本发明专利技术公开了一种考虑P波初至系统误差的双声发射事件联合定位方法、系统、电子设备及可读存储介质，所述方法首先建立P波走时‑传播距离关系方程；再由双差法消除发震时刻；进而将两声发射事件下相同传感器对应的方程相减，以消去P波初至系统误差，再进一步获取大于7个传感器的P波初至数据组合，利用牛顿迭代算法求解每个传感器组合对应的定位点，进而得到多个定位点；最后提出一种基于距离的引力值来表征单个定位点周围的点密度，并以引力值最大的点作为定位结果。本发明专利技术所述方法考虑了P波初至系统误差，且能实现双声发射事件同时定位，具有抗噪性强、定位精度高等特点。
【技术实现步骤摘要】
一种考虑P波初至系统误差的双声发射事件联合定位方法、系统、电子设备及可读介质
本专利技术属于声发射监测领域，尤其是涉及一种考虑P波初至系统误差的双声发射事件联合定位方法、系统及可读存储介质。
技术介绍
声发射定位常采用射线走时定位方法，即利用各传感器的观测数据和理论走时建立目标函数。传统的定位方法大多基于Geiger(1912)法发展而来，其实质是将非线性方程组线性化，并通过最小二乘法求解，而该方法受定位初始点的影响较大；进一步地，Waldhauser提出了双差定位法，其假定两个相近的地震事件激发波场的传播路径相似，有效地降低了相近地震传播到台站时共同路径上结构异常对走时的影响，并能有效减少由地壳结构复杂性引起的误差，为矿山井下微地震定位提供可靠结果。基于走时的声发射定位精度与P波初至数据质量直接相关。Allen提出的长短时窗均值比法(STA/LTA法)应用广泛，其功能函数充分考虑了P波初至时振幅和频率的变化。Sleeman和vanEck假定P波初至前后为两种不同的状态，采用最大似然法推导出的自回归池赤准则(AR-AIC)法，在P波初至拾取中应用也非常广泛。基于高阶统计量的峰度、偏度函数的PAI-K/S法在P波初至拾取中也得到了较好应用。上述P波到时拾取方法均建立在波形不存在系统观测误差的假定上，然而受到传感器与岩样的耦合状态、传感器的响应时间和校验水平等影响，使得传感器监测的波形到时存在与接收端结构有关的系统误差；且传感器监测到的信号经放大器再传输至声发射数据预处理和存储系统，各传感器的时间同步也可能存在一定的漂移。由此，可以推测每个声发射信号由于传感器所在位置的场地效应和设备响应等造成的P波初至时间系统误差应该是存在的。在多事件震源定位方面，1967年Douglas最先提出震源位置与台站校正的联合反演法(JED)，可以反演出m个事件的震源位置及n个台站校正，即对每个台站引入“台站校正”，以弥补由速度模型简化所引起的误差，后来Dewey将其扩展成包括震源深度定位的JHD方法。为解决由于事件m和台站数n过多而导致矩阵过大的问题，1983年Pavlis和Booker提出参数分离的PMLE方法，并进一步被Pujol简化。我国王椿镛等根据昆明台网区域地震初至P波走时资料，用JHD和参数分离法，得到各台站P波走时的校正，并且定位精度有较大提高。1976年，Crosson首次提出震源位置与速度结构的联合反演理论(SSH)，该方法不需要对波速进行校准，同时还可以获得有关速度结构的很多信息，是目前被广泛使用的一种定位方法。与JED方法相比，该方法未引入台站校正，而是将速度结构作为未知参数与震源同时反演。上述定位方法可能存在P波初至大拾取误差的影响，数据参数维度过高而难以准确定位等难题，且未见上述方法用于声发射事件定位中。因此，如何消除传感器P波初至拾取系统误差，降低P波初至大拾取误差的影响，进而提高声发射事件定位精度是亟需解决的。
技术实现思路
本专利技术公开了一种考虑P波初至系统误差的双声发射事件联合定位方法、系统及可读存储介质，该方法考虑了P波初至系统误差，且能实现双声发射事件同时定位，具有抗噪性强、定位精度高等特点。本专利技术提供了一种考虑P波初至系统误差的双声发射事件联合定位方法，包括以下步骤：步骤1：获取传感器数目M2大于7的P波初至数据组合，并以每两个传感器为一小组分别执行如下S1和S2得到M2-1个消除了发震时刻以及P波初至系统误差的方程；S1：以P波初至数据为基础，建立传感器与声发射事件之间考虑P波初至系统误差的P波走时-传播距离关系方程；S2：消除发震时刻以及P波初至系统误差；其中，将同一个声发射事件下两个传感器的对应方程相减消除发震时刻；将双声发射事件下相同传感器的对应方程相减消除P波初至系统误差；步骤2：基于步骤1得到的M2-1个方程反演出当前传感器组合下的双声发射事件的定位点。本专利技术利用上述手段可以消除P波初至系统误差的影响，进而提高了声发射事件定位精度，应当理解，本专利技术中消除发震时刻是利用同一个声发射事件下两个传感器的对应方程相减；消除P波初至系统误差时，由于P波初至系统误差是与传感器相关且与震源无关的，因此，若要消除P波初至系统误差，则需要保持传感器不变的基础上，将两个震源的方程相减，进而消除了传感器对应的P波初至系统误差。同时应当理解，可以选择先消除发震时刻再消除P波初至系统误差，也可以选择先消除P波初至系统误差再消除发震时刻。可选地，步骤2的反演过程采用牛顿迭代算法计算双声发射事件的定位点，执行过程如下：首先，将消除了发震时刻和P波初至系统误差的M2-1个方程分别作为目标函数gi(X)，i指传感器编号，X为双声发射事件的定位位置；然后，构建目标函数gi(X)的雅克比矩阵；最后，设定双声发射事件的定位点初始值为X1，并按照如下迭代公式进行迭代计算直至满足迭代要求，停止迭代，输出当前传感器组合下双声发射事件的定位点，迭代公式如下：Xn＝Xn-1-J-1g(Xn-1)其中，Xn、Xn-1分别为迭代过程中第n次、第n-1次的定位点，J为雅克比矩阵，g(Xn-1)为第n-1次迭代中M2-1个目标函数构成的目标函数矩阵。可选地，第i个和第1个传感器组合对应的目标函数gi(X)如下所示：其中，(x01,y01,z01)、(x02,y02,z02)分别为双声发射事件中事件1、2的位置坐标，将(x01,y01,z01,x02,y02,z02)记为X＝(x1,x2,x3,x4,x5,x6)；(xi,yi,zi)、(x1,y1,z1)分别表示第i个、第1个传感器位置，vp为P波速度，ti1、ti2分别为第i个传感器拾取的双声发射事件中事件1、2的P波初至时刻，t11、t12分别为第1个传感器拾取的双声发射事件中事件1、2的P波初至时刻，构建的雅克比矩阵可表示为：可选地，传感器总数记为M1，双声发射事件的最终定位点按照如下步骤确定：求取M1个传感器中数目大于或等于M2的组合，并针对每一组合的传感器分别按照步骤1-步骤2所述的方法反演出一组定位点；再基于距离的引力值方法表征单个定位点周围的点密度，并以引力值最大的点作为定位结果，其中，每得到一组定位点中每个声发射事件的位置分别作为一个定位点，定位点i的引力值公式如下：其中，针对同一声发射事件，k为与定位点i距离小于阈值d1的定位点个数；dij为定位点i与k个点中第j个点的欧式距离，ε为控制参数。可选地，阈值d1的取值范围为5～15mm，控制参数ε的取值范围为10～30mm。可选地，步骤1中构建的考虑P波初至系统误差的P波走时-传播距离关系方程中，第i个传感器与双声发射事件中事件1的P波走时-传播距离关系方程如下：其中，(xi,yi,zi)为第i个传感器位置坐标，(x01,y01,z01)为双声发射事件中事件1的位置坐标，vp为P波速度，t01为双声发射事件本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑P波初至系统误差的双声发射事件联合定位方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：获取传感器数目M
【技术特征摘要】
1.一种考虑P波初至系统误差的双声发射事件联合定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取传感器数目M2大于或等于7的P波初至数据组合，并以每两个传感器为一小组分别执行如下S1和S2得到M2-1个消除了发震时刻以及P波初至系统误差的方程；
S1：以P波初至数据为基础，建立传感器与声发射事件之间考虑P波初至系统误差的P波走时-传播距离关系方程；
S2：消除发震时刻以及P波初至系统误差；
其中，将同一个声发射事件下两个传感器的对应方程相减消除发震时刻；将双声发射事件下相同传感器的对应方程相减消除P波初至系统误差；
步骤2：基于步骤1得到的M2-1个方程反演出当前传感器组合下的双声发射事件的定位点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2的反演过程采用牛顿迭代算法计算双声发射事件的定位点，执行过程如下：
首先，将消除了发震时刻和P波初至系统误差的M2-1个方程分别作为目标函数gi(X)，i指传感器编号，X为双声发射事件的定位位置；
然后，构建目标函数gi(X)的雅克比矩阵；
最后，设定双声发射事件的定位点初始值为X1，并按照如下迭代公式进行迭代计算直至满足迭代要求，停止迭代，输出当前传感器组合下双声发射事件的定位点，迭代公式如下：
Xn＝Xn-1-J-1g(Xn-1)
其中，Xn、Xn-1分别为迭代过程中第n次、第n-1次的定位点，J为雅克比矩阵，g(Xn-1)为第n-1次迭代中M2-1个目标函数构成的目标函数矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：第i个和第1个传感器组合对应的目标函数gi(X)如下所示：
其中，(x01,y01,z01)、(x02,y02,z02)分别为双声发射事件中事件1、2的位置坐标，将(x01,y01,z01,x02,y02,z02)记为X＝(x1,x2,x3,x4,x5,x6)；(xi,yi,zi)、(x1,y1,z1)分别表示第i个、第1个传感器位置，vp为P波速度，ti1、ti2分别为第i个传感器拾取的双声发射事件中事件1、2的P波初至时刻，t11、t12分别为第1个传感器拾取的双声发射事件中事件1、2的P波初至时刻，构建的雅克比矩阵可表示为：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：传感器总数记为M1，双声发射事件的最终定位点按照如下步骤确定：
求取M1个传感器中数目大于或等于M2的组合，并针对每一组合的传感器分别按照步骤1-步骤2所述的方法反演出一组定位点；
再基于距离的引力值方法表征单个定位...
【专利技术属性】
技术研发人员：尚雪义，刘彩云，王易，苗润雪，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50
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