[發(fā)明專利]一種基于聲音識別的煤礦井下探水鉆孔監(jiān)測方法與系統(tǒng)

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• 申請日: 2023-02-11
• 公開（公告）號: CN116206623A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設計）人: 孫繼平;周亞東;王云泉;喬沖;余星辰
• 申請（專利權）人: 中國礦業(yè)大學（北京）;中國中煤能源集團有限公司
• 主分類號: G10L25/48
• 分類號: G10L25/48;G10L15/06;G10L15/08;G08B21/18;G08B7/06;E21B49/00;G06V10/54;G06V10/74;G06Q50/02
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1.一種基于聲音識別的煤礦井下探水鉆孔監(jiān)測方法，其特征在于，包括：

在探水鉆孔設備上安裝礦用拾音器及其信號處理模塊，并采集探水鉆孔設備工作時的聲音信號；提取采集到的聲音信號的MFCC特征值，構成表征聲音信號的聲譜圖；根據預先構建的聲音識別模型，將實時采集聲音信號的聲譜圖，若所述的聲譜圖通過圖像紋理特征滿足設定條件時，可判別是否有水源；所述滿足設定條件包括滿足由能量、熵、對比度、相關性的均值構成的均值特征向量的相似性超過設定值且持續(xù)或增長情況、或滿足由能量、熵、對比度、相關性的標準差構成的標準差特征向量的相似性超過設定值且持續(xù)或增長情況、或滿足由能量、熵、對比度、相關性的均值和標準差構成的均值標準差特征向量的相似性超過設定值且持續(xù)或增長情況、或滿足支持向量機構建的判定模型的匹配識別結果，則判別有水源。

2.根據權利要求1所述的監(jiān)測方法，其特征在于，圖像紋理特征提取步驟為：

步驟1：假設圖像分辨率為N×N，計算圖片的灰度矩陣元素P(i，j，δ，θ)，

P(i，j，δ，θ)＝{(x，y)，(x+dx，y+dy)∈N×N|f(x，y)＝i，f(x+dx，y+dy)＝j}

式中：(x，y)表示參考點；(x+dx，y+dy)表示偏移點；f(x，y)＝i表示參考點的灰度值為i；f(x+dx，y+dy)＝j表示偏移點的灰度值為j；δ表示偏移點的偏移量；θ表示偏移點的偏移角度；

步驟2：提取的特征：能量(E)、熵(En)、對比度(Con)、相關性(Corr)等4個參數，其計算公式分別如下：

式中：

式中，L表示圖像的灰度級；i，j分別表示相素灰度；

步驟3：分別計算步驟2得到的能量、熵、對比度、相關性的均值和標準差。

3.根據權利要求1所述的監(jiān)測方法，其特征在于，對提取的聲譜圖的特征向量監(jiān)測的步驟為：

步驟1：實時采集探水鉆孔設備工作時的聲音信號；

步驟2：將采集到的聲音信號通過提取MFCC構成的聲譜圖，通過計算聲譜圖的灰度共生矩陣得到0°、45°、90°、135°的能量、熵、對比度、相關性，求其均值作為聲譜圖圖像紋理特征，構成該聲音的均值特征向量；

步驟3：將預先構建的聲音均值特征向量和實時采集聲音的均值特征向量帶入相似性計算公式，計算得到相似性C，計算公式如下：

其中，X_i為待測樣本聲音均值特征向量，Y_i為樣本庫聲音均值特征向量，分別為X_i、Y_i的平均值；

步驟4：將采集到的聲音信號通過提取MFCC構成的聲譜圖，通過計算聲譜圖的灰度共生矩陣得到0°、45°、90°、135°的能量、熵、對比度、相關性，求其標準差作為聲譜圖圖像紋理特征，構成該聲音的標準差特征向量；

步驟5：將預先構建的聲音標準差特征向量和實時采集聲音的標準差特征向量帶入相似性計算公式，計算得到相似性p，計算公式如下：

其中，Z_i為待測樣本聲音標準差特征向量，Y_i為樣本庫聲音標準差特征向量，分別為Z_i、Y_i的平均值；

步驟6：將采集到的聲音信號通過提取MFCC構成的聲譜圖，通過計算聲譜圖的灰度共生矩陣得到0°、45°、90°、135°的能量、熵、對比度、相關性，求其均值和標準差作為聲譜圖圖像紋理特征，構成該聲音的均值標準差特征向量；

步驟7：將預先構建的聲音均值標準差特征向量和實時采集聲音的聲音均值標準差特征向量帶入相似性計算公式，計算得到相似性q，計算公式如下：

其中，W_i為待測樣本聲音特征值矩陣，Y_i為樣本庫聲音特征值矩陣，為W_i、Y_i的平均值；

步驟8：將聲音的均值標準差特征向量輸入到預先構建的識別模型，得到識別結果；

步驟9：對實時采集的聲音信號的均值特征向量或標準差特征向量或均值標準差特征向量的相似性或識別模型的結果進行監(jiān)測，當實時采集的聲音均值特征向量或標準差特征向量或均值標準差特征向量的相似性或識別模型結果滿足判定有水源的設定條件時，則發(fā)出有水源的報警信號。