微震波形自动标注系统

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微震波形自动标注系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及矿用微震检测设备技术领域，特别是涉及一种微震波形自动标注系统。\n背景技术\n[0002] 冲击矿压是严重威胁矿井安全生产的煤岩动力灾害现象之一，德国、南非、前苏联、美国、波兰、日本和我国等世界上主要的采矿国家都发生过冲击矿压；冲击矿压以其突然、急剧、猛烈的破坏特征对煤矿、金属矿井、隧道等的正常生产轻则构成严重影响，重则造成巨大的经济损失和人员伤亡。随着井工矿井开采深度的增加，冲击矿压的危险也在逐步增加；煤矿发生冲击矿压的特征是：1）突然性，主要表现为冲击矿压发生前没有明显的征兆；2）瞬时性，主要表现为发生过程极为短暂，一般持续时间为10秒以内；3）破坏性，表现为煤层冲击、顶板冲击、底板冲击等相互组合，片帮和煤炭抛出，顶板断裂下沉、底鼓、破坏巷道支护，造成人员伤亡。\n[0003] 在煤矿开采活动中或者有裂缝等岩层破坏事件时，岩体的瞬间破裂会激发弹性波，这些弹性波携带着震源的信息，依赖岩体弹性介质向四周传播，如果能够开发一种设备或系统，利用震动传感器在远处测量这些弹性波信号，并根据所监测的微震信号特征来确定破裂的发生时间、空间位置、尺度、强度及性质，那么即可实现对冲击矿压的预防和监测，然而不仅现有技术中缺少这样的监测系统，同时监测过程中较为重要的一步是对微震弹性波波形的标注，即对微震发生的时刻进行标记，现有技术中通常采用人手动移动标尺的方式进行标注，不仅效率较低，同时准确度较差。\n发明内容\n[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供一种可以对微震弹性波波形进行自动标注，效率和准确度较高，可以有效监控冲击矿压问题的微震波形自动标注系统。\n[0005] 本发明的微震波形自动标注系统，包括多组检波装置、交换机组和采集分析主机，所述检波装置包括矿用采集分站以及与矿用采集分站有线连接的多个检波器，其中，所述检波器固定设置在井下岩体上、用于监测微震弹性波信息、并将所述微震弹性波信息发送至矿用采集分站，所述矿用采集分站用于收集所述微震弹性波信息并通过交换机组转发至所述采集分析主机，所述采集分析主机用于自动标注、分析以及存储所述微震弹性波信息；\n所述交换机组包括井下交换机、井上交换机和主交换机，所述井下交换机为多个、并与所述井上交换机以环路方式有线连接，所述井上交换机与所述主交换机通过有线连接，所述井下交换机和主交换机分别与矿用采集分站和采集分析主机相连。\n[0006] 进一步的，还包括服务器，所述服务器与所述采集分析主机相连，所述服务器用于存储所述微震弹性波信息。\n[0007] 进一步的，所述采集分析主机包括采集主机和分析主机，所述采集主机用于收集并转发所述微震弹性波信息，所述分析主机用于自动标注、分析所述微震弹性波信息，所述采集主机与所述服务器相连、并且所述采集主机将所述微震弹性波信息发送至所述服务器。\n[0008] 进一步的，所述检波器通过矿用电缆与所述矿用采集分站相连，并且所述矿用电缆为矿用通信屏蔽双绞线电缆。\n[0009] 进一步的，所述井下交换机与井上交换机通过光缆相互连接为环路，所述井上交换机与所述主交换机通过光纤相连，所述井下交换机与矿用采集分站通过光纤相连。\n[0010] 与现有技术相比本发明的有益效果为：包括多组检波装置、交换机组和采集分析主机，检波装置包括矿用采集分站以及与矿用采集分站有线连接的多个检波器，其中，检波器固定设置在井下岩体上、用于监测微震弹性波信息、并将微震弹性波信息发送至矿用采集分站，矿用采集分站用于收集微震弹性波信息并通过交换机组转发至采集分析主机，采集分析主机用于自动标注、分析以及存储微震弹性波信息；交换机组包括井下交换机、井上交换机和主交换机，井下交换机为多个、并与井上交换机以环路方式有线连接，井上交换机与主交换机通过有线连接，井下交换机和主交换机分别与矿用采集分站和采集分析主机相连；由于采用遍布在岩体上的检波器，多点共同定位及分析微震弹性波信息，可以较为准确地分析微震的状况，同时以环路的方式传递微震弹性波信息数据，有效地保证了连接的稳定性，即使环路中某处发生失联，也能够以单线连接的方式稳定传送数据。\n附图说明\n[0011] 图1是本发明的结构框图；\n[0012] 图2是本发明中自动标注过程的流程图。\n具体实施方式\n[0013] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。\n[0014] 如图1所示，本发明的微震波形自动标注系统，包括多组检波装置、交换机组和采集分析主机，检波装置包括矿用采集分站1以及与矿用采集分站有线连接的多个检波器2，其中，检波器2固定设置在井下岩体上、用于监测微震弹性波信息、并将微震弹性波信息发送至矿用采集分站1，矿用采集分站1用于收集微震弹性波信息并通过交换机组转发至采集分析主机，采集分析主机用于自动标注、分析以及存储微震弹性波信息；交换机组包括井下交换机3、井上交换机4和主交换机5，井下交换机3为多个、并与井上交换机4以环路方式有线连接，井上交换机4与主交换机5通过有线连接，井下交换机3和主交换机5分别与矿用采集分站和采集分析主机相连；本发明的微震波形自动标注系统，还包括服务器6，服务器与采集分析主机相连，服务器用于存储微震弹性波信息；采集分析主机包括采集主机8和分析主机7，采集主机8用于收集并转发微震弹性波信息，分析主机7用于自动标注、分析微震弹性波信息，采集主机8与服务器6相连、并且采集主机将微震弹性波信息发送至服务器；检波器2通过矿用电缆与矿用采集分站1相连，并且矿用电缆为矿用通信屏蔽双绞线电缆；井下交换机3与井上交换机4通过光缆相互连接为环路，井上交换机与主交换机通过光纤相连，井下交换机与矿用采集分站通过光纤相连。由于采用遍布在岩体上的检波器，多点共同定位及分析微震弹性波信息，可以较为准确地分析微震的状况，同时以环路的方式传递微震弹性波信息数据，有效地保证了连接的稳定性，即使环路中某处发生失联，也能够以单线连接的方式稳定传送数据。\n[0015] 其中，分析主机与检波器获得的多通道数据相互配合，对于微震弹性波信息的自动标注过程，如图2所示，具体过程如下：\n[0016] 1）每一个检波器所获得的微震弹性波信息为一个通道，监测获取全通道波形信息，并对每一条通道的信息进行校准；\n[0017] 2）分析主机根据识别算法以及相关参数的设定，对校准后的通道信息进行震动事件识别，当有事件发生且事件的个数大于预设的最小通道数时，可以进行下一步运算，并记录每一条通道的事件发生点的大概位置，否则可选择进行手动运算；\n[0018] 3）遍历每一条通道的事件发生位置，对每一条通道的识别位置相应的扩展，并根据双窗口均值比算法以及相关参数的设定对该通道的事件发生点进行精确的定位，输出每条通道的最终标尺位置。\n[0019] 4）改变原通道信息中的标尺位置，并显示在界面上，最终完成标尺自动标注。\n[0020] 上述自动标注过程中，如图2所示，主要用到识别算法和双窗口均值比算法两种：\n[0021] 其中，识别算法主要应用在事件识别上，本发明采用该算法用以缩小寻找起震点的范围，具体过程如下：\n[0022] 1）确定识别算法的相关参数：设算法窗口的长度W、阈值M、识别最小通道数N，其中W值用于判定截取数据段的长度，W越小，计算精度较高，复杂度越高；W越大，计算复杂度越低，运算速度较快，但精确度低；M值，通常根据经验定义；\n[0023] 2）根据W截取数据窗口，设W=100，则窗口A为数值 ，窗口B为数值 ；\n[0024] 3）根据窗口A和窗口B得到两组数值序列： 和 ，对这两组序列做相关函数计算，计算公式为\n[0025]\n[0026] 这样，得到一个相关函数值；\n[0027] 4）将窗口A和窗口B向后滑动一位或数位，截取两组新数值段再计算新相关函数值，并以此类推不断滑动截取窗口组，最终计算得到一组相关函数值序列；\n[0028] 5）判断计算结果序列中是否有数值大于预设震动特征阀值M，有则识别当前通道为震动事件通道；\n[0029] 6）当发生震动事件的通道数大于识别最小通道数N时，可进行下一步自动标注运算。\n[0030] 其中，双窗口均值比算法，是在识别算法运行后的基础上（范围缩小的结果），进一步找到寻找起震点的精确位置，具体过程如下：\n[0031] 1）确定算法的相关参数：窗口长度W、阈值M；\n[0032] 2）确定某一位置点X，令X的前W个点为窗口A，X的后W个点为窗口B；\n[0033] 3）判断窗口B中所有点与M的大小，如果某一点的值大于M值，则用M值替换该点的值，并计算所有点的和 ；用同样的方法\n[0034] 计算窗口A所有点的和 。然后计算B窗口和A窗口的均值比\n[0035]\n[0036] 移动X的位置，重新计算这一比值，最终得到一组比值序列；\n[0037] 4）遍历这一序列中最大的值，并还原相应的X点位置。\n[0038] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。