本发明专利技术一种基于声音的煤矿巷道异常监测装置及方法，属于自动化检测技术领域；提供了一种扩展性强并且能够及时发现巷道异常状态的基于声音的监测装置及方法；技术方案为：本装置，设置在煤矿巷道内，包括主机，主机设有金属外壳，金属外壳内设有数据存储模块、声卡模块、数据处理模块、金属外壳的侧面设有麦克风阵列，麦克风阵列用于采集煤矿巷道内声音，并将采集声音传递给声卡模块，声卡模块通过声电转换将声音信号转换为电信号，然后将电信号传递给数据处理模块，数据处理模块通过声音训练和声音识别，对电信号处理分析，判断出是否产生异常，并将分析结果存储于数据存储模块。
An Abnormal Monitoring Device and Method of Coal Mine Roadway Based on Sound
【技术实现步骤摘要】
一种基于声音的煤矿巷道异常监测装置及方法
本专利技术一种基于声音的煤矿巷道异常监测装置及方法，属于自动化检测
技术介绍
在当今的信息社会中，声音作为与文字、图像、影视同时存在的信息的载体之一，在日常生产、生活中分布广泛，它传递的信息在全部信息中占很大比例，也是人类交流的基本方式。声音作为人类感知环境的一种重要信息来源，它能够很好的反映环境中的声音事件并以此判断环境中所发生事件的正常与否。近年来，人们对异常声音识别技术正逐步进入更深入的研究。由于不同环境下的声音复杂多样的特点、所涉及声音频带范围较宽，也可能出现多种不同声音的叠加和反射，再加上声源的不同，所以根据研究重点的区别，研究者通常对不同场合下异常声音进行特定的研究。煤矿巷道主要分为：作为通风和运输用的大巷，作为掘进、开拓、采煤工作面回风用的回风巷，作为运输用的运输平巷，以及作为采区辅助用的副巷。在各类煤矿巷道中存在包括输送机、变频器、掘进机、控制器、输水管道和输气管道等大量的设备。当前煤矿主要依靠巡检人员在煤矿巷道巡检来发现是否有异常情况（例如：电气设备异常、管道破裂泄露、输送机故障）发生，而且目前大多数煤矿异常状况的发现都是巡检人员首先听见有异响，然后到达现场从而发现异常。随着无人化矿山的推进，煤矿巡检人员数量处于逐步减少状态，使得本就无法完全巡检的工作变得更加困难。煤矿各类巷道中异常情况时有发生，一旦巡检人员无法及时到达现场，异常情况加重，有可能会对煤矿造成较大经济损失甚至是人员伤害。
技术实现思路
本专利技术一种基于声音的煤矿巷道异常监测装置及方法，克服了现有技术存在的不足，提供了一种扩展性强并且能够及时发现巷道异常状态的基于声音的监测装置及方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于声音的煤矿巷道异常监测装置，设置在煤矿巷道内，包括主机，主机设有金属外壳，金属外壳内设有数据存储模块、声卡模块、数据处理模块、金属外壳的侧面设有麦克风阵列，麦克风阵列用于采集煤矿巷道内声音，并将采集声音传递给声卡模块，声卡模块通过声电转换将声音信号转换为电信号，然后将电信号传递给数据处理模块，数据处理模块通过声音训练和声音识别，对电信号处理分析，判断出是否产生异常，并将分析结果存储于数据存储模块。进一步，还包括设置在所述金属外壳内的控制模块、电源模块和接口模块，控制模块与接口模块相连，控制模块与接口模块相连，接口模块设置在所述金属外壳的侧面。进一步，所述金属外壳的顶面上设置有固定支架。进一步，所述控制模块包括按钮和电磁继电器，按钮与所述数据处理模块相连，电磁继电器的输入端通过稳压二极管与数据处理模块相连，电磁继电器的输出端与所述接口模块相连。一种基于声音的煤矿巷道异常监测方法，基于上述的一种基于声音的煤矿巷道异常监测装置完成，包括以下步骤：S10.将主机安装到煤矿巷道的墙壁上，并启动主机；S20.进行声音训练：设定一个训练时间段，麦克风阵列采集煤矿巷道内所有声音，通过信号处理、特征参数提取以及识别分类，将识别出的正常声音特征存储于数据存储模块，建立正常声音库；S30.进行声音识别:麦克风阵列采集煤矿巷道内所有声音，通过信号处理、特征参数提取以及识别分类，当采集到的声音特征与正常声音库中声音特征相同时判定为煤矿巷道正常，否则判定为异常，将异常声音存储于异常声音库，并发送警示信号至煤矿控制中心。进一步，所述步骤S20包括以下步骤：S21.麦克风阵列采集煤矿巷道内所有声音；S22.在训练时间段内，声卡模块通过声电转换将声音信号转换为模拟电信号；S23.模拟电信号经过信号阈值控制、程控放大、程控滤波以及模数转换变为数字信号；S24.对数字信号进行MFCC特征参数提取，提取声音特征；S25.对声音特征使用HMM进行声音识别分类，将上述识别出的声音特征与正常声音库中的声音对比，如果为新的正常声音特征，则添加到正常声音库，否则继续采集分析；S26.当达到训练时间段，则结束训练。进一步，所述步骤S30包括以下步骤：S31.麦克风阵列采集煤矿巷道内所有声音；S32.声卡模块通过声电转换将声音信号转换为模拟电信号；S33.模拟电信号经过信号阈值控制、程控放大、程控滤波以及模数转换变为数字信号；S34.对数字信号进行MFCC特征参数提取，提取声音特征；S35.对声音特征使用HMM进行声音识别分类，将上述识别出的声音特征与正常声音库中的声音对比，如果为异常声音则发出警示信号并将异常声音存储到异常声音库中，并发送警示信号至煤矿控制中心；S36.人工判断上述识别到异常声音是否确实为异常，如果确定为正常声音，则手动添加该声音到正常声音库。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。1、本专利技术使用基于声音的检测方法，与现有人员巡视以及视频监控检测方法相比，检测速度快，效率高；2、本专利技术具有声音训练和声音识别两种工作模式，可根据安装现场实际情况，调节工作模式更新正常声音库；3、本专利技术使用声音检测，基于声音的监测数据量小，不需要额外敷设光纤，使用煤矿现有环网即可实现数据远程实时传输；4、本专利技术可实现煤矿井下巷道二十四小时实时监测，发现异常及时发出警示信号，避免人工未能及时巡检到位而造成巷道内异常状况的恶化；5、本专利技术可作为单机使用，也可通过接口模块与多个主机级联使用，从而实现一条巷道甚至整个煤矿井下所有巷道的异常检测。附图说明图1为本专利技术实施例装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例装置中控制模块的电路原理图；图3为本专利技术实施例方法总体流程图；图4为本专利技术实施例方法中声音训练的流程图；图5为本专利技术实施例方法中声音识别的流程图。图中：1-固定支架、2-主机、3-数据存储模块、4-控制模块、5-电源模块、6-接口模块、7-麦克风阵列、8-声卡模块、9-数据处理模块。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。如图1所示，为本专利技术实施例提供的一种基于声音的煤矿巷道异常监测装置的结构示意图；包括主机2，主机设有金属外壳，内部设置有数据存储模块3、控制模块4、电源模块5、接口模块6、声卡模块8和数据处理模块9，金属外壳上侧设置有固定支架1，侧面设置有麦克风阵列7以及接口模块6。金属外壳通过固定支架1固定在煤矿巷道墙壁上，麦克风阵列7用来采集煤矿巷道内声音，并将采集声音传递给声卡模块8，声卡模块8通过声电转换将声音信号转换为电信号，然后将电信号传递给数据处理模块9，数据处理模块9实现对电信号处理分析，并将分析结果存储于数据存储模块3。如图2所示，控制模块4一方面实现装置工作模式的转换，控制模块4包括按钮和电磁继电器，按钮与所述数据处理模块9相连，电磁继电器的输入端通过稳压二极管与数据处理模块9相连，电磁继电器的输出端与所述接口模块6相连，另一方面受数据处理模块9控制实现警报信号输出。电源模块5主要用来对数据存储模块3、控制模块4、电源模块5、接口模块6、声卡模块8、数据处理模块9以及麦克风阵列7进行供电。接口模块6主要用来外接电源、装置级联和信息输出。金属外壳为具有防电磁干扰性能的镍鉻合金加工而成；且金属外壳内表面设置有紫铜网，数据处理模块9为带RAM缓存的DSP，这里可以使用TI公司型号为TMS320VC5441的DSP，数据存储模块3使用型号为AT29C256的Flash存储模块。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于声音的煤矿巷道异常监测装置，其特征在于：设置在煤矿巷道内，包括主机（2），主机（2）设有金属外壳，金属外壳内设有数据存储模块（3）、声卡模块（8）、数据处理模块（9）、金属外壳的侧面设有麦克风阵列（7），麦克风阵列（7）用于采集煤矿巷道内声音，并将采集声音传递给声卡模块（8），声卡模块（8）通过声电转换将声音信号转换为电信号，然后将电信号传递给数据处理模块（9），数据处理模块（9）通过声音训练和声音识别，对电信号处理分析，判断出是否产生异常，并将分析结果存储于数据存储模块（3）。
【技术特征摘要】
1.一种基于声音的煤矿巷道异常监测装置，其特征在于：设置在煤矿巷道内，包括主机（2），主机（2）设有金属外壳，金属外壳内设有数据存储模块（3）、声卡模块（8）、数据处理模块（9）、金属外壳的侧面设有麦克风阵列（7），麦克风阵列（7）用于采集煤矿巷道内声音，并将采集声音传递给声卡模块（8），声卡模块（8）通过声电转换将声音信号转换为电信号，然后将电信号传递给数据处理模块（9），数据处理模块（9）通过声音训练和声音识别，对电信号处理分析，判断出是否产生异常，并将分析结果存储于数据存储模块（3）。2.根据权利要求1所述的一种基于声音的煤矿巷道异常监测装置，其特征在于：还包括设置在所述金属外壳内的控制模块（4）、电源模块（5）和接口模块（6），控制模块（4）与接口模块（6）相连，控制模块（4）与接口模块（6）相连，接口模块（6）设置在所述金属外壳的侧面。3.根据权利要求1所述的一种基于声音的煤矿巷道异常监测装置，其特征在于：所述金属外壳的顶面上设置有固定支架（1）。4.根据权利要求2所述的一种基于声音的煤矿巷道异常监测装置，其特征在于：所述控制模块（4）包括按钮和电磁继电器，按钮与所述数据处理模块（9）相连，电磁继电器的输入端通过稳压二极管与数据处理模块（9）相连，电磁继电器的输出端与所述接口模块（6）相连。5.一种基于声音的煤矿巷道异常监测方法，其特征在于：基于权利要求1-4任一所述的一种基于声音的煤矿巷道异常监测装置完成，包括以下步骤：S10.将主机（2）安装到煤矿巷道的墙壁上，并启动主机（2）；S20.进行声音训练：设定一个训练时间段，麦克风阵列（7）采集煤矿巷道内所有声音，通过信号处理、特征参数提取以及识别分类，将识别出的正常声音特征存储于数...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔铁柱，侯成成，杨毅，张海涛，韦宏艳，贾鹏，杨岩松，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14
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