[发明专利]基于声发射波形识别的断层滑移预警方法及系统

说明书

本发明涉及基于声发射波形识别的断层滑移预警方法及系统，获取岩石产生的原始声发射波形，利用训练完毕的声发射波形识别模型，预测原始声发射波形属于各类型的概率；提取某一类波形，当设定参数X的总值、最大值、最小值或差分值中的至少一种超过阈值时，发出存在断层滑移风险的预警；声发射波形识别模型在训练时，根据原始声发射波形中的特征，与原始声发射波形对应的频谱数据在层维度上拼接作为后续层的输入，并经特征提取和降采样后输出高阶特征，通过全连接层分类得到原始声发射波形属于各类型的概率。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体为基于声发射波形识别的断层滑移预警方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

声发射(Acoustic Emission)，指岩石在受力作用下，内部发生变形，产生破裂快速释放应变能并产生应力波的现象。从破裂位置产生的应力波经过岩石材料最终传播到达岩石表面，引起可以用声发射传感器探测的表面位移，从而使声发射信号能够通过声发射仪器被采集记录。声发射一直是岩石室内试验和现场工程监测的重要手段，现有技术针对完整岩石破坏声发射前兆信息提取方面的问题提出预警指标，主要包括两类。

一类是对声发射信号时域数据进行统计分析，通过振铃计数、能量、幅值等时域单参数或者累计振铃计数、累计能量以及S值、b值等对基于时域参数的二次统计，进行破坏前的前兆信息获取，用作岩石破坏的预警指标；

另一类是通过对波形(超过阈值的短时波形或者波形流)进行时频变换(傅里叶变换、小波变换等)，获取声发射信号的频域信息，并基于主频、频域幅值、质心频率等频域参数的变化对岩石破坏进行预警。波形经过时频转换后，在频域上的信息更具有甄别性，因而很多预警指标均是基于频域数据建立的。

目前多数预警指标仍然着眼于完整岩石破裂过程中声发射信号的特征，根据完整岩石材料破坏的时频参数提取前兆信息，但对于具有断层等不连续面的岩体来说，滑移破坏过程不仅涉及岩石材料破裂导致的张拉剪切裂缝萌生和扩展，还包括断层面微凸体弹性接触、断层蠕滑或者黏滑等不连续面上的损伤破裂，不同的破坏机制产生的声发射信号时频信息也会不同，仅通过单一固定特征无法完全表征丰富的频谱信息，因而完整岩石的预警指标不能完全适用于岩体断层滑移破坏的前兆信息提取与预警。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供基于声发射波形识别的断层滑移预警方法及系统，能够考虑声发射复杂的时频信息，有区别性的甄选波形信号，实现含不连续面岩体破坏的前兆信息获取，为岩体损伤特征分析以及断层滑移实时预警提供帮助。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供基于声发射波形识别的断层滑移预警方法，包括以下步骤：

获取岩石产生的原始声发射波形，利用训练完毕的声发射波形识别模型，预测原始声发射波形属于各类型的概率；

提取某一类波形，当设定参数X的总值、最大值、最小值或差分值中的至少一种超过阈值时，发出存在断层滑移风险的预警；

其中，声发射波形识别模型在训练时，根据原始声发射波形中的特征，与原始声发射波形对应的频谱数据在层维度上拼接作为后续层的输入，并经特征提取和降采样后输出高阶特征，通过全连接层分类得到原始声发射波形属于各类型的概率。

声发射波形识别模型利用既有的声发射波形数据经预处理后进行训练，预处理的过程为：

在既有的声发射波形中挑选用于训练和测试的波形；

基于离散傅里叶变换和快速傅里叶变换获得波形频谱；

根据频谱特征将选择的波形分为设定的类别，并建立声发射波形识别数据库。