автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Алгоритмическое обеспечение средств регистрации сигналов в информационно-измерительных системах геомониторинга

Введение

Структура и принципы организации системы геомониторинга подземных сооружений длительной эксплуатации Особенности геомониторинга подземных сооружений, предназначенных к длительной эксплуатации Двухстадийная модель разрушения

Требования к подсистеме индуцированной сейсмичности Формализованный подход к определению параметров подсистемы индуцированной сейсмичности Характер функционирования и регистрации информации подсистемы индуцированной сейсмичности Реализуемость требуемых параметров подсистемы индуцированной сейсмичности

Коммуникационная структура системы геомониторинга Выводы

Обнаружение сигналов в системах геомониторинга Структуры канальных обнаружителей как устройств реального времени Типы канальных обнаружителей Канальный обнаружитель STA/LTA Предварительная обработка на стадии канального обнаружения

Октавный канальный обнаружитель STA/LTA Канальный обнаружитель STA/LTA с изменяемыми параметрами

Реализация канальных обнаружителей Выводы

Коррекция аппаратурных искажений регистрируемых сейсмических сигналов Методы полной деконволюции

Коррекция аппаратурных искажений по частотной характеристике сейсмического канала Коррекция сейсмического канала по амплитудно-частотной характеристике Оценка точности синтезируемого фильтра Коррекция АЧХ сейсмоприемников СМЗ-КВЭ Программная реализация коррекции аппаратурных искажений сейсмических каналов Выводы

Оценка трасс распространения упругих зондирующих импульсов в горном массиве

Постановка задачи спектрального оценивания трасс распространения сигналов

Классические методы спектрального оценивания

Модельный эксперимент

Результаты модельного эксперимента

Натурный эксперимент

Выводы

Основные результаты и выводы, полученные в диссертационной работе:

1. На основе двухстадийной модели разрушения горных пород разработан формализованный подход к определению основных характеристик подсистемы индуцированной сейсмичности системы геомониторинга на основе заданного энергетического класса прогнозируемых событий.

2. Обоснована новая структура системы геомониторинга подземных сооружений, предназначенных к длительной эксплуатации, на коммуникационной основе стандартных открытых промышленных сетей fieldbus, что позволяет сократить сроки создания системы и увеличить надежность коммуникационного обмена.

3. Разработаны новые модификации алгоритма обнаружения сигналов STA/LTA: октавного обнаружителя, имеющего одинаковую чувствительность во всей частотной полосе измерительного канала, и обнаружителя с изменяемыми параметрами, учитывающего флуктуации сейсмического шума.

4. Разработан способ коррекции искажений сейсмического канала по его амплитудно-частотной характеристике. Дано описание трехступенчатого алгоритма коррекции: по заданной АЧХ проводят синтез цифрового фильтра; по известной передаточной функции цифрового фильтра находят его импульсную характеристику, которую на третьем шаге используют для коррекции сигналов. Предложенный способ коррекции позволяет улучшить точность определения энергии сейсмических событий.

5. Предложен способ проведения микросейсмической геотомографии, основанный на изменении частотных характеристик трасс распространения упругих зондирующих импульсов. Проведен модельный эксперимент по оценке трасс распространения упругих зондирующий импульсов классическими методами спектрального оценивания: коррелограммным, выборочного спектра, методом Уэлча. Установлено, что наилучшим качеством оценивания при

124

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Андрианов С.А., Пастухов С.Н., Страшин К.Э., Утешаев К.А. Программно-технический комплекс АСУТП участка "Выщелачивание-2" Богословского алюминиевого завода// Промышленные АСУ и контроллеры. - 2001. - №6. - С.30-37.

2. Антонью А. Цифровые фильтры: Анализ и проектирование. М.: Радио и связь, 1983.-320с.

3. Анциферов М.С. Теория геофонов и виброметров звукового диапазона. -М.: Наука, 1976. 144с.

4. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высш. шк., 1988. -448с.

5. Башилов И.П., Курочкин В.М., Николаев А.В., и др. Аппаратура и система наблюдений для оценки сейсмических условий в районах подземных хранилищ промстоков: Исследования по сейсмометрии// Сейсмические приборы. -Вып.20. М.: Наука, 1988. - С.62-67.

6. Белецкий А.Ф. Теория линейных электрических цепей. М.: Радио и связь, 1986. - 544с.

7. Бенявски 3. Управление горным давлением: Пер. с англ. М.: Мир, 1990 -254с.

8. Блэк Ю. Сети ЭВМ: Протоколы, стандарты, интерфейсы. Пер. с англ. М.: Мир, 1990.-506с.

9. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерения их параметров/ Под ред. А.-Й. К. Марцинкявичюса, Э.-А. К. Багданскиса. -М.: Радио и связь, 1988. 224с.

10. Ю.Бэбб М. Цифровые промышленные сети в АСУТП// Мир компьютерной автоматизации. 1998. - №1. - С.26-32.

11. Введение в цифровую фильтрацию/Под ред. Богнера, А. Константинидиса: Пер. с англ. -М.: Мир, 1976. 216с.125

12. Вознесенский А.С. Системы контроля геомеханических процессов. М.: Из-во МГГУ, 1994,- 147с.

13. И.Вознесенский А.С. Средства передачи и обработки измерительной информации. Изд-во. МГГУ, 1999. - 267с.

14. М.Вольц М. PROFIBUS открытая шина промышленного применения 4.1// Мир компьютерной автоматизации. -1995. - №1 - С.3-17.

15. Вольц М. PROFIBUS открытая шина промышленного применения 4.2// Мир компьютерной автоматизации. - 1995. - №2 - С.7-16.

16. Вострецов А.Г. Методы устойчивого обнаружения и оценивания сигналов в системе технического контроля и оптимизации их структуры: Автореф. дисс. докт. техн. наук/ НГТУ. Новосибирск, 1998. - 45с.

17. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Радио и связь, 1986.-512с.

18. Гор А.Ю., Куксенко B.C., Томилин Н.Г., Фролов Д.И. Возможность применения концентрационного критерия разрушения к задаче прогноза горных ударов//ФТРПИ. 1989. - №3. - С.54-60.

19. Дамаскинская Е.Е., Куксенко B.C., Томилин Н.Г. Двухстадийная модель разрушения горных пород// Физика Земли. 1994. - №10. - С.47-52.

20. Дамаскинская Е.Е., Куксенко B.C., Томилин Н.Г. Статистические закономерности акустической эмиссии при разрушении гранита// Физика Земли. -1994. -№11. -С.40-48.

21. Джонсон Д., Джонсон Дж., Мур Г. Справочник по активным фильтрам: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 128с.

22. Жданов А. А. Операционные системы реального времени// PC Week. 1999. - №8. - С.11-16.

23. Жданов А.А., Латыев А.Л. Замечания о выборе операционных систем при построении систем реального времени// PC Week. 2001. -№1.-С.5-11.

24. Журков С.Н. Кинетическая концепция прочности твердых тел.// Вест. АН СССР. -1968. №3. - С.42-46.126

25. Журков С.Н., Куксенко B.C., Петров В.А. Физические основы прогнозирования механического разрушения. Доклады Академии наук СССР, том 259. 1981. №6. - С.54-60.

26. Иванов П.И. Средства коммуникации промышленного применения нижнего уровня иерархии// Мир компьютерной автоматизации. 1996. - №2. -С.26-31.

27. Исаев Ю.С., Мулев С.Н. Опыт создания систем геодинамического мониторинга на горных предприятиях// Горный журнал. 1999. - №10. - С.22-24.

28. Карташов В.Г. Основы теории дискретных сигналов и цифровых фильтров. М.: Высш. школа, 1982. - 1 Юс.

29. Кедров O.K., Поликарпова JI.A., Стеблов Г.М. Алгоритм обнаружения слабых короткопериодных сейсмических сигналов на основе частотно-временного анализа трехкомпонентных записей в режиме реального времени// Физика Земли. 1998. - №2. - С.30-45.

30. Котенко Е.А. Научно-технические основы геоэкологического обеспечения радиационной безопасности ядерных энергокомплексов// Горный вестник, 1996. №2.- С.21-31.

31. Куксенко B.C., Мансуров В.А. Локализация разрушения в горных породах на разных масштабных уровнях// ФРТПИ, 1986, №3. 49-55.

32. Куксенко B.C., Инжеваткин И.Е., Манжиков Б.Ц., Станчиц С.А., Томилин Н.Г., Фролов Д.И. Физические и методические основы прогнозирования горных ударов// ФТПРПИ. 1987. - №1. - С.9-22.

33. Кулаичев А.П. Компьютерный контроль процессов и анализ сигналов. -М.: Информатика и компьютеры, 1999. 330с.

34. Куприянов М.С., Матюшкин Б.Д. Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования. СПб: Политехника, 1999. -512с.

35. Курленя М.В., Леонтьев А.В., Беляков В.Г., и др. Фундаментальные и прикладные задачи геомеханического мониторинга 4.1// ФТПРПИ. 1995. -№2.- С.3-15.

36. Курленя М.В., Леонтьев А.В., Беляков В.Г., и др. Фундаментальные и прикладные задачи геомеханического мониторинга 4.2// ФТПРПИ. 1996. -№6.- С.3-17.

37. Лазарев Ю.Ф. MatLAB 5.x-К.: Издательская группа BHV, 2000 384с.

38. Льюнг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя: Пер. с анг. -М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. 432с.

39. Любашин А.Н. PROFIBUS открытая шина для открытых технологий// Энергетик. - 1998. - №8. - С.32-39.

40. Любашин А.Н. На стандартном пути (ISaGRAF-PRO мощный инструмент разработчика) // PC Week. - 2000. - № 15. - С. 11 -15.

41. Любашин А.Н. Первое знакомство: краткий обзор промышленных сетей по материаллам коференции "FielfComms^S"// Мир компьютерной автоматизации. 1996. - №1 - С.3-17.128

42. Любашин А.Н. Сражения на полях "полевых" технологий закончились ?! О текущем состоянии противоборства промышленных сетей связи (fieldbus)// Мир компьютерной автоматизации. 2000. - №1. - С.7-9.

43. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях: Пер. с франц., в 2-х т. Том 2 М.: Мир, 1983. - 256с.

44. Мансуров В.А. Прогнозирование разрушения горных пород. Ф.: Илим, 1990.-240с.

45. Мансуров В.А., Ханов В.Х. Информационно-измерительные вычислительные комплексы для контроля состояния массивов горных пород, вмещающих инженерные сооружения. В сб. Проблемы информатизации региона. ПИР-97. Красноярск, 1997. - С.357.

46. Мансуров В.А., Ханов В.Х. Требования к сейсмоакустической системе, накладываемые двухстадийной моделью разрушения. В сб. Перспективные материалы, технологии, конструкции. Красноярск: САА, 1998. - С.751-752.

47. Марпл-мл. C.JI. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. М.: Мир, 1990. - 584с.

48. MoSDaS система регистрации сейсмических данных. Техническое руководство. Версия 1.7: Пер. с нем. - DMT, GeoTec. - 1997.

49. Пейтон А.Дж., Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях. М.: БИНОМ, 1994. - 352с.

50. Попов В.Т., Ханов В.Х. Сети геодинамического мониторинга подземных объектов атомной промышленности. //В мат. конф. Достижения науки и техники развитию сибирских регионов: В 3 ч. 4.1 Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001. - С.213-214.

51. Потемкин В.Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x: в 2-х т. Том 1.-М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999. 366с.

52. Потемкин В.Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x: в 2-х т. Том 2.-М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999. 304с.

53. Потемкин В.Г., Рудаков П.И. Система MATLAB 5 для студентов. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999.-448с.

54. Применение цифровой обработки сигналов/ Под ред. А. Оппенгейма: Пер с англ. М.: Мир, 1980 - 552с.

55. Программируемый интерактивный набор инструментов для сейсмологического анализа. Пер. с нем. DMT GEOTEC/ GEOENGINEERING -INGEOTEST, 1997,- 131с.

56. Рабинер Р., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов: Пер. с англ. М.: Мир, 1978. - 848с.

57. Регистрация и обработка сигналов электромагнитного излучения горных пород/ М.В. Курленя, А.Г. Вострецов, Г.И. Кулаков, Г.Е. Яковицкая. Новосибирск: Издательство СО РАН. 2000. - 232с.130

58. Рогожников О.В., Мансуров В.А., Ханов В.Х. Прогнозирование длительной устойчивости горных пород при затухающем характере ползучести. В сб. Геоэкологические проблемы урбанизированных территорий. Томск, 1999. -С.73-74.

59. Розманов И.П. Теория и практика помехоустойчивых информационных сейсмоакустических систем контроля и прогноза горного давления. Автореф. дисс. докт. тех. наук. Красноярск, 1994. - 48с.

60. Сейсмоприемник электронный СМЗ-КВЭ-И. Паспорт СМЗ-КВЭ-И.00 ПС, 1995.-43с.

61. Системы сейсмического контроля при разработке месторождений угля/ М. Виль, Е. Рекерс, В. Клокманн, А.С. Вознесенский/ Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ. Вып. 9 - 12 (12 - 15), 1993. - с.78-85.

62. Смирнов В.А. Физические процессы в очагах горных ударов и региональный прогноз их по геофизическим полям: Автореф. дисс. докт. техн. наук. СПб., 1991.-51с.

63. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC. Пер. с англ./Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. М.: Мир, 1992. - 592с.

64. Теория вероятностей и математическая статистика/ В.А. Колемаев, О.В. Староверов, В.Б. Турундаевский; Под. ред. В.А. Колемаева. М.: Высш. шк., 1991.-400с.

65. Тиммерман М., Монфрет Ж.-К. Windows NT ОС реального времени?// Мир компьютерной автоматизации - 1997. -№4. - С.28-35.

66. Халявка А.В. OS-9 как она есть// Приборы и системы управления. 1997. -№4. - С.33-39.

67. Ханов В.Х. Корректирующий цифровой фильтр в системах мониторинга индуцированной сейсмичности. В сб. науч. тр. Перспективные материалы, технологии, конструкции экономика. - Красноярск: ГАЦМиЗ, 2000. -С.472-474.131

68. Ханов В.Х. Плавающий алгоритм канального обнаружителя сигналов STA/LTA. В сб. науч. тр. Перспективные материалы, технологии, конструкции экономика. - Красноярск: ГАЦМиЗ, 2000. - С.469-471.

69. Ханов В.Х., Мансуров В.А. Условия, ограничивающие применение систем контроля и прогноза динамических явлений в подземных инженерных соору-жениях.//В мат. Межд. конф. Горная геофизика. СПб.: ВНИМИ, 1998. -С.407-409.

70. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 2 т. Т.1. Пер. с англ. М.: Мир, 1986.-598с.

71. Цифровые процессоры обработки сигналов/ Под ред. Остапенко А.В. М.: Радио и связь, 1994. - 261с.

72. Швец В.В., Нищерет Ю.А. Архитектура сигма-дельта АЦП и ЦАП.// CHIP News.- 1998. -№1. С. 10-19.

73. Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. М.: Радио и связь, 1990. - 512с.

74. Юшин В.И. Диннопериодная деконволюция цифровой записи короткопе-риодного сейсмометра.//В мат. Межд. конф. Сейсмология в Сибири на рубеже тысячелетий. Новосибирск.: Издательство СО РАН , 2000. - С.252-257.

75. Ямщиков B.C. Контроль процессов горного производства. М.: Недра, 1989.-446с.

76. AD1555/AD1556. Analog Device, Inc., 1999 24.

77. AD526. Analog Device, Inc., 1999 12.

78. Gibowicz, S.J. The mechanism of seismic events induced by mining. In: Proceedings of the 2nd international Congress on Rockburst and Seismicity in Mines (C. Fairhurst, ed.), Balkema, Rotterdam, 1990. Pp.3-27.

79. Green, R.W.E. Design consideration for an underground seismic network. In: Proceedings of the 1st international Congress on Rockburst and Seismicity in Mines (N.C. Gay, E.H. Wainwright eds.), Johannesburg, 1984. Pp.67-73.

80. Green, R.W.E. Instrumentation networks for observation of mine-induced seismicity. In: Proceedings of the 2nd international Congress on Rockburst and Seismicity in Mines (C. Fairhurst, ed.), Balkema, Rotterdam, 1990. Pp. 165-169.

81. Integrated seismic system. ISS International Etd., 1999. 29.

82. Lee, W.H.K. and Stewart, S.W. Principles and Application of Microerthquake Networks, Academic Press, New York, 1981. 293.

83. Mansurov V.A., Hanov V.H, Privalov A.S. Criteria of channel triggers parameters setup of the seismic system for monitoring of raijway engineering construction. ASNT 9th research symposium, Abstracts. Birmingham, Alabama USA, 2000. -P.93.

84. Mendecki A.J., ed., Seismic monitoring in mines, Chapman and Hall. London, 1997.-262.133

85. Mendecki, A.J., van Aswegen, G., Mountfort, P. A guide to routine seismic monitoring in mines. ISS International Ltd., 1998. 27.

86. Seismic sensors. Kinemetrics Inc., 1999 12.

87. Signal processing toolbox. User's Guide. Natick, MA: The Math Works, Inc., 1993.-378.

88. Trnkoczy, A. (1998) Understanding & setting STA/LTA trigger algorithm parameters for the K2, Kinemetrics Inc. 30.

89. Young R.P. Geotomography in the study of rockbursts and seismicity. In: Proceedings of the 2th international Congress on Rockburst and Seismicity in Mines (C. Fairhurst, ed.), Balkema, Rotterdam, 1990. 29-37.