基于激励条件下实现岩土体微震加速度的提取方法及系统与流程

本发明涉及地质工程领域，尤其涉及基于激励条件下实现岩土体微震加速度的提取方法及系统。

背景技术：

1、随着岩土工程领域的发展，岩土体微震监测成为一种常见的方法来评估地下结构和土壤的力学性质，岩土体微震信号中包含有关地下结构行为和变化的信息，尤其是加速度数据可以提供更详细和准确的信息。

2、目前，在实际应用中，从岩土体微震信号中提取有效的加速度信息并不容易，这是因为岩土体微震信号通常包含大量的噪音和干扰，同时信号的强度和频率分布也可能因地质条件的不同而变化，从而影响岩土体微震加速度提取数据的准确性。

技术实现思路

1、本发明提供基于激励条件下实现岩土体微震加速度的提取方法及系统，其主要目的在于提高岩土体微震加速度提取数据的准确性。

2、为实现上述目的，本发明提供的基于激励条件下实现岩土体微震加速度的提取方法，包括：

3、获取岩土体对应的原始微震数据，对所述原始微震数据进行数据预处理，得到预处理数据；

4、对所述预处理数据进行时频分析，得到时频特征，提取所述时频特征中对应的微震相关信息，构建所述微震相关信息对应的二进制掩码，利用所述二进制掩码对所述原始微震数据进行数据掩码，得到微震掩码数据，对所述微震掩码数据进行频谱分析，得到微震频率信号；

5、基于预设的激励条件，确定所述微震频率信号的震发窗口，提取所述震发窗口对应的震发参数，计算所述震发参数对应的震发峰值；

6、识别所述微震频率信号对应的特征波形，提取所述特征波形中的波形参数，基于所述波形参数和所述震发峰值，构建所述微震频率信号对应的微震频率曲线，基于所述微震频率曲线，计算所述微震频率信号对应的微震加速度；

7、基于所述微震加速度，对所述原始微震数据进行时域滤波，得到微震滤波数据，识别所述微震滤波数据对应的微震成分数据，基于所述微震成分数据，生成所述岩土体对应微震加速度的提取报告。

8、可选地，所述对所述原始微震数据进行数据预处理，得到预处理数据，包括：

9、对所述原始微震数据进行降噪处理，得到降噪微震数据；

10、查询所述降噪微震数据对应的降噪微震信号；

11、对所述降噪微震信号进行信号增强，得到增强微震信号；

12、识别所述增强微震信号对应的微震信号数据；

13、对所述微震信号数据进行数据预处理，得到预处理数据。

14、可选地，所述对所述预处理数据进行时频分析，得到时频特征，包括：

15、利用预设的时域窗函数对所述预处理数据进行窗口划分，得到所述预处理数据对应的时间窗口；

16、识别所述时间窗口中的窗口序列特征；

17、基于所述窗口序列特征，构建所述时间窗口对应的时间频谱图；

18、提取所述时间频谱图中的频谱特征；

19、对所述频谱特征进行时频分析，得到时频特征。

20、可选地，所述利用所述二进制掩码对所述原始微震数据进行数据掩码，得到微震掩码数据，包括：

21、利用所述二进制掩码确定所述原始微震数据对应的微震事件；

22、对所述微震事件进行事件标记，得到微震事件标记；

23、提取所述微震事件标记中的数据片段；

24、基于所述数据片段，计算所述微震事件对应的微震掩码值；

25、基于所述微震掩码值，对所述原始微震数据进行数据掩码，得到微震掩码数据。

26、可选地，所述基于所述数据片段，计算所述微震事件对应的微震掩码值，包括：

27、利用下述公式计算所述微震事件对应的微震掩码值：

28、

29、其中，ym表示所述微震事件对应的微震掩码值，t表示数据片段的时间长度，i表示所述数据片段中样本点的索引，n表示所述数据片段中样本点数量，xi表示第i个样本点的数值，p(t)表示所述数据片段中的信号函数，其中t是时间变量，w(t)表示所述数据片段中的加权函数。

30、可选地，所述对所述微震掩码数据进行频谱分析，得到微震频率信号，包括：

31、去除所述微震掩码数据中的数据校正，得到掩码校正数据；

32、基于所述掩码校正数据，绘制所述微震掩码数据对应的时间-振幅图；

33、识别所述时间-振幅图中的振幅参数；

34、对所述振幅参数进行频谱分析，得到所述所述微震掩码数据对应的微震频率信号。

35、可选地，所述提取所述震发窗口对应的震发参数，包括：

36、识别所述震发窗口对应的触发方式；

37、基于所述触发方式，确定所述震发窗口对应的震发时间段；

38、基于所述震发时间段，提取所述震发窗口对应的震发参数。

39、可选地，所述计算所述震发参数对应的震发峰值，包括：

40、利用下述公式计算所述震发参数对应的震发峰值：

41、

42、其中，vpeak表示所述震发参数，t1表示所述震发参数对应震发时间段中的起始时间，t2表示震发时间段中的终止时间，f(t)表示所述震发参数中地震波形在时间t处的振幅，表示震发时间段中地震波形振幅的均值，dt表示所述震发参数对应的时间间隔。

43、可选地，所述基于所述微震频率曲线，计算所述微震频率信号对应的微震加速度，包括：

44、利用下述公式计算所述微震频率信号对应的微震加速度：

45、

46、其中，wj表示所述微震频率信号对应的微震加速度，j表示所述微震频率曲线上的频率点索引，m表示所述微震频率曲线上的频率点数量，aj表示所述微震频率曲线上第i个频率点对应的能量值，li表示所述微震频率曲线上第i个频率点的频率值，h表示微震信号的时间长度。

47、为了解决上述问题，本发明还提供基于激励条件下实现岩土体微震加速度的提取系统，所述系统包括：

48、预处理模块，用于获取岩土体对应的原始微震数据，对所述原始微震数据进行数据预处理，得到预处理数据；

49、频谱分析模块，用于对所述预处理数据进行时频分析，得到时频特征，提取所述时频特征中对应的微震相关信息，构建所述微震相关信息对应的二进制掩码，利用所述二进制掩码对所述原始微震数据进行数据掩码，得到微震掩码数据，对所述微震掩码数据进行频谱分析，得到微震频率信号；

50、震发峰值计算模块，用于基于预设的激励条件，确定所述微震频率信号的震发窗口，提取所述震发窗口对应的震发参数，计算所述震发参数对应的震发峰值；

51、加速度计算模块，用于识别所述微震频率信号对应的特征波形，提取所述特征波形中的波形参数，基于所述波形参数和所述震发峰值，构建所述微震频率信号对应的微震频率曲线，基于所述微震频率曲线，计算所述微震频率信号对应的微震加速度；

52、报告生成模块，用于基于所述微震加速度，对所述原始微震数据进行时域滤波，得到微震滤波数据，识别所述微震滤波数据对应的微震成分数据，基于所述微震成分数据，生成所述岩土体对应微震加速度的提取报告。

53、本发明通过获取岩土体对应的原始微震数据，可以实时监测地震活动的强度、频率和分布，以及岩土体的应力状态和变形过程，从而提前预警地震风险和地质灾害，本发明通过对所述预处理数据进行时频分析，得到时频特征，可以从时域和频域两个维度上提取微震信号的特征，通过分析信号在时间和频率上的变化，可以捕捉到信号中的瞬态、周期性和频率信息，从而更好地理解信号的本质，本发明通过基于预设的激励条件，确定所述微震频率信号的震发窗口，能够提高事件检测的准确性，降低误报率，提高处理效率，确定事件的时序关系，并为后续的数据分析和研究提供有针对性的数据，本发明通过识别所述微震频率信号对应的特征波形，提取所述特征波形中的波形参数，可以提高数据处理效率，减少人工分析的主观性，为后续的分析和判断提供更全面、准确的信息，本发明基于所述微震加速度，对所述原始微震数据进行时域滤波，得到微震滤波数据，可以提高数据质量、去除噪声、增强信号、选择感兴趣的频率范围，并为微震事件的分析和处理提供更可靠的数据基础，本发明基于所述微震成分数据，生成所述岩土体对应微震加速度的提取报告，可以帮助更好地理解地质条件、确定合适的设计参数，并预测可能出现的地震灾害风险。因此，本发明提出的基于激励条件下实现岩土体微震加速度的提取方法及系统，能够提高岩土体微震加速度提取数据的准确性。