[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

说明书

本发明提供了一种基于声音帧能量的矿井爆炸灾害声音识别与报警方法及系统，本发明通过在巷道、采煤工作面、掘进工作面、中央水泵房和配电室等地方设置声音传感器，采集并监测巷道、采煤工作面、掘进工作面、中央水泵房和配电室等地方声音，通过提取声音的每一帧能量值，当监听的声音特征满足设定条件后，进入报警状态。本发明实施简单，可快速准确地判断矿井爆炸灾害，为井下人员争取宝贵的救灾和逃生时间。可解决现有技术中煤矿报警方式容易误报和漏报，以致不能及时采取应急措施，易造成爆炸发生与人员伤亡的问题。

技术领域

本发明涉及一种基于声音帧能量的矿井爆炸灾害声音识别与报警方法，该方法涉及声音感知，声音识别与通信等领域。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，约占一次能源的70％。煤炭行业是高危行业，爆炸、水灾、火灾、顶板等事故困扰着煤炭安全生产。我国煤矿发生重特大事故中，矿井爆炸灾害死亡人数占总死亡人数的66.5％。矿井爆炸是煤矿重特大灾害，在煤矿生产中矿井爆炸的报警应做到及时准确。目前爆炸报警主要以传感器和先兆现象为主，传感器监控可预防井下爆炸事故，但由于还可能存在现场工作环境恶劣，设计不当、措施不力、管理不善和人员思想麻痹等原因，传感器不能完全预防爆炸的发生，更不能对突发的矿井爆炸进行报警；先兆现象主要是以人为经验为主，存在比较大的客观因素存在，易误报和漏报，以致不能及时采取应急措施，易造成爆炸发生与人员伤亡。为了有效减少爆炸灾害引起的财产损失和人员伤亡，需要新的矿井爆炸灾害报警方法，可准确地对井下爆炸灾害进行感知，争取宝贵的救灾和逃生时间。

发明内容

本发明用于解决现有技术中煤矿报警方式容易误报和漏报，以致不能及时采取应急措施，易造成爆炸发生与人员伤亡的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于声音帧能量识别的矿井爆炸灾害报警方法及系统，本发明通过在巷道、采煤工作面、掘进工作面、中央水泵房和配电室等地方放置声音传感器对周围环境及设备进行监测，采集重要监测区域的声音，并对采集到声音进行特征提取，当提取出的特征值满足设定条件，则进入报警状态，并进行爆炸灾害报警处理。

本发明采用的技术方案如下：

本发明第一方面提供一种基于声音帧能量的矿井爆炸灾害声音识别与报警方法，具体步骤包括：

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；