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专利号: 2020108212117
申请人: 广西大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.拉剪倾倒式岩溶危岩失稳预警的声发射多前兆方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1:采用频率≥10000Hz的声发射信号作为监测手段,选定包括拉信号占比、主频带、撞击数的时间分形维数以及振铃计数率4种声发射特征作为拉剪倾倒式岩溶危岩失稳崩塌预警综合声发射前兆特征指标,分别制定4种声发射特征与拉剪倾倒式岩溶危岩稳定性等级评分规则,进而制定4种声发射前兆特征指标与危岩稳定性等级的综合关系规则;

步骤2:从室内试验及现场实例声发射监测实例中,收集关于拉剪倾倒式岩溶危岩失稳崩塌演化各阶段4种声发射信号前兆特征,由此建立机器学习样本集;

步骤3:利用机器学习训练样本集,根据交叉验证策略,训练IVM分类模型,由此构建多个声发射前兆特征与稳定性等级的非线性映射关系;

步骤4:对于新的需要预警的拉剪倾倒式岩溶危岩体,通过声发射设备采集的数据,根据评分规则表获得相应的4种声发射前兆特征的评分,由此构建4维的特征指标向量,并将其输入至训练好的IVM分类模型,得到新拉剪倾倒式岩溶危岩体的模型预测结果,即稳定性等级及预测方差;

步骤5:根据新拉剪倾倒式岩溶危岩的预测方差,定量化评估IVM分类模型预测结果的不确定性大小。

2.根据权利要求1所述的拉剪倾倒式岩溶危岩失稳预警的声发射多前兆方法,其特征在于,所述声发射拉信号占比前兆特征提取特征为:将声发射信号波形进行四层变分模态分解,得到第四模态信号;再求解第四个模态信号的样本熵,并提取声发射信号波形中的幅度,将幅度与样本熵绘制成以函数y=‑20x+70为界限的散点图,以幅度与样本熵的总均值点位置定性判别信号拉剪类别;最后利用幅度与样本熵所组成的机器学习样本集构建基于IVM智能预测方法的拉剪识别模型辨别破裂信号类型,得到拉信号占比特征。

3.根据权利要求1所述的拉剪倾倒式岩溶危岩失稳预警的声发射多前兆方法,其特征在于,所述声发射主频带前兆特征提取特征为:将声发射信号各波形文件进行FFT变换得到对应的二维频谱图;再从声发射波形文件频谱图中提取其频谱特征值,即主频值及对应的幅值大小;最后将各波形文件主频值与幅值按照时间序列,绘制整个过程三维主频演化图,即主频带特征。

4.根据权利要求1所述的拉剪倾倒式岩溶危岩失稳预警的声发射多前兆方法,其特征在于,所述声发射撞击数的时间分形维数前兆特征提取特征为:计算各声发射信号波形文件的撞击数时间分布的相关积分C(t);利用各声发射波形文件相关积分C(t)求解各时间段的撞击数的时间分形维数Dt特征。

5.根据权利要求1所述的拉剪倾倒式岩溶危岩失稳预警的声发射多前兆方法,其特征在于,所述声发射振铃计数率前兆特征提取特征为:将声发射信号波形文件进行阈值活跃度设置,得到各时间段的振铃计数大小;再利用振铃计数求解单位时间的振铃计数变化程度,即振铃计数率特征。

6.拉剪倾倒式岩溶危岩失稳预警的声发射多前兆装置,其特征在于,包括:

信号采集单元:用于实时采集拉剪倾倒式岩溶危岩的声发射信号;

信号传输单元:用于传输拉剪倾倒式岩溶危岩声发射信号数据;

信号处理单元:用于对拉剪倾倒式岩溶危岩声发射信号进行实时预处理、分析,以提取拉剪倾倒式岩溶危岩失稳崩塌各阶段声发射信号多种前兆特征;

IVM分类模型单元:用于根据所提取的声发射信号的拉剪倾倒式岩溶危岩失稳的拉信号占比、主频带、撞击数的时间分形维数以及振铃计数率4种前兆特征及稳定性等级,构建IVM分类模型4维特征向量样本,并利用样本训练及建立声发射多前兆的拉剪倾倒岩溶危岩稳定性等级综合识别的IVM分类模型,进而对监测危岩体稳定性等级进行预测及其预测不确定性进行定量化评估;

灾害预警单元:用于将所述IVM分类模型预测结果传送至危岩管理者。

7.根据权利要求6所述的拉剪倾倒式岩溶危岩失稳预警的声发射多前兆装置,其特征在于,所述信号处理单元包括:信号预处理子单元:用于将接收拉剪倾倒式岩溶危岩声发射信息进行有效提取、除噪操作,以得到简洁、干净、质量高的声发射信号;

前兆特征提取子单元:用于对预处理后的声发射信号进行波形、频谱、活跃度的多种特征分析,以提取拉信号占比、主频带、撞击数的时间分形维数、振铃计数率4种声发射信号前兆特征,并根据制定拉剪倾倒式岩溶危岩的声发射前兆特征与稳定性等级的分级管理规则,依据4种声发射前兆特征指标所处的特征,将其量化为特定的危险等级。

8.根据权利要求6所述的拉剪倾倒式岩溶危岩失稳预警的声发射多前兆装置,其特征在于,所述IVM分类模型单元包括:IVM分类模型建立算子单元:用于以声发射的拉剪倾倒式岩溶危岩失稳的拉信号占比、主频带、撞击数的时间分形维数以及振铃计数率4种前兆特征及其稳定性等级构成训练样本,并采用交叉验证策略训练声发射多前兆的拉剪倾倒岩溶危岩稳定性等级综合识别的IVM分类模型,根据其训练及测试准确性调整IVM分类模型初始参数及训练样本,以得到具有良好性能的IVM分类模型;

IVM分类模型检验算子单元:用于根据所述IVM分类模型输出的测试样本各采样样本预测结果及预测方差,对测试样本的预测误差来进行IVM分类模型的可行性检验;

IVM分类模型预测算子单元:用于将实时采集的拉剪倾倒式岩溶危岩声发射信号进行量化、分析、提取后得到的声发射多种前兆特征来建立模型特征向量,输入至IVM分类模型中,得到拉剪倾倒式岩溶危岩识别稳定性等级及其预测方差;

预测不确定性评估算子单元:用于对IVM分类模型输出的拉剪倾倒式岩溶危岩预测结果不确定性进行定量化评估,得到其不确定性等级。