一种基于5G移动通信的微地震实时动态监测系统

技术领域

本发明属于地震监测领域，特别是涉及一种基于5G移动通信的微地震实时动态监测系统。

背景技术

微地震是由坑道开采所诱发的地震活动，在开采坑道附近的岩体内因应力场变化导致岩石破坏而引起的小型地震，在地下矿井深部开采过程中时常发生岩石破裂和地震活动，因此微地震是不可避免的现象。

微地震监测技术是通过观测、分析生产活动中产生的微小地震事件，来监测其对生产活动的影响、效果及地下状态的地球物理技术。当地下岩石由于人为因素或自然因素发生破裂、移动时，产生一种微弱的地震波向周围传播，通过在破裂区周围的空间内布置多组检波器并实时采集微震数据，经过数据处理后，采用震动定位原理，可确定破裂发生的位置，并在三维空间上显示出来。

在传统的微地震实时动态监测及定位技术中，微震信号的传播介质一般为粗铜导线，价格昂贵，且笨重不易连接和布置。直接导致整体工程量浩大且价格昂贵,并且传统的震相识别震源定位依靠监测台站，监测台站的信息来源于埋入地下矿山岩体中的传感器，信息的传输介质是粗铜导线。线路笨重，不容易布置，成本昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于5G移动通信的微地震实时动态监测系统，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于5G移动通信的微地震实时动态监测系统，包括数据采集模块、传感器设置模块、信号转换模块、若干个5G基站、地震监测台站、预警模块；

所述数据采集模块包括若干个无线信号传感器，通过若干个所述无线信号传感器获取微震信号；

所述传感器设置模块用于根据所述5G基站获取无线传感器的最优分布方案；

所述信号转换模块用于将所述微震信号转换为5G数字信号，并传输至所述5G基站；

所述5G基站用于获取所述5G数字信号的到时时刻，并传输至所述地震监测台站；

所述地震监测台站用于根据所述到时时刻监测震源位置以及；

所述预警模块用于当监测到所述震源位置以及所述无线信号传感器出现故障时进行预警。

可选地，所述无线信号传感器与所述地震监测台站内均设置有5G终端，通过所述5G终端将所述5G数字信号由信号传感器传输至所述地震监测台站。

可选地，若干个所述5G基站的数量大于5，以横向与纵向设置，且相邻所述5G基站的间隔距离相同。

可选地，所述信号转换模块包括若干个嵌入型DSP处理器，通过若干个所述嵌入型DSP处理器对所述微震信号进行傅里叶变换，将所述微震信号的时域信息转换为频域信息，并根据所述频域信息获取所述5G数字信号。

可选地，所述传感器设置模块通过采用加权余量法构建传感器分布模型，根据所述5G基站的最大横向距离与最大纵向距离设置边界条件，基于所述传感器分布模型以及所述边界条件获取所述无线传感器的最优分布方案。

可选地，所述地震监测台站根据所述5G基站接收数字信号的到时时刻，并根据所述到时时刻判断微地震的发生概率以及震源位置，对所述发生概率设置预警阈值，当所述发生概率超出所述预警阈值时，则生成微震预警信号传输至所述预警模块。

可选地，所述地震监测台站还用于判断无线信号传感器是否出现故障，当无法接收微震信号时，则判断无线传感器出现故障，此时获取出现故障的传感器位置，并生成故障提示信号传输至所述预警模块。

可选地，地震监测台站还用于根据微地震信号的到时时刻监测震源位置，根据真实震源位置和计算出的震源定位位置，不断反馈调节无线传感器的最优位置，并实时进行调节反馈，直至定位误差未超出设定的预警阈值为止。

可选地，所述预警模块与若干个移动端连接，当所述预警模块接收微震预警信号时，控制所述移动端以音频形式进行预警；当接收故障提示信号时，控制所述移动端进行振动提示，提示显示出现故障的传感器位置。

本发明的技术效果为：

本发明提出了一种基于5G移动通信的微地震实时动态监测系统，通过5G通信技术以及数据信号处理技术，将传统微震信号转换为5G数字信号，实现了无线形式数据到时时刻的拾取，在节省成本的同时加快了数据的传输速度，并通过规划传感器设置实现了检测范围的覆盖，弥补了5G信号穿透力较弱的问题，同时实现了传感器故障的识别预警，确保了获取数据的准确度。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中的基于5G移动通信的微地震实时动态监测系统结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一

如图1所示，本实施例中提供一种基于5G移动通信的微地震实时动态监测系统，包括数据采集模块、传感器设置模块、信号转换模块、5G基站、地震监测台站、故障处理模块；具体地：

数据采集模块包括若干个无线信号传感器，无线信号传感器具有体积小、接口丰富、安装方便的优势，通过若干个无线信号传感器获取微震信号，同时无线信号传感器中设有5G终端，通过5G终端将传感器所检测的微震信号以数字信号的形式传输至5G基站。

本实施例中，数字采集模块充分利用5G移动通信技术，通过传感器感知微震信号—集成在传感器上的5G终端将信号传递给5G基站—通过5G移动通讯系统传播信息—由集成5G终端的微震信号采集仪，将5G移动通信信息转化为微震信号，从而实现由传感器到信号采集仪的端对端数据传输。此时，无线传感器和无线采集仪的中间过程变成一个盲盒，而该5G盲盒传递的信息实质上仅为监测台站监测到的微震震波的到时时刻。

在本实施例中，每个无线传感器都被看作一个节点，拥有无线通信能力，同时具有一定的信号处理功能。每个节点都代表一个具体的监测位置。无线传感器包括一个传感装置、一个数据处理微控制器，以及一个无线连接RF模块，其中RF模块起到一个简单发射器或者收发器(TX/RX)的作用。

信号转换模块中包括若干个嵌入型DSP处理器，用于将微震信号转换为5G数字信号，并传输至5G基站；嵌入型DSP处理器在5G通信网络中发挥重要作用，与传统的中央处理器相比，嵌入型DSP处理器具有体积小、传输效率快的优势，降低了实际运营成本。将嵌入型DSP处理器与数字信号处理技术相结合，则可通过微处理器的集成操控功能，实现微震信号与5G数字信号的转换，同时可降低5G通信的运营成本。

微震信号为岩石、金属氧化物、金属等撞击产生的高频模拟信号，傅立叶变换是一种将信号从时域变换到频域的变换方式，是声学、语音、电信和信号处理等领域中一种重要的分析工具。通过设置的若干个嵌入型DSP处理器对微震信号进行傅里叶变换，将微震信号的时域信息转换为频域信息，最后根据转换后的频域信息可有效获取5G数字信号，实现微震信号与5G数字信号的转换。

相比第三代移动通信技术和第四代移动通信技术，5G移动通信技术的信号穿透能力相对较弱，但无线传感器在空间位置上可灵活选择的优势弥补了5G信号穿透力弱的问题，同时考虑无线信号传感器的设置应覆盖整个监测范围的问题，本实施例中将5G基站以相同的间隔距离呈横向、纵向设置，且基站的数量不少于5个，通过该设置可实现传感器在相邻基站间的灵活布置，同时可覆盖微地震的整体监测范围。

传感器设置模块通过采用加权余量法构建传感器分布模型，根据5G基站设置的最大横向距离与最大纵向距离设置边界条件，并基于传感器分布模型以及边界条件进行计算，获取最优的无线传感器分布方案，通过最优分布方案进行传感器设置，在弥补5G信号穿透力弱问题的同时，可更加全方位地进行微地震信号的获取。

地震监测台站用于根据5G数字信号到达5G基站的到时时刻监测微地震的概率以及震源位置，当某些地质缺陷活动时产生的声发射能量等级较大，接收到的信号频带较低时，则判断即将发生微地震，具体地，例如，当微震信号的信号频带小于200Hz时，则判断发生微地震的概率为100％，当信号频带为200-500Hz时，则判断发生概率为70％，当信号频带为500-1000Hz时，判断发生概率为50％，地震监测台站对发生概率设置预警阈值，当发生概率超出预警阈值时，则生成微震预警信号传输至预警模块，此时相关工作人员可根据实际需求，对于相关阈值以及预警条件进行设置，例如当判断微地震发生概率为50％时即使所述地震监测台站生成地震预警信号。

地震监测台站还用于根据微地震信号的到时时刻监测震源位置，根据真实震源位置和计算出的震源定位位置，不断反馈调节无线传感器的最优位置，并实时进行调节反馈，直至定位误差未超出事先设定的阈值为止。

由于5G通信技术在本领域尚未成熟应用，因此当出现数据异常的情况时无法判断传感器中的5G终端出现故障还是无线传感器自身出现故障，因此本发明中的地震监测台站无法正常获取微震信号的到时时刻时，则判断无线信号传感器出现故障，此时，监测台站获取出现故障的传感器位置，同时生成故障提示信号传输至所述预警模块。

预警模块与若干个移动端连接，通过移动端的便携性使得相关工作人员及时接收预警信息，当预警模块接收到监测台站发出的微震预警信号时，控制移动端以音频提示的形式进行预警；当接收故障提示信号时，控制移动端进行振动提示，提示显示出现故障的传感器位置，便于工作人员及时检修。

本实施例通过5G通信技术以及数据信号处理技术，将传统微震信号转换为5G数字信号，实现了无线形式数据到时时刻的拾取，在节省成本的同时加快了数据的传输速度，并通过规划传感器设置实现了检测范围的覆盖，弥补了5G信号穿透力较弱的问题，同时实现了传感器故障的识别预警，确保了获取数据的准确度。

综上，本发明设计了一套基于无线传感器的自调节、自优化以确定特定矿山场所的自适应微震监测定位预警系统。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。