声发射信号特征提取方法、识别方法、装置及存储介质.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113217102A(43)申请公布日2021.08.06(21)申请号202110537141.7(22)申请日2021.05.18(71)申请人广西中金岭南矿业有限责任公司地址545902广西壮族自治区来宾市武宣县桐岭镇湾龙村申请人中南大学(72)发明人李小元刘晖谢学斌刘涛张世东苏振华支伟曹胜祥潘立景陆维唐运坚(74)专利代理机构长沙市融智专利事务所(普通合伙)43114代理人胡喜舟(51)Int.Cl.E21F17/18(2006.01)E21F17/00(2006.01)权利要求书4页说明书20页附图11页(54)发明名称声发射信号特征提取方法、识别方法、装置及存储介质(57)摘要本发明公开了一种声发射信号特征提取方法、识别方法、装置及存储介质，其中特征提取方法包括：获取矿井声发射信号；将矿井声发射信号进行CEEMD分解，得到对应的多个第一IMF分量；对于多个第一IMF分量，基于相关系数和排列熵剔除其中的伪分量和噪声分量；将剩余的第一IMF分量重构，得到重构信号；将重构信号进行EMD分解，得到多个第二IMF分量；从多个第二IMF分量中选取预设的t个第二IMF分量并计算其预设尺度下的排列熵，构成特征向量。特征提取过程既能有效剔除伪分量和噪声分量，还能保留敏感特征；提高了后续矿井声发射信号的类别识别精度，可正确、及时识别围岩体声发射信号，为声发射监测系统准确预警提供依据。CN113217102ACN113217102A权利要求书1/4页1.一种声发射信号特征提取方法，其特征在于，包括：获取矿井声发射信号；将矿井声发射信号进行CEEMD分解，得到对应的多个第一IMF分量；对于多个第一IMF分量，将其中与矿井声发射信号的相关系数大于等于相关系数阈值的第一IMF分量保留，相关系数小于相关系数阈值的第一IMF分量剔除；同时将其中排列熵小于等于排列熵阈值的第一IMF分量保留，排列熵大于排列熵阈值的第一IMF分量剔除；将剩余的第一IMF分量重构，得到重构信号；将重构信号进行EMD分解，得到多个第二IMF分量；从多个第二IMF分量中选取预设的t个第二IMF分量并计算其预设尺度下的排列熵，构成特征向量。2.根据权利要求1所述的声发射信号特征提取方法，其特征在于，第k个第一IMF分量与矿井声发射信号的相关系数ρk通过如下公式计算得到：其中，xi表示矿井声发射信号X中第i个元素，表示矿井声发射信号X的元素平均值，yi表示第一IMF分量Y中第i个元素，表示第一IMF分量Y的元素平均值，N为矿井声发射信号X的元素序列长度；相关系数阈值ρ0通过如下公式计算得到：其中，max(ρk)表示多个第一IMF分量对应的相关系数中的最大值。3.根据权利要求1所述的声发射信号特征提取方法，其特征在于，第一IMF分量的排列熵通过如下方法得到：对于第k个第一IMF分量Y＝y(i),i＝1,2,…,N，对其进行相空间重构，得到矩阵：其中，m表示嵌入维数；τ为时间延迟因子；G为重构向量个数，G＝N‑(m‑1)τ；将重构后的序列按升序排列：其中，t表示索引的列数，πj＝{j1,j2,…,jm}表示重构后的序列中各元素原始位置索引，序列有m！种排列可能，统计每种排列出现的次数Nl，计算对应的概率定义第k个第2CN113217102A权利要求书2/4页一IMF分量的排列熵为：排列熵阈值H0通过如下公式计算得到：其中，max(Hk)表示多个第一IMF分量对应的排列熵中的最大值。4.根据权利要求1至3任一项所述的声发射信号特征提取方法，其特征在于，所述预设的t个第二IMF分量和预设尺度通过如下方法得到：获取该矿井的历史矿井声发射信号，包括围岩体声发射信号、爆破作业声发射信号、凿岩作业声发射信号和铲运机作业声发射信号；对每个历史矿井声发射信号进行CEEMD分解，得到对应的多个第一IMF分量；对于每个历史矿井声发射信号对应的多个第一IMF分量，将其中与该历史矿井声发射信号的相关系数大于等于相关系数阈值的第一IMF分量保留，相关系数小于相关系数阈值的第一IMF分量剔除；同时将其中排列熵小于等于排列熵阈值的第一IMF分量保留，排列熵大于排列熵阈值的第一IMF分量剔除；将剩余的第一IMF分量重构，得到重构信号；将每个历史矿井声发射信号对应的重构信号进行EMD分解，对应得到多个第二IMF分量；选取预设尺度区间对所有历史矿井声发射信号对应的第二IMF分量进行多尺度排列熵计算，确定区分度最大的尺度值，该尺度值作为预设尺度；选择该尺度下第二IMF分量的排列熵中区分度最大的t个第二IMF分量，将该t个第二IMF分量作为预设的t个第二IMF分量。5.根据权利要求4所述的声发射信号特征提取方法，其特征在于，多尺度排列熵的计算方