针对希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)处理混有噪声的爆破地震波信号时, 会出现时频分析失真的现象, 对影响HHT时频分析精度的因素进行逐一改进, 得到改进后的算法来提高含噪爆破地震波信号时频分析精度。首先对经验模态分解(Ensemble Empirical Mode,EMD)进行改进得到自适应补充集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN)抑制低频趋势项, 同时添加多尺度排列熵(Multiscale Permutation Entropy, MPE)代码控制高频噪声, 最后对CEEMDAN·MPE得到的IMF进行归一化Hilbert变换(Normalized Hilbert Transform,NHT), 通过上述三步即可改善传统HHT含噪爆破地震波信号时频分析精度不足的问题。为验证CEEMDAN·MPE-NHT算法时频分析的准确性, 进行HHT和CEEMDAN·MPE-NHT算法的含噪仿真信号时频分析对比研究, 并将CEEMDAN·MPE-NHT算法用于水下钻孔爆破地震波信号时频分析中。研究结果表明: CEEMDAN·MPE分解得到的IMF经NHT处理得到的时频谱在时域和频域上均具有较高的分辨率, 得到的时频分析参数精度相比HHT有了很大的提升, 可实现更准确提取含噪爆破地震波信号时频特征参数, 对爆破地震波危害效应识别, 制定科学的爆破地震波危害效应控制措施具有重要的现实意义。

在页岩气的开采过程中，需要对压裂作业中产生的微震波进行检测。在传统的基于后向瑞利散射的分布式光纤传感技术的基础上，提出了一种应用于微震波检测的线性扫频脉冲调制方法。将调制系统中的矩形脉冲改为线性扫频脉冲，通过压缩脉冲匹配滤波的方式实现长距离、高空间分辨率传感。经过仿真与实验验证，选用线宽约为10 kHz的窄线宽激光器为光源，经电光调制与声光调制，可实现扫频范围为5.6~5.8 GHz、扫频时间为2 μs、传感距离为10 km的线性扫频信号调制，接收到的后向瑞利散射信号强度范围为-60~-50 dBm。

为了解决传统电磁式检波器只能点式测量且工程化成本高的问题, 提出了一种分布式光纤声学传感系统。首先设计了系统的光学结构, 然后设计了重点模块PIN型光电探测器, 最后使用24芯铠装光缆对50~500 Hz范围内的单次振动信号进行了4组频率测试实验。实验结果表明: 该分布式光纤声学传感系统对可控震源产生的振动信号检测效果良好, 可以实现对振动源的精准定位与频率检测。

在采集地震信号时可能会伴随着随机噪声,有些去噪算法会平滑掉地震信号中的部分细节,从而降低地震数据的准确性。为此提出了一种基于区域分割梯度直方图保持(SGHP)的地震信号去噪算法,该算法先将地震含噪信号分成几个区域,再估计每个区域的参考梯度直方图,最后对每个区域使用梯度直方图保持进行去噪,使得去噪后的地震信号的梯度分布尽可能接近原始信号,从而达到保护地震信号细节的目的。利用SGHP分别对合成地震信号和叠后陆上地震信号进行去噪,与非局部均值滤波(NLM)、块匹配三维(BM3D)协同滤波和聚类稀疏表示(CSR)的去噪效果进行对比,采用峰值信噪比和结构相似度的评价指标进行评估,结果表明,SGHP的去噪效果最优。

K均值序贯泛化(SGK)去噪算法在字典更新阶段会引入噪声干扰。为了控制噪声干扰对字典原子的影响,构建一种干扰控制K均值序贯泛化(C-SGK)地震信号去噪算法。该算法在字典更新阶段通过判断信噪比值与设定阈值间的大小来决定是否更新原子。若信噪比值大于设定阈值,则顺序更新原子,反之则不更新原子。对人工合成和实际地震信号的去噪结果表明,本算法能够很好地控制噪声干扰,且与传统SGK算法比较发现,本文算法对地震信号的去噪效果更优。

提出了一种基于W加权核范数最小化的地震信号盲去噪算法。采用主成分分析法估计地震信号噪声水平,借助加权核范数最小化(WNNM)实现去噪。在去噪中通过权值分配控制矩阵奇异值的收缩程度,提升了算法性能。分别对三种地震信号进行去噪,并与双树复小波变换、曲波变换、WNNM算法进行了性能对比。研究结果表明,该算法在噪声水平未知的情况下,能有效去除地震信号所含噪声,去噪效果优于传统去噪算法。

四维块匹配协同滤波(BM4D)用于地震信号去噪时,虽然性能良好,但需要预知噪声标准差。针对上述问题,提出结合主成分分析(PCA)噪声估计的BM4D三维地震信号去噪算法。该算法首先用PCA对地震信号进行噪声估计,然后将估计结果用于BM4D去噪。对人工合成与实际三维地震信号的去噪实验结果表明,本文算法具有可行性,既能取得很好的去噪效果,又能规避BM4D对噪声水平预估值敏感的局限性。与5种噪声估计算法的对比实验表明,本文方法在噪声估计时间和精度方面均具有优势。

The fiber Bragg grating (FBG) strain sensors were used for on-line monitoring of the stress variation of the lined wall in the gateway retained along the goaf of No. 3203 coal mining face in Dongtan Mine. The results showed that the FBG strain sensor with the wide measuring range could measure the stress variation accurately during the support process of the gateway retained along the goaf and could provide the basis to further optimize the support structure and to determine the support plan of the gateway retained along the goaf. The FBG micro-seismic sensors were used in Xinglong Mine to detect the micro-seismic signal. The signals were well received and analyzed to determine the location and energy level of the source of the micro-seismic event warning. The FBG sensors and detecting system show a significant potential for micro-seismic detection and geological disasters detection.