浅层地下震动定位方法研究-论文.pdf

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1、山西电子技术研究与探讨2014年第3期文章编号：1674·4578(2014)03—0087—03浅层地下震动定位方法研究潘烨炀(中北大学信息探测与处理技术研究所，山西太原030051)摘要：提出一种利用改进遗传算法解决浅层地下震动定位的问题，模拟时差定位模型进行震源坐标的求解，由于模型的复杂性。采用了浮点数编码的遗传算法，引入一种自适应的交叉算子和变异算子。实验结果表明，在保证种群数量的情况下，该算法性能大大优于一般遗传算法，能快速找到逼近全局最优的解，并且精度更高。关键词：改进遗传算法；时差定位；三维定位；介质传播速度中图分类号：TP29文献标识码：A浅层地下

2、震动定位技术来源于无源定位技术uJ，无源定fro~／(一。)(y—yo)(一。0)位方法就是通过传感器观测、分析生产活动中产生的微小震{r：、i1，2，3，4·(1)动信号，来监测生产活动变化位置等。随着科技的发展，无源定位技术已经应用到了采矿安全、地质勘查、地下工作安[rlori-r0：．其中，，Y，。是震源坐标，是介质传播速度。(0，Yo，全检测等重要工程应用中。0)，(1，Y1，Z1)，(2，y2，2)，(3，Y3，3)，(4，Y4，Z4)是5个对于非视距范围内的定位，我们一般无法判断震源的具体位置，越来越多的学者开始关注微震定位方法的研究。目基站传感器的坐

3、标，t10，20，t30，分别是震源信号传播到B，C，D，E点传感器的时间与传播到A点的时间差数据。前，按照测量参数的不同，可以利用时间定位法(TOA)、到达时间差定位法(TDOA)、到达角度定位法(AOA)等。其中2遗传算法TDOA定位技术(又称双曲线相交法)，是当今较流行的定位遗传算法(GA)是由美国密执根大学J．Holland教授于方法。求解时差定位非线性方程组的传统方法，是对震源1975年创立，该算法是基于自然选择的方法，模仿生物进位置进行初始估计，然后再用算法迭代的方法解算出目标的化过程和遗传规律，对种群中个体之间进行交叉、变异等操位置。由于这种方法较强

4、的依赖于震源源初始位置的准确作，优胜劣汰，最终选择最优个体。作为一种优化算法，它本性，如果初始估计较差，则有可能得不到收敛的位置解，因此身就有很强的搜索能力，并且简单通用、鲁棒性强j。然需要寻找高效准确的非线性方程组的解法。最初经典的Gei—而，标准遗传算法也存在以下问题：1)一般利用二进制方ger定位方法是通过迭代计算使时间残值最小化；陈炳瑞法进行编码，不适用于复杂模型；2)迭代时需要较好的初值等应用粒子群算法提高定位精度；在此基础上，R．Buland等或者是范围；3)进化初期存在早熟、收敛。进行修改，并发展了基于经典的最小二乘法定位计算。3自适应遗传算法由于浅

5、层地下震源的位置、发生时刻及强度都是未知的，所以在前人的基础上提出一种改进的遗传算法，能够同针对基本遗传算法存在的几点问题，在基于改进遗传算时求解出精确的震源的三维坐标及震动介质传播速度。法中，采用以下方法来解决：1)参数编码1定位模型的建立采用浮点型编码方式。由于遗传算法不能直接处理实为求解震源的三维位置及介质传播速度，定位基站需利际问题的参数，必须进行参数编码，即将实际问题参数转换用不少于五个传感器作为载体接收震动信号，其大致分布如成遗传空间中由基因按一定结构组成的染色体。在遗传算图1所示。法中，典型的参数编码方式有：二进制编码和实数编码。其中，二进制编码原理

6、简单，并具有通用性，但其精度不高，目标可测量性不强，编码长度受到限制；而实数编码直接用一个实数表示每个参数，直观方便，精度要求也可以达到。由于基站传感器坐标及目标位置坐标均为实数，因此采用实数编码。2)初始化由于初始值或者范围对于算法精确度影响很大，由于最传感器节点D小二乘法对于初始值没有严格要求，所以本文采用最小二乘图1传感器节点簇布设图算法先对震源位置进行初步估计。将结果扩大到一定范围通过初值提取得到的时差信息，对于一个传感器节点簇后成为遗传算法初始迭代值取值范围。我们都可以建立以下方程组：将走时方程两边平方后，依次减去第1个走时方程，以第i(i=2，3，4)

7、个走时方程为例，将上述方程组整理得：收稿日期：2014—04—03作者简介：潘烨炀(1988．)，女，山西太原人，研究生在读，研究方向：通信与信息系统。88山西电子技术2014正(￡2l0一￡20)K一K(2)其中：Ki=+Y+，r=(—Xi)+(y—Y)+(一解一般没有封闭解，通常是利用迭代法求解。这里采用迭代z)，一r1={(tm一10)值和真值之间的欧式距离来表示迭代的效果。迭代次数为为了求解，令I"0=g，=p，并看作未知量，由此可得10次时。得到的实验结果如图2所示：矩阵表达式如下：AX=B．(3)其中：22tl0-t20⋯A=／＼{22＼tlO-t40

8、＼．LKl