具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供基于微震监测系统的落石冲击定位装置，如图1所示。该装置包括信号采集模块、存储模块、分析模块、通信模块和显示模块，信号采集模块与存储模块通过通信模块进行连接，将采集的波信号传输到存储模块进行保存和分析，存储模块、分析模块和显示模块依次连接。

信号采集模块，用于采集落石滚动过程中由于撞击产生的震动波信号和声波信号。信号采集模块包括震动波信号采集单元和声波信号采集单元，震动波信号采集单元用于采集震动波信号，声波信号采集单元用于采集所述声波信号。震动波信号采集单元和声波信号采集单元均通过通信模块与存储模块连接，将采集到的震动波信号和声波信号传输到存储模块进行存储，为后续的信号分析提供数据基础。本实施例中，震动波信号采集单元采用微震传感器，声波信号采集单元采用声波传感器，微震传感器和声波传感器根据所要检测地点面积的需要进行均匀铺设，并且在铺设时微震传感器和声波传感器具有相邻性，包围性，从而保证信号采集的有效性。

分析模块包括震动波分析单元、声波分析单元和综合分析单元，震动波分析单元用于提取所述震动波信号的峰值，计算撞击能量，基于撞击能量，确定震动特征置信度；声波分析单元用于对所述声波信号采用小波阈值的方法进行去噪，对去噪后的所述声波信号进行特征提取，获得波峰和波谷，基于波峰和波谷计算斜率，获得形态特征置信度；综合分析单元用于根据若干震动特征置信度确定震动轨迹，根据若干形态特征置信度确定声音轨迹，结合震动轨迹和声音轨迹，生成落石位置区域预估报告，获得落石冲击位置。

在本实施例中，为方便在监测地的数据传输，通信模块采用无线通信、4G网络协议通信或5G网络协议通信，满足野外通信的需求，并且不需要架设线路，便于实现。同时，为保证定位工作的顺利实施，该定位装置还包括电源模块，用于为所述信号采集模块供电，电源模块采用锂电池，并且采用太阳能充电装置为锂电池进行充电。

还提供一种基于微震监测系统的落石冲击定位方法，在本实施例中，该方法的实施需要利用定位装置。如图2所示，该方法包括以下步骤：

S1、采集落石撞击过程中的震动波信号和声波信号。

在隧道或者边坡等地是环境下，其上覆盖的岩石等石质物由于受到内外部作用力的挤压、长期水分侵蚀等因素，会造成岩石的崩塌掉落，在岩石掉落过程中会产生滚动碰撞现象，在这一过程中生成震动波和声波。因此，利用震动波信号采集单元和声波信号采集单元能够分别采集到落石崩塌滚动至停止过程中的震动波信号和声波信号，并将采集到震动波信号和声波信号进行存储。

S2、对震动波信号进行分析，获得震动波信号的震动特征置信度。

定位装置中的震动波分析单元对存储的震动波信号进行分析，提取震动波信号的峰值信息，利用峰值与撞击能量的关系，将峰值转换为峰值所在点的撞击能量，即落石与阻挡物碰撞时的能量值，该能量值即为震动特征置信度。在落石滚动过程中同一时间区域内，震动波信号会被若干震动波信号采集单元采集到，会产生若干震动特征置信度，将所有产生震动特征置信度的震动波信号采集单元进行标注。在这一过程中，还需要比较所有震动特征置信度，选择最大的震动特征置信度，在标注时，产生该震动特征置信度的震动波信号采集单元与其他震动波信号采集单元使用不同的颜色，本实施例中，该震动波信号采集单元使用红色标注，并标注其震动特征置信度和时间域，其他震动波信号采集单元采用黄色进行标注，并标注其震动特征置信度。

S3、对声波信号进行分析，获得声波信号的形态特征置信度。

定位装置中的声波分析单元对存储的声波信号进行分析，为保证分析的准确性，在分析之前，利用小波阈值的方法对声波信号去噪，对去噪后的声波信号进行分析，提取声波信号的完整波形，确定波峰和波谷，利用波峰或者波谷，计算斜率，该斜率即为声波的形态特征置信度。在落石滚动过程中同一时间区域内，声波信号会被若干声波信号采集单元采集到，会产生若干形态特征置信度，将所有产生形态特征置信度的声波采集单元进行标注。在这一过程中，还需要比较所有形态特征置信度，选择最大的形态特征置信度，在标注时，产生该形态特征置信度的声波信号采集单元与其他声波信号采集单元使用不同的颜色，本实施例中，该声波信号采集单元使用蓝色标注，并标注其形态特征置信度和时间域，其他声波信号采集单元采用绿色进行标注，并标注其形态特征置信度和时间域。

S4、基于震动特征置信度和形态特征置信度，生成落石位置区域预估报告，获得落石冲击位置。

在本实施例中，将需要进行落石监测的区域根据其地理信息预先绘制三维或者二维地形图，并将埋设的震动波信号采集单元和声波信号采集单元的位置在地形图上进行标示。将所有标注为红色的震动波信号采集单元用红色的线进行连接，形成震动波轨迹，将所有标注为蓝色的声波信号采集单元用蓝色的线进行连接，形成声波轨迹。在这一过程中，将同一时间域内的其他震动特征置信度进行排序，并按照连续时间域内相同排位将震动波信号采集单元用黄色的线进行连接，再将同一时间域内的其他形态特征置信度进行排序，并按照连续时间域内相同排位将声动波信号采集单元用绿色的线进行连接。比较红色线与蓝色线的轨迹走势，如果走势一致则结合地理位置，生成落石位置区域预估报告，获得落石冲击位置。另外还需要比较黄色线、绿色线与红色线、蓝色线的走势，如果走势一致或者从延续较短则将相应的黄色线或绿色线删除，如果黄色线或绿色线与红色线、蓝色线的起点差距较大或者走势差距也较大时，并且黄色线与绿色线走势相同，则该黄色线、绿色线予以保留，同时在落石位置区域预估报告中呈现，这表明落石在滚动过程中产生了开裂，或者由于撞击产生了其他落石，形成了多个落石的轨迹，这些落石能够同时在一份落石位置区域预估报告中进行定位。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。