用于矿山微震监测的传感器网络布局优化方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种用于矿山微震监测的传感器网络布局优化方法及其应用，通过最优参数估计的CRLB原理构建未知波速系统的传感器网络布局的优化函数，并采用改进的遗传算法中的编码算子、选择算子、交叉算子、突变算子、精英保留策略以及收敛判据对优化函数进行求解，得到最优传感器网络布局方案。本发明专利技术提出了基于CRLB参数估计和改进遗传算法的传感器网络优化方法，提供了目标传感器的最优网络布局方案，具有一般性、普适性及更高的计算效率，结果稳定性显著；解决了矿山微震监测工作中，波速未知系统的传感器网络布局问题，为矿山微震日常监测提供可靠、及时、准确的源定位信息，提高了矿山作业的安全性，具有重大的实际应用价值和意义。和意义。和意义。

【技术实现步骤摘要】
用于矿山微震监测的传感器网络布局优化方法及其应用


[0001]本专利技术涉及矿山微震监测
，尤其涉及一种用于矿山微震监测的传感器网络布局优化方法及其应用。

技术介绍

[0002]传感器阵列对矿山微震的日常监测项目存在着长期影响，矿区可实现的监测精度在很大程度上取决于所使用的传感器网络布局，良好的传感器网络对于可靠和准确的源定位至关重要。但是，现有技术对于传感器网络布局的研究和应用较少，专利技术专利(申请号为CN 201310379409.4)公开了一种金属矿山井下微震监测系统，通过在井下被监测区段巷道中设置网络多通道采集器，其包括16个微震信号收集装置，这些微震信号收集装置被分别锚固于井下巷道侧壁不同方向上的井下监测孔内，以实现地下矿山井下矿岩的微震动实时在线监测与分析；但是，该方案未对微震信号收集装置进行有效的网络优化和设计，将会造成微震信息利用不充分，矿山微震定位精度难以保证，灾害高精度监测和预警更无从谈起。
[0003]传感器网络布局的设计是矿山微震定位系统进行日常监测的核心内容任务之一。如何选择合理的传感器网络直接影响矿山本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于矿山微震监测的传感器网络布局优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、利用最优参数估计的CRLB原理构建未知波速系统的传感器网络布局的优化函数；所述优化函数为：s∈Ω
u
；其中，s为传感器；矢量u(x，y，z)
T
(u∈Ω
u
)为微震源坐标；下标i，i表示矩阵第i列和第i行处的元素；假设所有可能的震源位置共同构成一个震源域Ω
u
，即监测区域Ω
u
；p(u)为向量u在给定监测区域Ω
u
上出现的概率；上出现的概率；p(t
i,0
|α)为到时差t
i,0
的条件为α的概率密度函数，具体表达式为E为数学期望求解符号，上标T表示矩阵或向量的转置，t
i,0
为到时差数据，t
i,0
＝t
i
‑
t0，表示t
i,0
不含误差的真值，R
n
为M
×
M维的协方差矩阵，具体表达式为R
n
＝σ2Q，M为目标传感器个数，σ为到时差测量噪声的标准偏差，噪声的标准偏差，υ为介质波速；对上述CRLB(u，s)的公式取自然对数并求导，得到：CRLB(u，s)＝(σ2P(s，u)
T
Q
‑1P(s，u))
‑1，其中P为M
×
4雅克比矩阵，矩阵P(s，u)的表达式为：其中，S
i
为传感器坐标，D
i
为微震源坐标u到传感器S
i
之间的距离，M为目标传感器个数；S2、采用改进的遗传算法的对步骤S1中的所述优化函数进行求解，得到最优传感器网络布局方案。2.根据权利要求1所述的用于矿山微震监测的传感器网络布局优化方法，其特征在于，在步骤S2中，所述改进的遗传算法的步骤包括：SS1、编码算子：随机产生一组初始种群，种群中每个个体均采用二进制0和1编码；一个基因位表示一个候选传感器位置，若染色体的第i个基因为0，则表示第i个候选位置上没有传感器；若染色体的第i个基因为1，则表示在第i个候选位置上存在传感器；SS2、利用优化函数计算个体适应度值，所述染色体所有位置的基因值满足公式：b1+b2+
…
+b
i
…
+b
N
＝M，b
i
为染色体第i个位置处的基因值；SS3、判断是否满足收敛判据，若满足，输出最佳个体并终止迭代，否则转向步骤SS4；所
述收敛判据为判据一或判据二中的一种，判据一：如果连续迭代iter次，种群中最适合的个体不发生变化，即认为找到了最佳个体，遗传过程自动停止；判据二：某一代种群中个体最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：芮艺超，陈结，蒲源源，陈炯坤，唐世斌，于庆磊，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：