[發明專利]一種基于聲音識別的煤礦井下探水鉆孔監測方法與系統

在審

• 申請號: 202310187184.6
• 申請日: 2023-02-11
• 公開（公告）號: CN116206623A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（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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本發明提供了一種基于聲音識別的煤礦井下探水鉆孔監測方法與系統，本發明通過在煤礦井下探水鉆孔上設置聲音傳感器，采集并監測煤礦井下探水鉆孔過程中的聲音，通過提取采集聲音的聲譜圖，當監聽的聲音特征滿足設定條件后，進入報警狀態。本發明實施簡單，可快速準確判斷是否存在安全隱患，實現隨鉆隨測，對不符合要求的操作，能夠及時制止，嚴防事故的發生。

技術領域

本發明涉及一種基于聲音識別的煤礦井下探水鉆孔監測方法與系統，該方法涉及聲音感知，聲音識別與通信等領域。

技術背景

為杜絕重大水害事故的發生，需在對相關煤層進行開采前需要用鉆孔機進行鉆孔試驗。目前，現有探水鉆孔技術已被廣泛的應用，但由于存在現場工作環境惡劣、設計不當、措施不力、管理不善和人員思想麻痹等原因，導致探測結果存在誤報和漏報等問題。為了有效改進探水鉆孔技術，實現對水源的精確感知，實現隨鉆隨測，對不符合要求的操作，能夠及時制止，嚴防事故的發生。

發明內容

本發明為了實現對水源的精確感知，實現隨鉆隨測，能夠及時制止不符合要求的操作，嚴防事故的發生。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于聲音識別的煤礦井下探水鉆孔監測方法與系統，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。

本發明采用的技術方案如下：

本發明一方面提供一種基于聲音識別的煤礦井下探水鉆孔監測方法，包括：

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：