二维小波域矿震监测数据反演方法技术

本发明专利技术公布一种二维小波域矿震监测数据反演方法，属于煤矿矿震监测技术领域。步骤一，目标区域网格剖分；步骤二，建立目标区域波速分布的1行m

Inversion method of mine seismic monitoring data in two-dimensional wavelet domain

【技术实现步骤摘要】
二维小波域矿震监测数据反演方法
本专利技术涉及煤矿矿震监测
，具体是一种二维小波域矿震监测数据反演方法，用于提高非均匀岩体波速分布全波形反演的可靠度和速度。
技术介绍
波速分布与井下应力分布及强震分布强相关，因此，通过实时监测目标区域的波速分布可以实现矿井灾害的预测预报。井下工作面附近震源与检波器布置俯视图如图1所示，震源、检波器布设位置已知，震源将震波射入目标岩体，震波在目标岩体中传播后被布设于巷道中的检波器接收而形成地震记录，典型地震记录如图2所示，图中横轴为时间，纵轴为振幅。获取目标岩体波速分布在数学上等价于一个最优化问题：min||dTrue-dTheo||2，寻优对象为目标岩体波速分布mTheo，dTrue为实测地震记录矩阵，dTheo为理论地震记录矩阵，波速分布与地震记录之间通过映射d＝F(m)建立关系，F代表常密度声波方程正演、变密度声波方程正演等正演方法。但是，由于观测数据不完整、正演模型与实际情况不符等原因，目标函数||dTrue-dTheo||2通常呈多峰值形态，导致寻优算法无法正确收敛到全局最优解附近。
技术实现思路
为解决目标函数||dTrue-dTheo||2不易全局收敛的问题，考虑到矿震监测的连续性，本专利技术提供一种二维小波域矿震监测数据反演方法。本专利技术通过以下技术方案实现：一种二维小波域矿震监测数据反演方法，步骤一，目标区域网格剖分；将目标区域剖分为m×m的网格，每网格中的波速为定值，变量m满足：m＝2n，n为大于0的整数，记目标区域波速分布为矩阵TS；步骤二，建立目标区域波速分布的1行m2列的Haar小波域描述向量TW，Haar小波与消失矩为1的Daubechies小波等价；步骤三，确定目标区域分解尺度DeSc，以获得向量TW的格式，其中1<DeSc<n且为整数；尺度DeSc包含尺度系数、水平、垂直、斜向小波系数，其余尺度仅包含小波系数，每组系数长度标于TW格式下方，TW总长度为22n＝m2；步骤四，定义尺度系数拟保留变量数确定尺度1拟保留变量数DePaToKpMinS，要求2≤DePaToKpMinS<DePaToKpMaxS且为整数；任一尺度TS保留的变量数PaNumToKepTS由公式：获得，其中，1<TS<DeSc；公式中min表示取两者中的较小值，round表示按照四舍五入规律取整数，由此向量TW的维数得以进一步降低，记降维后的TW为TWC；步骤五，目标函数；入参：TruSei1，TruSei1是真实地震记录1；TruSei2，TruSei2是真实地震记录2；TWC1，TWC1是待反演向量1；TWC2，TWC2是待反演向量2；SenSouPar，SenSouPar是检波器与震源参数；返回值：TFV；①，由反演向量TWC得波速分布TS；TWC1、TWC2是TWC的一个实例，用于生成波速分布TS的实例TS1、TS1，记由TWC获得TW的过程为：TW＝WAVC_TO_WAV(TWC)，记由TW获得TS的过程为：TS＝WAV_TO_V(TW)；WAV_TO_V为以Haar小波为基的小波逆变换；WAVC_TO_WAV等价于将TWC中的每组系数转换为TW中对应的系数；记TWC中的某一组系数为ZC＝[ZC1,ZC2,L,ZCic,L,ZCnc]，记TW中某一组系数为Z＝[Z1,Z2,L,Ziw,L,Znw]。记ZC的横坐标向量为斜率向量为KC＝[KC1,KC1,L,KCic,L,KCnc]，其中KC1＝1，则Z中元素与ZC中元素关系为：Z1＝ZC1，当时，②，计算理论地震记录；记理论地震记录1为TheoSei1，理论地震记录2为TheoSei2，常密度声波方程正演为FW，则TheoSei1＝FW(TS1,SenSouPar)，TheoSei2＝FW(TS2,SenSouPar)；③，返回目标函数值；目标函数值计算公式为：TFV＝||TheoSei1-TruSei1||2+||TheoSei2-TruSei2||2+λ||TS1-TS2||2寻优目标是找到最优的TWC1和TWC2使得TFV最小。优选的：步骤一中，若目标区域无法被剖分为m×m的网格，则先对目标区域进行填充，使目标区域满足剖分条件之后，再将目标区域分为m×m的网格；填充区域的波速根据实际情况确定。优选的：步骤五中，λ为可变参数，计算方法如下：记L1＝floor(log10(||TheoSei1-TruSei1||2+||TheoSei2-TruSei2||2))记L2＝floor(log10(||TS1-TS2||2))，其中，floor表示向下取整；若L1＝L2，则λ＝1，若L1>L2，则λ＝10L1-L2，若L1<L2，则λ＝10L2-L1。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：改善由于观测数据不完整、正演模型与实际情况不符等原因造成的目标函数多峰值形态问题，便于寻优算法正确收敛到全局最优解附近，能够提高非均匀岩体波速分布全波形反演的可靠度和速度。附图说明图1是震源与检波器布置俯视图；图2是典型地震记录；图3是目标区域网格剖分示意图；图4是实施例中TW格式；图5是实施例中TWC格式；具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种二维小波域矿震监测数据反演方法，步骤一，目标区域网格剖分，结合图1所示；将目标区域剖分为m×m的网格，每网格中的波速为定值，变量m满足：m＝2n，n为大于0的整数，记目标区域波速分布为矩阵TS；若目标区域无法被剖分为m×m的网格，则先对目标区域进行填充，使目标区域满足剖分条件之后，再将目标区域分为m×m的网格；填充区域的波速根据实际情况确定。比如在图3中，若需要在左侧填充一列波速，则填充的这一列波速可设置成与已有波速最左侧一列波速一致。若需要在下方填充一行波速，则填充的这一行波速可设置成与已有波速最下一行波速一致。步骤二，建立目标区域波速分布的1行m2列的Haar小波域描述向量TW，Haar小波与消失矩为1的Daubechies小波等价；步骤三，确定目标区域分解尺度DeSc，以获得向量TW的格式，其中1<DeSc<n且为整数；尺度DeSc包含尺度系数、水平、垂直、斜向小波系数，其余尺度仅包含小波系数，每组系数长度标于TW格式下方，TW总长度为22n＝m2；步骤四，定义尺度系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维小波域矿震监测数据反演方法，/n步骤一，目标区域网格剖分；/n将目标区域剖分为m×m的网格，每网格中的波速为定值，变量m满足：m＝2

【技术特征摘要】
1.一种二维小波域矿震监测数据反演方法，
步骤一，目标区域网格剖分；
将目标区域剖分为m×m的网格，每网格中的波速为定值，变量m满足：m＝2n，n为大于0的整数，记目标区域波速分布为矩阵TS；
步骤二，建立目标区域波速分布的1行m2列的Haar小波域描述向量TW，Haar小波与消失矩为1的Daubechies小波等价；
步骤三，确定目标区域分解尺度DeSc，以获得向量TW的格式，其中1<DeSc<n且为整数；
尺度DeSc包含尺度系数、水平、垂直、斜向小波系数，其余尺度仅包含小波系数，每组系数长度标于TW格式下方，TW总长度为22n＝m2；
步骤四，定义尺度系数拟保留变量数DePaToKpMaxS＝22(n-DeSc)，确定尺度1拟保留变量数DePaToKpMinS，要求2≤DePaToKpMinS<DePaToKpMaxS且为整数；
任一尺度TS保留的变量数PaNumToKepTS由公式：



获得，其中，1<TS<DeSc；
公式中min表示取两者中的较小值，round表示按照四舍五入规律取整数，由此向量TW的维数得以进一步降低，记降维后的TW为TWC；
步骤五，目标函数；
入参：TruSei1，TruSei1是真实地震记录1；TruSei2，TruSei2是真实地震记录2；TWC1，TWC1是待反演向量1；TWC2，TWC2是待反演向量2；
SenSouPar，SenSouPar是检波器与震源参数；
返回值：TFV；
①，由反演向量TWC得波速分布TS；
TWC1、TWC2是TWC的一个实例，用于生成波速分布TS的实例TS1、TS1，
记由TWC获得TW的过程为：TW＝WAVC_TO_WAV(TWC)，
记由TW获得TS的过程为：TS＝WAV_TO_V(TW)；
WAV_TO_V为以Haar小波...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卿，刘忠育，丁恩杰，刘亚峰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32