微地震技術在銀行金庫監控系統中的應用研究

劉 珺，劉 亞

（北京航空航天大學，北京 100191）

微地震技術在銀行金庫監控系統中的應用研究

劉 珺，劉 亞

（北京航空航天大學，北京 100191）

針對當前銀行金庫監控系統存在的不足，提出將微地震技術應用到銀行金庫監控系統中。介紹了微地震監測技術及定位算法，重點闡述了微地震定位實驗，將定位結果與實際震源點位置進行比較，證明了將微地震技術應用到銀行金庫監控系統中的可行性。

微地震；監測；銀行；定位

近幾年，采用地下掘進方式進行盜竊的案例越來越多。這類盜竊案件頻繁發生，主要原因是現有監控系統存在不足[1]。

目前，銀行在金庫中采用攝像機和拾音器進行實時監控，當攝像機發現不明身份的人或拾音器聽到異常的聲音時，將報警信號傳送到監控主機，主機啟動聲光報警裝置可直接接通110專線[2]。而這種系統存在兩種不足：（1）攝像機觀察范圍和拾音器的拾音范圍相對較小；（2）拾音器只能采集到異常的聲音信號，確定不了信號源的位置。

1 微地震監測技術

微地震監測技術是以聲發射學和地震學為基礎，通過觀測分析生產活動中所產生的微小地震事件來監測生產活動的影響效果及地下狀態的地球物理技術。

1.1 微地震技術的應用

地球物理學研究的不斷發展和數字化地震監測技術的廣泛應用，為研究小范圍內信號微弱的微地震事件提供了技術支持。國外的一些公司與大學合作，對微地震監測技術進行了一些工程應用實驗[3]。這些實驗主要是為了將微地震監測技術應用到地下巖石工程（如地熱、水壓致裂[4]、水庫大壩、石油、核廢料處理等）中。

1997年，美國科學家針對德州東部棉花谷（cotton valley）水壓致裂的情況進行了一次微地震成像現場實驗。該實驗表明微地震成像技術具有經濟、實用、分辨率高、監測范圍廣和操作方便等優點。

針對德州、肯塔基州、新墨西哥州等地的不同深度（1 000～3 000 m）、不同巖性的地熱和石油誘發微地震的情況，W.Scott Phillips等人進行了10 000多次微地震試驗，結果顯示微地震監測技術能夠較好地分辨破裂模式[5]。

南非的科學家在威特沃特斯蘭德地區和Leeudoom幾個黃金礦區采集了300 000個微地震事件。使用累積震矩和體積內斂間的對應關系對其進行了研究。研究發現不同的地質構造產生的微地震事件有所不同。

1.2 微地震定位及算法

微地震監測技術的一個主要任務是確定震源的位置。微地震監測技術通過震源點的位置分布和震源機制（剪切斷裂或張性斷裂）等特征來預測是否將發生事故。例如：對澳大利亞Gordonstone煤礦進行微地震監測，其導水裂隙帶分界線形似馬鞍狀，推斷出該礦區采煤造成的巖石破裂不會延展到煤層頂板上方的含水層[6]。微地震監測還被應用到軍事地下工事的探測，用于測定軍事車輛的類別和數量。

微地震技術通常采用P波定位，原因是P波在巖體中傳播速度最快而且易于識別。采用此法定位時，假設巖層是均勻速度模型，P波傳播速度為已知，同時要在至少四個以上不同地點布設監測臺站（如圖1）[7]。P1、P2、P3、P4 為四個監測點，q點為震源的位置，S1、S2、S3、S4為震源點和監測點之間的距離。

圖1 定位原理圖

通過計算列出求解震源的方程組為：

在方程組中，接收到信號的時刻 ti（i=1，2，3，4）和傳播速度V都是已知的，通過方程組可以解出震源的起震時刻 t0和震源坐標（x0，y0，z0），即確定了震源的位置。

2 人員敲擊定位實驗

本節使用人員敲擊水泥地面模擬盜竊犯挖掘地道產生的振動，通過比較實際敲擊點的位置與軟件定位的位置驗證將微地震監測技術應用到銀行監控系統中的可行性。

試驗使用環洲HZ-MS48型微地震監測系統，經測定P波在該介質中的傳播速度為3 400 m/s。敲擊點實際位置為（13.5，20.5，0），敲擊時間間隔為 2～3 s。試驗測得的人員敲擊的波形如圖2所示。從圖中可以看到，人員敲擊產生的波形很清晰。用Siroseis軟件對接收到的波形進行定位，得到敲擊點的位置坐標為（16，20，0），如圖3。將軟件定位結果與敲擊點的實際位置進行比較，見表1。通過對比可以看出軟件定位結果與敲擊點的實際位置之差最大為2.5 m。因為該軟件定位結果輸出為整數，所以定位結果的實際誤差小于2.5 m。微地震定位的最小誤差范圍為5 m，試驗得到的結果在誤差允許范圍內，2.5 m的范圍已經可以滿足銀行金庫監控系統發現地下掘進盜竊分子的需要。以上試驗證明了將微地震監測進行應用到銀行金庫系統的可行性。

圖2 敲擊信號典型波形圖

圖3 敲擊微地震事件定位結果

表1 軟件定位與實際位置對比

3 影響微地震定位精度的因素

影響微地震定位精度的因素有很多，歸結起來主要有以下幾個方面：

（1）速度模型產生的誤差。現在的定位方法大多假設地震波是在均勻的、各向同性的介質中傳播，而實際情況并非如此，這就導致了波速誤差，從而影響定位效果。

（2）走時計算產生的誤差。現行的絕大多數定位算法都是在計算走時殘差方差的極小值基礎上進行的，走時誤差直接引起了定位誤差。

（3）計算誤差。受地震波反演固有的限制，不充分的觀測數據及觀測數據中存在的誤差和噪音使得反演結果具有不唯一性。

（4）與震源有關的誤差。微地震定位時常把震源看成是一個點，但有一些震源有一定的破裂長度。這樣的震源根據不同的破裂方式產生微震能量有所不同，當能量較小時，離震源點較近距離的監測臺站，可以較好地接收到震源點產生的微地震波；而相對較遠的監測臺站，則不能較好地接收到來自震源點的微地震波，也可能接收到的是非初始破裂點產生的地震波，從而引起定位誤差。

本文介紹了微地震監測技術的應用現狀及其定位原理，將微地震監測技術應用到銀行金庫的監控系統中。微地震監測技術本身的性質和震源定位的算法保證了研究的可行性。微地震定位實驗的定位結果進一步印證了這種方法的可行性。

[1]平健，李仕雄，夏媛媛.微地震技術在銀行金庫監控系統中的應用[J].微計算機信息，2010（7）：101-103.

[2]李艷萍.某人民銀行金庫監控系統設計方案[J].中國公共安全，2004（2）：106-108.

[3]趙向東，陳波，姜福興.微地震工程應用研究[J].巖石力學與工程學報，2002，21（增 2）：2609-2612.

[4]BLOCK LV，CHENG CH，FEHLER M C，etal.Seismic Imaging Using Micro-earthquakes Induced by Hydraulic Fracturing[J].Geophysics，1994，59（1）：102-112.

[5]PHILIPS W S，RUTLEDGE J T，HOUSE L S，et al.Induced Mircoearthquake Patterns in Hydrocarbon and Geothermal Reservoirs：Six Case Studies[J].Pure Appl.Geophys，2002（159）：345-369.

[6]于克君，駱循，張興民.煤層頂板“兩帶”高度的微地震監測技術[J].煤田地質與勘探，2002，30（1）：47-51.

[7]平健，李仕雄，陳虹燕，等.微震定位原理與實現[J].金屬礦山，2010（1）：167-169.

Application of the mircoseismic monitoring technology in the monitoring and control system of the bank

Liu Jun，Liu Ya

（Beihang University，Beijing 100191，China）

The paper proposed micro-seismic technology to bank vaults monitoring system for the current monitoring system deficiencies.Introduced some micro-seismic monitoring and positioning algorithms，focusing on the micro-seismic and positioning.Proved the feasibility of applying seismic technology to bank vault monitoring system through the comparison of the results and actual focal point.

micro-seismic；monitoring；bank；location

TP277

A

1674-7720（2011）01-0077-03

2010-07-14）

劉珺，女，1985年生，碩士研究生，主要研究方向：信息系統項目管理。

劉亞，男，1983年生，碩士研究生，主要研究方向：信息系統項目管理。