模型拓扑结构包括输入层、隐层和输出层，使用最速下降法，通过反向传播来不断调整网络的权值和阈值，使网络的误差平方和最小。

6、上述方案中所述步骤(2)的p波到时拾取是采用基于频域+时域多重压缩的到时识取技术，采用aic自回归检测法对信号进行优化拟合降低异常值影响，所述定位算法是基于粒子群定位算法通过空间网格搜索方法寻找最优解，所述粒子群定位算法参数中添加空间约束指标限定目标解的分布范围，具体是通过设置定位坐标(x，y，z)空间边界，对坐标的上限、下限进行约束，所述震源参数计算是根据微震波形频谱特征计算该信号的拐角频率，通过拐角频率以及信号的振幅计算微震信号的震级大小、能量大小、视应力和视体积参数。

7、一种基于微震震级和事件发生率阈值自动化预警装置，包括：用于采集如上所述的基于微震震级和事件发生率阈值自动化预警方法中的步骤(1)中数据的振动传感器、用于处理振动传感器数据的数据采集服务器、客户端电脑和被客户端电脑运行以执行如上所述的基于微震震级和事件发生率阈值自动化预警方法的可执行程序。

8、计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有可执行程序，所述可执行程序被客户端电脑运行时执行如上所述的基于微震震级和事件发生率阈值自动化预警方法的步骤。

9、本发明的有益效果是通过研究微震监测信号自动化处理和自动化预警的方法，提高了微震监测技术预警时效性和及时性，真正实现了无人值守的微震监测预警的目标，因而本发明的技术方案具有很好的推广意义和社会效益。

技术特征：

1.一种基于微震震级和事件发生率阈值自动化预警方法，其特征是：包括以下步骤：(1)、微震监测信号自动化分类：先进行数据采集和预处理，再进行特征提取，对提取的特征信号进行数据标注和分类器训练，最后进行信号分类；(2)、微震监测事件自动定位与震源参数计算：对于自动识别的微震监测信号进行定位计算和震源参数计算，所述定位计算包括p波到时拾取、定位算法和定位不合理位置控制，所述震源参数计算包括震级、能量、视应力和视体积参数；(3)、微震监测预警阈值设定与自动化预警：对目标区域的微震信号参数进行统计分析，根据现场情况设置某个时段内监测区域内微震事件震级大小阈值以及该时段内发生的微震事件信号数量的阈值，当超过阈值时触发预警。

2.如权利要求1所述的一种基于微震震级和事件发生率阈值自动化预警方法，其特征是：所述步骤(1)的数据采集和预处理包括去噪和滤波。

3.如权利要求1所述的一种基于微震震级和事件发生率阈值自动化预警方法，其特征是：所述步骤(1)的特征提取是通过傅里叶变换从预处理后的信号中提取有意义的特征。

4.如权利要求1所述的一种基于微震震级和事件发生率阈值自动化预警方法，其特征是：所述步骤(1)的数据标注和分类器训练是对提取出的特征信号进行标注，标注的数据应该包括各种类型的信号，然后通过bp神经网络算法来训练软件的自动分类功能，所述bp神经网络法的训练步骤包括：1)根据不同的振动信号在时频上的差异性，采用小波变换的方法对系统检测信号进行小波包分解，每个信号分解成多个不同尺度的小波包，每个小波包对应一个特定的时间尺度，计算公式如下：2)、所述bp神经网络模型拓扑结构包括输入层、隐层和输出层，使用最速下降法，通过反向传播来不断调整网络的权值和阈值，使网络的误差平方和最小。

5.如权利要求1所述的一种基于微震震级和事件发生率阈值自动化预警方法，其特征是：所述步骤(2)的p波到时拾取是采用基于频域+时域多重压缩的到时识取技术，采用aic自回归检测法对信号进行优化拟合降低异常值影响，所述定位算法是基于粒子群定位算法通过空间网格搜索方法寻找最优解，所述粒子群定位算法参数中添加空间约束指标限定目标解的分布范围，具体是通过设置定位坐标(x，y，z)空间边界，对坐标的上限、下限进行约束，所述震源参数计算是根据微震波形频谱特征计算该信号的拐角频率，通过拐角频率以及信号的振幅计算微震信号的震级大小、能量大小、视应力和视体积参数。

6.一种基于微震震级和事件发生率阈值自动化预警装置，其特征是：包括：用于采集如权利要求1-5任一所述的基于微震震级和事件发生率阈值自动化预警方法中的步骤(1)中数据的振动传感器、用于处理振动传感器数据的数据采集服务器、客户端电脑和被客户端电脑运行以执行如权利要求1-5任一所述的基于微震震级和事件发生率阈值自动化预警方法的可执行程序。

7.计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有可执行程序，其特征在于，所述可执行程序被客户端电脑运行时执行如权利要求1-5任一项所述的一种基于微震震级和事件发生率阈值自动化预警方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于微震震级和事件发生率阈值自动化预警方法、装置和存储介质，包括以下步骤：(1)、微震监测信号自动化分类；(2)、微震监测事件自动定位与震源参数计算；(3)、微震监测预警阈值设定与自动化预警。本发明的有益效果是通过研究微震监测信号自动化处理和自动化预警的方法，提高了微震监测技术预警时效性和及时性，真正实现了无人值守的微震监测预警的目标，因而本发明的技术方案具有很好的推广意义和社会效益。

技术研发人员：董世华,盛欢,苏卫宏,张君,汪令辉,周贵斌,古绪球,夏旭
受保护的技术使用者：铜陵有色金属集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15