【摘要】：本課題源于導(dǎo)師的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于連續(xù)震源的煤層反射式槽波精細(xì)探測(cè)理論研究”,旨在完成對(duì)彈性波回波的特征提取與分類(lèi)識(shí)別,為基金項(xiàng)目中彈性波在實(shí)際煤系地層中的探測(cè)提供基本理論支持。利用小波包分解與統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合的特征提取算法對(duì)地質(zhì)回波信號(hào)進(jìn)行特征提取。該算法首先采用小波包分解方法對(duì)地質(zhì)回波信號(hào)進(jìn)行四尺度分解;然后結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析方法計(jì)算小波包分解后第四尺度上的16個(gè)小波包系數(shù)的奇異值、標(biāo)準(zhǔn)差和最大值,共求得48維小波包系數(shù)統(tǒng)計(jì)特征并由此構(gòu)成地質(zhì)回波信號(hào)的特征空間。為了盡可能地提高地質(zhì)回波信號(hào)分類(lèi)識(shí)別的效率和準(zhǔn)確率,本文利用遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特征選擇和分類(lèi)算法對(duì)地質(zhì)回波信號(hào)進(jìn)行特征分類(lèi)。通過(guò)遺傳算法對(duì)地質(zhì)回波信號(hào)進(jìn)行特征選擇,將48維地質(zhì)回波信號(hào)特征降至26維。同時(shí)采用遺傳算法對(duì)誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器的權(quán)值和閾值進(jìn)行優(yōu)化,將降維得到的地質(zhì)回波信號(hào)特征輸入到分類(lèi)器中進(jìn)行訓(xùn)練和預(yù)測(cè),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)中四類(lèi)地質(zhì)信號(hào):斷層、陷落柱、富水區(qū)和采空區(qū)的分類(lèi)。測(cè)試集的識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到了 94.17%,平均靈敏度、平均特異度和平均陽(yáng)性預(yù)測(cè)值分別為94.17%、98.28%、95.80%。最后,通過(guò)基于STM32F103RCT6的地質(zhì)回波信號(hào)采集實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)四類(lèi)回波信號(hào)進(jìn)行采集,并用其進(jìn)行特征提取和分類(lèi)算法驗(yàn)證。識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到了97.00%,平均靈敏度、特異度及陽(yáng)性預(yù)測(cè)值分別為97.00%、98.99%和97.08%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文采用的特征提取算法能夠有效地提取穩(wěn)定的地質(zhì)回波信號(hào)特征,并通過(guò)遺傳算法優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)四類(lèi)地質(zhì)回波信號(hào)的高精度分類(lèi),證明本文設(shè)計(jì)的基于遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)方法可以有效地用于地質(zhì)特征的識(shí)別,對(duì)于煤田勘探、地層探測(cè)具有重要的意義。
【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP18;P631.4
【圖文】：

可能會(huì)影響導(dǎo)水通道或毀壞頂?shù)装宸�(wěn)定，危害采煤作業(yè)安全等。所逡逑以可以在巷道迎頭面上設(shè)置彈性波發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)，根據(jù)接收點(diǎn)接收到的彈性逡逑波對(duì)掘進(jìn)前方存在的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行精確超前預(yù)報(bào)。圖２．１為彈性波回波接收示逡逑意圖。逡逑邐邋ｍ逡逑接＾＾邐—邐圖２．１彈性波回波接收示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｅｌａｓｔｉｃ邋ｗａｖｅ邋ｅｃｈｏ邋ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ逡逑彈性波回波的產(chǎn)生機(jī)理是：在發(fā)射端震源發(fā)射彈性波信號(hào)，源信號(hào)透過(guò)不逡逑同煤層介質(zhì)接觸到目標(biāo)界面后反射，連同目標(biāo)表面的多點(diǎn)散射，在散射中心交逡逑互后再穿過(guò)各個(gè)煤層界面，彈性波經(jīng)多界面煤層不斷反射，多次與頂板、底板逡逑的反射回波和外界的噪聲千擾一起進(jìn)入到接收端接收機(jī)中。逡逑對(duì)接收機(jī)接收到的兩路信號(hào)分別定義為參考信號(hào)和回波信號(hào)，兩路信號(hào)是逡逑８逡逑

彈性波回波信號(hào)特性分析及其預(yù)處理逡逑介質(zhì)均勻且各向同性情況下，如果入射角很小就可以不考慮波的分裂，多徑傳逡逑播現(xiàn)象是層界面反射形成的，如圖２．５所示。逡逑：＼Ａ／＼￣逡逑圖２．５多徑傳播現(xiàn)象逡逑Ｆｉｇ．邋２．５邋Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ邋ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ逡逑２．１．２彈性波衰減逡逑彈性波在介質(zhì)中傳播時(shí)，能量會(huì)隨著彈性波的傳播而不斷的衰減。引起能逡逑量衰減的原因有很多種，因此按照不同的能量損失因素，彈性波衰減可分為幾逡逑種不同的類(lèi)型：逡逑（１）介質(zhì)吸收衰減逡逑彈性波在傳播過(guò)程中，由于地層介質(zhì)的非完全彈性，會(huì)造成彈性波能量因逡逑介質(zhì)的吸收作用而衰減，從而引起彈性波振幅的減小。介質(zhì)吸收衰減是彈性波逡逑衰減的重要因素之一。假設(shè)圍巖一煤層一圍巖為三層對(duì)稱(chēng)模型并且各層具有均逡逑勻各向同性，有一個(gè)沿軸傳播平面諧波，其位移為：逡逑ｕ（ｘ，ｔ）邋＝邋＾（ｘ）ｅｘｐ（ｊ（ｆｃｃ－ｍ＾／）｝邐式（２．６）逡逑式（２．６）中，為波的振幅，Ａ為無(wú)損耗時(shí)的波數(shù)。逡逑波從ｘ傳播到ｘ邋＋Ａｘ

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本文編號(hào)：2731144