[发明专利]基于声音帧能量的矿井爆炸灾害声音识别与报警方法

权利要求书

1.基于声音帧能量的矿井爆炸灾害声音识别与报警方法，其特征在于，包括：

在煤矿井下重要监测区域放置声音采集设备，并采集所在区域的声音信号；通过计算监测到声音的声音帧能量获取声音特征，进行声音识别，当监测区域的声音特征满足矿井爆炸声音的设定条件时，则进行矿井爆炸灾害报警处理；所述满足矿井爆炸声音的设定条件包括满足监测声音的声音帧能量指纹误码率或满足监测声音的声音帧能量HMM模型的最佳路径的最大距离超过设定值，且持续或增长情况满足设定条件；

其中，对所述声音帧能量指纹进行监测的步骤包括：

步骤1：实时监测根据实时声音的声音帧能量指纹与预先构建的声音帧能量指纹样本库误码率BER，若BER₀≤H₀，则判定声音异常，并进入预警状态，H₀为实验测得或人为设定的第一报警阈值；

步骤2：在预警状态下，间隔设定时间后再次监测实时采集的声音信号的帧能量指纹与预先构建的声音帧能量指纹样本库的误码率BER₁，若BER₁≤H₁或BER₁-BER₀≥H₂,则进行矿井爆炸报警处理，否则，退出预警状态；其中，H₁为实验测得或人为设定的第二报警阈值，H₂为设定的第三报警阈值。

2.根据权利要求1所述的基于声音帧能量的矿井爆炸灾害声音识别与报警方法，其特征在于，其监测步骤包括：

步骤1：实时采集煤矿井下监测区域的声音信号；

步骤2：将采集的实时声音通过分帧处理，提取声音信号的每一帧能量，构建当前采集声音的声音帧能量指纹，帧能量计算公式如下式所示：

其中，h(n)＝w²(n)，w(n)为窗口函数，x(m)为第m帧声音，n为声音的总帧数，m为第m帧音频；

声音指纹构建公式计算如下：

其中，F(s，t)为第s个子带，第t个频带的比特位；E(i，j)为第i个子帧，第j个频带的能量，E(i，j+1)为第i个子帧，第j+1个频带的能量，E(i-1，j)为第i-1个子帧，第j个频带的能量，E(i-1，j+1)为第i-1个子帧，第j+1个频带的能量；

步骤3：将预先构建的声音帧能量指纹和实时声音信号的声音帧能量指纹带入进行比对，计算得到误码率，误码率计算公式如下：

其中，BER为误码率，H为识别声音帧能量指纹与声音帧能量指纹库比对比特位不同的个数，s为子帧个数，t为频带个数；

步骤4：根据预先构建的基于声音帧能量的HMM模型，将实时声音信号的帧能量值带入基于声音帧能量的HMM模型进行识别匹配，得到最佳路径中的最大距离；

步骤5：对声音帧能量指纹误码率或基于声音帧能量的HMM模型的匹配结果进行监测，若所述声音帧能量指纹误码率或基于声音帧能量的HMM模型的最佳路径的最大距离满足预设报警条件，则发出爆炸灾害报警信号。