基于振动频谱评价岩体等级的评价系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于振动频谱评价岩体等级的评价系统及方法。评价系统包括至少一加速度信号敏感元件、物联网关及服务器；加速度信号敏感元件被构造为安装在凿岩机的钻孔方向，并且获取凿岩机在一待验岩体钻孔时的振动加速度，加速度敏感元件根据振动加速度生成加速度信号；加速度信号敏感元件通过物联网关发送加速度信号到服务器；服务器被构造为接收至少一个振动周期的加速度信号，并且根据加速度信号生成振动频谱图，服务器根据振动频谱图的主频范围评价待验岩体的岩体等级。本实施例的评价系统能够收集凿岩机在钻孔时产生的振动加速度数据，并且根据振动加速度数据获取的振动频谱图来评价待验岩体的岩体等级。

【技术实现步骤摘要】
基于振动频谱评价岩体等级的评价系统及方法
本专利技术涉及岩土力学领域，具体而言，涉及一种基于振动频谱评价岩体等级的评价系统及方法。
技术介绍
钻孔过程中钻进与岩土体进行直接接触，钻机响应信息综合反映了岩土体的力学性质，凿岩钻机响应信息中隐藏的大量地质资料，可用于分析、测定岩土体的力学参数和空间分布，是进行地层界面识别和围岩级别划分的重要参考指标。现阶段在岩土工程领域的钻机响应信息并没有被充分收集和应用。
技术实现思路
本专利技术实施例至少公开一种基于振动频谱评价岩体等级的评价系统。本实施例的评价系统能够收集凿岩机在钻孔时产生的振动加速度数据，并且根据振动加速度数据获取的振动频谱图来评价待验岩体的岩体等级。为了实现上述内容，所述评价系统包括至少一加速度信号敏感元件、物联网关及服务器；所述加速度信号敏感元件被构造为安装在凿岩机的钻孔方向，并且获取所述凿岩机在一待验岩体钻孔时的振动加速度，所述加速度敏感元件根据所述振动加速度生成加速度信号；所述加速度信号敏感元件通过所述物联网关发送所述加速度信号到所述服务器；所述服务器被构造为接收至少一个振动周期的所述加速度信号，并且根据所述加速度信号生成振动频谱图，所述服务器根据所述振动频谱图的主频范围评价待验岩体的岩体等级。在本专利技术公开的一些实施例中，所述服务器根据所述加速度信号获取一振动时域图，并且快速傅里叶变换获取所述振动时域图为所述振动频谱图。在本专利技术公开的一些实施例中，所述服务器根据所述主频范围及所述振动频谱图中所有频谱分量的组合评价所述岩体等级。在本专利技术公开的一些实施例中，所述服务器根据所述频谱分量构建振幅数据集；所述服务器输入所述振幅数据集到一在先配置的评价模型，获取一输出数据集；所述服务器根据所述输出数据集评价待验岩体的所述岩体等级；所述服务器验证通过所述主频范围评价的所述岩体等级与通过所述评价模型评价的所述岩体等级的一致性。在本专利技术公开的一些实施例中，所述服务器组合至少两个振动周期的所述振幅数据集为数据矩阵；所述服务器通过主成分分析法降维所述数据矩阵为输入矩阵；所述服务器输入所述输入矩阵到所述评价模型，获取所述输出数据集。在本专利技术公开的一些实施例中，所述服务器配置所述评价模型为：配置输入层、隐含层及输出层，并且在一随机范围内随机的配置输入层、隐含层及输出层的权值；选用先验岩体的样本矩阵及岩体等级作为评价模型的输入值；选用后向传递算法比较所述输出值与先验岩体的岩体等级，用于更新所述输入层、所述隐含层及所述输出层的权值。在本专利技术公开的一些实施例中，所述服务器根据选取处在所述主频范围内的所述频谱分量为主频分量，选取处在所述主频范围外的所述频谱分量为外围分量；所述服务器对所述主频分量乘以一加权系数为加权分量；所述服务器根据所述加权分量及所述外围分量重构所述振幅数据集。本专利技术实施例至少公开一种基于振动频谱评价岩体等级的评价方法。所述评价方法包括：获取凿岩机在一待验岩体钻孔时至少一个振动周期的振动加速度；根据所述振动加速度生成加速度信号；根据所述加速度信号获取振动时域图；傅里叶变换所述振动时域图为振动频谱图；根据所述振动频谱图的主频范围评价待验岩体的岩体等级。在本专利技术公开的一些实施例中，评价所述岩体等级，被配置为：根据所述频谱范围及所述振动频谱图的频谱分量的组合评价所述岩体等级。在本专利技术公开的一些实施例中，根据所述频谱范围及所述频谱分量的组合评价所述岩体等级，被配置为：根据所述频谱分量构建振幅数据集；输入所述振幅数据集到一在先配置的评价模型，获取输出数据集；根据所述输出数据集评价待验岩体的至少一个可能的所述岩体等级；验证通过所述主频范围评价的所述岩体等级与通过所述评价模型评价的所述岩体等级的一致性。针对上述方案，本专利技术通过以下参照附图对公开的示例性实施例作详细描述，亦使本专利技术实施例的其它特征及其优点清楚。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为评价系统的拓扑结构；图2为评价系统示例中Ⅲ级岩体的振动频谱图；图3为评价系统示例中Ⅳ级岩体的振动频谱图；图4为评价系统示例中Ⅴ级岩体的振动频谱图；图5为评价方法执行步骤的流程图。具体实施方式现在将详细地参考实施方案，这些实施方案的示例在附图中示出。下面的详细描述中示出许多具体细节，以便提供对各种所描述的实施方案的充分理解。但是，对本领域的普通技术人员将显而易见的是，各种所描述的实施方案可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在其他情况下，没有详细地描述众所周知的方法、过程、部件、电路和网络，以免不必要地使实施方案的各方面晦涩难懂。在本文中对各种所描述的实施方案的描述中所使用的术语只是为了描述特定实施方案的目的，而并非旨在进行限制。如在对各种实施方案中的描述和所附权利要求书中所使用的那样，单数形式“一个”(“a”、“an”)和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确地指示。还将理解的是，本文中所使用的术语“和/或”是指并且涵盖相关联地列出的项目中的一个或多个项目的任何和全部可能的组合。还将理解的是，术语“包括”(“includes”、“including”、“comprises”和/或“comprising”)在本说明书中使用时是指定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其分组。本实施例公开一种基于振动频谱评价岩体等级的评价系统。图1中示出本实施例评价系统的拓扑结构，该拓扑结构包括加速度传感器、物联网关及服务器，在此拓扑结构中加速度传感器通过物联网关与服务器通信。本实施例加速度传感器安装在凿岩机的钻孔方向，仅用于在凿岩机钻孔时获取凿岩机每次钻孔时的振动加速度，同时加速度传感器根据振动加速度生成一加速度信号。本实施例物联网关具备适配加速度传感器的通信接口及协议，用于接收加速度传感器发送的加速度信号；同时调制该加速度信号，使加速度信号被调制为能够被远端服务器读取的数据信号，物联网关通过有线链路将调制后的加速度信号上传到服务器。本实施例服务器一般包括存储器及处理器。其中存储器主要包括存储程序区和存储数据区；其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序，以及本实施例涉及的程序等。以及，存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据，包括本实施例中涉及的显示屏上显示的应用的相关设置信息或使用情况信息等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件，及其他易失性固态存储器件。处理器提供高速运算能力，能够调用及执行存储器中存储的程序。本实施例中服本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于振动频谱评价岩体等级的评价系统，其特征在于，/n所述评价系统包括至少一加速度信号敏感元件、物联网关及服务器；/n所述加速度信号敏感元件被构造为安装在凿岩机的钻孔方向，并且获取所述凿岩机在一待验岩体钻孔时的振动加速度，所述加速度敏感元件根据所述振动加速度生成加速度信号；/n所述加速度信号敏感元件通过所述物联网关发送所述加速度信号到所述服务器；/n所述服务器被构造为接收至少一个振动周期的所述加速度信号，并且根据所述加速度信号生成振动频谱图，所述服务器根据所述振动频谱图的主频范围评价待验岩体的岩体等级。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于振动频谱评价岩体等级的评价系统，其特征在于，
所述评价系统包括至少一加速度信号敏感元件、物联网关及服务器；
所述加速度信号敏感元件被构造为安装在凿岩机的钻孔方向，并且获取所述凿岩机在一待验岩体钻孔时的振动加速度，所述加速度敏感元件根据所述振动加速度生成加速度信号；
所述加速度信号敏感元件通过所述物联网关发送所述加速度信号到所述服务器；
所述服务器被构造为接收至少一个振动周期的所述加速度信号，并且根据所述加速度信号生成振动频谱图，所述服务器根据所述振动频谱图的主频范围评价待验岩体的岩体等级。


2.如权利要求1所述的基于振动频谱评价岩体等级的评价系统，其特征在于，
所述服务器根据所述加速度信号获取一振动时域图，并且快速傅里叶变换获取所述振动时域图为所述振动频谱图。


3.如权利要求1所述的基于振动频谱评价岩体等级的评价系统，其特征在于，
所述服务器根据所述主频范围及所述振动频谱图中所有频谱分量的组合评价所述岩体等级。


4.如权利要求3所述的基于振动频谱评价岩体等级的评价系统，其特征在于，
所述服务器根据所述频谱分量构建振幅数据集；
所述服务器输入所述振幅数据集到一在先配置的评价模型，获取一输出数据集；
所述服务器根据所述输出数据集评价待验岩体的所述岩体等级；
所述服务器验证通过所述主频范围评价的所述岩体等级与通过所述评价模型评价的所述岩体等级的一致性。


5.如权利要求4所述的基于振动频谱评价岩体等级的评价系统，其特征在于，
所述服务器组合至少两个振动周期的所述振幅数据集为数据矩阵；
所述服务器通过主成分分析法降维所述数据矩阵为输入矩阵；
所述服务器输入所述输入矩阵到所述评价模型，获取所述输出数据集。


6.如权利要求5所述的基于振动频谱评价岩体等级...

【专利技术属性】
技术研发人员：田湖南，王浩，焦玉勇，张国华，覃卫民，张秀丽，谭飞，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42