1.一种煤矿井上下联合微震监测台站布置方法,其特征在于,其步骤为:
1)确定台站候选点以及震源点;
将矿区按照网格进行划分,取地面交汇处点以及井下巷道中按照一定距离确定的点为台站候选点,并对台站候选点进行编号,选取网格最下方三层交汇点为震源点;
2)导入相关参数;
3)提出最小定位误差优化目标函数:将最小定位误差设为目标函数,目标函数值最小时,被选中的候选点位置为台站实际部署位置;
4)通过台站更新优化算法进行位置更新:首先提出了整数编码,将种群个体与空间台站候选点相互对应;其次引入交换算子和离散Levy飞行用于台站更新优化算法中对台站位置更新寻找最优解,对台站位置更新,计算出每次迭代适应度值;
通过交换算子将台站更新优化算法的位置更新公式表示为:
t
式中,f表示当前交换后适应度值, 表示离散空间中当前一级台站与未被选中个体之间交换, 表示离散空间中当前二级台站与未被选中个体之间交换,表示离散空间中当前三级台站与未被选中个体之间交换,其中c1、c2、c3为常数;
离散Levy飞行是基于原始Levy飞行的改进,结合个体编码的离散规则对对应位置的分量进行变换的重定义,其重定义如下式所示:式中, 表示第t次迭代时第i维的第j个个体位置; 为第t+1次迭代时第i维的第j个个体位置,更新步长β'定义如下:β'=ωβ
式中,ω∈[1,2]的随机数;[αβ']表示取整, 表示个体位置历史最优更新步长;将初始种群适应度值设为初始最优解,为全局最小值E_best,并记录被选中的候选台站位置;通过算法更新当前台站位置,计算目标函数值,选出当前最优点E(iter),iter为当前迭代次数,比较E_best与E(iter)的目标函数值,若E(iter)目标函数值小于E_best值则用E(iter)替换E_best,并且保存当前被选中的台站位置,否则不做操作;
5)不断更新台站位置以及确定台站最终布局位置。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井上下联合微震监测台站布置方法,其特征在于,所述的步骤2中,具体方法为:导入台站候选点、震源点、波速、到时、到时误差、波速误差、最大迭代次数。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿井上下联合微震监测台站布置方法,其特征在于,所述的步骤3中,具体方法为:受随机因素中微震波速和到时读入误差的影响,假设微震波速和台站到时分别服从正态分布, t~N(0,σt),即为随机变量vp服从一个数学期望为 方差为 的正态分布;随机变量t服从一个数学期望为0、方差为σt的正态分布;
受随机误差干扰影响,监测区域内震源点Sj到台站Pi的P波传播时间为:其中,vp为波速, 为波速平均值, 为速度误差的方差值,σt为到时误差的方差值,
根据Geiger定位原理,当n>4,即利用干扰后的ti,j计算新的监测区域内震源点S'j,Sj与S'j的距离差作为干扰后的定位误差,定位误差的期望值Exyz即可作为对台站在震源Sj上定位能力的评价:其中,Nm为在震源Sj点上重复实验次数,将最小定位误差设为目标函数,目标函数值最小时,被选中的候选点位置为台站实际部署位置。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿井上下联合微震监测台站布置方法,其特征在于,所述的步骤4中,具体方法为:在台网布局优化问题中,将台站坐标位置看成分布在空间中的离散点,因此需要采用整数编码,台站更新优化算法中个体位置与台站空间候选点分布位置是相互对应关系,根据监测系统中台站数量的约束,生成不同的个体,假设监测系统中所需的台站数量为K,监测区域中的G个候选点坐标,并将其用作台站的安装位置,种群个体用如下公式表示:X=(x1,1,y1,1,z1,1,x2,2,y2,2,z2,2…xK,G,yK,G,zK,G)一级台站的位置更新公式如下:
其中,iter表示当前迭代次数,Tmax表示算法最大迭代次数, 表示第i个个体在第j维迭代次数为iter时的位置信息值,ε为[0,1]的随机数,R2表示聚集值,R2∈[0,1],ST表示分散值,ST∈[0.5,1],Q为服从正态分布的随机数,L表示一个1×d的矩阵,其中内部每个元素都为1;当R2
二级台站的位置更新公式如下:
+ T T ‑1
其中, 表示当前全局最差位置, 表示当前二级台站最佳位置,A=A(AA) ,A表T示一个内部元素随机分配1或‑1的1×d矩阵,A 为A的转置;当i>n/2时,表示适应度值较差的第i个二级台站处于适应度值较低状态;
三级台站占种群的10%到20%,其位置更新公式如下:
其中, 表示当前全局最佳位置,步长控制参数φ为服从均值为0,方差为1的正态分布随机数,K∈[‑1,1]表示个体运动方向,也是步长控制参数,fi表示当前个体的适应度值,fgb和fgw表示当前全局最优值和最差值,σ为一个常数,避免分母为0;当fi>fgb时,表示个体处于种群的边缘,容易陷入局部最优,当fi=fgw时,表示处于种群中间位置的个体适应度值极低,通过靠近其他个体来减少被淘汰风险。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿井上下联合微震监测台站布置方法,其特征在于,所述的步骤5中,具体方法为:重复步骤3)和步骤4),持续更新算法中台站位置以及算法的适应度值,判断当前迭代是否为最大迭代次数,若不为最大迭代次数则继续通过算法更新台站位置,选出下一代种群中的最优适应度值与E_best进行比较;否则,算法停止,输出最优台站位置。