一种地震烈度监测系统的制作方法

1.本发明涉及矿用地震监测领域，具体而言，涉及一种地震烈度监测系统。


背景技术：

2.冲击地压灾害，又称岩爆灾害，在煤矿称煤爆，矿体或岩体在内部高应力作用下，平衡状态遭到破坏，突然释放大量能量，发生爆炸振动，以及井巷周壁的矿体、岩石突然喷出造成的灾害。地震与冲击地压的发生对所在区域的煤矿生产与生活带来很大的影响，严重的会带来人员伤亡。
3.以往的微震监测系统都是注重振动速度信号的采集，并进行定位分析，然后对事件进行统计，进而对冲击地压的发生做出评估；然而，这样的监测措施仅是针对某个特定区域进行灾害评估，范围有限，对于矿区所属及周围的警示与灾害评估作用非常小，用处也不大，无法实现地震或冲击地压的精准预测。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明提出了一种地震烈度监测系统，以至少解决现有的地震监测系统存在地震预测不准确的技术问题。
5.本发明实施例提供了一种地震烈度监测系统，所述系统至少包括：多个第一地震传感器，设置于目标监测矿区井下的多个区域，用于采集当感应到所述目标监测矿区当前发生震动信号时的第一震动信号；多个第二地震传感器，设置于所述目标监测矿区地面上的多个区域，用于采集当感应到所述目标监测矿区当前发生震动信号时的第二震动信号；至少一第一传感器信号采集站，用于收集所述第一地震传感器采集到的第一震动信号，并通过环网交换机传输至所述管理终端；至少一第二传感器信号采集站，用于收集所述第二地震传感器采集到的第二震动信号，并传输至所述管理终端；所述管理终端，用于基于所述第一震动信号、所述第二震动信号和预设地震烈度评估模型确定任一地震传感器所处区域对应的当前地震烈度值。
6.可选的，所述管理终端基于所述第一震动信号、所述第二震动信号和预设地震烈度评估模型确定任一地震传感器所处区域对应的当前地震烈度值具体包括：基于所述第一震动信号和所述第二震动信号计算任一地震传感器所处区域对应的当前地震动参数；计算所述当前地震动参数对应的当前峰值加速度和当前峰值速度；将所述当前峰值加速度和所述当前峰值速度输入所述预设地震烈度评估模型进行学习，输出所述当前地震动参数所处区域的地震烈度为各烈度等级的概率值；将所述概率值大于预设值时对应的烈度等级作为所述当前地震动参数所处区域的当前地震烈度值。
7.可选的，所述管理终端还用于：基于所述当前峰值加速度和所述当前峰值速度生成所述目标监测矿区在各个预设震动周期内对应的反应谱图，并显示所述反应谱图。
8.可选的，所述管理终端还用于：收集所述目标监测矿区关联的历史地震样本集；其中，所述历史地震样本集至少包括：所述目标监测矿区对应的地质数据，所述目标监测矿区
井下的各类作业设备对应的设备信息，所述目标监测矿区地面上指定区域内的各类建筑物对应的结构数据和尺寸数据，以及各类作业设备和各类建筑物分别在各个地震烈度等级下对应的受损程度；构建所述历史地震样本集与各个地震烈度等级之间的映射关系。
9.可选的，所述管理终端还用于：基于所述映射关系对所述预设地震烈度评估模型中的模型参数进行校正。
10.可选的，所述管理终端还用于：基于所述映射关系，映射出所述当前地震烈度值会对各类作业设备及各类建筑物造成的受损程度；输出包括所述当前地震烈度值及各类作业设备和各类建筑物对应的受损程度的地震告警信息。
11.可选的，所述管理终端还用于：收集所述目标监测矿区发生历史地震事件对应的历史震动信号；计算所述历史震动信号对应的历史地震动参数；根据所述历史地震动参数和对应的地震烈度等级构建所述预设地震烈度评估模型。
12.可选的，所述历史地震动参数包括历史峰值加速度和历史峰值速度，所述管理终端根据所述历史地震动参数和对应的地震烈度等级构建所述预设地震烈度评估模型具体包括：基于所述历史峰值加速度和所述历史峰值速度计算所述历史地震动参数所处区域的地震烈度的概率分布式；根据所述概率分布式确定所述历史地震动参数在各个地震烈度等级下的概率密度函数；根据所述概率密度函数和对应的地震烈度等级训练多个参数模型；对训练后的参数模型进行曲线拟合，得到所述预设地震烈度评估模型。
13.本发明实施例提供的地震烈度监测系统，在目标监测矿区受震动影响时，通过在目标监测矿区井下以及矿区地面上设立布置点，在每个布置点设立地震传感器，能够采集整个目标监测矿区以及附近的重点区域的震动信号，然后通过传感器信号采集站发送至管理终端，由管理终端计算震动信号的地震动参数，输入到预设地震烈度评估模型中，学习得到当前震动信号所处区域的当前地震烈度值，从而能够及时对矿区及周边环境的地震烈度做出准确的预测，进而解决了现有的地震监测系统存在地震预测不准确的技术问题。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
15.图1是根据本发明实施例提供的一种地震烈度监测系统的框架图；
16.图2是根据本发明一具体实施例提供的地震烈度监测系统的示意图；
17.图3是根据本发明一具体实施例提供的地震烈度监测系统的原理示意图。
具体实施方式
18.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
19.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的
那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。
20.为了解决相关技术存在的技术问题，在本实施例中提供了一种地震监测系统。下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本发明的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
21.图1是根据本发明实施例提供的一种地震烈度监测系统的框架图，如图1所示，该系统至少包括多个第一地震传感器、多个第二地震传感器、至少一第一传感器信号采集站、至少一第二传感器信号采集站、环网交换机及管理终端，其中，
22.多个第一地震传感器，设置于目标监测矿区井下的多个区域，用于采集当感应到目标监测矿区当前发生震动信号时的第一震动信号；
23.多个第二地震传感器，设置于目标监测矿区地面上的多个区域，用于采集当感应到目标监测矿区当前发生震动信号时的第二震动信号；
24.优选地，地震传感器可包括微震传感器和地震烈度传感器；其中，微震传感器为基于微地震监测技术的震动传感器，可用于监测岩体破裂产生的震动或其他物体的震动；地震烈度传感器，可为加速度震动的震动传感器。基于微震传感器和地震烈度传感器，可采集到微微震感至剧烈震动范围的震动信号，能够针对矿区井下以及矿区地面上的大范围区域实现更细粒度的震动信号采集，进而对大范围区域进行准确的灾害评估，大大提高了地震烈度预测的准确性。
25.至少一第一传感器信号采集站，用于收集第一地震传感器采集到的第一震动信号，并通过环网交换机传输至管理终端；
26.至少一第二传感器信号采集站，用于收集第二地震传感器采集到的第二震动信号，并传输至管理终端；
27.在本实施例中，地震传感器与传感器信号采集站之间可通过数据传输总线建立通讯连接，地震传感器采集到的震动信号反馈给传感器信号采集站，具体地，在目标监测矿区井下，利用环网交换机建立井下的传感器信号采集站与目标监测矿区地面上的管理终端之间建立通讯，从而能够把整个矿区井下的震动信号实时地、快速地传输至地面上的管理终端。
28.另外，在目标监测矿区地面上，传感器信号采集站可与管理终端之间通过各种有限、或无线网络建立通讯，从而能够准确地采集矿区附近的村庄及各大建筑物受到的震动信号。
29.管理终端，用于基于第一震动信号、第二震动信号和预设地震烈度评估模型确定任一地震传感器所处区域对应的当前地震烈度值。
30.本实施例中的管理终端，可为移动终端、服务器、计算机终端、app(应用程序)或者类似的运算装置；优选地，管理终端还包括显示屏，便于工作人员对目标监测矿区进行实时监测。
31.根据上述实施例提供的地震烈度监测系统，在目标监测矿区受震动影响时，通过在目标监测矿区井下以及矿区地面上设立布置点，在每个布置点设立地震传感器，能够采集整个目标监测矿区以及附近的重点区域的震动信号，然后通过传感器信号采集站发送至
管理终端，由管理终端计算震动信号的地震动参数，输入到预设地震烈度评估模型中，学习得到当前震动信号所处区域的当前地震烈度值，从而能够及时对矿区及周边环境的地震烈度做出准确的预测，进而解决了现有的地震监测系统存在地震预测不准确的技术问题。
32.在本案的一个可能的实现方式中，管理终端基于第一震动信号、第二震动信号和预设地震烈度评估模型确定任一地震传感器所处区域对应的当前地震烈度值具体包括：基于第一震动信号和第二震动信号计算任一地震传感器所处区域对应的当前地震动参数；计算当前地震动参数对应的当前峰值加速度和当前峰值速度；将当前峰值加速度和当前峰值速度输入预设地震烈度评估模型进行学习，输出当前地震动参数所处区域的地震烈度为各烈度等级的概率值；将概率值大于预设值时对应的烈度等级作为当前地震动参数所处区域的当前地震烈度值。
33.以往的微震监测系统，都是注重振动速度信号的采集并进行定位分析，然后对事件进行统计进而对冲击地压的发生做出评估，不能从更细粒度预测地震烈度，本实施例通过大量的微震传感器及烈度传感器采集的震动信号，利用震动信号中的地震动参数(即峰值速度和峰值加速度)对任一布置地震传感器的区域进行了准确的烈度评估。
34.进一步地，管理终端还用于：基于当前峰值加速度和当前峰值速度生成目标监测矿区在各个预设震动周期内对应的反应谱图，并显示反应谱图。
35.在本实施例的一个示例中，通过目标监测矿区井下震动信号能量等级测试，从井下到地面的建筑物的烈度数据与影响，并存储在预设数据库；优选地，通过分布在目标监测矿区井下及地表上面的指定区域内的多个地震传感器，利用地震传感器数据计算地震动参数的公式如下：
[0036][0037][0038]
其中，a1：ew东西方向加速度；a2：ns南北方向加速度；a3：ud上下方向加速度；v1：ew东西方向速度；v2：ns南北方向速度；v3：ud方向速度。
[0039]
通过本实施例，当有地震事件发生时，通过地震烈度监测系统获取地震传感器数据，通过评价方法计算程序获得目标所处区域的地震烈度等级的概率，绘制pga图、pgv图、不同周期反应谱图，以便对矿区及周边进行预警提示。
[0040]
在本案的一个可能的实现方式中，管理终端还用于：收集目标监测矿区关联的历史地震样本集；其中，历史地震样本集至少包括：目标监测矿区对应的地质数据，目标监测矿区井下的各类作业设备对应的设备信息，目标监测矿区地面上指定区域内的各类建筑物对应的结构数据和尺寸数据，以及各类作业设备和各类建筑物分别在各个地震烈度等级下对应的受损程度；构建历史地震样本集与各个地震烈度等级之间的映射关系。
[0041]
在本实施例中，预先搜集目标监测矿区的地质数据，从矿井下到地表上面；搜集目标监测矿区地表指定区域内的建筑物结构数据、尺寸数据，并存储在预设数据库中；并统计历年发生的地震事件对目标监测矿区地表上指定区域内的建筑物及目标监测矿区井下设备的历史烈度数据与历史影响；通过目标监测矿区历史震例统计并提取各类建筑物在i至
ⅻ
度地震烈度的受损程度。通过目标监测矿区历史冲击地压统计并提取矿区内及周围建筑物在分级冲击地压能量之间的烈度破坏比例，并存储在预设数据库；接着，构建目标监测矿
pga和log pgv进行回归分析，得出标准差与回归系数，则历史地震动参数的概率分布式可通过如下公式表示：
[0063]
i(logpga)＝μ(logpga) σ(logpga)
·eꢀꢀꢀ
(3)
[0064]
i(logpgv)＝μ(logpgv) σ(logpgv)
·eꢀꢀꢀ
(4)
[0065]
其中，i为地震烈度；μ为地震烈度均值；σ为地震烈度标准差；e为标准化残差，符合标准正态分布n(0,1)。
[0066]
进一步地，可根据各个地震烈度与历史地震动参数的概率分布式，建立历史地震动参数分别在各烈度等级下的概率密度函数关系。
[0067]
通过对煤矿地震烈度的监测预评估，能够对煤矿生产作业起到预警作用，同时也对震后救灾与地面建筑物的安全评估提供指导作用。
[0068]
下面结合一具体实施例，对本发明实施例做进一步地说明：
[0069]
图2是根据本发明一具体实施例提供的地震烈度监测系统的示意图，如图2所示，该系统包括：微震传感器1(即上述第一地震传感器)、井下地震烈度传感器2(即上述第一地震传感器)、数据传输总线3、井下传感器采集分站4(即上述第一传感器信号采集站)、环网交换机5、pc主机6(即上述管理终端)、地面传感器采集分站7(即上述第二传感器信号采集站)、地面地震烈度传感器8(即上述第二地震传感器)；其中，
[0070]
微震传感器1和数据传输总线3连接；井下地震烈度传感器2和数据传输总线3连接；数据传输总线3和井下传感器采集分站4连接；井下传感器采集分站4采集微震传感器1和井下地震烈度传感器2数据经过环网交换机5上传到pc主机6；地面传感器采集分站7采集地面烈度传感器8数据传输到pc主机6；其系统工作原理图如图3所示，图3是根据本发明一具体实施例提供的地震烈度监测系统的原理示意图。
[0071]
在本实施例中，井下地震烈度传感器2和地面地震烈度传感器8配置了高灵敏度的电磁换能器，并使用了最新的电子反馈技术，使得地震传感器输出信号通过反馈网络变换成与输入同类型信号，对输入信号有加强作用，从而提高传感器灵敏度和机械钟摆技术。
[0072]
另外，井下地震烈度传感器2电路结构满足矿用本质安全电路要求。
[0073]
地面传感器采集分站7采用无线5g传输数据到pc主机端6；pc主机6可以通过以太网将根据算法的处理结果传输到远端服务器。
[0074]
最后，通过井下人工放炮测试从井下到地面的建筑物的受震动的烈度数据与影响。
[0075]
根据上述实施例提供的矿用多维地震烈度监测系统与评价方法，结合微震与地震烈度监测设备(即上述地震传感器)，通过微震设备监测煤矿开采与回掘等重点区域，地震烈度监测设备布置点覆盖与整个矿区及附近的村庄及大的建筑物，当矿区受地震影响时，可及时对煤矿与周边环境起到预警作用。
[0076]
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0077]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。