CN112051548A - 一种岩爆监测和定位方法、装置和系统 - Google Patents
一种岩爆监测和定位方法、装置和系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112051548A CN112051548A CN202010800691.9A CN202010800691A CN112051548A CN 112051548 A CN112051548 A CN 112051548A CN 202010800691 A CN202010800691 A CN 202010800691A CN 112051548 A CN112051548 A CN 112051548A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rock burst
- sound
- data
- frequency spectrum
- signals
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 124
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 claims abstract description 82
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 61
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 10
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 8
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 210000005069 ears Anatomy 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
- G01S5/20—Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
- G01S11/14—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明涉及一种岩爆监测和定位方法、装置和系统，包括如下步骤：S1.获取巷道内来自各个方位的声音信号；S2.采用阵列定位技术对获取的声音信号进行定距和定方位，去除声音信号中距离和方位为非岩爆区的噪声信号；S3.采用自相关技术对去除非岩爆区的噪声信号进行降噪处理去除环境噪声干扰；S4.采用声波频谱分析技术对去除环境噪声干扰后的声音信号进行频谱分析，获得声音信号的幅值谱图数据；S5.当幅值谱图数据中出现与岩爆前的频谱特征数据相匹配的频谱数据时，获取频谱数据所对应声音信号的距离和方位并进行岩爆预警。实现了对巷道岩爆现象进行实时声波监测，降低了噪声的干扰，提高声波预警的准确率。
Description
技术领域
本发明属于岩爆预警技术领域，具体涉及一种岩爆监测和定位方法、装置和系统。
背景技术
在采矿、交通建设和水电工程中，经常需要挖掘巷道。在出现脆性围岩的情况下，因为巷道的出现，围岩原有的三维平衡受力，受到了破坏，因为引起了围岩中的局部应力集中。因为围岩的脆性，这种持续应力集中的结果，就是围岩的爆炸性地散射飞出，也就是岩爆现象。
岩爆现象对于施工中的人员和设备是个大风险，因此需要对巷道围岩进行监测和预警，防止事故的发生。目前有三类技术，作为岩爆的监测和预警技术。它们分别是声波技术、微震技术和红外技术。这三种技术利用不同的技术原理，对岩爆进行监测和预警。其中，声波技术利用岩爆相关的声音，进行预警；微震技术采用岩爆相关的岩体微震动，作为监测特征量；红外技术则是利用岩爆区域的红外升温现象，来监测和预警岩爆。声波技术因为施工中的噪声影响，经常出现误报，因而目前其应用推广出现了困难。
发明内容
本发明解决的技术问题为：针对以上所述的岩爆声发射监测技术的不足，提供一种岩爆监测和定位方法、装置和系统，可对巷道岩爆现象进行实时声波监测，降低噪声的干扰，提高声波预警的准确率，以提高巷道作业的安全。
本发明提供的具体解决方案包括如下步骤：
一种岩爆监测和定位方法，包括如下步骤：
S1.获取巷道内来自各个方位的声音信号，所述声音信号由声波传感阵列采集得到，所述声音信号包括噪音信号和/或岩爆前的频谱数据所对应的声音信号；
S2.采用阵列定位技术对获取的声音信号进行定距和定方位，去除声音信号中距离和方位为非岩爆区的噪声信号；
S3.采用自相关技术对去除非岩爆区的噪声信号进行降噪处理去除环境噪声干扰；
S4.采用声波频谱分析技术对去除环境噪声干扰后的声音信号进行频谱分析，获得声音信号的幅值谱图数据；
S5.将所述幅值谱图数据与岩爆前的频谱特征数据进行比对，当幅值谱图数据中出现与岩爆前的频谱特征数据相匹配的频谱数据时，获取所述频谱数据所对应声音信号的距离和方位并进行岩爆预警。
现有的岩爆声波监测技术，之所以误报较多，主要是因为其对环境噪声的干扰无能为力，不能很好地排除干扰，导致经常性的误报。例如正常的掌子面施工，以及巷道运输工具的经过，都会产生很大的声音干扰，这些声音叠加在可能的岩爆特征声音中，岩爆特征声音就被淹没了，无从分辨；而这些噪声，因为频谱宽，振幅大，产生的时间比较随机，往往会触发声波监测装置，产生误报，降低了岩爆预警的准确性。
基于本发明的方法，首先采用阵列定位技术对获取的声音信号进行定距和定方位，可以预先去掉非岩爆区(巷道地面发生的声音以及比较远的非风险区)的声音；然后采用自相关技术对所述声音信号进行降噪处理去除同一声音信号的回声干扰，因为环境的相对密闭性，巷道中容易产生声波的反射，形成回声，回声同样会干扰岩爆声波特征的拾取和判断，本发明采用自相关技术，对时间序列上的声音，进行相关性判断，鉴别并排除同一个声音的多个回声；然后利用声波频谱分析，获得声音信号的幅值谱图数据，对声音的频率进行分析，将其与预存的频谱特征数据进行比较分析，进一步确定岩爆的可能性，排除一般的人员通过，交通工具噪声，器件碰撞等声音；通过所述频谱特征数据所对应声音信号获取潜在岩爆的距离和方位，并进行岩爆预警。基于本发明的岩爆监测和定位方法，可以对巷道岩爆现象进行实时声波监测，降低噪声的干扰，提高声波预警的准确率，实现了岩爆前岩爆地点的准确定位，提高巷道作业的安全。
在上述方案的基础上，本发明还可以进行如下改进：
进一步，S5中岩爆预警过程包括，根据所述频谱数据所对应声音信号的距离和方位，控制云台旋转并开启指示灯进行预警。
由此，云台和指示灯能够依据控制主机先行判断出的信号声音来源，进行来源位置的指示和示警。在岩爆将要发生前，巷道岩体会产生小石子的剥离和抛射现象，小石子的剥离，有一个小石子炸开的声音，在巷道内，依靠人耳，这个声音的来源位置并不好判断，也不好溯源，但是，基于本发明的检测和定位系统处理，主机在判断出这个声音的位置(距离和方位)之后，可以控制云台转动，打开指示灯，使灯光指向声源位置，帮助巷道工作人员和设备进行避险或者进行岩爆应力释放处理。
优选的，还包括通过报警器报警。
由此，当监测到岩爆发生前现象时，所述报警器进行报警。
进一步，还步骤S1前还包括S0.对控制云台旋转的旋转方向进行校准，具体包括如下步骤:S01.按照S1～S5的方法，实现控制云台旋转并开启指示灯，所述声音信号为模拟实验中产生的含有岩爆前的频谱数据的声音信号；S02.当指示灯指示的距离和方位与模拟实验信号源的实际距离和方位存在偏差时，对控制云台的旋转方向进行校准。
进一步，所述岩爆前的频谱特征数据为小石子破碎、抛射和弹射时所发出的声音的幅值谱图数据。
在岩爆发生前，一般会有小石子的抛射，弹射发声，这种抛射或者弹射，会伴随一个特殊的声音，这个声音具有特色，具有特征频谱，容易被拾取并识别出来。
具体的，通过将幅值谱图中与频谱特征数据所对应频谱数据图与频谱特征数据图进行相似度匹配，当相似度达到设定阈值时，则判定岩爆即将发生。
进一步，S4中声波频谱分析的具体过程为：采用FFT函数对降噪后的声音信号进行实时快速傅里叶变换得到声音信号的幅值谱图数据。
本发明提供了一种岩爆监测和定位装置，包括：
获取模块，获取巷道内来自各个方位的声音信号，所述声音信号由声波传感阵列采集得到，所述声音信号包括噪音信号和/或岩爆前的频谱数据所对应的声音信号；
第一降噪模块，用于采用阵列定位技术对获取的声音信号进行定距和定方位，去除声音信号中距离和方位为非岩爆区的噪声信号；
第二降噪模块，用于采用自相关技术对去除非岩爆区的噪声信号进行降噪处理去除环境噪声干扰；
频谱分析模块，用于采用声波频谱分析技术对去除环境噪声干扰后的声音信号进行频谱分析，获得声音信号的幅值谱图数据；
预警模块，用于将所述幅值谱图数据与岩爆前的频谱特征数据进行比对，当幅值谱图数据中出现与岩爆前的频谱特征数据相匹配的频谱数据时，获取所述频谱数据所对应声音信号的距离和方位并进行岩爆预警。
具体的，所述预警模块包括指示灯预警模块，用于根据所述频谱数据所对应声音信号的距离和方位，控制云台旋转并开启指示灯进行岩爆预警。
优选的，还包括定位校准模块，用于对控制云台旋转的旋转方向进行校准，具体包括第一模块和第二模块，所述第一模块用于依次调用所述获取模块、所述第一降噪模块、所述第二降噪模块、所述频谱分析模块以及所述预警模块，所述声音信号包括噪音信号和模拟实验中产生的岩爆前的频谱数据所对应的声音信号；所述第二模块用于当指示灯指示的距离和方位与模拟实验信号源的实际距离和方位存在偏差时，对控制云台的旋转方向进行校准。
云台是通过控制主机内的控制程序实现方向转动的，在新的系统正式投入使用前，对云台进行校准可以保证其旋转角度和方向的准确性。
本发明还提供了一种岩爆监测和定位装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的方法。
本发明还提供了一种岩爆监测和定位系统，包括声波传感器阵列、显示终端以及如上所述的岩爆监测和定位装置。
由此，所述处理器获取所述频谱特征数据所对应声音信号的距离和方位并将所述声音信号的距离、方位以及预警信息发送到显示终端。
具体的，所述所述的岩爆监测和定位装置为控制主机。
由此，所述声波传感器阵列采集巷道内来自各个方位的声音信号并将其转化为电信号；所述岩爆监测和定位装置内的A/D转化模块获取所述电信号并将其转换为声波数据，所述处理器执行所述计算机程序对所述声波数据进行处理得到幅值谱图数据，当所述幅值谱图数据中出现与岩爆前的频谱特征相匹配的频谱数据时，所述处理器获取所述频谱特征数据所对应声音信号的距离和方位并将所述声音信号的距离、方位以及预警信息发送到显示终端。
声波AD转化模块，对声波传感器阵列(至少四个或者更多的声波传感器)发送回来的声波电信号进行高速AD转换，转换后的声波信号，经处理器依次阵列定位处理去除巷道地面以及远离巷道的噪声信号、降噪处理去除同一声音信号的回声干扰、声波频谱FFT(快速傅里叶变换)分析声音信号的幅值谱图，过滤掉了大部分的噪声，有利于获得岩爆发生前的特征频谱，提高声波预警的准确率。
进一步，还包括指示灯以及带动所述指示灯进行旋转的云台，所述声波传感阵列采用平面四元阵或四面体阵列。
定位阵列的作用是提供-个延时信号,用来提取目标的位置信息，定位阵列主要有线阵，平面四元阵以及立体阵列，一个阵列由N个声波传感器阵元组成，可以得到N-1个相互独立的时延,而空中的目标可以简化成点目标,所以有三个自由度,因此四个阵元组成的声波传感阵列可以满足定位要求。
进一步，所述声波传感阵列采用四面体阵列时，所述声波传感器阵列1包括四个声波传感器，各所述声波传感器分别位于四面体的四个顶点上，所述岩爆监测和定位装置、所述云台以及所述指示灯分别位于所述四面体内。
由此，声波传感器、控制主机、云台以及指示灯集中设置，便于安装、拆卸、调试以及观察。
基于本发明的岩爆监测和定位系统，可以排除噪音干扰，误报少，能更准确地监测和预警岩爆现象，提高了巷道施工人员和设备的安全，能监测一个比较大的范围，能更准确地定位潜在岩爆区域，方便进行应力释放施工、防护网等预防措施的进行；本系统成本低廉，非常适合大范围的推广，有利于矿产、交通、水电等行业巷道施工过程中的人员和设备安全。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为基于本发明的岩爆监测和定位装置的结构示意图。
图2为基于本发明的岩爆监测和定位系统的原理框图。
图3为基于本发明的岩爆监测和定位系统的部分结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件名称如下：
声波传感器阵列1；声波传感器11；
云台2；
指示灯3；
支撑座4。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，基于本发明的岩爆监测和定位装置，包括：
获取模块，获取巷道内来自各个方位的声音信号，声音信号由声波传感阵列采集得到，声音信号包括噪音信号和/或岩爆前的频谱数据所对应的声音信号；
第一降噪模块，用于采用阵列定位技术对获取的声音信号进行定距和定方位，去除声音信号中距离和方位为非岩爆区的噪声信号；
第二降噪模块，用于采用自相关技术对去除非岩爆区的噪声信号进行降噪处理去除环境噪声干扰；
频谱分析模块，用于采用声波频谱分析技术对去除环境噪声干扰后的声音信号进行频谱分析，获得声音信号的幅值谱图数据；
预警模块，用于将幅值谱图数据与岩爆前的频谱特征数据进行比对，当幅值谱图数据中出现与岩爆前的频谱特征数据相匹配的频谱数据时，获取频谱数据所对应声音信号的距离和方位并进行岩爆预警。
具体的，预警模块包括指示灯预警模块，用于根据频谱数据所对应声音信号的距离和方位，控制云台旋转并开启指示灯进行岩爆预警。
优选的，还包括定位校准模块，用于对控制云台旋转的旋转方向进行校准，具体包括第一模块和第二模块，第一模块用于依次调用获取模块、第一降噪模块、第二降噪模块、频谱分析模块以及预警模块，声音信号包括噪音信号和模拟实验中产生的岩爆前的频谱数据所对应的声音信号；第二模块用于当指示灯指示的距离和方位与模拟实验信号源的实际距离和方位存在偏差时，对控制云台的旋转方向进行校准。
云台是通过控制主机内的控制程序实现方向转动的，在新的系统正式投入使用前，对云台进行校准可以保证其后期使用时旋转角度和方向的准确性。具体的过程为：操作员在巷道现场摆放好系统，并开机进入控制主机内的定位校准程序，系统进入校准模式，同时，在巷道前后不同的多个位置，进行模拟实验，模拟实验信号源产生含有岩爆前的频谱数据的声音信号，系统定位了模拟实验信号源之后，控制主机控制云台旋转和指示灯开启，朝信号源位置投射一束可见光，如果操作员发现这个光的投射位置和模拟实验信号源实际位置不同，可通过第二模块对控制主机内控制云台旋转方向的参数进行调整，从而校准指示灯投射可见光束的方向和位置，然后该云台和指示灯便可正常投入使用。
本发明提供了包括存储器和处理器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现岩爆监测和定位。
如图2所示，基于本发明的岩爆监测和定位系统，包括声波传感器阵列、显示终端以及如上的岩爆监测和定位装置。
由此，所述声波传感器阵列采集巷道内来自各个方位的声音信号并将其转化为电信号；所述岩爆监测和定位装置内的A/D转化模块获取所述电信号并将其转换为声波数据；所述处理器执行所述计算机程序对所述声波数据进行处理得到幅值谱图数据，当所述幅值谱图数据中出现与岩爆前的频谱特征相匹配的频谱数据时，所述处理器获取所述频谱特征数据所对应声音信号的距离和方位并将所述声音信号的距离、方位以及预警信息发送到显示终端。
具体的，所述显示终端为LED显示屏。
具体的，所述岩爆监测和定位装置为控制主机。
如图3所示，基于本发明实施例的岩爆监测和定位系统，还包括指示灯3以及带动所述指示灯3进行旋转的云台，所述声波传感阵列1采用平面四元阵或四面体阵列。
由此，云台2和指示灯3能够依据控制主机先行判断出的信号声音来源，进行来源位置的指示和示警。在岩爆将要发生前，巷道岩体会产生小石子的剥离和抛射现象，小石子的剥离，有一个小石子炸开的声音，在巷道内，依靠人耳，这个声音的来源位置并不好判断，也不好溯源，但是，基于本发明的检测和定位系统处理，主机在判断出这个声音的位置(距离和方位)之后，可以控制云台2转动，打开指示灯3，使灯光指向声源位置，帮助巷道工作人员和设备进行避险或者进行岩爆应力释放处理。
优选的，还包括报警器，所述控制主机与所述报警器连接。
由此，当监测到岩爆现象时，控制主机控制所述报警器进行报警。
优选的，所述云台为既能左右旋转又能上下旋转的全方位云台。
基于本发明实施例的岩爆监测和定位系统，还包括指示灯以及带动所述指示灯进行旋转的云台，所述声波传感阵列采用平面四元阵或四面体阵列。
定位阵列的作用是提供-个延时信号,用来提取目标的位置信息，定位阵列主要有线阵,平面四元阵以及立体阵列，一个阵列由N个声波传感器阵元组成，可以得到N-1个相互独立的时延,而空中的目标可以简化成点目标,所以有三个自由度,因此四个阵元组成的声波传感阵列可以满足定位要求。
如图3所示，基于本发明实施例的岩爆监测和定位系统，所述声波传感阵列1采用四面体阵列时，所述声波传感器阵列包括四个声波传感器11，各所述声波传感器11分别位于四面体的四个顶点上，所述控制主机、所述云台以及所述指示灯3分别位于所述四面体内。
由此，声波传感器11、控制主机、云台以及指示灯3集中设置，便于安装、拆卸、调试以及观察。
优选的，所控制主机位于四面体的中间，所述声波阵列传感器通过电缆将所述电信号发送给所述A/D转化模块。
基于本发明的岩爆声波定位和监测系统，其主体结构部分为一个正四面体，在正四面体的四个顶角位置，各自布置有一个声波传感器11，这个声波传感器11对感受到的声波进行声电转化，并通过电缆把声波的模拟电信号发送到系统的控制主机内，系统的控制主机位于四面体的中间位置，通过电缆传递信声波阵列传感器采集得到声音信息，信号传递速度快、信号传递稳定以及抗干扰能力强。
优选的，所述声波传感器11采用宽频传感器，覆盖次声到超声的频谱。
可选的，在需求的情况下，一个所述声波传感器11的位置，可以安装多种声波传感器11，以获得更广音频的声音，这样在进行FFT的时候，能够在频域上获得巷道小石子的破碎、抛射所发出来的声音，也能够捕捉到巷道岩体在岩爆前的其他的声音特征。
具体的，还包括支撑座4，所述控制主机、声波传感器阵列1以及云台2分别固定于所述支撑座4上。
可选的，所述控制主机固定于所述支撑座4内。
基于本发明的岩爆监测和定位系统，可以排除噪音干扰，误报少，能更准确地监测和预警岩爆现象，提高了巷道施工人员和设备的安全，能监测一个比较大的范围以及能更准确地定位潜在岩爆区域，方便进行应力释放施工、防护网等预防措施的进行；本系统成本低廉，非常适合大范围的推广，有利于矿产、交通、水电等行业巷道施工过程中的人员和设备安全。
基于本发明的岩爆监测和定位系统，岩爆监测和定位过程包括如下步骤：
(1)声波传感器阵列1采集巷道内来自各个方位的声音信号并将其转化为电信号，所述控制主机内的A/D转化模块获取所述电信号并将其转换为声波数据，所述声音信号包括包括噪音信号和/或岩爆前的频谱数据所对应的声音信号。
(2)处理器执行存储器内的阵列定位算法程序对声波数据处理，得到声音信号的位置和方位，对于偏离岩爆区噪声信号进行自动过滤去除噪声信号。
(3)处理器执行存储器内的自相关技术降噪算法程序对经步骤(2)中降噪后的声波数据再次进行降噪处理去除回声干扰，排除同一个声音的多个回声。
(4)处理器执行存储器内的声波频谱分析算法程序对经步骤(3)降噪后的声音数据进行频谱分析，获得声音信号的幅值谱图数据。
(5)处理器执行存储器内的分析预警程序，将所述幅值谱图数据与岩爆前的频谱特征数据进行比对，当幅值谱图数据中出现与岩爆前的频谱特征数据相匹配的频谱数据时，获取所述频谱特征数据所对应声音信号的距离和方位，并将所述声音信号的距离、方位以及预警信息发送到显示屏，同时控制主机控制云台转动以及控制指示灯3开启，使指示灯3的灯光指示到将要发生岩爆的位置。
基于本发明的岩爆监测和定位方法和系统，首先对采集到的声音信号进行定距和定方位，可以预先去掉非岩爆区(巷道地面发生的声音以及比较远的非风险区)的声音；然后对所述声音信号进行降噪处理去除同一声音信号的回声干扰；然后再对声音的频率进行分析，将其与预存的频谱特征数据进行比较分析，进一步确定岩爆的可能性，排除一般的人员通过，交通工具噪声，器件碰撞等声音，获取所述频谱特征数据所对应声音信号获取岩爆的距离和方位，并进行岩爆预警。基于本发明的岩爆监测和定位方法，可以对巷道岩爆现象进行实时声波监测，降低噪声的干扰，提高声波预警的准确率，实现了岩爆前岩爆地点的准确定位，提高巷道作业的安全。
尽管上面已经详细描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种岩爆监测和定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.获取巷道内来自各个方位的声音信号，所述声音信号由声波传感阵列采集得到，所述声音信号包括噪音信号和/或岩爆前的频谱数据所对应的声音信号；
S2.采用阵列定位技术对获取的声音信号进行定距和定方位，去除声音信号中距离和方位为非岩爆区的噪声信号；
S3.采用自相关技术对去除非岩爆区的噪声信号进行降噪处理去除环境噪声干扰；
S4.采用声波频谱分析技术对去除环境噪声干扰后的声音信号进行频谱分析，获得声音信号的幅值谱图数据；
S5.将所述幅值谱图数据与岩爆前的频谱特征数据进行比对，当幅值谱图数据中出现与岩爆前的频谱特征数据相匹配的频谱数据时，获取所述频谱数据所对应声音信号的距离和方位并进行岩爆预警。
2.根据权利要求1所述的岩爆监测和定位方法，其特征在于，S5中岩爆预警过程包括，根据所述频谱数据所对应声音信号的距离和方位，控制云台旋转并开启指示灯进行岩爆预警。
3.根据权利要求2所述的岩爆监测和定位方法，其特征在于，在步骤S1前还包括对控制云台旋转的旋转方向进行校准，具体包括如下步骤:S01.按照S1～S5的方法，实现控制云台旋转并开启指示灯，所述声音信号为模拟实验中产生的含有岩爆前的频谱数据的声音信号；S02.当指示灯指示的距离和方位与模拟实验信号源的实际距离和方位存在偏差时，对控制云台的旋转方向进行校准。
4.根据权利要求1所述的岩爆监测和定位方法，其特征在于，所述岩爆前的频谱特征数据为小石子破碎、抛射和弹射时所发出的声音的幅值谱图数据。
5.根据权利要求1所述的岩爆监测和定位方法，其特征在于，S4中声波频谱分析的具体过程为：采用FFT函数对降噪后的声音信号进行实时快速傅里叶变换得到声音信号的幅值谱图数据。
6.一种岩爆监测和定位装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取巷道内来自各个方位的声音信号，所述声音信号由声波传感阵列采集得到，所述声音信号包括噪音信号和/或岩爆前的频谱数据所对应的声音信号；
第一降噪模块，用于采用阵列定位技术对获取的声音信号进行定距和定方位，去除声音信号中距离和方位为非岩爆区的噪声信号；
第二降噪模块，用于采用自相关技术对去除非岩爆区的噪声信号进行降噪处理去除环境噪声干扰；
频谱分析模块，用于采用声波频谱分析技术对去除环境噪声干扰后的声音信号进行频谱分析，获得声音信号的幅值谱图数据；
预警模块，用于将所述幅值谱图数据与岩爆前的频谱特征数据进行比对，当幅值谱图数据中出现与岩爆前的频谱特征数据相匹配的频谱数据时，获取所述频谱数据所对应声音信号的距离和方位并进行岩爆预警。
7.一种岩爆监测和定位装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-5任一所述的方法。
8.一种岩爆监测和定位系统，其特征在于，包括声波传感器阵列、显示终端以及如权利要求7所述的岩爆监测和定位装置。
9.根据权利要求8所述的岩爆监测和定位系统，其特征在于，还包括指示灯(3)以及带动所述指示灯(3)进行旋转的云台，所述声波传感阵列1采用平面四元阵或四面体阵列。
10.根据权利要求9所述的岩爆监测和定位系统，其特征在于，所述声波传感阵列(1)采用四面体阵列时，所述声波传感器阵列(1)包括四个声波传感器(11)，各所述声波传感器(11)分别位于四面体的四个顶点上，所述岩爆监测和定位装置、所述云台(2)以及所述指示灯(3)分别位于所述四面体内。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010800691.9A CN112051548B (zh) | 2020-08-11 | 2020-08-11 | 一种岩爆监测和定位方法、装置和系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010800691.9A CN112051548B (zh) | 2020-08-11 | 2020-08-11 | 一种岩爆监测和定位方法、装置和系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112051548A true CN112051548A (zh) | 2020-12-08 |
| CN112051548B CN112051548B (zh) | 2024-03-22 |
Family
ID=73601737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010800691.9A Active CN112051548B (zh) | 2020-08-11 | 2020-08-11 | 一种岩爆监测和定位方法、装置和系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112051548B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115434711A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-12-06 | 西南交通大学 | 岩爆智能监测及主动防治机器人 |
| CN116609402A (zh) * | 2023-07-19 | 2023-08-18 | 中国地质大学（北京） | 一种识别岩土体介电常数温度效应的方法及系统 |
| CN116973549A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-10-31 | 中铁四局集团有限公司 | 一种岩爆预测方法及系统 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015002558A2 (en) * | 2014-10-30 | 2015-01-08 | Instytut Technik Innowacyjnych Emag | Method and system for analysis of geological structure and relative changes in stress in the layers located above the workings of an underground mine |
| CN105676267A (zh) * | 2016-01-15 | 2016-06-15 | 广西大学 | 一种基于声音信号频谱分析的应变型岩爆预警方法 |
| CN105676268A (zh) * | 2016-01-15 | 2016-06-15 | 广西大学 | 一种基于声音信号波形变化特征的应变型岩爆预警方法 |
| CN109741560A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-05-10 | 国网河南省电力公司鹤壁供电公司 | 基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警方法及装置 |
| CN110541733A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-12-06 | 成都理工大学 | 一种高地应力隧道岩爆灾害预警装置及方法 |
| CN110824427A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-02-21 | 中国人民解放军陆军勤务学院 | 一种斜三棱锥声压测试装置及其空间次声源定向定位方法 |
| US20200217979A1 (en) * | 2019-01-08 | 2020-07-09 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Observation-driven method based on iir wiener filter for microseismic data denoising |
-
2020
- 2020-08-11 CN CN202010800691.9A patent/CN112051548B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015002558A2 (en) * | 2014-10-30 | 2015-01-08 | Instytut Technik Innowacyjnych Emag | Method and system for analysis of geological structure and relative changes in stress in the layers located above the workings of an underground mine |
| CN105676267A (zh) * | 2016-01-15 | 2016-06-15 | 广西大学 | 一种基于声音信号频谱分析的应变型岩爆预警方法 |
| CN105676268A (zh) * | 2016-01-15 | 2016-06-15 | 广西大学 | 一种基于声音信号波形变化特征的应变型岩爆预警方法 |
| CN109741560A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-05-10 | 国网河南省电力公司鹤壁供电公司 | 基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警方法及装置 |
| US20200217979A1 (en) * | 2019-01-08 | 2020-07-09 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Observation-driven method based on iir wiener filter for microseismic data denoising |
| CN110541733A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-12-06 | 成都理工大学 | 一种高地应力隧道岩爆灾害预警装置及方法 |
| CN110824427A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-02-21 | 中国人民解放军陆军勤务学院 | 一种斜三棱锥声压测试装置及其空间次声源定向定位方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115434711A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-12-06 | 西南交通大学 | 岩爆智能监测及主动防治机器人 |
| CN115434711B (zh) * | 2022-08-16 | 2023-08-22 | 西南交通大学 | 岩爆智能监测及主动防治机器人 |
| CN116609402A (zh) * | 2023-07-19 | 2023-08-18 | 中国地质大学（北京） | 一种识别岩土体介电常数温度效应的方法及系统 |
| CN116609402B (zh) * | 2023-07-19 | 2023-09-15 | 中国地质大学（北京） | 一种识别岩土体介电常数温度效应的方法及系统 |
| CN116973549A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-10-31 | 中铁四局集团有限公司 | 一种岩爆预测方法及系统 |
| CN116973549B (zh) * | 2023-09-20 | 2024-01-30 | 中铁四局集团有限公司 | 一种岩爆预测方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112051548B (zh) | 2024-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112051548A (zh) | 一种岩爆监测和定位方法、装置和系统 | |
| ES2301607T3 (es) | Supervision del ruido ambiental. | |
| Sutin et al. | Stevens passive acoustic system for underwater surveillance | |
| US8195409B2 (en) | Passive acoustic underwater intruder detection system | |
| JP4368798B2 (ja) | 音源探査システム | |
| CA2780673C (en) | Fibre optic distributed sensing | |
| US20050058021A1 (en) | Method and system for in-air ultrasonic acoustical detection and characterization | |
| CA3043400C (en) | Systems and methods for detecting flying animals | |
| JP2001509631A (ja) | 侵入者検出システム | |
| RU2434245C2 (ru) | Способ обнаружения, распознавания и вытеснения подводных объектов от морской нефтегазовой платформы | |
| US6061014A (en) | Surveillance method for wide areas | |
| CN206209102U (zh) | 基于微波雷达的周界防护系统 | |
| US8483977B1 (en) | Method of laser vibration defect analysis | |
| CN107735679A (zh) | 用于检测、定位和评估结构所受冲击的声学装置 | |
| CN110827500B (zh) | 一种智能安防方法和系统 | |
| CN208636426U (zh) | 水下拦阻网系统 | |
| CN106093952B (zh) | 一种光点联合判断目标特性的方法 | |
| CN109738899B (zh) | 一种基于随机共振探测阵列的低空飞行器探测方法及系统 | |
| JP7380891B2 (ja) | 未確認音抽出装置および未確認音抽出方法 | |
| CN211505927U (zh) | 一种电子哨位和安防系统 | |
| CN112240996A (zh) | 用于环境噪声的方向识别的方法，控制设备和存储介质 | |
| CN117008056B (zh) | 一种基于mems确定目标声源的方法 | |
| CN211604254U (zh) | 一种智能安防系统 | |
| KR20010037427A (ko) | 워터터널의 소음 계측방법 | |
| CN116699578B (zh) | 一种基于步长渐进控制的软硬器材间声兼容性测试方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |