[發明專利]基于聲音幀能量的礦井爆炸災害聲音識別與報警方法

有效

• 申請號: 202110083008.9
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112855270B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 孫繼平;余星辰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;G10L25/03;G10L25/51
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于聲音幀能量的礦井爆炸災害聲音識別與報警方法，其特征在于，包括：

在煤礦井下重要監測區域放置聲音采集設備，并采集所在區域的聲音信號；通過計算監測到聲音的聲音幀能量獲取聲音特征，進行聲音識別，當監測區域的聲音特征滿足礦井爆炸聲音的設定條件時，則進行礦井爆炸災害報警處理；所述滿足礦井爆炸聲音的設定條件包括滿足監測聲音的聲音幀能量指紋誤碼率或滿足監測聲音的聲音幀能量HMM模型的最佳路徑的最大距離超過設定值，且持續或增長情況滿足設定條件；

其中，對所述聲音幀能量指紋進行監測的步驟包括：

步驟1：實時監測根據實時聲音的聲音幀能量指紋與預先構建的聲音幀能量指紋樣本庫誤碼率BER，若BER₀≤H₀，則判定聲音異常，并進入預警狀態，H₀為實驗測得或人為設定的第一報警閾值；

步驟2：在預警狀態下，間隔設定時間后再次監測實時采集的聲音信號的幀能量指紋與預先構建的聲音幀能量指紋樣本庫的誤碼率BER₁，若BER₁≤H₁或BER₁-BER₀≥H₂,則進行礦井爆炸報警處理，否則，退出預警狀態；其中，H₁為實驗測得或人為設定的第二報警閾值，H₂為設定的第三報警閾值。

2.根據權利要求1所述的基于聲音幀能量的礦井爆炸災害聲音識別與報警方法，其特征在于，其監測步驟包括：

步驟1：實時采集煤礦井下監測區域的聲音信號；

步驟2：將采集的實時聲音通過分幀處理，提取聲音信號的每一幀能量，構建當前采集聲音的聲音幀能量指紋，幀能量計算公式如下式所示：

其中，h(n)＝w²(n)，w(n)為窗口函數，x(m)為第m幀聲音，n為聲音的總幀數，m為第m幀音頻；

聲音指紋構建公式計算如下：

其中，F(s，t)為第s個子帶，第t個頻帶的比特位；E(i，j)為第i個子幀，第j個頻帶的能量，E(i，j+1)為第i個子幀，第j+1個頻帶的能量，E(i-1，j)為第i-1個子幀，第j個頻帶的能量，E(i-1，j+1)為第i-1個子幀，第j+1個頻帶的能量；

步驟3：將預先構建的聲音幀能量指紋和實時聲音信號的聲音幀能量指紋帶入進行比對，計算得到誤碼率，誤碼率計算公式如下：

其中，BER為誤碼率，H為識別聲音幀能量指紋與聲音幀能量指紋庫比對比特位不同的個數，s為子幀個數，t為頻帶個數；

步驟4：根據預先構建的基于聲音幀能量的HMM模型，將實時聲音信號的幀能量值帶入基于聲音幀能量的HMM模型進行識別匹配，得到最佳路徑中的最大距離；

步驟5：對聲音幀能量指紋誤碼率或基于聲音幀能量的HMM模型的匹配結果進行監測，若所述聲音幀能量指紋誤碼率或基于聲音幀能量的HMM模型的最佳路徑的最大距離滿足預設報警條件，則發出爆炸災害報警信號。