[發明專利]一種巖體破裂信號與爆破振動信號的非線性識別方法

有效

• 申請號: 201610110718.5
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105740840B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 董隴軍;李夕兵;尚雪義;王澤偉;周勇勇;劉棟
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 楊萍

1.一種巖體破裂信號與爆破振動信號的非線性識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：導入原始巖體微震信號時間序列x(n)

導入原始巖體微震信號的時間序列x(n),n＝1,2,…,N，其中N為巖體微震信號的總采樣點數，取N＝4000～7000，巖體微震信號采樣頻率f＝4000～7000Hz；

步驟2：EMD分解歸一化后的巖體微震信號；

2.1采用公式x^*(n)＝x(n)/|x_max(n)|歸一化處理原始巖體微震信號，其中x^*(n)為歸一化后的巖體微震信號，|x_max(n)|為最大振幅的原始巖體微震信號的絕對值；

2.2采用EMD分解(經驗模態分解)公式(1)對歸一化后的巖體微震信號進行分解，得到本征模態分量IMF_j；

式中，x^*(n)為歸一化后的巖體微震信號，IMF_j為EMD分解得到的第j個本征模態分量，IMF_j(n)為IMF_j第n點的值，r_m(n)為EMD分解得到的殘余項，m為本征模態分量的個數；

步驟3：SVD分解得到特征矩陣奇異值σ_i(i＝1,2,…,r)

3.1采用式(2)計算各個本征模態分量IMF_j與歸一化后的巖體微震信號的相關系數co(j)，進而根據相關系數co(j)的大小篩選得到主要本征模態分量；

其中，

3.2采用SVD分解公式(3)(奇異值分解)計算篩選后得到的本征模態分量構成矩陣X＝[c₁c₂…c_r]^T的奇異值σ_i(i＝1,2,…,r)，其中，c₁,c₂,…,c_r為篩選后得到的本征模態分量，r為篩選后得到的本征模態分量個數，T為矩陣的轉置；

式中，U、V分別為r×r和N×N階的正交矩陣；S為r×N階的斜對角線矩陣，即其中，σ＝diag(σ₁,σ₂,…,σ_r)，是對角線元素為σ₁,σ₂,…,σ_r的對角矩陣；

σ_i(i＝1,2,…,r)為矩陣X的奇異值，且σ₁≥σ₂≥…≥σ_r；

步驟4：使用Logistic回歸模型計算信號為爆破振動信號的概率p(Z)；

分別選取巖體破裂信號與爆破振動信號的M組數據作為Logistic回歸模型的訓練數據，將步驟3.2求得的σ₁,σ₂,…,σ_r作為巖體微震信號識別的自變量；Z作為巖體微震信號識別的因變量，設定Z＝1表示信號為爆破振動信號，Z＝0表示信號為巖體破裂信號，使用最大似然估計法求得Logistic回歸模型的參數β₀,β₁,β₂,…,β_r；

Logistic回歸模型為：

p(Z)＝1/(1+exp(-Z))＝1/(1+exp(-(β₀+β₁·σ₁+β₂·σ₂+…+β_r·σ_r)))(4)

其中，β₀為常數項，β₁,β₂,…,β_r為與自變量σ₁,σ₂,…,σ_r有關的參數；

步驟5：根據p(Z)的大小識別巖體微震信號。

2.根據權利要求1所述的巖體破裂信號與爆破振動信號的非線性識別方法，其特征在于，所述步驟3中，篩選相關系數co(j)≥0.03的本征模態分量作為主要本征模態分量。