[發明專利]一種基于改進K-means的微震信號聚類方法及裝置

有效

• 申請號: 202010734874.5
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN112529031B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 丁琳琳;張明;潘一山;孫明馨;陳澤;劉媛媛;劉麗;侯俊敏
• 申請（專利權）人: 新汶礦業集團有限責任公司
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G01V1/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于改進K?means的微震信號聚類方法及裝置，所述方法包括以下步驟：S1、將微震信號傳入到K?means控制機中，生成樣本數據和初始聚類中心；S2、計算樣本數據與初始聚類中心之間的DTW距離；S3、比較DTW距離大小，標注標簽后進行第一次聚類，將第一次聚類得到的結果傳給DBA更新器中，得到新的聚類中心；S4、比較初始聚類中心與更新后的聚類中心是否相等，若是，則執行步驟S5，若否，則執行步驟S6；S5、輸出聚類結果；S6、返回步驟S3?S4，進行下一次聚類。本發明更適用于微震信號聚類分析，最大程度保留了波形的特征，其處理效率高、可靠性好。

技術領域

本發明涉及數據挖掘技術領域，尤其涉及一種基于改進K-means的微震信號聚類方法及裝置。

背景技術

煤礦生產過程中通常存在頂底板斷裂、卸壓與掘進爆破，均使得巖體受到外力的影響并釋放能量而產生持續一段時間的震動。通常對于振動頻率小于100Hz，事件能量在103～1011J的震動波稱為微震。在煤巖變形破裂的過程中所產生的微震信號具有時間短、突變快的特性。礦井爆破和機械振動等外界環境因素的干擾噪聲也會在一定程度上影響到微震信號的波形形態，導致信號失真。綜上，微震信號的傳播過程中會受到很多因素的干擾，故需要對其進行深入研究。

隨著開采深度的增加和采空區面積的擴大，礦山微震的發生越來越頻繁。微震監測系統在礦山領域中得到了廣泛應用，主要包括室內柜式微震監測系統、野外懸掛式微震實時監測系統以及地表淺埋式WiFi微震實時監測定位系統。微震監測系統連續不斷地產生大量的微震信號，常常也伴隨著各種各樣的噪聲信號。由于微震事件受干擾較多，呈現不同類型，無論是對于微震事件的處理還是對事故發生后復工復產的方案制定都需要對微震事件的類型進行判識。目前國內外研究學者對微震信號的研究已經逐漸深入，通過微震信號的非線性非平穩的特征，小波分析和經驗模態分解方法在對微震信號的特征提取研究方面有了很大的進展，微震波到時可以通過滑動平均值法、STA\LTA方法、分形方法等方法實現。所提出的這種聚類裝置能夠實現對微震信號的有效聚類。微震信號聚類分析借助聚類算法的理論支撐，不僅可以發現微震事件的潛在特征還能夠有效地降低人工劃分的主觀性，能夠發現微震事件的活動規律和分布特征。由于微震信號是一種非平穩非線性信號，發現其潛在分布特征相對較難，傳統的K-means算法僅能夠針對數據點集進行分析聚類，因此所提出的裝置中將處理時間序列數據的DTW(Dynamic Time Warping，動態時間歸整算法)距離與K-means相結合來對微震事件聚類。綜上所述，從大量的微震信號中挖掘有用的信息，對微震事件做出預測性的判斷已經成為研究的熱點與難點。

發明內容

本發明主要是解決現有技術中所存在的技術問題，從而提供一種適用于微震信號聚類分析、處理效率高、可靠性好的基于改進K-means的微震信號聚類方法及裝置。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

本發明提供的基于改進K-means的微震信號聚類方法，其包括以下步驟：

S1、將微震信號傳入到K-means控制機中，生成樣本數據和初始聚類中心；

S2、計算樣本數據與初始聚類中心之間的DTW距離；

S3、比較DTW距離大小，標注標簽后進行第一次聚類，將第一次聚類得到的結果傳給DBA更新器中，得到新的聚類中心；

S4、比較初始聚類中心與更新后的聚類中心是否相等，若是，則執行步驟S5，若否，則執行步驟S6；

S5、輸出聚類結果；

S6、返回步驟S3-S4，進行下一次聚類。

進一步地，所述步驟S1之前包括步驟：

S0、對微震信號進行人工標注，人工標注方式包括更改文件名格式。