[發明專利]基于振動頻譜評價巖體等級的評價系統及方法

在審

• 申請號: 202010525349.2
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111898409A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 田湖南;王浩;焦玉勇;張國華;覃衛民;張秀麗;譚飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06F17/14;E21B49/00
• 代理公司: 武漢藍寶石專利代理事務所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 嚴超

本發明公開一種基于振動頻譜評價巖體等級的評價系統及方法。評價系統包括至少一加速度信號敏感元件、物聯網關及服務器；加速度信號敏感元件被構造為安裝在鑿巖機的鉆孔方向，并且獲取鑿巖機在一待驗巖體鉆孔時的振動加速度，加速度敏感元件根據振動加速度生成加速度信號；加速度信號敏感元件通過物聯網關發送加速度信號到服務器；服務器被構造為接收至少一個振動周期的加速度信號，并且根據加速度信號生成振動頻譜圖，服務器根據振動頻譜圖的主頻范圍評價待驗巖體的巖體等級。本實施例的評價系統能夠收集鑿巖機在鉆孔時產生的振動加速度數據，并且根據振動加速度數據獲取的振動頻譜圖來評價待驗巖體的巖體等級。

技術領域

本發明涉及巖土力學領域，具體而言，涉及一種基于振動頻譜評價巖體等級的評價系統及方法。

背景技術

鉆孔過程中鉆進與巖土體進行直接接觸，鉆機響應信息綜合反映了巖土體的力學性質，鑿巖鉆機響應信息中隱藏的大量地質資料，可用于分析、測定巖土體的力學參數和空間分布，是進行地層界面識別和圍巖級別劃分的重要參考指標。現階段在巖土工程領域的鉆機響應信息并沒有被充分收集和應用。

發明內容

本發明實施例至少公開一種基于振動頻譜評價巖體等級的評價系統。本實施例的評價系統能夠收集鑿巖機在鉆孔時產生的振動加速度數據，并且根據振動加速度數據獲取的振動頻譜圖來評價待驗巖體的巖體等級。

為了實現上述內容，所述評價系統包括至少一加速度信號敏感元件、物聯網關及服務器；所述加速度信號敏感元件被構造為安裝在鑿巖機的鉆孔方向，并且獲取所述鑿巖機在一待驗巖體鉆孔時的振動加速度，所述加速度敏感元件根據所述振動加速度生成加速度信號；所述加速度信號敏感元件通過所述物聯網關發送所述加速度信號到所述服務器；所述服務器被構造為接收至少一個振動周期的所述加速度信號，并且根據所述加速度信號生成振動頻譜圖，所述服務器根據所述振動頻譜圖的主頻范圍評價待驗巖體的巖體等級。

在本發明公開的一些實施例中，所述服務器根據所述加速度信號獲取一振動時域圖，并且快速傅里葉變換獲取所述振動時域圖為所述振動頻譜圖。

在本發明公開的一些實施例中，所述服務器根據所述主頻范圍及所述振動頻譜圖中所有頻譜分量的組合評價所述巖體等級。

在本發明公開的一些實施例中，所述服務器根據所述頻譜分量構建振幅數據集；所述服務器輸入所述振幅數據集到一在先配置的評價模型，獲取一輸出數據集；所述服務器根據所述輸出數據集評價待驗巖體的所述巖體等級；所述服務器驗證通過所述主頻范圍評價的所述巖體等級與通過所述評價模型評價的所述巖體等級的一致性。

在本發明公開的一些實施例中，所述服務器組合至少兩個振動周期的所述振幅數據集為數據矩陣；所述服務器通過主成分分析法降維所述數據矩陣為輸入矩陣；所述服務器輸入所述輸入矩陣到所述評價模型，獲取所述輸出數據集。

在本發明公開的一些實施例中，所述服務器配置所述評價模型為：配置輸入層、隱含層及輸出層，并且在一隨機范圍內隨機的配置輸入層、隱含層及輸出層的權值；選用先驗巖體的樣本矩陣及巖體等級作為評價模型的輸入值；選用后向傳遞算法比較所述輸出值與先驗巖體的巖體等級，用于更新所述輸入層、所述隱含層及所述輸出層的權值。

在本發明公開的一些實施例中，所述服務器根據選取處在所述主頻范圍內的所述頻譜分量為主頻分量，選取處在所述主頻范圍外的所述頻譜分量為外圍分量；所述服務器對所述主頻分量乘以一加權系數為加權分量；所述服務器根據所述加權分量及所述外圍分量重構所述振幅數據集。

本發明實施例至少公開一種基于振動頻譜評價巖體等級的評價方法。所述評價方法包括：獲取鑿巖機在一待驗巖體鉆孔時至少一個振動周期的振動加速度；根據所述振動加速度生成加速度信號；根據所述加速度信號獲取振動時域圖；傅里葉變換所述振動時域圖為振動頻譜圖；根據所述振動頻譜圖的主頻范圍評價待驗巖體的巖體等級。